基于GIS、模糊逻辑和专家知识的土壤制图及其在中国应用前景 被引量：53

1

作者 朱阿兴 李宝林 +5 位作者 杨琳 裴韬 秦承志 张甘霖 蔡强国 周成虎 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期844-851,共8页

详细的土壤空间与属性的信息已成为环境模型和土地管理的基本参数,传统的以类别多边形和手工编制为基础的传统土壤制图效率低精度也较差。本文基于GIS、模糊逻辑和专家知识,建立了土壤一环境推理模型(SoLIM),通过基于土壤一环境关系模... 详细的土壤空间与属性的信息已成为环境模型和土地管理的基本参数,传统的以类别多边形和手工编制为基础的传统土壤制图效率低精度也较差。本文基于GIS、模糊逻辑和专家知识,建立了土壤一环境推理模型(SoLIM),通过基于土壤一环境关系模型的土壤相似度模型与对该模型进行赋值的推理技术来编制土壤图,从而克服了传统土壤制图中的简化。通过两个小区的研究表明,与传统土壤制图相比,通过SoLIM得出的土壤信息在空间详细度和属性精确度都有较大的提高,也能够大量减少调查的时问和经费,从而大大提高土壤调查的效率。SoLIM方法在我国推广十分必要且具有一定的条件,但仍需要进一步完善。 展开更多

关键词 土壤-环境推理模型 GIS 模糊逻辑 专家知识 土壤制图

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土壤时空变化研究的进展与未来 被引量：48

2

作者 张甘霖 史舟 +8 位作者 朱阿兴 王秋兵 吴克宁 史志华 赵永存 赵玉国 潘贤章 刘峰 宋效东 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1060-1070,共11页

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并... 理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。 展开更多

关键词 土壤地理学 土壤发生学 土壤形态学 土壤调查 土壤制图 土壤光谱

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应用模糊c均值聚类获取土壤制图所需土壤-环境关系知识的方法研究 被引量：45

3

作者 杨琳 朱阿兴 +5 位作者 李宝林 秦承志 裴韬 刘宝元 李润奎 蔡强国 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期784-791,共8页

在没有土壤普查专家及土壤图的地区,获取土壤环境间关系的知识是基于知识进行预测性土壤制图中的关键问题。本文建立了一套应用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means,FCM)获取土壤环境间关系知识的方法:得到对土壤形成发展具有重要作用的环境因子... 在没有土壤普查专家及土壤图的地区,获取土壤环境间关系的知识是基于知识进行预测性土壤制图中的关键问题。本文建立了一套应用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means,FCM)获取土壤环境间关系知识的方法:得到对土壤形成发展具有重要作用的环境因子,建立环境因子数据库;对环境因子进行模糊聚类,得到环境因子组合隶属度分布图;根据隶属度值确定野外采样点;将环境因子组合与土壤类型对应,进而提取土壤-环境关系知识。为检验该方法的有效性,应用所得知识进行土壤制图,通过独立采样点对土壤图进行精度评价。本文在黑龙江鹤山农场一个研究区的应用结果表明,该方法仅需要少量的野外采样即可获得有效的土壤-环境关系知识,为预测性土壤制图提供必需的依据,同时也显著提高了野外采样的效率。 展开更多

关键词 预测性土壤制图 土壤-环境关系知识 模糊c均值聚类方法(FCM) 环境因子组合 土壤-环境推理模型(SoLIM)

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运用模糊隶属度进行土壤属性制图的研究--以黑龙江鹤山农场研究区为例 被引量：35

4

作者 杨琳 朱阿兴 +3 位作者 秦承志 李宝林 裴韬 刘宝元 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期9-15,共7页

通过传统土壤类型图所得的土壤属性图已不能满足精准农业和生态环境模型所需土壤属性的精度,而目前应用较多的统计方法和地统计方法均存在一定的局限性。鉴于此,本文探索了一种采用模糊聚类获取模糊隶属度进行土壤属性制图的方法。首先... 通过传统土壤类型图所得的土壤属性图已不能满足精准农业和生态环境模型所需土壤属性的精度,而目前应用较多的统计方法和地统计方法均存在一定的局限性。鉴于此,本文探索了一种采用模糊聚类获取模糊隶属度进行土壤属性制图的方法。首先,采用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means clustering,FCM)方法对环境因子进行聚类,通过野外采样(称为建模点)建立土壤-环境关系知识;然后,计算区域内各像元点对土壤类型的模糊隶属度;最后,对模糊隶属度采用加权平均的方法获取土壤属性值。将该方法应用于黑龙江鹤山农场老莱河流域的研究小区,以土体厚度和表层有机质为例进行土壤属性制图。为了评价该方法的有效性,将其与采用环境因子所建立的多元线性回归模型进行比较,通过野外验证点集评价两种模型所得的土壤属性,评价指标为观测值和预测值的相关系数、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和准确度(AC)。结果表明,尽管通过建模点建立的多元线性回归方程R2较大,但该方程并不适用于研究区内的其他样本点,这表明多元线性回归方法在该区具有一定的局限性。与之相比,模糊隶属度加权平均的方法则可以通过较少的建模点得到更好的预测效果。 展开更多

