張 巍，李瑞姍，高新院

（中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100）

POI（Point of Interest）即興趣點(diǎn)，泛指一切可以抽象為點(diǎn)的地理對象，尤其是與人們生活緊密相關(guān)的地理實(shí)體，如政府部門、景點(diǎn)、學(xué)校、醫(yī)院、銀行、商業(yè)區(qū)、標(biāo)志性建筑等。每個POI包含這個實(shí)體4個方面的信息：名稱、地址、類型、經(jīng)緯度，同時還可能有電話、評價等信息［1］。最近幾年，由于基于位置的服務(wù)快速發(fā)展，尤其是對網(wǎng)絡(luò)電子地圖、移動位置服務(wù)（LBS）、便攜式自動導(dǎo)航（PND）的使用，使得原有的POI很難繼續(xù)支撐這類服務(wù)。能否獲取高質(zhì)量的POI信息，成為提高此類服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

然而多數(shù)基于位置服務(wù)的提供商并沒有自己完整、有效的數(shù)據(jù)采集和維護(hù)機(jī)制，他們的數(shù)據(jù)仍然是由專門的數(shù)據(jù)提供商供給。大多數(shù)POI信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)采集方式主要依靠人海戰(zhàn)術(shù)，雇用大量的調(diào)繪、調(diào)查人員，對城市進(jìn)行地毯式作業(yè)［2］。這樣的作業(yè)方式效率低，成本高，并且無法及時更新，因此部分廠家根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性地將數(shù)據(jù)采集工作轉(zhuǎn)移到了室內(nèi)。文獻(xiàn)［2］運(yùn)用基于GPS技術(shù)與實(shí)景影像相結(jié)合開發(fā)建立POI快速采集系統(tǒng)平臺，可實(shí)現(xiàn)POI的快速采集和更新；專業(yè)POI生產(chǎn)廠商卡貝斯對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)做了實(shí)時監(jiān)測，分類抓取互聯(lián)網(wǎng)上同POI相關(guān)的信息。大多遠(yuǎn)程采集機(jī)制可以充分把握住新出現(xiàn)的POI信息，但忽略了那些原有POI信息變化，使得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度降低。以餐飲業(yè)為例，餐館的節(jié)假日活動可能會頻繁的變化，按照卡貝斯的機(jī)制這部分信息就不能在POI中被更新，甚至當(dāng)餐館因?yàn)檫w址導(dǎo)致地址這一關(guān)鍵字段發(fā)生的變化時，POI也不會被更新，造成這個POI價值驟減。還有些餐館因經(jīng)營不善而關(guān)門倒閉，但是它的POI信息仍然出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫里，成為無用的“死點(diǎn)”，久而久之便會出現(xiàn)大量的冗余。

本文使用機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的分類方法［3－4］初步解決了以上POI數(shù)據(jù)冗余、精確度低的問題。在互聯(lián)網(wǎng)上抽取數(shù)據(jù)，篩選出POI中字段的信息，根據(jù)這些信息與原有POI的關(guān)系進(jìn)行分類處理。

本文通過分析POI中各特征字段的形式、特點(diǎn)，提出了POI特征相似度［5］用以表示一個POI與原有POI集的關(guān)系，利用這種形式化的關(guān)系在機(jī)器學(xué)習(xí)方法中分類，最終區(qū)分出可融合與不可融合的POI。相似度的形式化表示主要由名稱、地理信息相似度兩部分組成，其中的地理信息包括POI中的地址和經(jīng)緯度。名稱部分是指2個不同POI名稱字段間的相似度，通過幾種經(jīng)典字符串匹配方法［6］計(jì)算得出，過程中考慮到因?yàn)樵~語的存在使得不同漢字具有不同的關(guān)聯(lián)性，本文假設(shè)中文字符串匹配的最小單位是詞，打破了傳統(tǒng)中最小單位是單個漢字的假設(shè)。美國是地理編碼［7］應(yīng)用最早、最廣泛的國家，早在1970年代就建立了全國的地理編碼標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)緯度便可確定出一個唯一的英文地址，其地址匹配可達(dá)到較好的效果，因此很容易就可以得到地理位置信息相似程度的準(zhǔn)確的結(jié)果。但是我國尚且沒有成熟的地理編碼，既不完整也不精確，利用經(jīng)緯度并不能確定2個地址匹配、相似與否。對于地理位置信息的相似程度，國內(nèi)主要根據(jù)地址信息計(jì)算［8］，過程中對地址中各特征字段進(jìn)行匹配，綜合各字段的情況得出地址相似度。本文在考慮地址相似度的同時，還結(jié)合了根據(jù)地理空間信息得出的不同POI之間的距離，彌補(bǔ)了同一POI具有多種中文地址描述所導(dǎo)致的問題。

