面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法

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第31卷第6期2020年12月
中原工学院学报
JOURNALOFZHONGYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY
Vol.31 No.6
Dec.2020
 收稿日期:
2020-07-27 引文格式:
黄素叶.面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法[J].中原工学院学报,2020,31(6):52-56.HUANGSuye.Onlinerandomtaskassignmentalgorithmforlarge scaledatadecision[J].JournalofZhongyuanUniversityofTechnology
,2020,31(6):52-56(inChinese).
文章编号:
1671-6906(2020)06-0052-05面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法
黄素叶
(闽西职业技术学院信息与制造学院,福建龙岩364021
)摘 要: 针对在可信度阈值0.52~0.82范围内在线随机任务分配的任务答案平均可信度较低的问题,提出了一种面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法。

首先基于大规模数据决策对每个用户及任务进行描述,以实现整体任务的描述;
然后以质量控制、成本控制和时间控制为任务控制内容实现在线随机任务控制;最后根据任务控制结果设计一种在线随机任务分配算法,并将本文算法与基于Carrel平台的在线随机任务分配算法、面向移动群智感知的位置相关在线多任务分配算法进行了比较。

结果表明:在随机任务分配条件下,本文算法在200个任务时的任务答案平均可信度为98%,
且比上述两种算法均有显著提高,本文算法在任务分配应用方面具有更好的应用性能。

关 键 词: 大规模数据决策;
在线随机任务;分配算法;移动资源;用户相遇指数中图分类号: TP393 文献标志码: A DOI:10.3969/j
.issn.1671-6906.2020.06.011 在线随机任务分配算法是群智感知领域中的核
心方法。

该算法具有任务收益大、完成任务数量多、完成任务所需时间少等优点,因此被广泛应用在大规模数据决策领域。

目前,
解决分布式问题较为普遍的方法是群智感知系统和众包系统,而这两类系统都是通过在线随机任务分配算法进行随机任务分配的。

当前国内外对在线随机任务分配算法进行了较多研究,如文献[1]提出了基于Carrel平台的在线随机任务分配算法,文献[2]提出了面向移动群智感知的位置相关在线多任务分配算法,文献[3]提出了基于分布式拍卖算法的多无人机分组任务分配算法,文献[4]提出了基于Q learning的移动群智感知任务分配算法,文献[5]提出了基于改进PSO算法的机动通信保障任务分配方法。

上述算法虽然在随机任务分配上取得了一定进展,但在进行在线随机任务分配时仍存在因任务指标兼顾不周而导致的任务控制不正常的问题,且在可信度阈值0.52~0.82范围内其任务答案平均可信度较低。

为此,本文提出一种面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法,并通过实验验证了本文算法的有效性。

1 算法设计
1.1 任务描述
研究表明,基于大规模数据决策对用户及每个任
务进行描述可实现整体任务的描述[

]。

设用户数量为狀,
用户大规模数据集合犝可表示为:犝={狌1,狌2,…,狌犻,…,狌狀}(1
)式中,狌犻代表第
犻个用户。

将狌狀指定为任务发布者,将珡犝(集合中的剩余用户的集合)
指定为任务的潜在执行者,则珡犝可表示为:珡犝=犝-{狌狀}
(2)由于各用户的效率、速度以及移动资源都不同,因此需要设定一个参数对用户任务的完成情况进行反
应[7]。

假设各任务的潜在执行者都具备对应的用户信
誉值,并能向任务发布者返回任务的有效结果,则该任务的有效结果和任务潜在执行者均与用户信誉值相
关[8]。

设任务潜在执行者的对应用户信誉值的集合为
ε,
则ε可表示为:ε={ε1,ε2,…,ε犻,…,ε狀-1}
(3
)式中:ε犻代表第
犻个任务潜在执行者的对应用户信誉值。

 第6期
黄素叶:面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法
在任务发布者与执行任务的用户之间,存在一个名为用户相遇指数的指标,它能够映射任务潜在执行
者与任务发布者的未来相遇情况[9]。

