（企业管理专业论文）基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究.pdf

-i- 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 摘 要 在企业缩减供应链成本、提高供应链效率的压力下，供应链纵向上的企业越 来越多， 且分布的地域更加广泛， 而供应链横向上的同质可替代供应商、 制造商、 分销商越来越少，促使供应链向窄长化发展，从而大大增加了供应链的脆弱性和 企业运作中的不确定性。而随着人类经济活动范围的持续扩大和深度的不断推 进，环境破坏、气候变化等引起的自然灾害和各种恐怖袭击、罢工、地区冲突等 社会公共事件不断出现，这些事件的出现往往具有突发性、异常性、急迫性、信 息高度缺失性等特点。 突发事件的频发性与供应链的脆弱性之间的矛盾已经成为 日渐突出的问题， 对突发事件的分类研究与应对也是政府和企业都日益重视的管 理内容。 我国公共管理领域对突发事件一般分为自然灾害、 事故灾难、 公共卫生事件、 社会安全事件等四大类，并分别有国家级和省级的不同预案，每类事件按照严重 程度的差异由不同级别的行政部门负责处理。 而企业管理领域尚未有严格的突发 事件管理方法，较为常见的是对企业运作和经营风险的监控、预警和处理预案， 这些一般风险也具备突发性和急迫性的特点，但与突发事件相比，还缺少异常性 和信息高度缺失性的特点，因此这些管理和分类方法只能作为参考。公共管理领 域与企业管理领域的突发事件分类方法既有重叠又有不相容之处， 二者的融合有 利于扩大分类方法的通用性。由于领域知识不完备，推理规则不明确，应急管理 领域迫切需要实际案例为基础的管理应用和规则提取机制， 基于案例推理的方法 则可以同时满足这两个方面的需求。 基于此，根据突发事件发生的范围，从企业视角出发提出了突发事件分级分 类方法，将突发事件分为突发自然灾害、突发公共事件、供应链突发事件及企业 突发事件，全面覆盖企业运作中可能面临的各类事件，同时兼顾公共管理领域的 需求，将现有政府分类方法中的四类突发事件包含其中。 使用基于案例推理的方法建立应急管理案例库， 最基本和最重要的步骤有案 例的表示、案例属性的约简、案例的索引与检索以及案例的修改与学习等。框架 表示法以其结构性、 继承性、 自然性的优点， 尤其适用于对复杂案例知识的表示， 能够将同时包含自然语言文本描述和各种定量数据信息的案例知识进行结构清 晰、层次分明的结构化表示，并用子框架嵌套的形式表示案例之间的继承关系。 当案例数目逐渐增多时，为了提高系统效率，需要对多余的属性进行约简，以提 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -ii- 高案例表示及检索的效率。 对案例表示中的冗余属性进行基于信息熵的约简有较 好的效率和可操作性，该算法通过熵的大小衡量不同属性对案例的分类能力，从 而判断不同属性对推理的影响大小，再结合供应链管理和应急管理的已有知识， 即可考虑删除权重较小的属性。 为了提高案例检索的效率和准确度，案例检索方法结合了分类索引、关键字 检索、knn 算法等，能够分别处理具有明显分类能力的案例属性、文本描述属 性以及定量属性，使每类属性值在检索中达到最高利用率。其中，knn 算法中 的属性权重初始值由专家打分结合 ahp 方法获得，在案例库扩大之后，采用神 经网络算法对属性权重进行基于案例本身信息的调整， 以更好的挖掘案例本身包 含的隐性知识。对案例的修改和学习则主要采用重实例化和诱导重放的方法，以 更好的利用已有体系结构学习新的知识，提高案例库的整体性能。 对案例的存储和系统的初步实现采用 ms access 单机数据库， 重点实现案例 表示与案例检索的关键模块。 案例知识的表示及存储通过 6 个基本数据表和其他 辅助功能表完成，案例的检索则主要通过 sql 查询和 knn 计算的结合来实现。 关键词：关键词： 突发事件，基于案例推理，框架表示法，属性约简，knn 算法 -iii- research on disruption management case database construction with case-based reasoning abstract with increasing pressure to reduce cost and improve supply chain efficiency, there are more enterprises in supply chain spreading in larger regions. simultaneously, there are less substitutive suppliers, manufacturers and distributers on horizontal supply chain nodes. as a result, the supply chains are becoming thinner and longer, which highly contributes to the