基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法，在景區(qū)村落地下水采樣點的選擇上，利用基于改進(jìn)凝聚層次的聚類算法對符合采樣原則的采樣點進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)選，以選取出最具特征性的代表性采樣點。整個處理過程簡單有效，對采樣點的選取進(jìn)行合理性的精確定位，從而保證了優(yōu)選采樣點的代表性和可靠性，對于較大規(guī)模的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的優(yōu)選具有現(xiàn)實意義。
【專利說明】基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的生態(tài)環(huán)境面臨越來越重的壓力，生態(tài)環(huán)境問題日益突出。對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與預(yù)警是維護(hù)生態(tài)綠色和可持續(xù)發(fā)展的一個重要的舉措，也是對生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行研究和應(yīng)對的重要手段之一。對生態(tài)環(huán)境的采樣則是環(huán)境監(jiān)測和預(yù)警至關(guān)重要的一環(huán)，這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或者選擇不當(dāng)，后續(xù)的分析工作無論多么精確，其結(jié)果都是毫無意義的，由此得出的結(jié)果也將誤導(dǎo)我們對生態(tài)環(huán)境的評判。
[0003]在生態(tài)環(huán)境的采樣過程中，如何合理選擇采樣點是獲得準(zhǔn)確而可靠的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)面對的問題。當(dāng)前的采樣點選取都只是簡單的依循采樣點選取原則進(jìn)行隨意選取，這些文字上的原則無所謂優(yōu)選和代表性，無法對大量的符合采樣原則的采樣點做進(jìn)一步的精選，從而導(dǎo)致多數(shù)情況下采樣點選取過于隨意，僅僅滿足原則就行。一些被選上的采樣點不具有典型特征，不能反映所在區(qū)域的普遍共性，由此從該采樣點得出的采樣數(shù)據(jù)也變得缺乏意義。因此，環(huán)境監(jiān)測采樣點的優(yōu)選是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中一個重要的環(huán)節(jié)，要在有限的條件下獲得最為理想的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)就必須進(jìn)行合理的采樣點優(yōu)選。
[0004]本發(fā)明利用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集進(jìn)行處理之后，再利用改進(jìn)的凝聚層次聚類方法對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，最后選出距離聚類中心最近的采樣點作為優(yōu)選采樣點。整個處理過程簡單有效，對于較大規(guī)模的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的優(yōu)選具有現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的不足，提供一種基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下:在景區(qū)村落地下水采樣點的選擇上，利用基于改進(jìn)凝聚層次的聚類算法對符合采樣原則的采樣點進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)選，以選取出最具特征性的代表性采樣點。整個處理過程簡單有效，對于較大規(guī)模的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的優(yōu)選具有現(xiàn)實意義。
[0006]根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種基于改進(jìn)凝聚層次聚類的景區(qū)村落地下水采樣點優(yōu)選方法，其特征在于，具體步驟如下。
[0007]步驟1，景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)對景區(qū)村落地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立起具有獨立性且屬性權(quán)重適當(dāng)?shù)木皡^(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣。
[0008]步驟2，計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心，在景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣基礎(chǔ)上，通過基于改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心。
[0009]步驟3，確定并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置，通過計算新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中最靠近簇中心的景區(qū)村落地下水采樣點，確定并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置。
[0010]上述的步驟I中，所述的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理的步驟如下。
[0011]步驟1.1，構(gòu)造景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣，在景區(qū)村落地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集基礎(chǔ)上，建立起景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣。景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣由所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)緯度和監(jiān)測指標(biāo)值構(gòu)成。景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的每一行代表一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點，由該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)緯度和監(jiān)測指標(biāo)值構(gòu)成。景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第I列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)度，景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第2列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的緯度，景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第j (j>2)列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的第j_2個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)值。
[0012]步驟1.2，計算每個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差，在景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣基礎(chǔ)上，計算出每個監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均值，進(jìn)而計算出每個監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均絕對偏差。如果該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差為零，則將其代表的列從景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣移除。
[0013]步驟1.3，計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣，計算所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的所有監(jiān)測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化度量值，即景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)值，減去第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均值，再除以第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差，進(jìn)而得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣。
[0014]上述的步驟2中，所述的通過改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心步驟如下。
[0015]步驟2.1，景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣的每行代表著一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇，即景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣的η行代表著η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇。