关键词 模糊C均值聚类 模糊隶属度 土壤属性制图 加权平均 多元线性回归

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一种基于样点代表性等级的土壤采样设计方法 被引量：44

5

作者 杨琳 朱阿兴 +2 位作者 秦承志 李宝林 裴韬 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期938-946,共9页

采样设计是获取土壤空间分布信息的关键环节,直接影响到土壤制图的精度。目前常用的采样设计方法大多存在着设计样本量大、采样效率不高的问题。当可投入资源难以完成一次性大量采样时,采样往往需要多次、分批进行。然而现有分批采样方... 采样设计是获取土壤空间分布信息的关键环节,直接影响到土壤制图的精度。目前常用的采样设计方法大多存在着设计样本量大、采样效率不高的问题。当可投入资源难以完成一次性大量采样时,采样往往需要多次、分批进行。然而现有分批采样方法多考虑各批采样点在地理空间的互补性,可能造成样本点在属性空间的重叠,影响采样资源的高效利用。鉴于此,本研究通过对与土壤在空间分布具有协同变化的环境因子进行聚类分析,寻找可代表土壤性状空间分布的不同等级类型的代表性样点,建立一套基于代表性等级的采样设计方法。将该采样方法应用于位于黑龙江省嫩江县鹤山农场的研究区,利用所采集的不同代表性等级的样点进行数字土壤制图并进行验证,探讨采样方案与数字土壤制图精度的关系,以评价本文所提出的采样方法。结果表明,通过代表性等级最高的少量样点可获取研究区的大部分主要土壤类型(中国土壤系统分类的亚类级别),且制图精度较高;随着代表性等级较低样点的加入,土壤图精度提高;但当样点增加到一定数量时,土壤图的精度变化不大。因此,与样点数相比,样点的代表性高低对制图精度的影响更大。该方法所提出的代表性等级可以为样点采集顺序提供参考,有助于设计高效的逐步采样方案。 展开更多

关键词 采样设计 样点代表性等级 模糊聚类 数字土壤制图

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基于样点个体代表性的大尺度土壤属性制图方法 被引量：24

6

作者 刘京 朱阿兴 +1 位作者 张淑杰 秦承志 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期12-20,共9页

大空间尺度范围的土壤属性分布信息是陆地表层过程模拟的基础信息。基于野外样点进行空间插值是获得土壤属性空间分布信息的重要手段。现有的空间插值方法通常要求所用样点对研究区土壤属性空间分布规律具有良好的全局代表性。然而,受... 大空间尺度范围的土壤属性分布信息是陆地表层过程模拟的基础信息。基于野外样点进行空间插值是获得土壤属性空间分布信息的重要手段。现有的空间插值方法通常要求所用样点对研究区土壤属性空间分布规律具有良好的全局代表性。然而,受采样经费和野外采样条件的限制,所采集的样点往往难以全面地反映研究区土壤属性的空间分布规律。基于这样的样点用现有空间插值方法得到的土壤属性分布图通常精度较低,并且由样点全局代表性差带来的推测不确定性也无法得到度量。为了合理利用这些已采集的但全局代表性不好的样点,本文提出了基于样点"个体代表性"推测土壤属性空间分布并度量推测不确定性的方法。该方法在两点环境条件越相似、土壤属性就越相似的假设下,认为每一样点可以代表与其环境条件相似的地区,并且代表程度可以由两点的环境相似度度量;通过分析环境相似度计算推测不确定性,并以环境相似度为权重计算样点可代表地区的土壤属性值。将该方法应用于推测新疆伊犁地区土壤表层有机质含量,经验证,本文方法能够有效地利用全局代表性差的样点推测样点能够代表地区的土壤属性空间分布,并且所得的推测不确定性与预测残差呈现正向关系,能够有效地指示推测结果的可靠程度。 展开更多

