基于数据挖掘的乒乓球技战术多因素组合分析

胡 斐

（上海体育学院 经济管理学院，上海 200438）

随着计算机与信息技术的飞速发展，现代科技对优秀乒乓球运动员训练与比赛的影响也日趋明显。人们开始通过各种技术手段，将大量的乒乓球比赛数据化，存放于数据库之中，并尝试运用数据挖掘方法，特别是关联规则对乒乓球技战术进行挖掘分析和深层次开发与利用，以期进一步提高乒乓球项目的训练与比赛水平［1］。

本文拟在经典关联分析的基础上，尝试对乒乓球技战术进行多因素组合数据挖掘，为教练员的科学决策和指导提供支持。

1 研究方法

1.1 经典关联规则挖掘技术

定义1 支持度（support）。设F中有s%的事务包含项目集A∪B，即同时支持项目集A和B，则s%称为关联规则A⇒B的支持度，记为：

定义2 可信度（confidence）。设F中支持项目集A的事务中，有c%的事务同时也支持项目集B，则c%称为关联规则A⇒B的可信度，记为：

在本文的研究中，关联规则就是各种技战术组合规则，支持度是某个关联规则（即某个技战术组合规则）的发生频率，可信度是某个技战术组合出现的情况下，运动员获胜得分的概率。只有满足最小支持度min－sup（发生频率）和最小可信度min－conf（获胜概率）的关联规则（技战术组合规则）才会引起教练员和运动员的兴趣，并在训练、比赛中加以应用。

1.2 技战术观察指标体系

为了能够进行乒乓球技战术多因素组合分析，根据乒乓球比赛的特点，在咨询专家意见的基础上，确立了下列技战术观察指标，包括击球技术（发球、弧圈、快攻、扣杀、挑打、劈长、摆短、挡球、削球、吊球、放高球）、击球落点（正手短球、正手半长球、正手长球、中路短球、中路半长球、中路长球、反手短球、反手半长球、反手长球）以及击球位置（正手位、反手位、侧身位、反侧身位）。

1.3 乒乓球技战术多因素组合数据挖掘方法

文献［5］采用比赛数学模拟竞技诊断理论，即用比赛状态（技术或战术等）的转移概率矩阵概括地描述一场比赛，并在此基础上运用马尔可夫链计算比赛的获胜概率，进行乒乓球比赛分析。还有研究人员着重对乒乓球比赛中应用的技战术包括击球落点、击球技术、击球位置等进行挖掘分析，但基本上是对其中某一单因素进行分析，如前3拍击球落点与得失分之间的关系，或者是前3拍击球技术与得失分之间的关系等［6－7］，这会导致教练员在实际应用规则时，还需要将不同技战术因素的挖掘结果进行人工综合分析与判断，因此具有一定的局限性。

本文给出了另外一种思路，即在经典关联规则算法的基础上，采用顺次序和逆次序2种数据挖掘的模式，将多种技战术因素进行组合分析，以便能够给教练员、运动员提供更加明确和直观的信息，因而对训练和比赛指导具有更强的针对性和实用性。

1.3.1 多因素组合数据挖掘模式

根据运动员的打法特点，乒乓球比赛可分为3大类：①2名进攻型选手之间的比赛；②1名进攻型选手与1名削球型选手之间的比赛；③2名削球型选手之间的比赛。根据相关研究表明，2名进攻型选手之间比赛时，前4拍结束的回合约占50%。故本文将2名进攻型选手的比赛分为发球轮和接发球进行关联分析，分别讨论前1～3拍或前2～4拍的击球技术、击球位置、击球落点与得失分之间存在的关联特征，即为顺次序挖掘模式，如图1所示。

当1名进攻型选手与1名削球型选手或2名削球型选手比赛时，1个回合的击球拍数将明显增多，而且发球与接发球的作用也会明显降低，因此采用倒数3拍的击球技术、击球位置、击球落点与得失分之间关联特征的分析方法，即逆次序挖掘模式，如图2所示。

图1 顺次序数据挖掘分析模型

图2 逆次序数据挖掘分析模型

1.3.2 多因素组合数据挖掘算法

设T＝｛t1，t2，…，tw｝、Q＝｛q1，q2，…，qu｝、S＝｛s1，s2，…，sk｝分别为所有击球技术、击球落点、击球位置的集合，R＝｛得分，失分｝为得失分结果集合，而V＝｛（t1，q1，s1），（t1，q1，s2），（t1，q1，s3），…，（tw，qu，sk）｝为所有击球技术、击球落点、击球位置三要素组合的集合，且V∩R＝∅。

设C＝｛C1，C2，…，Cn｝为比赛中所有回合的集合，每一回合Ci都具有唯一表示TIDi，且Ci共包括m拍，Ci＝（TIDi，（ti1，qi1，si1），（ti2，qi2，si2），…，（tim，qim，sim），ri），其中（tik，qik，sik）为第i回合第k拍的技战术组合，包括击球技术tik、击球落点qik和击球位置sik，ri为得失分结果。

