Підходи до класифікації в ГІС

Хоча ідея класифікації розкиданих на поверхні Землі об’єктів здається доволі простою, практичні аспекти цієї проблеми пов’язані з певними труднощами. Те, як ми класифікуємо, те що ми бачимо, отримає відображення в тому, що означають наші висновки.

Особливістю досліджень, у яких використовується інформація про географічні об’єкти, є оперування просторовими даними, тобто даними, що мають атрибут місцезнаходження.

До процесу класифікації в ГІС не можна відноситись безвідповідально, оскільки невдала класифікація може призвести до хибних висновків. Наприклад, у наявній ГІС серед багатьох тематичних покриттів є одне, під назвою ”тип ландшафту”, в якому використовується категорія ”перезволожені землі” (болота, wetlands). Здавалося б, усе зрозуміло. Але перед тим, як рухатись далі, розглянемо такий приклад. Припустимо Ви є власником великої присадибної ділянки (0,5 га). Ви тільки що рясно полили, і тепер на даній окремій площі є ділянки зі стоячою водою. Це перезволожені землі? Наскільки великою повинна бути зволожена ділянка, що б її можна було назвати перезволоженими землями? Або перезволожені землі це там, де мешкають водоплавні птахи? А якщо вони з’являються тільки в періоди міграції при зміні пори року? Усі ці питання вказують на те, що класифікація об’єктів має багато спільного з тим, як вони розглядаються, при якому розрізненні або масштабі, і як використовуються ці дані згодом. Спосіб класифікації впливає і на вибір засобів спостереження – наземних, повітряних або космічних.

Найважливіше призначення класифікації – опис властивостей її класів і підкласів, видів і підвидів, об’єктів та елементів, що надає можливість використовувати її для ідентифікації конкретних систем, з якими зіштовхується вчений, дослідник, керівник, інженер, економіст тощо.

Класифікація просторових об’єктів у ГІС, які будь-яка класифікація об’єктів чи явищ у науках про Землю, є складним і дуже важливим процесом, який методично майже цілком зумовлює способи аналізу просторових даних і істотно визнає висновки такого аналізу.

Класифікації можуть бути монокритеріальними (наприклад за родом ландшафту) або багатокритеріальним (наприклад спільно за висотою, кількістю опадів, випаровуваністю тощо). При цьому певні класифікації можуть створюватись шляхом комбінування багатьох параметрів з різних шарів ГІС, а способи класифікації набору шарів можуть корінним чином змінюватися в залежності від поставлених конкретних завдань.

Історично склалися три підходи до класифікації:

1) класичний поділ за категоріями (групування за властивостями);

2) концептуальне об'єднання (групування за певною концепцією);

3) теорія прототипів (групування об'єктів за певними ознаками подібності з прототипом).

Класичний поділ за категоріями передбачає поділ за категоріями, що виконується за принципом: ”усі об’єкти, що мають певну властивість або сукупність властивостей, формують певну категорію. Наявність цих властивостей є необхідною і достатньою умовою, яка визначає категорію”. При цьому об'єкти можна поділити на непересічні множини, визначивши для кожного, чи володіє він конкретною властивістю, чи ні. Наприклад, неодружені чоловіки – це категорія: кожен чоловік або одружений, або ні, і ця ознака є достатньою для вирішення питання, до якої категорії належить той або інший індивідуум. З іншого боку, високі чоловіки не визначають категорії, якщо, звичайно, ми спеціально не уточнимо критерій, що дозволяв би чітко відрізняти високих людей від невисоких.