关键词 环境相似度 样点代表性 不确定性 土壤属性制图

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基于土壤-环境关系的更新传统土壤图研究 被引量：17

7

作者 杨琳 Fahmy Sherif +4 位作者 Jiao You Hann Sheldon 朱阿兴 秦承志 徐志刚 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1039-1049,共11页

传统土壤图是流域管理、生态水文模型所需土壤空间分布信息的主要数据源。然而,受传统制图技术和基础数据质量所限,传统土壤图的空间详细度和属性精确度并不高。随着地理信息技术的发展,如何利用可获取的高质量空间数据和现代空间分析... 传统土壤图是流域管理、生态水文模型所需土壤空间分布信息的主要数据源。然而,受传统制图技术和基础数据质量所限,传统土壤图的空间详细度和属性精确度并不高。随着地理信息技术的发展,如何利用可获取的高质量空间数据和现代空间分析技术来更新传统土壤图显得十分必要。基于传统土壤图中的土壤多边形与通过模糊聚类所得环境因子组合之间存在着对应关系这一假设,本文提出了一种从传统土壤图中提取土壤-环境关系知识并利用该知识更新传统土壤图的方法。该方法包括四个步骤:对环境数据进行模糊c均值聚类获取环境因子组合;利用传统土壤图建立环境因子组合与土壤类型间的对应关系;提取土壤-环境关系知识;进行土壤推理制图。将该方法应用于加拿大New B runsw ick省的W akefield研究区,以更新该区现有的1∶20 000的传统土壤图。应用结果表明:更新后的数字土壤图显示了更详细的空间分布信息;经野外独立验证点验证,所得土壤图(制图单元为土壤组合-排水等级)精度高出原土壤图约20%。因此,该方法是一种有效的更新传统土壤图的方法,可增加土壤图的空间详细度、提高土壤图的属性精确度。 展开更多

关键词 传统土壤图 土壤-环境关系知识 模糊C均值聚类 环境因子组合 土壤-环境推理模型(SoLIM)

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基于栅格分层的逐栅格汇流算法并行化研究 被引量：8

8

作者 刘军志 朱阿兴 +4 位作者 刘永波 秦承志 陈腊娇 吴辉 杨琳 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期123-129,共7页

分布式水文模型中的逐栅格汇流算法计算量大,需要借助并行计算以满足大流域长历时模拟的要求。针对目前鲜有对基于隐式有限差分的逐栅格汇流算法进行并行计算研究的情况,基于栅格分层的思想提出一种适用于共享内存并行计算环境的逐栅格... 分布式水文模型中的逐栅格汇流算法计算量大,需要借助并行计算以满足大流域长历时模拟的要求。针对目前鲜有对基于隐式有限差分的逐栅格汇流算法进行并行计算研究的情况,基于栅格分层的思想提出一种适用于共享内存并行计算环境的逐栅格汇流并行算法。该算法首先根据流向进行栅格分层,使同一层中栅格的计算相互独立,然后将同一层中栅格的计算任务分配到多个计算单元并行计算。采用C++编程语言与OpenMP并行编程库实现了该算法,并选择河北省清水河流域为实验区,在不同数据规模(30m、90m、270m分辨率)、不同核数(2～20个)以及不同栅格分层方法的情况下对算法性能进行了测试。实验结果表明本文提出的并行算法具有较好的加速比和并行效率,且并行效率随数据规模的增大而增大。栅格分层方法对算法并行性能有明显影响,从上到下的分层方法比从下到上的方法具有更高的并行效率。 展开更多

关键词 逐栅格汇流 隐式有限差分 栅格分层 并行计算 OPENMP

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土壤制图中多等级代表性采样与分层随机采样的对比研究 被引量：12

9

作者 杨琳 朱阿兴 +1 位作者 张淑杰 安艺明 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期28-37,共10页