vulnerability and uncertainty of supply chains. on the other hand, human beings economic activities have further extended and deepened in recent years. environmental problems and pollutions are becoming fiercer and terrorism, workers strike and regional conflict are becoming more frequent. these disruptions are often sudden, abnormal, urgent and seriously lacking necessary information to deal with. the confliction between frequent disruptions and supply chain vulnerability is becoming fiercer nowadays, making both government and enterprises emphasize more on disruption classifying and management. disruptions in the public management scope are divided into four categories natural disasters, accidents, public health incidents and social security incidents, for the convenience of supervision and management from government departments of different levels and various functions. in contrast, disruption management in business administration area is still relatively less emphasized. similar practices are risk management, including the monitoring, warning and handling of operational risks. risk management also needs to deal with sudden and urgent emergencies, but these risks are usually not abnormal and seriously lacking information. the traditional disruption categories in government and enterprise management fields are overlapped and controversial, which arouses the need of a more general disruption classifying methodology. considering the significant lack of knowledge and rules in this field, case-based reasoning method is especially beneficial for disruption management. accordingly, based on the scope of disruptions breaking out and enterprises view point, disruptions can be classified into four categories gusty natural disasters, 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -iv- gusty public incidents, supply chain disruptions and enterprise disruptions. thus the various disruptions in enterprises business and government administration can be included. the fundamental and key steps in applying cbr are case indicating, case attributes reduction, case indexing and searching, case revising and learning. frame method is applied to organize cases in clear