1 字符串匹配方法

POI中名稱字段大多比較精短、無明顯規(guī)則，同時也缺乏語義上的特征，是一類普通的中文字符串。目前這種中文字符串相似度［9］的計(jì)算在中文信息檢索、中文文本校對等領(lǐng)域中已有廣泛的應(yīng)用。衡量2個字符串的相似度，常用的方法有3種，即萊文史特距離算法、Jaccard相似方法和Jaro距離算法。

根據(jù)已有資料的分析，現(xiàn)有的這些計(jì)算字符串相似度的算法大多基于一個假設(shè)：中文字符串匹配的最小單位是單個漢字，這樣并沒有考慮到漢字中詞語對相似度的影響，所以將匹配的最小單位假設(shè)為詞。

1.1 萊文史特距離算法

萊文史特距離算法（Levenstein edit distance algorithm）是一種字符串編輯距離算法，指一個字符串通過多少次操作（增、刪、改）得到另外一個字符串。例如，字符串S1為“aaabc”，S2為“aabb”，S1通過‘a(chǎn)’變?yōu)椤産’，刪除‘c’兩步可以得到S2，所以編輯距離等于2。在這里，定義字符串相似度為：

其中：distance是S1、S2的編輯距離，maxLen是S1、S2字符串長度中較大的那個值。edit值越大說明相似度越大，0表示沒有任何相似度，1則代表完全匹配。

1.2 Jaccard相似方法

這個相似度等于兩個字符串中相同詞（無重復(fù)）的個數(shù)與所有詞（無重復(fù)）個數(shù)的比值。也就是說，2個字符串S1、S2的Jaccard相似度可定義為：

和edit一樣，jacc越大說明相似度越大。

1.3 Jaro距離

與上邊2種算法相比，Jaro distance算法的優(yōu)點(diǎn)在于其考慮到字符不同位置的問題，如“粥全粥到臺東三路店”和“粥全粥到三店”，其中的“三”根據(jù)位置的不同可判斷為不匹配。首先定義一匹配窗口：

其中：S1、S2是待匹配字符串。S1、S2匹配過程中，若兩者中同有字符x，并且這2個x的距離不大于MW ，此時可以認(rèn)為這2個x是匹配字符。

Jaro相似度定義如下：

其中：S1、S2是待匹配的2個字符串；m是匹配的字符數(shù)；t是換位的數(shù)目，其值等于不同順序的匹配字符數(shù)目的一半。比如：2個字符串“ABCDE”和“EBCDA”做匹配操作，字符串中僅有B、C、D3個字符是匹配的，即m＝3。雖然A、E都出現(xiàn)在2個字符串中，但是通過公式得出匹配窗口MW 為。而2個字符串中A、E字符的距離均大于1.5，所以不算作匹配。在另一組字符串AxByCDz與AzBDC。匹配的字符為A～B～C～D，但在2個字符串中C～D 2個字符順序不同，因此t＝1，m＝4。

2 地理信息的相似度

地理信息主要包括2部分，即空間地理信息和非空間地理信息。POI中的經(jīng)緯度就是一種典型的空間地理信息，而POI中的中文地址則屬于地理信息系統(tǒng)中的非空間信息。我國地理信息的相似度主要是根據(jù)中文地址的匹配程度得出，但是對于那些具有多種描述情況的地理實(shí)體，比如有別名的實(shí)體、處于2條路交叉口的實(shí)體，這種地址匹配方法就不能得出其真實(shí)的相似程度。為解決這個問題，本文借助空間地理信息對這個相似度進(jìn)行了補(bǔ)充。

2.1 中文地址的相似度

地址是各類服務(wù)系統(tǒng)中運(yùn)用自然語言描述空間位置的最常用手段。中文地址是一種具有一定格式的中文字符串，但又不是標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一格式，對于其相似度的計(jì)算，單靠本文提到的中文字符串匹配方法并不能達(dá)到很好的效果。目前我國主流的地址匹配方法就是對地址分詞，利用各個地址要素進(jìn)行匹配。本文基于小詞典和特證詞對中文地址進(jìn)行分詞，成功分開了中文地址中的各個要素，然后根據(jù)設(shè)置好的規(guī)則，綜合所有要素給出其相似程度。

