uftai-ve-tai-day28698-đã chuyển đổi

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN VIỆT ANH Nguyễn Việt Anh HỆ THỐNG THÔNG TIN NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN LOẠI HÀNH VI BỊ SỬ DỤNG THUẬT TỐN CÂY QUYẾT ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hệ thống thông tin 2021 Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Việt Anh NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM PHẦN MỀM PHÂN LOẠI HÀNH VI BỊ SỬ DỤNG THUẬT TỐN CÂY QUYẾT ĐỊNH Chun ngành: Hệ thống thông tin Mã số: ITT801 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN ĐỨC NGHĨA Hà Nội – tháng năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu luận văn cơng trình nghiên cứu dựa tài liệu, số liệu tơi tự tìm hiểu nghiên cứu Chính vậy, kết nghiên cứu đảm bảo trung thực khách quan Đồng thời, kết chưa xuất nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực sai tơi hồn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Nguyễn Việt Anh LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tình cảm đặc biệt tới ngƣời thầy đồng thời đồng nghiệp nơi công tác TS Trần Đức Nghĩa Thầy ngƣời ln theo sát, tận tình bảo, góp ý, hƣớng dẫn định hƣớng cho tơi suốt trình làm luận văn Học Viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Nghiên cứu đƣợc thực khuôn khổ đề tài mã số KC.01.21/16-20 tài trợ Bộ Khoa học Công nghệ Tiếp theo, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô, bạn Học Viện Khoa học Công nghệ; anh chị đồng nghiệp Viện Công nghệ Thông tin sẵn sàng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho trình làm luận văn Tơi xin cảm ơn hỗ trợ nhóm nghiên cứu tiềm Cảm nhận thông minh ứng dụng (SSA), Trƣờng đại học Phenikaa Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian thực luận văn có hạn, nên luận văn cịn nhiều hạn chế Tơi mong nhận đƣợc nhiều góp ý, bảo thầy, để hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng năm 2021 Học viên Nguyễn Việt Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Yêu cầu thực tiễn 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Các nghiên cứu liên quan 10 2.2 Giới thiệu học máy 10 2.3 Các thuật toán phân loại phổ biến 11 2.3.1 K-Nearest Neighbors (k-NN) 11 2.3.2 Support Vector Machines 13 2.3.3 Decision Tree 13 2.3.4 Random Forest 16 2.3.5 Gradient Boosted Decision Tree 17 2.4 Ngôn ngữ lập trình Python 17 2.4.1 Đặc điểm chung mạnh 17 2.4.2 Thƣ viện scikit-learn cho học máy 18 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ .19 3.1 Quy trình đề xuất 19 3.2 Gia tốc kế trục phần cứng cảm biến 20 3.3 Lấy mẫu liệu tiền xử lý 22 3.4 Kết đánh giá 25 3.5 Nhận xét 29 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM QUẢN LÝ VÀ PHÂN LOẠI DỮ LIỆU HÀNH VI 31 4.1 Nhu cầu mục tiêu 31 4.2 Yêu cầu kỹ thuật 31 4.3 Giải pháp phân tích lựa chọn 32 4.3.1 Kiến trúc vật lý hệ thống 33 4.3.2 Ngôn ngữ Python tảng phát triển 34 4.3.3 Giải pháp quản trị sở liệu Posgresql 34 4.3.4 Mơ hình MVC xây dựng phần mềm thử nghiệm 35 4.3.5 Xử lý tác vụ chạy với Celery Redis 36 4.3.6 Kiến trúc logic tổng thể phần mềm thử nghiệm 38 4.4 Thiết kế chức hệ thống 39 4.4.1 Quản trị ngƣời sử dụng 39 4.4.2 Quản lý thông tin trang trại 41 4.4.3 Quản lý thơng tin bị sữa 42 4.4.4 Quản lý thông tin liệu huấn luyện mô hình 44 4.4.5 Quản lý liệu suy luận kế phân loại 45 4.5 Giao diện chức sử dụng 46 4.5.1 Quản lý ngƣời dùng 46 4.5.2 Quản lý thông tin trang trại 47 4.5.3 Quản lý cá thể bò sữa liệu 48 4.5.4 Quản lý liệu huấn luyện mô hình huấn luyện 48 4.5.5 Quản lý liệu suy luận kết phân loại 50 4.5.6 Thống kê kết 52 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1: Mơ hình thuật toán k-NN 12 Hình 2-2: Mơ hình thuật tốn SVM 13 Hình 2-3: Mơ hình thuật tốn định 14 Hình 2-4: Mơ hình thuật tốn Random Forest 16 Hình 3-1: Mơ hình thuật toán học máy để phân loại hành vi 19 Hình 4-1: Kiến trúc vật lý hệ thống 33 Hình 4-2: Mơ hình MVC 35 Hình 4-3: Hàng đợi tác vụ xử lý khơng đồng 37 Hình 4-4: Nguyên lý hoạt động Celery Redis tảng Django .37 Hình 4-5: Kiến