structures, due to its structural, inheriting and natural style features. information and knowledge in natural language and quantitative data can both be indicated with frame method, applying its inheriting feature between father-frame and child-frame. case attributes need to be reduced to enhance the system efficiency when case amount is sharply increasing. reluctant attributes would be contracted with a method based on information entropy. entropy is applied to indicate the case classifying capability of different attributes, showing the relative importance of current attributes. consequently, attributes of least importance could be removed after a careful analysis based on current knowledge. lastly and most importantly, a combination of classified indexing, key words searching and knn is creatively applied to the searching and matching process of disruption management cases, which significantly improved the system efficiency. this method can make high utilization of indexing attributes, text attributes and quantitative attributes respectively. the initial weights in knn method can be scored by experts and analyzed with ahp. when the amount of cases significantly increases, attributes weights can be revised with method based on neural network method. thus the hidden knowledge of cases could be well developed and utilized. in the process of case revising and learning, case re-instancing and induced replaying methods are applied to develop the system knowledge and improve system performance. ms access is developed to indicate and store disruption management cases, among which the case indicating and searching modules are paid special attention. 6 database tables and some other supporting tables are developed to indicate cases structurally, while sql inquiry and knn algorithm are combined to execute the searching function. key words：disruptions, case-base reasoning, frame representation method, attribute reduction, k-nearest neighbor algorithm 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：王 凯 日期： 年 月 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 王 凯 指导教师签名：季建华 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 -1- 第1章 绪论 1.1 研究背景与意义 1.1.1 研究背景 随着经济全球化的发展， 大型工业企业和服务型企业的运营与供应链的网络 结构不断拓广。