采样设计是土壤地理研究中备受关注的重要问题。本文以区域尺度土壤属性制图为例,将多等级代表性采样与经典采样中的分层随机采样进行对比研究。以安徽宣城研究区的表层砂粒含量为目标要素,采集数量均为59个的两套样点,设计不同数量(46... 采样设计是土壤地理研究中备受关注的重要问题。本文以区域尺度土壤属性制图为例,将多等级代表性采样与经典采样中的分层随机采样进行对比研究。以安徽宣城研究区的表层砂粒含量为目标要素,采集数量均为59个的两套样点,设计不同数量(46、58和59)的样点分组,采用两种制图方法进行制图并利用独立验证点进行评价。结果表明:1)无论是采用多元线性回归方法还是基于环境相似度的制图方法,在同等样点数量下,利用代表性样点所得土壤图精度均高于利用随机样点所得精度,并且利用少量代表性样点(46个)所得土壤图精度也高于利用多量随机样点(59个)所得精度;2)随着代表性较低样点的增加,土壤制图精度基本有一个提高的趋势,而采用随机样点所得土壤图的精度波动较大。因此,可认为多等级代表性采样方法是一种可用于区域尺度土壤调查的有效采样方法,且比分层随机采样高效、稳定。 展开更多

关键词 土壤制图 土壤采样 多等级代表性采样 分层随机采样 区域尺度

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基于样点的数字土壤属性制图方法及样点设计综述 被引量：17

10

作者 张淑杰 朱阿兴 +1 位作者 刘京 杨琳 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期917-923,共7页

土壤剖面数据与土壤类型图按照某种原则进行连接是目前获取土壤属性空间分布信息的主要方法,这种传统的土壤属性制图方法以土壤专家的"经验"和手工描绘为基础,耗费资本高、生产周期长。数字土壤制图通过借鉴先进的空间信息处... 土壤剖面数据与土壤类型图按照某种原则进行连接是目前获取土壤属性空间分布信息的主要方法,这种传统的土壤属性制图方法以土壤专家的"经验"和手工描绘为基础,耗费资本高、生产周期长。数字土壤制图通过借鉴先进的空间信息处理技术和高分辨率地形数据的优势,能够快速地获取高精度、高分辨率的土壤属性空间变化信息,是一种精细、高效、经济的土壤属性制图技术。本文详细介绍了基于样点进行数字土壤属性制图的3种方法:①基于空间自相关的方法;②基于空间自相关和土壤-环境关系混合相关的方法;③基于土壤-环境关系的方法。同时,为保证样点能够全面地捕捉到研究区内土壤属性空间变异特征,以上3种方法都对样点的数量、分布或典型性提出了较为严格的要求,即样点应具有全局代表性。因此,如何设计样点成为数字土壤属性制图中的一个重要问题。依据样点设计过程中是否能够整合已有样点,本文将样点设计方案分为采样设计方案和补样设计方案两种,并对其分别进行了详细的综述。 展开更多

关键词 数字土壤属性制图 全局代表性 采样方案设计 补样方案设计

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CyberSoLIM:基于知识驱动的在线数字土壤制图原型系统 被引量：7

11

作者 江净超 朱阿兴 +3 位作者 秦承志 杨琳 刘峰 张淑杰 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1216-1220,共5页

土壤属性空间分布信息是进行土壤侵蚀、水文、生态和养分循环等地学模拟研究的重要基础信息，数字土壤制图是以定量土壤一景观模型为理论基础、以空间分析和数学方法为技术手段的土壤调查与制图方法，为快速地获取高精度、高分辨率的土... 土壤属性空间分布信息是进行土壤侵蚀、水文、生态和养分循环等地学模拟研究的重要基础信息，数字土壤制图是以定量土壤一景观模型为理论基础、以空间分析和数学方法为技术手段的土壤调查与制图方法，为快速地获取高精度、高分辨率的土壤分布信息提供了有效的途径。 展开更多

关键词 数字土壤制图 知识驱动 在线应用系统

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基于数据库驱动技术的土壤图注记自动配置系统的设计与实现 被引量：1

12

作者 雷秋良 朱阿兴 +4 位作者 武淑霞 张认连 徐爱国 张维理 孙福军 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期293-303,共11页

