胡凌燕

(江漢大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430056)

1 云計(jì)算技術(shù)研究

云計(jì)算(Cloud Computing)基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說(shuō)法，以往在圖中往往用云來(lái)表示電信網(wǎng)，后來(lái)也用來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。用戶(hù)通過(guò)電腦、筆記本、手機(jī)等方式接入數(shù)據(jù)中心，按自己的需求進(jìn)行運(yùn)算。云因其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且全局搜索能力強(qiáng)大，備受人們的關(guān)注，云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可有效處理離散型問(wèn)題，由此擴(kuò)大了云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。針對(duì)云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在求解最優(yōu)解時(shí)存在收斂速度較慢、容易早熟收斂且陷入局部最優(yōu)解等問(wèn)題，有很多學(xué)者從參數(shù)調(diào)節(jié)、云網(wǎng)絡(luò)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)等方面對(duì)云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。

1.1 參數(shù)調(diào)節(jié)

針對(duì)云計(jì)算技術(shù)中的慣性權(quán)重實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有研究分析了固定權(quán)重以及非固定權(quán)重對(duì)于最優(yōu)值搜索的影響。該技術(shù)通過(guò)呈正弦變化的函數(shù)調(diào)節(jié)慣性權(quán)重變化，由迭代次數(shù)和歷史最優(yōu)位置共同決定加速系數(shù)，通過(guò)每個(gè)粒子的反饋適應(yīng)信息自動(dòng)設(shè)定學(xué)習(xí)概率，從而讓粒子進(jìn)行完成從局部到全局再到局部的尋優(yōu)過(guò)程。結(jié)合典型線性遞減策略以及動(dòng)態(tài)變化策略，共同控制慣性權(quán)重的變化，使得改進(jìn)后的技術(shù)既能控制粒子總體運(yùn)行方向，又考慮到粒子的實(shí)際運(yùn)行情況，使得尋優(yōu)過(guò)程更具準(zhǔn)確性。針對(duì)尋優(yōu)過(guò)程中存在停滯的云網(wǎng)絡(luò)單元，提出一種具有初始化功能的自適應(yīng)性慣性權(quán)重云計(jì)算技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)適應(yīng)性慣性權(quán)重對(duì)停滯粒子的加權(quán)重心重新初始化，使得技術(shù)不易陷入局部最優(yōu)。

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)

通過(guò)對(duì)靜態(tài)鄰域的各種結(jié)構(gòu)以及它們對(duì)技術(shù)性能的影響進(jìn)行分析后得出，星形拓?fù)洹on Neumann拓?fù)湟约碍h(huán)形拓?fù)涞耐負(fù)溥m應(yīng)性最好。此外，云計(jì)算技術(shù)性能與鄰域密切相關(guān)，處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí)小鄰域的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能較好，但是處理簡(jiǎn)單問(wèn)題上大鄰域的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能會(huì)更好。Chend從改進(jìn)云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，提出了一種具有雙結(jié)構(gòu)的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。技術(shù)將云網(wǎng)絡(luò)單元分為M+1層，其中“1”指頂層，通過(guò)獲得頂層云網(wǎng)絡(luò)單元的全局最優(yōu)值影響其余各層的粒子對(duì)最優(yōu)值的探索，以此提高云網(wǎng)絡(luò)單元搜索結(jié)果的多樣性。該技術(shù)考慮到云網(wǎng)絡(luò)單元體表現(xiàn)以及粒子個(gè)體的表現(xiàn)，并將其作為觸發(fā)條件控制領(lǐng)域變化從而提高尋優(yōu)效率。由此提出KRTG－云計(jì)算技術(shù)，將產(chǎn)生隨機(jī)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并將平均值引入到粒子更新公式中，增加了種群的多樣性，改善了粒子間信息的傳播速度。

1.3 其他改進(jìn)技術(shù)

相關(guān)研究將遺傳技術(shù)中遺傳算子的選擇、交叉、變異等過(guò)程與云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，提出一種混合技術(shù)。改進(jìn)后的技術(shù)提高了云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的性能，并增加種群的多樣性以提高逃離局部最小的能力，可將差分進(jìn)化技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)兩種技術(shù)的交叉執(zhí)行來(lái)提高改進(jìn)技術(shù)的效率。白俊強(qiáng)等將二階振蕩和自然選擇兩種方法融入到云計(jì)算技術(shù)中，通過(guò)二階振蕩對(duì)技術(shù)速度公式進(jìn)行更新，通過(guò)自然選擇提高了云網(wǎng)絡(luò)單元中靠近最優(yōu)值粒子的比重。收集粒子的取值信息構(gòu)建記憶庫(kù)，讓庫(kù)中信息和粒子自身極值共同決定粒子的尋優(yōu)方向，從而提高尋優(yōu)的準(zhǔn)確性。