运营与供应链系统网络结构的全球化发展，又使得供应链的网络 结构变得更加复杂，也增加了网络成员之间的依赖性。与此同时，供应链网络结 构的复杂化加剧了网络运营环境的不确定性和运营系统的脆弱性， 供应网络上单 个结点或线路中发生的任何突发事件往往会快速影响到与之相连接的其它结点， 进而沿着网络扩展到网络上的其它企业， 给相关企业带来巨大的损失。 更有甚者， 单个企业或某个地区发生的突发事件会影响到全球整个产业的发展。 在过去的 10 年里，各种类型的突发事件相继发生，包括恐怖袭击、战争、 雪灾、 地震、 洪水、 火灾、 海啸、 罢工、 sars （severe acute respiratory syndrome， 严重急性呼吸道症候群，又称非典型肺炎） 、三聚氰胺事件等，而且这些事件影响 的广度和深度比 10 年前更加剧烈。许多公司如爱立信、路虎、三鹿等为此付出 了巨大代价。无数事实表明，突发事件无论是发生在企业、供应链还是大型公共 设施或诸如会展、赛事等大型项目，都会产生极大经济损失，还会影响人民正常 生活与工作，甚至对社会与政治稳定带来严重影响。 为对这些问题有更加深入细致的研究，国家自然科学基金重点项目应急运 作管理与鲁棒计划应运而生，而基于案例推理（cbr, case-based reasoning） 的应急运作管理库的构建研究是其中的重要内容。由于突发事件的突发性、偶然 性、急迫性和信息高度缺失性的特点，往往难以对其做出有效的分类和结构化分 析而给出合理的解决方案。在这种情况下，从以往的应急管理事件中提取出较为 通用的解决方案框架也就难以实现。为了解决这些问题，使用能够自学习、自适 应并且能够应用案例中隐藏的隐性知识的 cbr 方法是一个很好的选择。cbr 方 法克服了传统的基于规则推理（rbr, rule-based reasoning）的专家系统的一些 缺点，如知识获取难、系统不能自学习、不能解决新问题等，对应急管理中频繁 出现的新问题、新形势、新事件，能够更好的应用已有的事件处理经验，是应对 突发事件一个全新的思路。 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -2- 1.1.2 研究意义 在当前已有的研究中，从人工智能（ai, artificial intelligence）领域发展起 来的 cbr 的理论已发展的相对成熟，案例的结构化表示、数据库存储、案例的 检索以及匹配、案例的调整、案例的修正和校验等都有相应的规则和标准，国内 学者在自然灾害预警专家系统、边坡稳定性评估系统研究、城市应急决策支持系 统、机车故障诊断专家系统、上市公司失败预警系统等领域都有对 cbr 的成功 应用。 而在应急运作管理的机理研究中，突发事件的形成及动态演化机理、损失度 与可挽救度测评体系建立、 应对突发事件的系统生态防治应急管理体系的建立等 都是内容。其中在应急管理体系的建立过程中，在大量文献的基础上和其他专题 研究成果的基础上，有效的应用 cbr 以整理、归类建立应对不同类别突发事件 的方案库是一项重要任务。而在用 cbr 方法建立方案库的过程中，需要在分析 一定数量案例的基础上，对已有突发事件的性质、归类、内在基本逻辑结构等有 一个初步的分析，并归纳出案例收集、表示、存储、搜索、匹配比较、调整修正 等过程中需要重点把握的信息侧面。 一方面， 在已有突发事件机理研究的基础上， 可以进行 cbr 应用的初步研究；另一方面，随着应用的扩大和案例库的完善， 对已有的机理可以进行反复的修正和进一步的完善。cbr 的自学习特点使应急 管理机理研究在鲜有现成基础的情况下， 能够更加贴近实际的构建指导现实的理 论框架。 1.2 相关文献综述 1.2.1 应急管理方面的文献综述 在应急管理方面，自 2000 年英国油价抗议事件和 2001 年“911”事件发生 以来， 世界各地的政府、 学者和企业领导者们开始认识到应急管理的重要性。 2001 年初英国交通部、 贸易工业部和内政部委托物流和供应链管理研究中心研究供应 链脆弱性（vulnerability）问题，美国 sheffi 教授领导的研究小组着重研究全球 恐怖威胁下的供应链管理问题。从应急事件的推进和发展角度来看，可以从时间 轴上将应急运作管理分成事前的预警、 鲁棒优化设计以及事后的应急运作管理三 方面。而 cbr 的方法可以应用的领域主要是对现有突发事件进行整理并做分级 分类，同时对已经发生了突发事件的供应链系统提出应急运作的解决方案，也就 是一种事后的应急运作管理，同时可以对事件发生过程中的事中应对提供参考。 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -3- 当突发事件爆发并对供应链造成冲击之后，企业需要考虑的是：快速做出应 急决策，以阻止应急事态的进一步蔓延。目前关于事后应急运作管理的研究可以 从需求、生产和供给三方面的应急运作进行归类。 关于需求的应急运作管理，大多研究突发事件对下游客户需求造成影响时， 企业采取的运作或协调策略。