用户相遇指数集
合λ可表示为:
λ={λ1,λ2,…,λ犻,…,λ狀-1}
(4)式中:λ犻代表第犻个用户相遇指数,即用户狌狀和用户狌犻的对应相遇指数。

由于用户相遇指数符合指数分布规律,因此两个用户的相遇时间符合相遇分布规律表达式:



狋λ犻
e-λ犻狋d狋=1
λ犻
(5
)式中,狋代表执行任务时间。

当用户狌狀与其他用户狌犻相遇时,狌狀向狌犻发送任
务列表。

狌犻在狌狀发送的任务列表中选择其感兴趣且能够完成群智计算的任务,并将挑选的任务列表回发至狌狀。

狌狀收到任务列表后则会挑选出相应的任务并根据一定的策略向狌犻发送任务。

在该动态决策过程中,狌犻在任务列表中挑选感兴趣的任务时需进行决
策[10]。

设狌犻接收到的任务共有犿个,
用犔表示其感兴趣任务的集合,则
犔={犾1,犾2,…,犾犿}
(6)为了完成随机分配的任务,需给定一个成功率最低阈值狏,其集合犞可表示为:
犞={狏1,狏2,…,狏犿}
(7
)各任务的对应有效期限集合可表示为:
犜={狋1,狋2,…,狋犿}
(8)在各任务对应的有效期限内,分配的用户可以组成一个用户组,并通过用户相互协作来完成。

假设该用户组为犛犿,则可通过下式对用户的在线随机任务问题整体进行定义:
犕犻狀犻犿犻狕犲 狘犛犿狘;狋犺犲狀犕犪狓犻犿犻狕犲 1-∏狌犻
∈犛犿
(1- 犻)
狊.狋. 1-∏狌犻∈犛犿(1- 犻)≥狏犻 犻=ε犻·犘犻;
犛犿∈珡烅烄

犝(9
)式中:|犛犿|代表协作完成任务的用户组集合的实际大小,即该用户组中的实际用户数量,由于犛犿是由狌狀的
任务潜在执行者构成,因此犛犿是珚犝的子集;ε犻代表用户
狌犻完成历史任务获得的信誉值;犘犻代表向用户狌犻分配
的某一任务完成后,在该任务失效之前遇到用户狌狀的具体概率值; 犻代表用户狌犻独自完成该任务后,成功将有效结果返回的具体概率值(RUD值);1-∏狌
犻∈犛犿(1- 犻)
代表用户组中所有用户协作共同完成任务时,在任务失效之前,组员成功返回任务有效结果的概率值,其中(1- 犻)代表用户狌犻在任务失效之前未能对任务结果进行传达的概率,
或尽管传回该任务结果,但对于任务发布者而言该任务结果为无效的概率,∏狌犻∈犛犿
(1- 犻)代表用户组中没有成员能够返回任务有效结果的概率[
11
]。

因此,按照上述算法进行用户在线随机任务分配,能够满足任务执行者的用户集合最小,且任务完成概率大于任务成功率最低阈值。

1.2 任务控制
任务控制包括质量控制、成本控制和时间控制。

质量控制负责将最有益于任务答案质量内容的部分分配给用户,
可信度增益和信息增益可作为衡量用户对任务有效分配的重要指标[12]。

分配任务时,利用信息
熵对任务答案在分布上的不确定性进行描述,任务答案的对应信息熵可以用下式表示:
犎(狋′)=-∑犪∈犔狋′
犘(犪)lg
犘(犪)(10
)式中:犎(狋′)为任务答案的对应信息熵;犘(犪)为任务选项犪是正确答案的概率;犔狋′为任务狋′感兴趣的任务集合。

根据式(10),可获取任务答案的可信度犎′(狋′)。

犎′(狋′)=max犪∈犔狋′
犘(犪)犎(狋′)
(11
)根据式(11),可计算出可信度增益犆犎′(狉狌)。

犆犎′(狉狌)=犎′(狉0)-犎′(狉狌)
(12)式中:犎′(狉0)为用户狌未回答狋′任务时任务答案的可信度;犎′(狉狌)
为用户狌回答狋′任务时任务答案的可信度[
13]。