分詞過程中用到的小詞典是根據(jù)行政區(qū)劃表構(gòu)造出來的，主要目的是規(guī)范地址中省、地、縣、鄉(xiāng)級行政區(qū)名稱，如“嶗山區(qū)松嶺路238號”，分詞結(jié)果為“山東（省）青島（市）嶗山（區(qū)）松嶺（路）238（號）”，不僅劃分出字符串中各個部分，其省略部分也會補(bǔ)充完整。地址字符串中除省、地、縣、鄉(xiāng)級行政區(qū)以外的其它部分，因?yàn)樾帕刻?，?yán)重影響分詞速度，況且現(xiàn)在沒有合適完整資料來源，所以只對其進(jìn)行特征字分詞。得到最終分詞結(jié)果格式為“X（?。（地）X（縣）X（鄉(xiāng)）X（路）X（號）X（建筑）X（號碼）X（其它）”，括號內(nèi)是其對應(yīng)地址要素的特征詞。

對待匹配的2個中文地址，分詞處理后對其進(jìn)行相似度計(jì)算，因?yàn)榉衷~過程中對鄉(xiāng)級及以上行政區(qū)字段進(jìn)行了規(guī)范和補(bǔ)充，所以該4級字段中低級字段若相等，較高級字段也一定匹配。對于其它5個字段，先分別計(jì)算出相似度，再根據(jù)不同權(quán)值合算出總的相似度。如果2個中文地址中對應(yīng)字段不同時存在，就無法進(jìn)行相似度計(jì)算，對于這種情況把相似度計(jì)為－1，表示不考慮該字段。若SIM1、SIM2、SIM 分別表示中地址前4個字段、后5個字段以及整體的相似度，計(jì)算的具體流程如下：

Step1 初始化SIM1、SIM2、SIM 都為－1。

Step2 若鄉(xiāng)級字段匹配，對SIM1賦值為1，轉(zhuǎn)向Step3；若不匹配，則匹配縣級字段，縣級若相等SIM1為0.8，轉(zhuǎn)向Step3；以同樣方法處理地級、省級字段，SIM1分別為0.4、0.3；省級字段也不匹配，SIM1仍為－1。

Step3 若路級字段對應(yīng)可比，且2個字段字符串相似度t大于0.8，則將路級、號級字符串的相似度記為s1，t小于0.8時s1等于t的一半；路級字段不可比時，s1等于－1。

Step4 和路級、號級字段一樣，計(jì)算出建筑級、號碼級字段相似度記為s2。

Step5 根據(jù)2.2.1中提到的一般字符串相似度算法，計(jì)算其它字段的相似度記為s3。

Step6 設(shè)置決定SIM2各字段的權(quán)值，s1、s2、s3分別對應(yīng)a1、a2、a3，其值分別為4、3、3；若s1、s2、s3值為－1，表示對應(yīng)字段不可比，則使這個權(quán)值為0。后5個字段的相似度為：

其中：s1、s2、s3都等于－1時，SIM2為－1；

Step7 設(shè)置SIM1、SIM2字段的權(quán)值b1、b2分別為1、3；若SIM1、SIM2值為－1，則使其對應(yīng)的權(quán)值置0。待匹配2個中文地址的相似度為：

如果SIM1、SIM2值都為－1，SIM 的值定為0。

2.2 空間地理信息相似度

經(jīng)緯度被定義在三度空間的球面上，用來標(biāo)示地球上的任何一個位置，是一種典型的空間地理信息。POI中的經(jīng)緯度作用和地址字段相同，都是用來描述一個位置，只是形式不同。通過經(jīng)緯度來衡量2個POI是否匹配相似，最簡單有效的方法就是計(jì)算這2點(diǎn)之間的球面距離。該地理坐標(biāo)相似度［10］定義為：

其中：distance（p1，p2）是匹配的2個POI點(diǎn)p1、p2的球面距離。當(dāng)LLsim這個相似度大于閥值時，就認(rèn)為這2個POI相似匹配。

3 POI相似度及機(jī)器學(xué)習(xí)分類模型

3.1 POI相似度

在互聯(lián)網(wǎng)上抓取感興趣的網(wǎng)頁，篩選出其中與POI相關(guān)的字段信息，之后對其進(jìn)行分類處理，本文將POI分為可融合和不可融合兩類。分類的依據(jù)則是這個POI信息與數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有POI集的關(guān)系這個現(xiàn)有POI集并不是數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)，這個集合是通過在互聯(lián)網(wǎng)上抽取的POI的名稱字段在數(shù)據(jù)庫中模糊搜索的結(jié)果。