qi，bard 和 yu（2004）研究了报童环境下需求价 格为线性关系时，需求发生中断时的供应链协调问题，指出利用应急管理策略能 够缓冲当产量变化引起的偏差费用，从而使供应链利润最大化，否则就会出现双 边际现象。于辉、陈剑（2007）研究了需求依赖于价格的供应链在面对突发事件 下的协调策略，提出了一个新的两阶段收益共享契约模型进行应对。 关于生产的应急运作管理， 主要针对突发事件发生之后企业对自身生产或运 作能力进行应急调度方面的研究。 关于生产调度方面的研究已经有大量的文献存 在， 而与应急相关的文献大都集中在突发事件发生之后的生产再计划或重新排程 方面的研究。akturk 和 gorgulu(1999)最早研究了设备停机导致必须在某些流程 点上更改原有生产计划以匹配初始计划的问题， 通过一个反馈机制确定了匹配点 并证明了新的计划能够提高系统的运作质量和稳定性。guo, nonaka(1999)和 schmidt(2000)研究了因故障导致有限的设备可得性情况下的生产计划制定问题。 关于供应的应急运作管理， 主要针对供应商供应能力受到突发事件的影响可 能致使的物料供应中断，研究的出发点大致可以分为两类：一类是下游客户面临 供应中断威胁下的库存策略；另一类则从供应商数量方面来防范供应中断。代表 性的研究有 song 和 zipkin(1996)以及 parlar(1997)，他们最早研究了供应存在随 机干扰情况下的库存控制策略，synder(2006)则对供应中断情况下连续库存模型 进一步做了严密的近似计算研究。 huchzermeir 和 cohen(1996)从跨国企业的角度 研究了多供应商能够使公司有效管理企业的运作风险，如汇率波动，而且在多个 国家有多个供应商能够使供应链在面对重大破坏时更具弹性。bundschuh et al(2003)以供应商的供应能力为约束条件研究了增强供应链供应端的连续性后指 出，增加冗余的供应商能够增加供应的鲁棒性。 1.2.2 cbr 研究和应用方面的文献综述 在 cbr 的研究和应用方面，shank 和 abelson 在 1977 年的工作被广泛认为 是 cbr 的开端，schank 在 1982 年出版了被认为是第一本系统阐述 cbr 思想的 著作 dynamic memory: a theory of reminding and learning in computers and people. 此后， janet kolodner 开发了被称为 cyrus 的第一个 cbr 系统。 cyrus 以事件的形式收集了美国前国务卿 cyrus vance 的旅行及会议知识，具体实现了 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -4- schank 的动态记忆模型（dynamic memory model） 。在商业领域，cbr 也得到 了较为广泛的应用。shelby h.与 achabal, dale 等（1993）将 cbr 应用于零售销 售的预测，研究了案例的表示、系统的构建等问题，给出了更优化的促销策略。 cook, robert lorin（1997）则研究了采购中 cbr 的应用，对其应用的主要侧重 点和发展过程做了回顾。cunningham, p.; smyth, b.等（1997）则将 cbr 应用于 作业排序调度及旅行商问题（tsp） 。chiu, c.; chiu, n.-h.; hsu, c.-i 等（2004） 研究了飞机维护支持系统中遗传算法和 cbr 的应用。 国内在 20 世纪 90 年代后期开始出现关于 cbr 方法在经济管理中应用的相 关研究，如周凯波等（2001）设计的金融危机预警系统、姜丽红等（1996）设计 的预测支持系统、赵登福等（2003）在电力系统短期负荷预测中的应用。李梅等 （2003）分析了边坡稳定性的影响因素，并用基于案例推理的方法构建了评估系 统，并比较了多种案例检索方法的优缺点，利用多种检索方式生成更优化的检索 结果。石浩等（2004）研究了城市应急预案库的构建，通过对预案进行形式化的 描述，提出了基于案例推理的预案库自动生成策略，并比较了权重相似性的计算 方法和基于 heom 的相似性的计算方法，给出了应急决策支持系统建设的若干 建议。徐宁等（2006）则将基于案例推理的方法应用到上市公司失败预测，通过 对失败案例的结构化描述以及对警度设置、警限划分的标准确定，建立了有效的 失败预警系统， 以对现有公司进行评估。 在供应链风险管理方面， 付玉等 （2005） 研究了基于案例推理的供应链风险估计方法， 将 cbr 技术引入供应链风险估计， 较好的解决了案例的描述与存储组织、 匹配案例的检索以及检索结果的调整等问 题，并给出了应用实例。 可以看到，基于案例推理的方法在诸多知识领域中预案库的建立、自我更新 以及应用方面都有成功先例，在决策支持系统、专家评估系统、风险估计等领域 也有广泛应用。针对每个领域的不同特点，基于案例推理的方法在案例的表示、 案例库的存储、 案例的相似度检索以及案例自我学习更新的机制上皆有不同的特 点和难点，这也是将基于案例推理的方法应用于新的研究领域的主要障碍。