[0016]步驟2.2，計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量相異度矩陣，在確定η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇的基礎(chǔ)上，計算出η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的明考斯基距離，表示為η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的特征相異度Sij，進(jìn)而得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量相異度矩陣。
[0017]步驟2.3，計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組，對η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的特征差異度值Sij按升序進(jìn)行Heap堆排序，并組成相應(yīng)的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組(Ci, Cj, Sij),其中I≥j，且采樣簇Ci和采樣簇Cj的差異度為Sijtj[0018]步驟2.4，移除景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇差異度三元組中相異度排序后最大的40%的三元組，由于景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)誤差的存在，且相異度高于平均值將難以在同一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中出現(xiàn)，因此需要移除景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組中相異度Sij排序后最大的40%的三元組。
[0019]步驟2.5，合并兩個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇得到新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇，取出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的三元組(Ci, Cj, Sg)，對其中的采樣簇Ci和采樣簇?.進(jìn)行合并，合并之后新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇記為簇Np，其中P初始值等于1，然后P自增I。
[0020]步驟2.6，重復(fù)合并景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的兩個采樣簇，取出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的三元組(Ci, Cj, Su)，對其中的采樣簇(^和采樣簇&進(jìn)行合并。如果采樣簇Ci和采樣簇Cj都沒有出現(xiàn)在新簇中，那么合并采樣簇Ci和采樣簇&并組成新簇Νρ，P自增I ;如果采樣簇Ci和采樣簇Cj都出現(xiàn)在新簇Np中，執(zhí)行步驟2.7 ;如果采樣簇Ci和采樣簇Cj其中一個已被合并在新簇中，則另一個采樣簇也被合并到該新簇中；如果采樣簇Ci和采樣簇分別被合并在不同的新簇中，則合并采樣簇Ci和采樣簇并組成新簇Νρ，P自增I。
[0021]步驟2.7，如果景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組堆排序中沒有三元組，則計算結(jié)束，返回P個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇，否則執(zhí)行步驟
2.6。
[0022]上述的步驟3中，所述的計算并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置步驟如下。
[0023]步驟3.1，計算所有新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的中心點位置，采用重心法計算出P個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的中心點位置。
[0024]步驟3.2，確定并輸出P個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點，對每個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的中心點位置，以歐幾里得距離為度量方法計算出離該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中心點最近的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點，確定并輸出該采樣點作為最終的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點。
[0026]本發(fā)明利用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集進(jìn)行處理之后，再利用改進(jìn)的凝聚層次聚類方法對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，最后選出距離聚類中心最近的采樣點作為優(yōu)選采樣點。整個處理過程簡單有效，對采樣點的選取進(jìn)行合理性的精確定位，保證了優(yōu)選采樣點的代表性和可靠性，對于較大規(guī)模的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的優(yōu)選具有現(xiàn)實意義。
[0027]通過以下對本發(fā)明基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法的實例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。
[0028]圖1是本發(fā)明基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法的流程圖。
[0029]圖2是本發(fā)明景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理的流程圖。
[0030]圖3是本發(fā)明基于改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心的流程圖。
[0031]具 體實施方式。[0032]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實例詳細(xì)說明。
[0033]本實施例的基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法的流程圖如圖1所示。
[0034]101:景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)對景區(qū)村落地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立起具有獨立性且屬性權(quán)重適當(dāng)?shù)木皡^(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣。
[0035]102:計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心，在景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣基礎(chǔ)上，通過基于改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心。
[0036]103:確定并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置，通過計算新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中最靠近簇中心的景區(qū)村落地下水采樣點，確定并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置。
[0037]本實施例的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理的流程圖如圖2所示。
[0038]201:構(gòu)造景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣，在景區(qū)村落地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集基礎(chǔ)上，建立起景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣。景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣由所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)緯度和監(jiān)測指標(biāo)值構(gòu)成。景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的每一行代表一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點，由該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)緯度和監(jiān)測指標(biāo)值構(gòu)成。景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第I列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)度，景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第2列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的緯度，景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第j (j>2)列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的第j_2個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)值。
[0039]202:計算每個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差，在景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣基礎(chǔ)上，計算出每個監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均值，進(jìn)而計算出每個監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均絕對偏差。如果該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差為零，則將其代表的列從景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣移除。