2 云計(jì)算數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)概況

隨著云計(jì)算技術(shù)在各領(lǐng)域應(yīng)用取得顯著進(jìn)展，利用以太網(wǎng)進(jìn)行通信及智能化技術(shù)迅速成熟，數(shù)據(jù)挖掘管理工作逐漸朝著數(shù)字化方向發(fā)展，使得數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在資料管理系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷深入。本文利用云計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)和新型智能設(shè)備，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模，能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)實(shí)時(shí)、高效、可靠地挖掘信息?；谠朴?jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)是在數(shù)字化編程技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采用領(lǐng)先技術(shù)，由安全可靠、低碳環(huán)保的智能化裝置組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)作為系統(tǒng)基礎(chǔ)，自動(dòng)完成采樣、挖掘、保護(hù)、監(jiān)控、記錄、處理、查詢(xún)等基本功能，并根據(jù)實(shí)際需求完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)智能化監(jiān)控和調(diào)節(jié)、在線分析和決議、與其他系統(tǒng)交互等應(yīng)用功能。

智能編程是基于云標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的，該技術(shù)依據(jù)“編程通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)”系列標(biāo)準(zhǔn)。它為編程自動(dòng)化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的信息交互模型，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)的信息統(tǒng)一建模，解決不同設(shè)備之間的互操作性問(wèn)題，為編程內(nèi)各種信息的整合和共享奠定基礎(chǔ)。通過(guò)采用云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的建模方式，系統(tǒng)編程可實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)數(shù)據(jù)挖掘的狀態(tài)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和動(dòng)作信息的整合和共享，形成編程一體化信息平臺(tái)，為數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)提供完整、精確、實(shí)時(shí)、一致、可靠的數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)中，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理以掌握其運(yùn)行狀態(tài)。隨著系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，處理的信息量越來(lái)越大，其對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時(shí)性、一致性和共享性提出了更高的要求。于是，各功能模塊需要一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)管理維護(hù)這些共享數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能采用不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類(lèi)型或表示形式等，這在一定程度上影響了編程自動(dòng)化的建設(shè)。如何將編程內(nèi)的各類(lèi)數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換、集中管理、統(tǒng)一使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間基于網(wǎng)絡(luò)方式的交換、共享已成為當(dāng)前云計(jì)算數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)架構(gòu)亟需解決的問(wèn)題之一。

3 云計(jì)算數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

云計(jì)算的分布式存儲(chǔ)和分布式計(jì)算促使了新一代數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)的變革。系統(tǒng)框架采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，分別為云計(jì)算支撐平臺(tái)層、數(shù)據(jù)挖掘能力層、數(shù)據(jù)挖掘云服務(wù)層。其中云計(jì)算支撐平臺(tái)層為底層的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，數(shù)據(jù)挖掘能力層封裝了大量類(lèi)和方法，為數(shù)據(jù)挖掘云服務(wù)層提供接口，以供其調(diào)用。系統(tǒng)采用三層架構(gòu)有利于后期的維護(hù)，在今后的運(yùn)行維護(hù)中，如果需要給系統(tǒng)添加新的功能，則只需要通過(guò)添加類(lèi)，修改部分接口便可完成，同時(shí)由于將系統(tǒng)分層，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

資源數(shù)據(jù)庫(kù)具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、冗余度低、程序與數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高、能批量處理數(shù)據(jù)、易于擴(kuò)充和索引、易于編制應(yīng)用程序、同時(shí)可清晰表達(dá)SCL配置文件等優(yōu)點(diǎn)，故選用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)完成SCL配置文件的數(shù)據(jù)建模，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)的挖掘、備份、恢復(fù)、并發(fā)控制等技術(shù)，可有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。借助數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，根據(jù)云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于數(shù)據(jù)模型的描述，把SCL文件提供的配置信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)、配置，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)需要導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的信息，映射轉(zhuǎn)換成符合要求的配置文件，實(shí)現(xiàn)信息復(fù)用的目的。在數(shù)據(jù)庫(kù)中，表是數(shù)據(jù)信息挖掘的基本結(jié)構(gòu)，表的架構(gòu)可以決定顯示模塊和其他功能模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)的方式。在采集編程描述信息SSD文件時(shí)，通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)中架構(gòu)了一系列表，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取、處理、修改、備份和維護(hù)等基本功能。

3.2 ICD文件建表方案

ICD文件一般由廠商提供，供配置工具使用，由于ICD文件包含的信息量不小，在建表時(shí)不可能將這些信息全都存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣會(huì)影響數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行，所以數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)架構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔，只需將必要的信息挖掘在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便圖形顯示界面模塊調(diào)用數(shù)據(jù)。ICD文件包含的信息可分為標(biāo)記和數(shù)據(jù)兩部分，其中標(biāo)記部分的由云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，屬于靜態(tài)部分，不需要建表挖掘在數(shù)據(jù)庫(kù)中;而數(shù)據(jù)部分則需要根據(jù)實(shí)際情況而定，屬于動(dòng)態(tài)部分，也是數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵內(nèi)容，故需要建表挖掘在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.3 XML與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