连续3拍技战术组合关联规则的形式如下：〈a，b，c〉⇒y，其中a∈V，b∈V，c∈V且y∈R。

定义3 某技战术组合f∈V在第k拍的支持度计数（support count）定义为：

定义4 技战术组合序列〈a，b，c〉，其中a∈V，b∈V，c∈V在第1拍、第2拍、第3拍的支持度计数（support count）定义为：

定义5 顺次序技战术组合规则项（〈a，b，c〉，y），其中a∈V，b∈V，c∈V且y∈R的支持度计数（support count）定义为：

算法1 顺次序多因素组合数据挖掘算法。

输入：C（总回合数为n），min＿sup，min＿conf。

输出：所有满足min＿sup和min＿conf的前3拍技战术组合关联规则。

（1）找出第1拍中的频繁技战术组合集合L1，即

（2）找出第2拍中的频繁技战术组合集合L2，即

（3）找出第3拍中的频繁技战术组合集合L3，即

（4）找出第1拍、第2拍、第3拍中的频繁技战术组合集合M1，即

（5）找出所有的频繁前3拍技战术组合规则项D，即

（6）对∀（〈a，b，c〉，y）∈D，若

则构成满足min＿sup和min＿conf的关联规则〈a，b，c〉⇒y。

逆次序多因素组合分析算法与算法1类似，可找出所有满足min－sup和min－conf的倒数3拍技战术组合关联规则，出于篇幅考虑在此不详细阐述。

2 多因素数据挖掘实例分析

笔者采集了2007—2010年期间男运动员王皓、吴尚垠、王励勤等16人相互对决的单打比赛及女运动员李佳薇、张怡宁、冯天薇等12人相互对决的单打比赛，总计上百场比赛，分别采用顺次序和逆次序多因素组合分析算法进行挖掘分析，得到了很多有价值的得失分技战术组合，并成功应用于现场比赛的指导中，取得了良好的效果。以下重点讨论新加坡女选手冯天薇、韩国男子选手朱世赫的技战术特征分析结果。

2.1 新加坡女选手冯天薇技战术特征分析

新加坡运动员冯天薇为右手横握球拍、两面反胶进攻型打法，曾获2010年世界锦标赛女子团体冠军，最高世界排名第2位，是中国女队最主要的对手。选取其2010年与中国运动员刘某某的一场比赛，采用顺次序多因素组合挖掘模式进行分析。

冯天薇和刘某某比赛技战术多因素数据挖掘的结果见表1所列。

表1 冯天薇和刘某某比赛技战术多因素数据挖掘结果

以技战术组合规则1为例，该规则的发生频率为9.52%，当刘发球，然后冯中路反手挑打或正手劈长或反手弧圈或反手劈长，最后刘反手弧圈这组前3拍技战术组合出现时，冯的获胜概率为80%。从表1可以看出最主要的技战术模式为：① 刘某某发球至对方中路短球⇒冯天薇挑打、拉或劈长至对方反手⇒刘某某反手弧圈⇒冯天薇得分；② 冯天薇发球中路短球⇒刘某某挑打或劈长至对方反手⇒冯天薇反手弧圈⇒冯天薇得分；③ 冯天薇发球反手短球或半长球⇒刘某某弧圈、挑打或劈长至对方反手⇒冯天薇反手或侧身弧圈⇒刘某某得分。

2.2 韩国男子选手朱世赫技战术特征分析

韩国朱世赫是世界上最优秀的削球运动员，2003年曾获得世界锦标赛亚军，最高排名第8位。选取2010年削球运动员朱世赫与中国运动员张某某的比赛，采用逆次序多因素组合挖掘模式进行分析。

朱世赫和张某某比赛技战术多因素数据挖掘的结果见表2所列。

表2 朱世赫和张某某比赛技战术多因素数据挖掘结果

由表2可以看出，最主要的技战术模式为：①张某某正手或侧身弧圈至对方中路⇒朱世赫中路正手或反手削球至对方中路⇒张某某中路弧圈失分⇒朱世赫得分；② 朱世赫反手削球至对方中路⇒张某某正手弧圈至对方反手⇒朱世赫反手削球或侧身弧圈失分⇒张某某得分；③ 朱世赫中路反手削球至对方中路⇒张某某中路正手弧圈至对方反手⇒朱世赫反手削球失分⇒张某某得分。

3 结束语

关联规则挖掘适合于对乒乓球比赛数据的进一步开发与利用，能够在更深层次上揭示乒乓球运动员比赛的技战术特征，尤其是将击球技术、击球位置和击球落点进行组合，并根据不同比赛类型（2名进攻型选手之间比赛，1名进攻型选手和1名削球型选手比赛或2名削球型选手之间的比赛），分别采用顺次序与逆次序多因素组合分析，能够给予教练员和运动员更加明确的指导，即可以通过比赛数据的挖掘，找出对运动员或对手比赛获胜影响最主要的技战术组合，并有针对性地在训练与比赛中应用，以提高乒乓球运动的科学化训练水平。本文方法已在实际比赛的技战术决策中得到了成功应用。

［1］高洪歌.数据挖掘技术在乒乓球比赛技战术分析中的应用研究［D］.北京：北方工业大学，2006.

［2］史忠植.知识发现［M］.北京：清华大学出版社，2002：57－61.

［3］Berry M J A，Lonoff G S.数据挖掘：客户关系管理的科学与艺术［M］.袁卫，译.北京：中国财政经济出版社，2004：283－309.

［4］Hand D，Mannila H，Smyth P.数据挖掘原理［M］.张银奎，廖丽，宋俊，等，译.北京：机械工业出版社，2003：271－284.

［5］张辉，安德烈亚斯.乒乓球比赛的数学模拟竞技诊断［J］.上海体育学院学报，2004，28（2）：68－72.

［6］虞丽娟，张辉，凌培亮.隔网对抗项目技战术分析的系统研究［J］.体育科学，2008，28（10）：41－48.

［7］赵养清，虞丽娟，张辉.序列模式挖掘在乒乓球比赛技战术分析中的应用［J］.上海体育学院学报，2008，32（2）：83－85.