[0040]203:計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣，計算所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的所有監(jiān)測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化度量值，即景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)值，減去第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均值，再除以第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差，進(jìn)而得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣。
[0041]本實施例的基于改進(jìn)凝聚層次聚類方法的計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心的流程圖如圖3所示。
[0042]301:景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣的每行代表著一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇，即景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣的η行代表著η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇。
[0043]302:計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量相異度矩陣，在確定η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇的基礎(chǔ)上，計算出η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的明考斯基距離，表示為η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的特征相異度Sij，進(jìn)而得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量相異度矩陣。
[0044]303:計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組，對η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的特征差異度值Sij按升序進(jìn)行Heap堆排序，并組成相應(yīng)的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組(Ci, Cj, Sij),其中I≥j，且采樣簇Ci和采樣簇Cj的差異度為Sijtj
[0045]304:移除景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇差異度三元組中相異度排序后最大的40%的三元組，由于景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)誤差的存在，且相異度高于平均值將難以在同一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中出現(xiàn)，因此需要移除景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組中相異度Sij排序后最大的40%的三元組。
[0046]305:合并兩個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇得到新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇，取出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的三元組(Ci, Cj, Sij),對其中的采樣簇Ci和采樣簇Cj進(jìn)行合并，合并之后新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇記為簇Np，其中P初始值等于1，然后P自增I。
[0047]306:重復(fù)合并景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的兩個采樣簇，取出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的三元組(Ci, Cj, Su)，對其中的采樣簇Ci和采樣簇&進(jìn)行合并。如果采樣簇Ci和采樣簇&都沒有出現(xiàn)在新簇中，那么合并采樣簇Ci和采樣簇&并組成新簇Νρ，P自增I ;如果采樣簇(^和采樣簇&都出現(xiàn)在新簇Np中，執(zhí)行步驟2.7 ;如果采樣簇Ci和采樣簇&其中一個已被合并在新簇中，則另一個采樣簇也被合并到該新簇中；如果采樣簇Ci和采樣簇分別被合并在不同的新簇中，則合并采樣簇Ci和采樣簇&并組成新簇Νρ，P自增I。
[0048]307:如果景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組堆排序中沒有三元組，則計算結(jié)束，返回P個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇，否則執(zhí)行步驟306。
[0049]本實施例中，基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法，以井岡山區(qū)域景區(qū)村落生態(tài)環(huán)境監(jiān)測示范點一新干縣華城門村地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集為例進(jìn)行實驗。景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集包括該示范點區(qū)域所有地下水井的監(jiān)測數(shù)據(jù)，共32個采樣點數(shù)據(jù)，監(jiān)測指標(biāo)采取的是國標(biāo)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，具體包括:PH值、總硬度、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚、陰離子合成洗滌劑、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷、硒、鎘、鉻、鉛以及總大腸菌群，同時加上采樣點的經(jīng)度、緯度構(gòu)成一個由25個屬性組成的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣。需要注意的是，采樣點名稱和采樣點編號不作為生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣其中的列。通過景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理，氰化物、汞、鎘和鉻4個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均值和平均絕對偏差均為0，氰化物、汞、鎘和鉻4個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)代表的列從景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣移除。進(jìn)而，通過改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心，得到的采樣簇有4個，分別是Gl= {23，26，28，29，30，31，32}、G2={21, 22，24，25，27}、G3={9，10，11，13，14，15，18，19，20}、G4={2，3，6，7}。其余的采樣點作為數(shù)據(jù)孤立點有7個，分別為:1、4、5、8、12、16、17。通過計算確定采樣簇Gl中距離的重心最近的采樣點為29 (塔峰B采樣點)，采樣簇G2中距離的重心最近的采樣點為25 (鄧家E采樣點)，采樣簇G3中距離的重心最近的采樣點為15 (菜園B采樣點)，采樣簇G4中距離的重心最近的采樣點為2 (赤崗塘B采樣點)。從實驗結(jié)果分析，通過本發(fā)明基于聚類的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點優(yōu)選方法，計算得到的4個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點分別來自于4個不同的村民小組，具有區(qū)域代表性，同時這4個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點無論在數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、周邊環(huán)境都具有相當(dāng)?shù)拇硇?，反?yīng)出典型特征。