信息增益犐犌(狉狌)
的计算公式为:犐犌(狉狌)=犎(狉0)-犎(狉狌)
(13)式中:犎(狉0)为用户狌未回答狋′任务时对应任务答案的信息熵;犎(狉狌)
为用户狌回答狋′任务时对应任务答案的信息熵。

成本控制采取任务剪枝方式,具体操作为:预处理任务,剪枝解决效果较好的任务,留下需要用户回答的
任务[14]。

时间控制采用的方式为:提高任务报酬,吸引用户
做任务[15]。

1.3 在线随机任务分配的实现
本文根据任务控制结果设计在线随机任务分配算法。

设计的在线随机任务分配算法可分为随机任务分配计划、随机任务分配实行、随机任务分配完成和随机
任务分配反思四部分[
16]。

·
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中原工学院学报
2020年 第31卷
(1
)随机任务分配计划:在线随机任务分配前,在未知环境下需做好前期准备工作,指定任务数量、分配到任务的人员等信息。

请求者将任务传送给用户,保障任务的传送时间。

(2
)随机任务分配实行:当用户接受任务时,将根据自己空闲的资源数量来处理任务。

当每个移动用户接受任务时,将判断其资源是否能够处理任务,从而确定任务的处理时间,并按照随机任务分配计划,实行具体措施。

(3
)随机任务分配完成:在随机任务分配完成阶段,以较低的成本或者代价在移动设备上执行任务,且通过无线网络传回执行后的任务结果,完成随机任务分配。

(4
)随机任务分配反思:随机任务分配完成后,对任务分配结果可信度较高的情况,及时总结优势,对任务分配结果可信度不高的情况及时反思。

2 实验结果及分析
2.1 参数设置
为验证本文提出的面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法的性能,对该算法进行了实验。

实验中涉及的相关参数设置如表1所示。

为避免出现实验结果过于单一的问题,本文配置了两组数据进行了对比实验,
具体配置如表2所示。

表1 算法中涉及的参数设置
序号参数参数表示
数值范围1用户数量狀100~2002总任务/个|犠|0~2003用户相遇指数λ0.1~14各任务的对应有效期限/h
狋5~265用户信誉值ε0.1~16
成功率最低阈值

0.5~1
表2 两组实验的具体配置
组别用户数量总任务/个成功返回平均阈值
任务最低有效时间/h
任务最高有效时间/h
第1组1002000.8525第2组
200
200
0.9

26
为验证本文算法的可信度,
对比了本文算法、基于Carrel平台的在线随机任务分配算法[1]

面向移动群智感知的位置相关在线多任务分配算法[2]
在可信度阈
值0.52~0.82范围内的两组任务答案的平均可信度。

任务答案平均可信度的计算公式为:
犆狅狀=

狌∈犝
犆狌
狘犠狘
(14
)式中:犆狅狀为任务答案的平均可信度;犆狌为任务狌答案的实际可信度;|
犠|为总任务数。

2.2 结果分析
本文算法、基于Carrel平台的在线随机任务分配算法、面向移动群智感知的位置相关在线多任务分配算法的2组对比实验的结果如图1、图2所示。

由图1可知,在初始时,各算法任务答案的平均可信度均为70%,当任务数达到200个时,第1组实验中各算法任务答案的平均可信度分别为98%、78%和80%,比初始时分别提高了28%、8%和
10%。

由图2可知,
在初始时,各算法任务答案的平均可信度均为70%,当任务数达到200个时,第2组实验中各算法任务答案的平均可信度分别为98%、
78%和78%,比初始时分别提高了28%、8%和8%。

2组实验结果表明,
本文算法的任务答案平均可信度均显著高于基于Carrel平台的在线随机任务分配算法和面向移动群智感知的位置相关在线多任务分配算法。

图1 第1组实验结果对比
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黄素叶:
面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法
图2 第2组实验结果对比
3 结论
本文提出的面向大规模数据决策的在线随机任务分配算法的可信度达到98%,且显著高于基于Carrel平台的在线随机任务分配算法和面向移动群智感知的位置相关在线多任务分配算法,
本文算法在在线随机任务分配方面具有良好的应用价值。