編程自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理編程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中包含多張表，表中的數(shù)據(jù)都是以行和列的二維表形式組織在一起的，每行表達(dá)了一個(gè)唯一的數(shù)據(jù)記錄，列也稱(chēng)為“字段”，表示數(shù)據(jù)的種類(lèi)或?qū)傩?。各表之間通過(guò)某種聯(lián)系關(guān)聯(lián)起來(lái)，組成我們需要的數(shù)據(jù)庫(kù)。為了實(shí)現(xiàn)互操作性和可擴(kuò)展性，云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒕幊淘O(shè)備的對(duì)象模型，定義了基于Client/Server的分層數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)對(duì)象描述方法以及面向?qū)ο蟮姆?wù)。

3.4 XML文件挖掘系統(tǒng)的架構(gòu)

目前，XML數(shù)據(jù)的挖掘方式基本上可分為三類(lèi):文件系統(tǒng)、挖掘管理器和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)方式中基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的XML挖掘管理是一種應(yīng)用比較廣泛的方法。根據(jù)挖掘時(shí)是否使用XML模式，基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的XML挖掘方法又能分為結(jié)構(gòu)映射和模型映射。不管采用哪種映射方法，都需要先對(duì)XML文件進(jìn)行編碼。XML編碼是指對(duì)XML文檔樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都按一定的算法進(jìn)行唯一性編碼，根據(jù)任兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的編碼，能夠直接判斷這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是否有祖先、后代等結(jié)構(gòu)關(guān)系。目前已經(jīng)提出了多種XML編碼方案，如區(qū)域編碼、前綴編碼、素?cái)?shù)編碼等。

3.5 XML文件處理系統(tǒng)的架構(gòu)

XML文件處理是XML文件挖掘的逆操作，是指從關(guān)系表中提取挖掘在其中的數(shù)據(jù)和一些元數(shù)據(jù)，與相應(yīng)元素或?qū)傩砸黄鹬匦陆M成符合XML規(guī)范的形式。換句話(huà)說(shuō)，處理XML文件是將散落在多個(gè)關(guān)系表中的數(shù)據(jù)重新整合，形成一個(gè)完整的XML。相對(duì)于XML挖掘系統(tǒng)，XML處理系統(tǒng)的架構(gòu)較簡(jiǎn)單。處理系統(tǒng)需能夠恢復(fù)原XML文件片斷的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，同時(shí)保證XML數(shù)據(jù)的完整性和一致性。架構(gòu)的主要思想是通過(guò)獲取節(jié)點(diǎn)編號(hào)Num，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中查找對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式表的信息，再將查詢(xún)的數(shù)據(jù)重新組合成XML文檔片斷。

3.6 路線設(shè)計(jì)模塊

路線設(shè)計(jì)模塊面向所有用戶(hù)，是系統(tǒng)的核心模塊。用戶(hù)輸入所需查詢(xún)內(nèi)容后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入的條件，生成有向路線圖，運(yùn)用Dijkstra算法生成推薦路線。路網(wǎng)信息管理模塊，面向系統(tǒng)管理員，主要是用來(lái)管理路網(wǎng)中相關(guān)路徑的拓?fù)湫畔?，包括查?xún)類(lèi)似信息以及包含的節(jié)點(diǎn)信息等。節(jié)點(diǎn)鄰接點(diǎn)集生成模塊，主要用來(lái)生成路徑有向圖。根據(jù)基于分區(qū)域、節(jié)點(diǎn)鄰接點(diǎn)集的推薦路線生成方法，生成系統(tǒng)有向圖。推薦路線生成模塊，面向所有用戶(hù)，根據(jù)用戶(hù)輸入的運(yùn)輸信息，為用戶(hù)推薦一條準(zhǔn)確性最高的數(shù)據(jù)查詢(xún)路徑。

3.7 數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)云架構(gòu)

圖1 基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)架構(gòu)

如圖1所示，該平臺(tái)是基于云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘云服務(wù)平臺(tái)，采用分層設(shè)計(jì)的思想以及面向組件的設(shè)計(jì)思路，總體分為三層，自下向上依次為云計(jì)算支撐平臺(tái)層、數(shù)據(jù)挖掘能力層、數(shù)據(jù)挖掘云服務(wù)層。

數(shù)據(jù)挖掘能力層模塊主要是完成對(duì)數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)中相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算以及路徑影響因子權(quán)重的計(jì)算。在用戶(hù)輸入查詢(xún)信息或者路徑基本信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照評(píng)估模型的要求，自動(dòng)對(duì)評(píng)估因子進(jìn)行權(quán)重分級(jí)并且計(jì)算出挖掘數(shù)據(jù)或者路徑的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估權(quán)重值，此模塊得到的權(quán)重值將直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。相關(guān)數(shù)據(jù)信息計(jì)算要實(shí)現(xiàn)代碼如下。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)數(shù)據(jù)挖掘管理工作越來(lái)越重視，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘管理方式已不能適應(yīng)目前科技發(fā)展的需要?；诖?，將先進(jìn)的云技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)的架構(gòu)工作中無(wú)疑是勢(shì)在必行的。本文詳細(xì)分析了基于云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)不但可以充分達(dá)成數(shù)據(jù)挖掘管理的各項(xiàng)任務(wù)指標(biāo)，同時(shí)還增加了大量新的管理模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)的智能化與高效化。

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