解决 了这些问题，就能使 cbr 在新领域的应用迈出最关键的一步。 1.3 论文的基本思路 根据应急管理自身的特点和案例库构建的基本逻辑， 本文对研究内容作如下 两个方面的划分： （1）基于案例推理的突发事件分级分类框架构建。 在应急运作管理中，突发事件是造成供应链应急状态的外在因素，也是供应 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -5- 链进入应急状态的首要原因。应急方案的有效实施，需要以准确识别突发事件的 来源、持续时间、强度级别等为先决条件，也就是需要对突发事件及时准确分类 分级。然而，突发事件以其突发性、异常性、急迫性、信息高度缺失性的特点， 给应急状态下的动态即时分类带来很大困难。通过 cbr 的方法，首先收集一定 数量的基础案例，形成分类的框架结构和新案例加入系统时的识别机制，通过动 态的自我完善逐步实现突发事件分类库的优化升级。这样，在遭遇突发事件时， 可以及时将当前事件按照结构化的程序录入现有系统，得到最匹配的分类结果。 （2）基于案例推理的应急管理案例库框架构建。 在上述第一部分研究内容的基础上， 进一步分析突发事件发生之后对供应链 的影响，参照英国 cranfield 学院对供应链风险的研究（将供应链风险分为需求、 供应、经营、制度、环境、信息技术等六个方面） ，通过归纳总结现有文献对于 供应链风险的描述和应对措施， 本文将供应链受到的冲击从需求、 供应、 运营 （包 括生产、仓储及配送） 、供应链结构、信息流、资金流等 6 个侧面分别进行深入 的研究，将已有的案例按照这 6 个侧面进行分类，并探究其作用机理，给出可描 述的数据元，为供应链在应急事件下的扰动发生、自身应对、问题解决等提供可 描述的基础的案例表示方法。 与第（1）部分研究内容不同的是，本部分案例库将在在分析突发事件分级 分类的基础上，进一步分析供应链在这个突发事件影响下的反应机制和应对措 施，并同时匹配类似的受冲击供应链类型和受冲击侧面，并搜索各匹配案例的解 决方案，从而给出一个融合了多个案例解决方案的新方案，作为应急运作管理中 的重要参考。 在论文撰写过程中，通过文献检索归纳现有的二手案例，并进行结构化的处 理，使之符合应用于 cbr 案例库框架构建的需要。同时，通过问卷调查、电话 访谈、面对面访谈等收集特定行业或特定供应链位置发生突发事件的案例，以使 案例库能够涵盖框架构建所需的尽量多的分类领域。 在运用 cbr 方法构建突发事件分级分类框架和应急运作管理方案库框架时， 对突发事件分级分类框架的构建需要通过对已有分类方法的整理和基础突发事 件案例的整理得出；应急运作管理案例库的构建过程中，从外来冲击对需求、供 应、运营（包括生产、仓储及配送） 、供应链结构、信息流、资金流等六个方面 对供应链的影响进行分析。 在检索算法选择和设计阶段，通过对现有案例检索方法进行对比，分析应急 运作管理自身特点， 对现有案例检索方法在应急运作管理领域的适用性和应用效 率作出逐一对比分析。 主要的技术路线图如图 1-1 所示。 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -6- 突发事件案例及应急 管理案例的收集 案例相关文献研究归纳 问卷设计及调查研究 电话访谈及面对面访谈 案例的结构化整理 应急管理及cbr领域文献研究 案例表示、组织存 储、更新机制研究 案例检索算法对比分 析研究 突发事件案例及应急 管理案例特点分析及 结构化处理 突发事件分级分类框架的构建 应急管理案例库框架的构建 突发事件分级分类框架及应急管理 案例库框架应用示例 总结和展望 图 1-1 论文采取的技术路线图 figure 1-1 technical graph of the dissertation 1.4 本章小结 本章对论文所述研究问题提出的背景进行了阐述，提出了进行应急管理研究 的迫切性和现实可行性。同时对课题的现实意义和理论意义做了进一步的说明， 并就基于案例推理的应急管理案例库构建在课题应急运作管理与鲁棒计划中 的意义做出了简要说明，阐明了本研究对突发事件发生、发展、传播机理的理论 研究和应急运作管理方法的实证研究的价值。同时，本章对研究课题的基本思路 作了概括性描述，明确了基本研究方法和可以采用的技术路线，并对全文的内容 进行了框架性的说明。 -7- 第2章 cbr 在应急管理案例库中的应用概述 2.1 引言 cbr 是从人工智能（artificial intelligence, ai）领域发展起来的一项技术， 规避了传统人工智能技术在知识和推理规则的获取这一瓶颈上所面临的问题。 cbr 的逻辑起点是认知科学，而认知科学和心理学的研究认为人类解决问题的 常用方式是基于经验（即已有事例）的推理和学习，这也正是 cbr 的工作方式。 因此，从认知科学角度讲，cbr 系统的构建基于两个前提假设：第一，相同或 相似的情况有相同或相似的解法；第二，相同或相似的情况会重复发生。 同人类的思维和处理问题模式一样，cbr 系统首先通过对比问题事例与先 前事例的相似性，来决定选择以前的哪一个或哪一些事例，并修改或修正以前问 题的解法。