為了方便構(gòu)建模型，本文將之前提到的待分類POI與現(xiàn)有POI集的關(guān)系轉(zhuǎn)換成為1個向量，該向量中包括這個待分類POI和現(xiàn)有POI集中的各特征字段相似度的最大值，即

其中：p是待分類POI；px是現(xiàn)有POI集合中的某個可以不同，但必須使得其所在的函數(shù)值在組內(nèi)最大分 別表示公式（1）、（2）、（4）提到的2個POI名稱字段 Levenstein相似度、Jaccard相似度、Jaro相似度，表示的2個POI的非空間地理信息相似度表示的2個POI的空間地理信息相似度。

圖1 機(jī)器學(xué)習(xí)分類模型的訓(xùn)練、分類過程Fig.1 Training and classifying process of machine learning model

3.2 機(jī)器學(xué)習(xí)分類模型

通過大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的向量集，進(jìn)行特征提取后將作為訓(xùn)練集，依據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法構(gòu)建出分類模型，將待分類的POI實(shí)例分為可融合和不可融合兩類。具體過程如圖1所示?？扇诤鲜侵冈揚(yáng)OI信息已經(jīng)存在，只需對這些信息進(jìn)行融合，對部分字段進(jìn)行更新處理；不可融合則是指該P(yáng)OI信息不在現(xiàn)有數(shù)據(jù)集中，可能是新出現(xiàn)的POI信息，也可能是錯誤不真實(shí)的POI。對這些不可融合信息真?zhèn)涡缘尿?yàn)證，可以像卡貝斯那樣通過電話情景腳本的方式實(shí)現(xiàn)，也可以運(yùn)用自然語言處理相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對于驗(yàn)證為正確、真實(shí)存在的POI，對其進(jìn)行融合后便可做為一有效信息添加到數(shù)據(jù)集中。而對那些驗(yàn)證為錯誤、甚至不存在的POI不作任何處理，是對原有數(shù)據(jù)集中那些與之相似的POI要經(jīng)過驗(yàn)證，最終去除其中的“死點(diǎn)”。

在實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用了幾個不同的分類器，其中包括貝葉斯分類器、C4.5分類器、Adaboost提升分類器。每個分類器都有各式各樣、復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)，利用這些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造不同的模型。比如，C4.5采用信息增益比作為選擇測試屬性的標(biāo)準(zhǔn)，從根節(jié)點(diǎn)開始，賦予最好的屬性，在將該屬性各種取值都生成相應(yīng)的分支，在每個分支上又生成新的節(jié)點(diǎn)，加之一些剪枝方法構(gòu)造出決策樹，使其最大程度地?cái)M合訓(xùn)練集。C4.5產(chǎn)生的分類規(guī)則易于理解，準(zhǔn)確率較高，但是在構(gòu)造樹的過程中，需要對數(shù)據(jù)集進(jìn)行多次的順序掃描和排序，因而導(dǎo)致算法的低效。此外，C4.5只適合于能夠駐留于內(nèi)存的數(shù)據(jù)集，當(dāng)訓(xùn)練集大得無法在內(nèi)存容納時程序就無法運(yùn)行了。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

4.1 數(shù)據(jù)集

實(shí)驗(yàn)中，本文從美團(tuán)團(tuán)購網(wǎng)上抽取了1 095個頁面，每個頁面上有1個POI信息，即之前提到的待分類POI，隨后在google地圖、mapabc、baidu地圖上按照待分類POI中的名稱字段進(jìn)行模糊搜索，將搜索結(jié)果集作為現(xiàn)有POI集合。本文對于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了人工標(biāo)注，根據(jù)現(xiàn)有POI集合判斷其對應(yīng)的待分類POI是否可被融合，標(biāo)注結(jié)果中744個POI是可融合的，238個是不可融合，其余113個POI模糊搜索沒有結(jié)果，本文不予以考慮。將以上可融合的和不可融合的（共982個）POI轉(zhuǎn)換成向量集，作為本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)集。

表1 結(jié)果關(guān)系表Table1The relation of classification result

4.2 測評指標(biāo)

本節(jié)將分析模型分類結(jié)果和人工標(biāo)注結(jié)果是否一致，為評測模型的分類效果實(shí)驗(yàn)中用到了3個重要指標(biāo)，即召回率（Recall）、準(zhǔn)確率（Precision）和F值。人工標(biāo)注結(jié)果與模型分類結(jié)果關(guān)系表示（見表1）。