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種基于改進(jìn)凝聚層次聚類的景區(qū)村落地下水采樣點優(yōu)選方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟1，景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)對景區(qū)村落地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立起具有獨立性且屬性權(quán)重適當(dāng)?shù)木皡^(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣； 步驟2，計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心，在景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣基礎(chǔ)上，通過基于改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心； 步驟3，確定并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置，通過計算新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中最靠近簇中心的景區(qū)村落地下水采樣點，確定并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置； 上述的步驟I中，所述的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集標(biāo)準(zhǔn)化處理的步驟如下: 步驟1.1，構(gòu)造景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣，在景區(qū)村落地下水采樣點的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)樣本集基礎(chǔ)上，建立起景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣；景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣由所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)緯度和監(jiān)測指標(biāo)值構(gòu)成；景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的每一行代表一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點，由該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)緯度和監(jiān)測指標(biāo)值構(gòu)成；景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第I列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的經(jīng)度，景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第2列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的緯度，景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i行第j (j>2)列數(shù)據(jù)表示為第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的第j_2個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)值； 步驟1.2，計算每個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差，在景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣基礎(chǔ)上，計算出每個監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均值，進(jìn)而計算出每個監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均絕對偏差；如果該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差為零，則將其代表的列從景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣移除； 步驟1.3，計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣，計算所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的所有監(jiān)測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化度量值，即景區(qū)村落地下水的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集矩陣的第i個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)值，減去第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)在所有景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點的平均值，再除以第j個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)的平均絕對偏差，進(jìn)而得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣； 上述的步驟2中，所 述的通過改進(jìn)凝聚層次聚類方法計算出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的數(shù)目和采樣簇的中心步驟如下: 步驟2.1，景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣的每行代表著一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇，即景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量數(shù)據(jù)矩陣的η行代表著η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇；步驟2.2，計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量相異度矩陣，在確定η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇的基礎(chǔ)上，計算出η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的明考斯基距離，表示為η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的特征相異度Sij，進(jìn)而得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化度量相異度矩陣； 步驟2.3，計算得到景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組，對η個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣初始簇相互之間的特征差異度值Sij按升序進(jìn)行Heap堆排序，并組成相應(yīng)的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組(Ci，Cj, Sij)，其中i≥j，且采樣簇Ci和采樣簇Cj的差異度為Sij ； 步驟2.4，移除景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇差異度三元組中相異度排序后最大的40%的三元組，由于景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)誤差的存在，且相異度高于平均值將難以在同一個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中出現(xiàn)，因此需要移除景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組中相異度Sij排序后最大的40%的三元組； 步驟2.5，合并兩個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇得到新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇，取出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的三元組(Ci，Cj, Sij)，對其中的采樣簇Ci和采樣簇Cj進(jìn)行合并，合并之后新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇記為簇Np，其中P初始值等于1，然后P自增I ; 步驟2.6，重復(fù)合并景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的兩個采樣簇，取出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組排序中最小的三元組(Ci, Cj, Sij)，對其中的采樣簇Ci和采樣簇Cj進(jìn)行合并；如果采樣簇Ci和采樣簇Cj都沒有出現(xiàn)在新簇中，那么合并采樣簇Ci和采樣簇Cj并組成新簇Np，P自增I ;如果采樣簇Cl和采樣簇Cj都出現(xiàn)在新簇Np中，執(zhí)行步驟2.7 ;如果采樣簇Ci和采樣簇Cj其中一個已被合并在新簇中，則另一個采樣簇也被合并到該新簇中；如果采樣簇Ci和采樣簇Cj分別被合并在不同的新簇中，貝1J合并采樣簇Ci和采樣簇Cj并組成新簇Np, P自增I ; 步驟2.7，如果景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇相異度三元組堆排序中沒有三元組，則計算結(jié)束，返回P個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇，否則執(zhí)行步驟2.6 ；上述的步驟3中，所述的計算并輸出景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點的位置步驟如下: 步驟3.1，計算所有新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的中心點位置，采用重心法計算出P個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的中心點位置； 步驟3.2，確定并輸出P個景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點，對每個新的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇的中心點位置，以歐幾里得距離為度量方法計算出離該景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣簇中心點最近的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測采樣點，確定并輸出該采樣點作為最終的景區(qū)村落地下水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)選采樣點。
【文檔編號】G06F17/30GK103942730SQ201410157179
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月20日
【發(fā)明者】周松, 郭晨, 冷明, 孫凌宇, 羅文浪, 王博, 彭碩, 羅超, 曾以平, 萬春 申請人:冷明