在这一点上，与其它的人工智能解决问题的方法截然不同，如传统的 专家系统属于基于规则的推理，利用领域内通用的启发性知识和规则，通过逐步 的推导，得出问题的解。cbr 系统采用增量式的学习方法，新的解决问题的方 法和问题事例一同被系统记录并存储起来，以备将来之用，系统的学习能力不断 提高，知识和经验也不断增加。同时，作为一个动态发展和开放的理论体系， cbr 技术与其他技术如数据库技术、软计算方法、数据挖掘技术、agent 技术、 网络技术等不断融合和发展，开发出新的应用。在本论文的撰写和系统开发中， 就结合了数据库技术。 而在应急管理中，对突发事件的认识、理解、分类、分级都需要管理者根据 已有的判别规则和以往的经验进行判断和推理。由于突发事件的多样性和复杂 性，其内部规律难以有效总结，导致已有的判别规则在对新的突发事件进行分析 时往往缺少足够的判别标准。这样一来，决策者在制定应对突发事件的决策时只 能按照自己过去的经验进行判断，从而难以保证应对决策的有效性。对于全新的 突发事件，如 2001 年发生在美国的 911 恐怖袭击事件，由于决策者不可能具备 类似事件的全部经验，所以难以提出全面及时的完善应对策略。 通过 cbr 技术构建的应急管理案例库则可以解决这个方面的问题。由于 cbr 技术包含了案例中的隐性知识，使得决策者在决策中不但可以参考已有的 显性知识和规则，同时能够根据整体事件或者子事件的类比来做出有效的决策。 在处理发生概率较小但却有较大社会、 经济或产业影响的突发事件时， 根据 cbr 原理构建的案例库将能提供最大限度的决策支持。 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -8- 2.2 cbr 应用中的关键问题 应用基于案例推理的问题对新的突发事件进行解决，与其他的用 cbr 方法 解决问题的方法类似，如图 2-1 所示。在构造基于案例推理的系统时，关键的问 题有案例表示、案例索引与检索、案例的修改与学习等，以下分节叙述。 图 2-1 基于案例推理的方法解决问题的基本步骤 figure 2-1 problem solving fundamental steps of case-based reasoning 2.2.1 案例的表示方法 案例表示属于知识表示的一种。迄今为止，关于知识表示的研究已取得了令 人瞩目的成就，比较成功的知识表示方法有十几种，如：逻辑表示法、产生式表 示法、语义网络表示法、面向对象表示法、框架表示法、因果关系图、数据库等。 用案例进行知识表示并不是一种新的知识表示方式， 而是在以往的各种知识表示 上的一种抽象，即案例是逻辑上的概念，案例表示也必须基于现有的各种知识表 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -9- 示，现有的知识表示几乎都可以作为案例表示的实现方式。比较常见的如：产生 式、框架、语义网、决策树、面向对象等。其中以框架和面向对象最为广泛。 第一，框架表示法。 框架是数据结构的一种，它提供了一个结构、一种组织。在这个结构或组织 中，新的资料可以用从过去的经验中得到的概念来分析和解释。因此，框架是一 种结构化表示法。通常框架采用语义网络中的节点槽值表示结构。所以框架 也可以定义为是一组语义网络的节点和槽， 这组节点和槽可以描述格式固定的事 物、行动和事件。语义网络可看做节点和弧线的集合，也可以视为框架的集合。 框架表示法的优点是具有良好的结构性、继承性和自然性。首先是结构性。 框架表示法最突出的特点是它善于表达结构性的知识， 能够把知识的内容结构关 系及知识间的联系表示出来，因此它是一种经组织起来的结构化的知识表示方 法。框架表示法的知识单位是框架（frame） ，而框架是由槽（slots）组成，槽又 可分为若干侧面（facet） ，这样就可把知识的内部结构显式地表示出来。然后是 继承性。框架表示法通过使槽值为另一个框架的名字实现框架间的联系，建立起 表示复杂知识的框架网络。在框架网络中，下层框架可以继承上层框架的槽值， 也可以进行补充和修改，这样不仅减少了知识的冗余，而且较好地保证了知识的 一致性。最后是自然性。框架表示法体现了人们在观察事物时的思维活动，当遇 到新事物时，通过从记忆中调用类似事物的框架，并将其中某些细节进行修改、 补充，就形成了对新事物的认识，这与人们的认识活动是一致的。以下给出几个 框架表示法的例子。 表 2-1 框架示例运动员 table 2-1 example of frame method - sportsman 框架名：框架名： 姓名：单位（姓，名） 年龄：单位（岁） 性别：范围（男，女） 缺省：男 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -10- 表 2-2 框架继承围棋棋手 table 2-2 frames inheriting method i-go sportsman 框架名：框架名： isa： 段位：范围（专业初段、专业二段.