土壤注记是土壤图制图表达的重要内容,对于理解土壤的发生、分布具有重要意义。在基于全国第二次土壤普查资料进行大比例尺土壤图分幅制图过程中,若对拥有海量土壤空间信息的多分幅大比例尺土壤图实现注记表达,不可能再依赖于传统的制... 土壤注记是土壤图制图表达的重要内容,对于理解土壤的发生、分布具有重要意义。在基于全国第二次土壤普查资料进行大比例尺土壤图分幅制图过程中,若对拥有海量土壤空间信息的多分幅大比例尺土壤图实现注记表达,不可能再依赖于传统的制图方式生成注记。为了实现注记上图的自动化和以交互方式解决多个步骤判断问题,构建了土壤图注记自动配置系统。该系统采用图廓边界注记压盖检测与处理技术,解决了注记压盖图廓边界的问题;采用图层、分级码、要素对象的三级控制方法,实现了注记在图层级别上进行整个图层以及背景层注记的设置,在分级码级别上结合统计结果,实现了注记的条件判别与阈值过滤,在要素级别上实现了特殊要素注记的生成。基于数据库驱动技术并以人机交互的方式进行土壤图注记的自动化配置,实现了批量土壤图分幅注记的快速生成,不仅具有较强的灵活性,可适用于不同比例尺土壤图及其他类型地图的注记表达,而且大大提高了数据生产的效率和自动化处理程度。该研究为今后不同比例尺土壤图制图实现注记的自动化配置提供参考。 展开更多

关键词 土壤图 注记 自动配置 图层 分级码 要素 数据库驱动

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基于分融策略的土壤采样设计方法 被引量：9

13

作者 张磊 朱阿兴 +3 位作者 杨琳 秦承志 刘军志 刘雪琦 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1079-1090,共12页

采样设计方法在地理要素空间分布推测中起着关键作用。采集的样点数量尽可能少且推测精度较高通常是采样设计的目标。此外,高效合理的采样方案应保证较高的推测可信度,同时尽可能避免冗余样点。传统的采样方法大多依靠增加样点个数来提... 采样设计方法在地理要素空间分布推测中起着关键作用。采集的样点数量尽可能少且推测精度较高通常是采样设计的目标。此外,高效合理的采样方案应保证较高的推测可信度,同时尽可能避免冗余样点。传统的采样方法大多依靠增加样点个数来提高推测精度,且对样点集内部的冗余情况考虑较少。为获取更加高效合理的样点集,在环境条件越相似、地理要素越相似的假设下,通过环境相似度分析计算,得到样点的推测可信度和样点集内部的冗余度,并提出一种基于分融策略的样点设计方法。该方法在分化阶段将推测可信度低的样点进行分化,增加样点以降低推测不确定性,在融合阶段将环境条件过于相似的样点进行融合以降低冗余,通过多次分化融合最终使得推测可信度和冗余度均达到一定的预设标准,得到最佳样点方案。将该方法应用于美国Raffelson研究区的土壤采样,结果表明,该方法在分化阶段可以有效提高样点的推测可信度,在融合阶段能够有效去除冗余样点,最终可得到用于推测的高效样点。将本方法与传统的规则采样和分层随机采样进行对比,结果反映本方法获得的样点在同等数量下推测可信度更高,冗余度更低,更高效。 展开更多

关键词 采样方法 推测可信度 样点冗余度 土壤制图 土壤-环境关系

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基于关联规则的耕地质量评价数据检错方法研究——以广州市为例 被引量：9

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作者 邱小倩 胡月明 +2 位作者 朱阿兴 郭玉彬 沈晓文 《中国土地科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2020年第3期75-83,共9页

研究目的:从数据项之间关联关系的角度切入,探索一种新的耕地数据质量检错方法,以期更有效地提高耕地数据库的质量。研究方法:通过数据挖掘算法寻找耕地数据库中的关联关系,计算这些关联关系的发生频率,从中提取低频发生的关联关系作为... 研究目的:从数据项之间关联关系的角度切入,探索一种新的耕地数据质量检错方法,以期更有效地提高耕地数据库的质量。研究方法:通过数据挖掘算法寻找耕地数据库中的关联关系,计算这些关联关系的发生频率,从中提取低频发生的关联关系作为检测规则(关联规则),最后利用这些关联规则识别耕地数据库中的错误记录(包含或符合关联规则的耕地数据记录为错误记录)。研究结果:(1)该方法有能力识别耕地数据库中的错误,可以做到有效提高耕地参评数据库的正确性;(2)经计算,与耕地领域现有的传统数据检错方法相比,同等条件下该方法可将检错效率提高11倍,甚至更多;(3)该方法可以针对不同的数据库迅速挖掘关联规则,灵活地应对不同的耕地数据库和层出不穷的错误类型。研究结论:基于关联规则的耕地数据库质量检测方法高效、便捷,为耕地领域现有的数据检错方法开辟了一个新的角度和思路,可以在地学领域广泛应用。 展开更多

关键词 耕地数据质量检测 关联规则 数据挖掘 关联关系

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