Класична категоризація прийшла до нас від Платона і Аристотеля. Останній у своїй класифікації рослин і тварин користувався технікою міркувань, що нагадує дитячу гру в 20 питань (Це мінерал, тварина чи рослина? Це вкрито хутром чи пір’ям? Чи може воно літати? Чи пахне воно? тощо). Такий підхід знайшов послідовників, найбільш відомими з яких були: Фома Аквінський, Декарт, Локк. За твердженням Фоми Аквінського: ”Ми можемо іменувати речі згідно наших знань про їх природу, які одержуються через пізнання їх властивостей і дій”

Отже, класичний підхід у якості критерію схожості об’єктів використовує родинність їх властивостей. Зокрема, об’єкти можна розбивати на множини, що не перетинаються залежно від наявності чи відсутності певної ознаки.

Сучасне мислення багатьох дослідників здебільшого наскрізь пронизане класичною категоризацією, однак, як свідчить приклад з високими і низькими індивідуумами, цей підхід не завжди спрацьовує.

Природні категорії відмежуються одна від одної нечітко. Більшість птахів літає, проте не всі. Стіл може бути дерев’яним, металевим або пластмасовим, а кількість ніжок у нього цілком залежить від примх конструктора. Практично неможливо перерахувати визначальні властивості природної категорії, так, щоб не було виключень. Це, дійсно корінні пороки класичної категоризації.

Конкретні властивості, які необхідно виділити при класифікації, визначаються вирішуваною проблемою. Наприклад, колір автомобіля є важливою властивістю для заводської системи контролю, але не має значення для програмної системи, що керує міськими світлофорами. Ось чому можна стверджувати, що немає абсолютних критеріїв досконалості класифікації, хоча для конкретного прикладу деякі структури більш придатні, чим інші.

Концептуальне об'єднання. Концептуальне об'єднання – більш досконала варіація класичного підходу. Вона виникла зі спроб формального подання знань. При такому підході спочатку формують концептуальні описи класів, а потім об'єкти класифікуються згідно з описом. Наприклад, візьмемо поняття ”рекреаційна територія”. Це поняття, а не ознака або властивість, оскільки ступінь рекреації території навряд чи можна виміряти. Проте, якщо можна стверджувати, що територія швидше дозволяє відпочивати і оздоровлюватись, чим будь-яка інша, то її можна віднести до цієї категорії.

Концептуальну кластеризацію (об’єднання) можна порівняти з теорією нечітких множин, у якій об’єкт може належати до декількох категорій одночасно з різним ступенем точності. Концептуальна кластеризація виконує в класифікації абсолютні судження, ґрунтуючись на найкращому узгодженні.

Теорія прототипів. Класична категоризація і концептуальна кластеризація – достатньо виразні методи, що цілком придатні для класифікації об’єктів у ГІС. Проте іноді виникають ситуації, в яких вони не працюють. Існують певні абстракції, які не мають ні чітких властивостей, ні чіткого визначення. Існують категорії, які не відповідають класичним зразкам, оскільки відсутні ознаки, притаманні всім складовим. Наприклад, ми вважаємо м’який пуф, парикмахерське крісло і складний стілець стільцями не тому, що вони задовольняють певному фіксованому набору ознак прототипу, а тому, що вони мають достатню родинну схожість з прототипом. Об'єкт можна включити в клас за умови, що він певним чином схожий на прототип.

Неможна стверджувати, що певний підхід до класифікації краще інших відбиває структуру і порядок речей в природі. Природі байдуже до наших спроб розібратися в ній. Деякі класифікації дійсно здаються більш важливими ніж інші, однак тільки з нашими, а не тому, що вони більш коректно або більш повно відбивають реальність.

Як свідчить досвід, розумна класифікація в ГІС – робота інтелектуальна і найкращий спосіб її здійснення – послідовний, ітераційний процес. Ґрунтуючись на отриманому досвіді, можна створити новий підклас з вже наявних (висновок), або розділити великий клас на багато маленьких (факторизація),або, нарешті, поєднати декілька існуючих в один (композиція).Цілком можливо, що в процесі ітерації будуть знайдені нові загальні властивості, що раніше не помічались, і в процесі класифікації будуть визначені нові класи(абстракція).