专业八段、 专业九段） 俱乐部：范围（各国内俱乐部名） 其中，isa 为框架表示法中的保留槽名，表示该框架是继承自某一上层框架 的子框架。 可以看到，用框架表示法对应急管理事件及应对策略进行案例表示时，能够 实现较好的结构化存储，同时对突发事件进行分类、分级的要求以及解决方案的 存储能够通过继承性有效的解决。而框架表示法的自然性特点，使得对各种以自 然语言描述的应急管理案例进行结构化存储成为可能。 第二，面向对象的表示方法。 面向对象的知识表示方法足一种较新的知识表示方法，其基本出发点是：客 观世界是由实体组成的。这些实体有自己的状态，可以执行一定的动作。相似的 实体抽象为较高层的实体，实体之间能以某种方式发生联系。所谓对象就是对这 些实体的映像。对象中封装了数据成员和成员函数（方法） 。数据成员可以用来 描述对象的各种属性，这些属性对外是不可见的。外界可以且仅可以通过成员函 数访问对象的私有成员。数据成员可以被初始化，可以通过成员函数被改变。困 此对象可以动态地保存当前自己的状态。由于对象中还包含了操作（成员函数） ， 因此可以把求解机制封装于对象之中。这样对象既是信息的存储单元，又是信息 处理的独立单位，它具有一定的内部结构和处理能力。各种类型的求解机制分布 于各个对象，通过对象之间消息的传递完成整个问题求解过程。用对象表示的知 识与客观情况更为接受，这种表示方案比较自然，易于理解。面向对象表示的推 理机制散布于各对象中，因而可以根据具体情况混合使用不同的求解方案。面向 对象技术所提供的继承机制允许子类继承有利于表示实际情况中： 复杂的层次结 构。对象的封装性和消息传递机制使得知识库以及整个系统都有很好的模块性， 有利于知识库的修改和扩充，也利于推理机制的修改。 面向对像表示法与框架表示比较相似， 但它在模块性与封装性等方面比框架 更加完善，比较适用于计算机语言的开发和实现。但对自然语言描述的问题，如 本文需要处理的对突发事件的自然语言描述，面向对象的表示法则难以有效处 理。 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -11- 分析对比上述两种常用知识表示方法的特点之后， 结合突发事件表示与应急 管理案例处理的主要特征，可以看到框架表示法由于其结构性、继承性和自然性 的特点，是应急管理案例的理想表示方法。 2.2.2 案例的表示内容 对案例（case）进行描述时，可能会包含以下内容中的部分或者全部： 第一，问题描述或情景状态描述（problem situation description） ，即案例发 生时的情景状态及对当前问题的描述。在应急管理案例的描述中，此部分对应的 内容是对突发事件的描述，包括有发生的时间、地点、影响的地理或社会范围、 事件本身特性等。对于供应链突发事件，此处的描述同时包含事件对供应链造成 影响的位置、强度、可挽救性等指标。 第二，求解（solution） 。针对案例发生的情况，记录其应对策略，这其中需 要包含应对措施启动的时间、持续的长度、执行者、实施时的具体细节等问题。 具体到应急管理中， 就是对突发事件进行响应的时间选择、 方式选择、 投入强度、 管理者、具体的应对策略等问题。由于这些问题针对每个案例的差异性较大，暂 时未包含在本文的研究范围之内。 第三，结果（outcome） 。即事件发生之后，在采取了或未采取应对措施以 后，事件演变的最终结果。这种结果可能包含社会影响、经济损失、品牌受损、 生产停滞等等。在应急管理中，主要是指在突发事件发生之后，经过采取一系列 措施进行应对后，受冲击系统的最终状态。 2.2.3 案例的索引与检索 cbr 系统的核心是案例的检索过程，案例的检索过程分为案例的索引和检 索，这两个过程是相辅相成且一体的。案例库检索和索引过程的目的是建造一个 结构或过程来得到最适当的案例。一个 cbr 系统的效率很大程度上决定于快速 准确地从案例库中检索出合适案例的能力。 为此必须对案例库中的案例进行适当 的索引。案例的索引技术通常有三种：k 最近邻法、归纳推理法和知识引导法。 第一，k 最近邻法（knn, k-nearest neighbor approach） 。 目前大多数的 cbr 检索模型采用了 knn 法，强调的是案例的一对一的属 性匹配。 knn 法是一种用户从案例库中找出与当前情况距离最近的案例的方法。 首先为案例的每一个属性指定一个权值， 检索案例的时候就可以根据输入案例中 各组成成份的权值与案例库中各属性的匹配程度，求得其权值的和，然后根据某 上海交通大学硕士学位论文 基于案例推理的应急管理案例库构建方法研究 -12- 权值的和，案例中的各属性的匹配程度的远近来组织相应的案例进行检索。也可 以如下面这样做：给出案例间距离（即相似度）的定义（距离式子中要体现各属 性的权重） ，根据这个定义，计算出当前案例与案例库中所有案例间的距离，然 后从中选出距离最小者。不同的应用领域对案例间距离的定义不同。该方法主要 通过数学计算进行。另一个选择案例的方法是设定一个距离门限，所有距离小于 门限的案例都被选择或拒绝。 门限值可以根据实际情况凭经验确定 （赵明， 2004） 。 knn 法计算相似度的公式是： similar