trúc logic tổng thể phần mềm thử nghiệm 38 Hình 4-6: Sơ đồ usecase nhóm chức quản trị ngƣời dùng 39 Hình 4-7: Sơ đồ usecase nhóm chức quản lý trang trại 41 Hình 4-8: Sơ đồ usecase quản lý thơng tin bị sữa 42 Hình 4-9: Sơ đồ usecase nhóm chức quản lý liệu huấn luyện .44 Hình 4-10: Sơ đồ usecase nhóm chức quản lý liệu suy luận 45 Hình 4-11: Danh sách ngƣời dùng .46 Hình 4-12: Chức liệt kê trang trại 47 Hình 4-13: Chức thêm, sửa, xóa trang trại 47 Hình 4-14: Chức liệt kê danh sách cá thể bò sữa .48 Hình 4-15: Chức thêm, sửa, xóa cá thể bị sữa 48 Hình 4-16: Huấn luyện mơ hình cho cá thể bò sữa 49 Hình 4-17: Danh sách tập liệu huấn luyện 49 Hình 4-18: Lịch sử kết tác vụ huấn luyện mơ hình phân loại 50 Hình 4-19: Danh sách tập liệu phân loại đƣợc tải lên thủ cơng .50 Hình 4-20: Tải lên liệu phục vụ phân loại hành vi 51 Hình 4-21: Kết suy luận từ liệu tải lên 51 Hình 4-22: Thống kê hành vi cá thể bò sữa ngày gần .52 DANH MỤC BẢNG BIỂU ảng 3-1: Ví dụ ghi sau chia đoạn 23 ảng 3-2: Số lƣợng liệu thu đƣợc hành vi 24 ảng 3-3: Các phƣơng pháp trích chọn đặc trƣng 25 ảng 3-4: So sánh độ rõ chung mơ hình phân loại 27 ảng 3-5: Ma trận nhầm lẫn thuật toán G DT hành vi cụ thể liệu J Wang 28 ảng 3-6: Ma trận nhầm lẫn thuật toán G DT hành vi cụ thể liệu tự thu thập 28 ảng 3-7: Hiệu suất tổng thể mơ hình G DT hành vi liệu Jun Wang 29 ảng 3-8: Hiệu suất tổng thể mơ hình G DT hành vi liệu tự thu thập 29 ảng 4-1: Mơ tả thành phần thiết kế chƣơng trình thử nghiệm 38 DANH MỤC VIẾT TẮT GDBT Gradient Boosted Decision Tree k-NN K-Nearest Neighbors SVM Support Vector Machine RF Random Forest MVC Model – View – Controller CSDL Cơ sở liệu DBMS Database Management System API Application Programming Interface CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Yêu cầu thực tiễn Trong chăn nuôi ngày nay, vấn đề sức khoẻ gia súc có liên quan trực tiếp đến sản lƣợng Đối với đàn bò sữa, để trì sức khỏe sản lƣợng sữa chất lƣợng cao vàchức sinh sản, ngƣời chăn nuôi phải đảm bảo điều kiện tốt [1] Một biểu dễ nhận thấy sức khoẻ gia súc biểu hành vi chúng Hành vi yếu tố quan trọng để đánh giá sức khoẻ tình trạng sức khoẻ bò sữa [2] Gia súc thay đổi hành vi chúng để đối phó với yếu tố nhƣ chấn thƣơng, bệnh dịch thay đổi môi trƣờng xã hội [3] Việc đánh giá hành vi chủ yếu thông qua kinh nghiệm ngƣời chăn nuôi, nhƣng khó phát cách tập trung trực quan, đặc biệt đàn gia súc lớn thiếu thời gian lao động [4] Một phƣơng pháp xác, nhanh chóng chi phí thấp để theo dõi mơ hình hành vi nhƣ biện pháp hỗ trợ việc đánh giá sức khỏe phúc lợi bị có lợi Sử dụng cảm biến đeo thể cung cấp giải pháp khả thi cho vấn đề này, cho phép theo dõi hành vi đàn gia súc đo lƣờng quy mô lớn, nhiên điều thành cơng đầu cảm biến đƣợc diễn giải xác theo thời gian thực Theo dõi hành vi gia súc cách sử dụng cảm biến trở thành giải pháp phổ biến chƣơng trình quản lý trang trại chọn lọc di truyền [4] Cách tiếp cận tập trung nhiều vào sức khoẻ hiệu suất cá thể cách tiếp cận dựa bầy đàn truyền thống Tuy nhiên, việc thu thập giải thích liệu thu đƣợc từ cảm biến nhằm mô tả loại hành vi cá thể mang lại thách thức nghiêm trọng cho nhà phát triển ài toán liên quan đến độ phức tạp hành vi (tức số hành vi có chứa cử tƣơng tự), đến việc trích xuất tính liên quan cho phép phân biệt hành vi, việc mát liệu đặc trƣng cho cảm biến phát không dây, việc xử lý liệu để đối phó với nhiễu vốn có phép đo thu thập [5] ... thái thƣờng: Gia súc di chuyển với tốc độ chậm • Trạng thái nhanh: Gia súc di chuyển với tốc độ nhanh (đang chạy) Trong gia tốc kế bao gồm chuyển đổi ADC 12bit để thay đổi điện áp thành liệu số,... đơn lẻ hoạt động tốt phần liệu Sự khác biệt đạt đƣợc cách thêm vào biến đổi ngẫu nhiên trình xây dững định riêng Việc biến đổi ngẫu nhiên diễn theo hai cách Đầu tiên, liệu đƣợc sử dụng để xây dựng... ngoặc để lập mục Đây lợi cho lập trình viên, ngƣời phải thực thuật tốn xử lý tín hiệu xuất bản, chuyển đổi mã từ ngôn ngữ sang ngôn ngữ khác làm việc nhiều ngôn ngữ [18] 2.4.2 Thư viện scikit-learn