[發明專利]基于約束頻繁模式的天體光譜數據相關性分析方法及系統

無效

• 申請號: 200710111689.5
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101071078A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 趙旭俊;張繼福;蔡江輝;胡立華;楊海峰
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：本發明涉及一種天體光譜數據分析與處理領域，具體來說是涉及一種天體光譜數據的相關性分析方法及其系統。

背景技術：

天文學是依賴于觀測的基礎研究科學，觀測設備的先進程度就決定了天文學的發展水平，因而天文光譜的實測能力成為學科前進中的一個嚴重的“瓶頸”。目前天文光譜“瓶頸”的主要難題之一，是天文望遠鏡設計上難以做到兼備大口徑和大視場。迄今為止，由“成像巡天”記錄下來的數以百億計的天文目標中，只有很小一部分(約萬分之一)進行過光譜測量。天體光譜測量效率低的原因是分光之后探測器上的光流量減少，而且一臺望遠鏡同一時間只能觀測一個天體的光譜，不同于成像觀測，一次可以同時記錄下成千上萬個目標。解決光譜測量的低效率，首先需要能夠測量多個天文目標光譜的技術。同時，要做到跨世紀所需要的大天區范圍內的大規模光譜測量，還必須具備兩個條件：一是望遠鏡口徑必須足夠大，二是由于待測天體分布在全天(約4萬平方度)，望遠鏡必須有足夠大的視場。可是普通4米級望遠鏡視場只有十分之幾度(約合0.1平方度)。現有的施密特望遠鏡視場雖有五、六度(合二十幾平方度)，但是受施密特改正板材料和工藝的限制口徑只有一米多。

我國計劃建造的LAMOST(The?Large?Sky?Area?Multi-Object?Fiber?SpectroscopicTelescope)是一架橫臥南北方向的中星儀式反射施密特望遠鏡。它具有4m口徑，采用多鏡面加主動光學技術和并行可控式光纖定位創新技術，在1.5h曝光時間內，可以以10埃的光譜分辨率觀測到20.5mag的暗弱天體光譜。LAMOST相對于在5度視場的1.75m焦面上放置4000根光纖，然后連接到多臺光譜儀上，同時獲得4000個天體的光譜，因此它將成為大口徑兼大視場光學望遠鏡的世界之最，而且是天體光譜獲取率最高的望遠鏡。預計每個觀測夜晚將收集2到4萬條光譜的數據，LAMOST所觀測到的光譜數據容量將有可能達到4TB。

從海量天體光譜數據提取光譜數據特征和物理化學性質之間存在的、隱含的相關性知識，對探索宇宙具重要的理論和實踐意義。這些規律主要還是通過經驗手段和人工獲得，但對于如此龐大的數據，利用傳統人工分析數據的方式將無法滿足實際需求，而且通過人工獲得的知識不夠準確，甚至是模糊的。因此，急需一種新的以計算機為主的數據分析技術來解決這一問題。關聯規則描述數據集中項目之間存在的關聯關系，因此采用關聯規則來描述、分析光譜數據特征和物理化學性質之間存在的相關性是可行性的和有價值的。

數據挖掘(datamining)是一個從大量的數據中發現潛在知識的過程，是半自動或自動的從海量數據中發現模式、相關性、變化、反常規律性的過程。關聯規則是數據挖掘領域中重要的研究內容之一，描述了交易數據集屬性之間存在的某種關聯關系。自從1993年以來，數據挖掘領域的研究者在挖掘關聯規則上做了大量工作，使之成為一個具有重要意義和實用價值的數據挖掘技術。

關聯規則挖掘主要分為兩步：一是生成所有頻繁模式集；二是由頻繁模式集生成聯規則。由于第二步容易實現，因此關聯規則挖掘的效率主要取決于頻繁模式挖掘。目前，頻繁模式挖掘主要采用Apriori和FP-tree兩類方法，Apriori方法的優點是思路比較清晰，以遞歸統計為基礎，剪切生成頻繁集；主要缺點是，在生成頻繁模式的過程中，需要產生大量的候選項和多次遍歷數據庫，I/O代價太高，難以適應海量高維數據。FP-tree方法是J.Han提出的不產生候選項目集挖掘方法，主要缺點是FP樹需要占用大量內存。近年來，國內外學者對關聯規則挖掘進行了深入研究，大多數是FP-tree的改進方法，有以下共同缺點，第一目前沒有作為天體光譜數據數據相關性分析手段；第二效率上不能適應天體光譜數據的海量、高維和稀疏等特征；第三構造的FP樹過于龐大，且沒有針對性。

本發明受到了國家自然科學基金(60573075)和山西省自然科學基金(2006011041)項目的資助。

發明內容：

為了解決天體光譜數據相關性分析的問題，本發明提供一種基于約束頻繁模式的天體光譜數據相關性分析方法，該方法以關聯規則，來描述天體光譜波的特征同其物理化學性質之間存在的、未知的相關性(天體規律)，使其成為一種天體光譜數據相關性分析手段。在此方法的基礎上，提供一種基于約束頻繁模式的天體光譜數據相關性分析系統。

完成上述發明任務的方案是：

一種基于約束頻繁模式的天體光譜數據相關性分析方法，以發現天體光譜波的特征同其物理化學性質之間存在的、未知的相關性(天體規律)，具體步驟如下：