本文研究中,仅对大规模数据决策的任务随机分配问题进行了研究,而未考虑小规模数据决策的任务随机分配方面的问题。

今后我们将利用小规模数据决策方法对任务进行随机分配,以此完善本文算法的适用性。

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作者简介:黄素叶(1974-),男,讲师,硕士,主要研究方向为计算机算法分析与设计。

E mail:24097369@qq
.com(责任编辑:苏安婕)
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犗狀犾犻狀犲狉犪狀犱狅犿狋犪狊犽犪狊狊犻犵狀犿犲狀狋犪犾犵狅狉犻狋犺犿犳狅狉犾犪狉犵
犲 狊犮犪犾犲犱犪狋犪犱犲犮犻狊犻狅狀HUANGSuy
e(SchoolofInformationandManufacturing,MinXiVocational&TechnicalCollege,Longy
an364021,China)犃犫狊狉狋犪犮狋: Inordertosolvetheproblemthattheaveragereliabilityofonlinerandomtaskassig
nmentislowintherang
eof0.52~0.82,anonlinerandomtaskassignmentalgorithmforlarge scaledatadecision makingisproposed.Firstly,eachuserandtaskisdescribedbasedonlarge scaledatadecision makingtorealizetheoveralltaskdescrip
tion.Then,ittakesqualitycontrol,costcontrolandtimecontrolastaskcontrolcontenttorealizeonlinerandomtaskcontrol.Finally,accordingtotheresultsoftaskcontrol,anonlinerandomtaskallocationalgorithmisdesigned,andthealgorithmiscomparedwiththeonlinerandomtaskallocationalgorithmbasedonCarrelplatformandthelocationdependentonlinemulti taskallocationalg
orithmformobileswarmintelligenceperception.Theresultsshowthat:undertheconditionofrandomtaskallocation,theaveragereliabilityo
fthetaskansweris98%whenthenumberoftasksis200,anditissignificantlyhigherthantheabovetwoalgorithms,sothealgorithmhasbetterapplicationperformanceintaskallocationapp
lication.犓犲狔狑狅狉犱狊: large scaledatadecision;onlinerandomtask;assignmentalgorithm;mobileresources;userencounterindex
(上接第10页)
犈狓狆犾狅狉犪狋犻狅狀犪狀犱狆狉犪犮狋犻犮犲狅犳狋犺犲犮狅狀狊狋狉狌犮狋犻狅狀狅犳狋犲犪犮犺犻狀犵狇狌犪犾犻狋狔
犪狊狊狌狉犪狀犮犲狊狔狊狋犲犿犻狀狌狀犻狏犲狉狊犻狋犻犲狊犫犪狊犲犱狅狀犗犅犈犮狅狀犮犲狆
狋LIChunguang1,ZHANGMing2,LIZong
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(1.EducationandTeachingQualityEvaluationCenter,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zheng
zhou450007,China;2.CollegeofScience,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zheng
zhou450007,China)犃犫狊狋狉犪犮狋: Inviewoftheproblemsexistingintheteachingqualityassurancesystemofdomesticcolleg
esanduniversities,guidedbytheideaofOutcomeBasedEducation(OBE),thispaperdesignstheteachingquality
assurancesystemofcollegesanduniversitiesfromtheaspectsofteachingqualitystandardsetting,organization alframeworkconstruction,mechanismguaranteeoperation,etc.,andcarriesoutthepracticethroug
hthemethodsof“management”,“evaluation”,“supervision”and“inspection”.Afteryearsofpractice,theteachingqualityassurancesystemrunswell,whichpromotestheimprovementofteachingqualityandschoolrunning
level,andprovidesexperiencefortheexplorationofteachingqualityassurancesystemconstructioninlocalcolleg
esanduniversities.犓犲狔狑
狅狉犱狊: highereducation;qualityassurance;outcome based;outcome basededucation·
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