可融合的召回率r1是指模型分類與人工標(biāo)注結(jié)果均為可融合的POI數(shù)目占人工標(biāo)注中可融合總數(shù)的百分比，反映分類模型的完備性；可融合的準(zhǔn)確率p1是指模型分類與人工標(biāo)注結(jié)果均為可融合的POI數(shù)目占模型分類結(jié)果中可融合總數(shù)的百分比，可反映分類模型的準(zhǔn)確程度。可融合的召回率r1可表示為同樣不可融合的召回率r0可表示為不可融合的準(zhǔn)確率整個分類的準(zhǔn)確率p則可表示為F值是召回率和準(zhǔn)確率這2個指標(biāo)的綜合值，定義如下：

式中：P為準(zhǔn)確率；R為召回率；β為召回率和準(zhǔn)確率相對權(quán)重，一般取1；因此F值可以表示為：

4.3 基于規(guī)則的分類結(jié)果

本文首先分別對POI中的各特征字段的相似度進(jìn)行線性回歸，通過設(shè)置不同的閥值進(jìn)行分類，得到每個特征相似度單獨(dú)參與分類的表現(xiàn)（見圖2）：

圖中f1是可融合的F值，f0是不可融合的F值，p為整個分類結(jié)果的準(zhǔn)確率。從3個圖中可以看出，無論是哪個字段，p和f1的變化趨勢是一樣的，且f1總是處于最上方，f0總是處于最下方。因?yàn)榭扇诤系腜OI占大部分，所以f1會更大程度地影響整體分類結(jié)果。圖中的峰值并不是說此時的p1或r1是最大值，而是說p1和r1處在一個最佳的平衡點(diǎn)，不至于2個值一個過太一個過小。對于p0、r0也是一樣。在圖2（a）中，p和f1在［0.85，1］區(qū)間內(nèi)逐漸減小，對應(yīng)的f0不斷增大，但最大值仍舊很小，此時所有POI分類的結(jié)果為可融合。在圖2（b）中，3個曲線同增減，并在0.36處出現(xiàn)峰值。圖2（c）中的3條線變化趨勢也相同，且在0.001處出現(xiàn)峰值，同樣是這種情況下的平衡點(diǎn)。具體結(jié)果（見表2）。

從上述結(jié)果分析可知，POI中各字段在區(qū)分可融合、不可融合分類過程的表現(xiàn)不同，其分類效果由弱到強(qiáng)分別是名稱、經(jīng)緯度、地址字段。名稱字段之所以比較差，主要因?yàn)楝F(xiàn)有POI集中的POI是根據(jù)待分類POI的名稱進(jìn)行模糊搜索得到的，它們的名稱相似度已經(jīng)很高，不足以有效區(qū)分POI。其中對地址和經(jīng)緯度字段進(jìn)行了融合，其結(jié)果表現(xiàn)的最佳。

圖2 POI不同字段的分類結(jié)果Fig.2 Classification results for different POI attributes

4.4 基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的分類結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)中，本文運(yùn)用了樸素貝葉斯、C4.5、Adaboost 3種分類器對數(shù)據(jù)集進(jìn)行了訓(xùn)練、測試，因?yàn)閿?shù)據(jù)有限，所以在這里采用了十折交叉驗(yàn)證的方法。分類結(jié)果（見表3）中可看出，各分類器效果差不多，對可融合的POI分類較好，但對不可融合部分各指標(biāo)還是偏低?？傮w來說，C4.5效果較好，適合應(yīng)用在這個分類中。

表2 根據(jù)不同字段分類的最佳閥值及結(jié)果Table 2 The optimal threshold and result

表3 不同分類器的分類結(jié)果Table 3 Classification result for different classifier

5 結(jié)語

本文分別定義了POI各個特征字段的相似度，根據(jù)這些相似度構(gòu)造出POI相似模型，并對網(wǎng)絡(luò)上抽取的POI數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分類。最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確率可達(dá)到90%左右，驗(yàn)證了根據(jù)相似度構(gòu)建模型的正確性和可行性。同時還說明對POI各字段進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜诤希瑢ζ浞诸惪梢云鸬揭欢ǖ姆e極作用。

對于這些分類為可融合的POI，除名稱、地址、經(jīng)緯度外的其它部分不具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且還存在大量的冗余信息，仍然不能不能直接應(yīng)用于位置服務(wù)中。下一步還需要研究改進(jìn)POI的融合模型，得更有價值的融合結(jié)果。

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