Mạng nơ ron Kohonen và ứng dụng phân loại sản phẩm

Kích thước: px

Bắt đầu hiển thị từ trang:

Download "Mạng nơ ron Kohonen và ứng dụng phân loại sản phẩm"

Đỗ Đặng
5 năm trước
Lượt xem:

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ TÂM MẠNG NƠ RON KOHONEN VÀ ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, năm 2015

2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS Lê Bá Dũng - Viện CNTT - Viện KH và CN Việt nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Đại học Thái Nguyên, các thầy cô Viện Công nghệ thông tin đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè những người đã động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt hai năm học. NGUYỄN THỊ TÂM MẠNG NƠ RON KOHONEN VÀ ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số chuyên ngành: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS LÊ BÁ DŨNG Thái Nguyên, tháng 6 năm 2015

3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn này do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và thực hiện. Trong luận văn tôi có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo. Người viết luận văn Nguyễn Thị Tâm

4 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS Lê Bá Dũng - Viện CNTT - Viện KH và CN Việt nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Đại học Thái Nguyên, các thầy cô Viện Công nghệ thông tin đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè những người đã động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt hai năm học.

5 i MỤC LỤC MỤC LỤC... i DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT... iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ... v MỞ ĐẦU... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NƠRON VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN CỤM DỮ LIỆU Mạng nơron sinh học Cấu trúc một nơron sinh học Hoạt động của nơron sinh học Mạng nơron nhân tạo Cấu trúc và mô hình của một nơron nhân tạo Mô hình của mạng nơron nhân tạo Mạng nơron một lớp Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp Mạng Hopfield Các luật học Quy tắc học của mạng nơron nhân tạo Học có giám sát Học không giám sát Học tăng cường Một số phương pháp phân cụm dữ liệu Phân cụm và các thành phần trong phân cụm dữ liệu Phương pháp phân cụm phân cấp... 17

6 ii Phương pháp phân cụm phân hoạch Phương pháp phân cụm dựa trên mật độ Phân cụm dữ liệu dựa trên lưới Phân cụm dữ liệu dựa trên sự ràng buộc Chương 2: PHÂN CỤM DỮ LIỆU SỬ DỤNG MẠNG SOM Thuật toán phân cụm dữ liệu Thuật toán phân cụm tuyến tính không giám sát Thuật toán phân cụm K-mean Thuật toán phân cụm Fuzzy C-means Thuật toán phân cụm phân cấp Thuật toán phân cụm chất lượng ngưỡng Thuật toán phân cụm phi tuyến tính không giám sát Thuật toán phân cụm MST (Minimum spanning tree) Thuật toán phân cụm dữ liệu Kernel K-mean Thuật toán phân cụm dựa trên mật độ DBSCAN Mạng nơron Kohonen (SOM) Giới thiệu về mạng Kohonen (SOM) Cấu trúc của SOM Khởi tạo SOM Huấn luyện SOM Tỉ lệ học Hàm lân cận Cập nhật trọng số... 38

7 iii Xác định nơron chiến thắng Bảo toàn cấu trúc liên kết SOM sử dụng trong phân cụm dữ liệu SOM phân cụm với bản đồ một chiều SOM phân cụm với bản đồ 2 chiều Phân cụm trong không gian bản đồ Phân cụm trong không gian trọng số Xác định ranh giới các cụm Trực quan mạng Chương 3: ỨNG DỤNG MẠNG KOHONEN (SOM) TRONG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Phát biểu bài toán Mạng Kohonen cho phân loại sản phẩm Cấu trúc mạng Chuẩn bị dữ liệu Mô hình mạng Kohonen Chương trình thực thi quá trình phân loại sản phẩm Kiểm tra quá trình tính toán Đánh giá kết quả Đề xuất phương án triển khai kỹ thuật cho phân loại sản phẩm hạt cà phê TÀI LIỆU THAM KHẢO... 64

8 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT SOM (Self-Organizing Maps) PE (Processing element) U-matrix (unified distance matrix) EM (Expectation maximization) MST (Minimum spanning tree) BMU (Best Matching unit) DBSCAN (Density Based Spatial Clustering of Applications with Noise) Mạng nơron tự tổ chức Phần tử xử lý Ma trận thống nhất khoảng cách Thuật toán tối đa hóa Thuật toán tối thiểu cây mở rộng Đơn vị phù hợp nhất Phân cụm dữ liệu dựa trên không gian mật độ ứng dụng với nhiễu DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Đầu vào, đầu ra và độ lớn dữ liệu hoa Iris Bảng 3.2: Kết quả phân loại hoa Iris Bảng 3.3: Kết quả hạt cà phê sau khi phân loại Bảng 3.4: Dữ liệu về độ dài, độ rộng, độ dày và màu sắc cà phê... 61

9 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình nơron sinh học... 4 Hình 1.2: Mô hình một nơron nhân tạo... 5 Hình 1.3: Đồ thị các dạng hàm truyền... 7 Hình 1.4: Mạng nơron 3 lớp... 8 Hình 1.5: Một số dạng mạng nơron Hình 1.6: Cấu trúc mạng Hopfield Hình 1.7: Học có giám sát Hình 1.8: Học không giám sát Hình 2.1: Sơ đồ khối thuật toán K-mean Hình 2.2: Cấu trúc của mạng SOM Hình 2.3: Cập nhật BMU và lân cận của nó với mẫu đầu vào x Hình 2.4: Hàm tỉ lệ học theo thời gian Hình 2.5: Giá trị của hàm lân cận Gausian(a) và hàm Bubble(b) Hình 2.6: Bảo toàn cấu trúc liên kết các cụm Hình 3.1. a: Thực phẩm trước khi được phân loại Hình 3.1.b. Phân loại thực phẩm theo các thuộc tính sử dụng mạng Kohonen Hình 3.2: Sơ đồ khối thuật toán quá trình phân loại sản phẩm Hình 3.3: Thuật toán phân cụm sản phẩm Hình 3.4: Kết quả gom cụm sản phẩm hoa iris theo độ dài rộng của đại hoa và cánh hoa Hình 3.5: Hình ảnh cà phê sau khi thu hoạch... 57

10 ii Hình 3.6: Kết quả gom cụm sản phẩm hạt cà phê theo độ dài, độ rộng, bề dày, mà sắc của nhân hạt cà phê... 62

Tài liệu tương tự

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung của luận văn này hoàn toàn được hình thành và phát triển từ quan điểm của chính cá nhân tôi, dưới

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung của luận văn này hoàn toàn được hình thành và phát triển từ quan điểm của chính cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của PGS.TS Lê Bá Dũng. Các số