Luận án tiến sĩ một số mở rộng của hệ suy diễn mờ phức cho bài toán hỗ trợ ra quyết định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LƯƠNG THỊ HỒNG LAN MỘT SỐ MỞ RỘNG CỦA HỆ SUY DIỄN MỜ PHỨC CHO BÀI TOÁN HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÁY TÍNH Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LƯƠNG THỊ HỒNG LAN MỘT SỐ MỞ RỘNG CỦA HỆ SUY DIỄN MỜ PHỨC CHO BÀI TOÁN HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 9.48.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Hoàng Sơn PGS.TS Nguyễn Long Giang Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả, hoàn thành hướng dẫn PGS.TS Lê Hoàng Sơn PGS.TS Nguyễn Long Giang Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2021 Tác giả luận án Lương Thị Hồng Lan LỜI CẢM ƠN Luận án hồn thành với nỗ lực khơng ngừng tác giả giúp đỡ từ thầy giáo hướng dẫn, bạn bè người thân Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lê Hoàng Sơn PGS.TS Nguyễn Long Giang Sự tận tình bảo, hướng dẫn động viên thầy dành cho tác giả suốt thời gian thực luận án kể hết Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo cán phận quản lý nghiên cứu sinh - Học viện Khoa học Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam), phận quản lý nghiên cứu sinh Viện Công nghệ thơng tin nhiệt tình giúp đỡ tạo mơi trường nghiên cứu tốt để tác giả hồn thành cơng trình Tác giả xin chân thành cảm ơn anh chị em Lab Tại Viện Công nghệ thông tin - Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Lab Tác giả xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, đồng nghiệp khoa Tốn, nơi tác giả cơng tác năm đầu nghiên cứu sinh; Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đồng nghiệp khoa Công nghệ thông tin, nơi tác giả công tác động viên, giúp đỡ tác giả cơng tác để tác giả có thời gian tập trung nghiên cứu hoàn thành luận án thời hạn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Bố, Mẹ, em gia đình, người ln dành cho tình cảm nồng ấm sẻ chia lúc khó khăn sống, ln động viên giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Cảm ơn gái ln ngoan ngỗn ủng hộ để mẹ tập trung nghiên cứu, hoàn thành luận án Luận án quà tinh thần mà trân trọng gửi tặng đến thành viên Gia đình Tơi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2021 Người thực Lương Thị Hồng Lan i MỤC LỤC Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ, đồ thị vii MỞ ĐẦU Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu 1.2 Vấn đề Hệ suy diễn mờ Hệ hỗ trợ định 1.3 Tổng quan nghiên cứu liên quan 10 1.3.1 Hệ suy diễn mờ 11 1.3.2 Các hệ phát triển dựa tập mờ phức 14 1.3.3 Các vấn đề tồn cần giải hệ CFIS 19 1.4 Cơ sở lý thuyết 20 1.4.1 Tập mờ 21 1.4.2 Tập mờ phức 21 1.4.3 Các phép toán tập mờ phức 24 1.4.4 Logic mờ phức 27 1.4.5 Độ đo mờ độ đo mờ phức 28 1.5 Dữ liệu thực nghiệm 30 1.5.1 Bộ liệu chuẩn 30 1.5.2 Bộ liệu thực- Bệnh gan Liver 31 1.5.3 Các độ đo đánh giá thực nghiệm 32 1.6 Kết Chương 33 ii Chương XÂY DỰNG HỆ SUY DIỄN MỜ PHỨC DẠNG MAMDANI (M-CFIS) 34 2.1 Giới thiệu 34 2.2 Đề xuất toán tử t-chuẩn t- đối chuẩn mờ phức 36 2.2.1 Toán tử t-chuẩn t-đối chuẩn 37 2.2.2 Toán tử t-chuẩn t-đối chuẩn mờ phức 38 2.2.3 Ví dụ minh họa hỗ trợ định 41 2.3 Hệ suy diễn mờ phức Mamdani (M-CFIS) 44 2.3.1 Đề xuất hệ suy diễn mờ phức Mamdani 44 2.3.2 Các lựa chọn sử dụng hệ suy diễn mờ phức Mamdani 45 2.3.3 Cấu trúc hệ suy diễn mờ phức Mamdani 47 2.3.4 Ví dụ số minh họa mơ hình suy diễn M-CFIS 49 2.3.5 Thử nghiệm đánh giá kết 51 2.4 Kết Chương 53 Chương TINH GIẢM HỆ LUẬT TRONG HỆ SUY DIỄN MỜ PHỨC MAMDANI (M-CFIS-R) 55 3.1 Giới thiệu 55 3.2 Đề xuất độ đo tương tự mờ phức 60 3.2.1 Độ đo tương tự mờ phức Cosine 61 3.2.2 Độ đo tương tự mờ phức Dice 62 3.2.3 Độ đo tương tự mờ phức Jaccard 63 3.3 Đề xuất mơ hình hệ suy diễn M-CFIS-R 64 3.3.1 Ý tưởng xây dựng mơ hình 64 3.3.2 Phần Training 65 3.3.3 Phần Testing 70 3.4 Thử nghiệm đánh giá kết 71 3.4.1 Kết thực nghiệm liệu UCI 71 3.4.2 Kết thực nghiệm liệu thực 73 iii 3.5 Kết Chương Chương 75 MỞ RỘNG HỆ SUY DIỄN MỜ PHỨC MAMDANI VỚI ĐỒ THỊ TRI THỨC (M-CFIS-FKG) 77 4.1 Giới thiệu 77 4.2 Một số mở rộng mơ hình M-CFIS-R 79 4.2.1 Hệ suy diễn mờ phức Sugeno Tsukamoto 79 4.2.2 Độ đo mờ phức dựa lý thuyết tập hợp 80 4.2.3 Tích phân mờ phức 86 4.3 Đề xuất mơ hình hệ suy diễn mờ phức M-CFIS-FKG 93 4.3.1 Ý tưởng xây dựng mơ hình 93 4.3.2 Xây dựng đồ thị tri thức mờ 95 4.3.3 Thuật toán suy diễn nhanh đồ thị tri thức mờ 96 4.3.4 Ví dụ minh họa hệ suy diễn mờ phức M-CFIS-FKG 98 4.4 Thực nghiệm đánh giá kết 103 4.4.1 Thực nghiệm 103 4.4.2 Kết thực nghiệm 104 4.5 Kết Chương 112 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 114 Những kết luận án 114 Hướng phát triển luận án 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 iv Kí hiệu viết tắt STT 10 11 12 13 14 15 16 17 Từ tắt FS CFS CFL FIS Tiếng anh Fuzzy Set Complex Fuzzy Set Complex Fuzzy Logic Fuzzy Inference System Complex Fuzzy Inference CFIS System Intituition Fuzzy Inference IFIS System Adaptive Neuro Fuzzy ANFIS Inference System Complex Neuro-Fuzzy CANFIS Inference System Adaptive Neuro Complex ANCFIS Fuzzy Inference System CNS Complex Neutrosophic Set Multicriteria decision MCDM making Fast Inference Search FISA Algorithm KG Knowledge Graph FKG Fuzzy Knowledge Graph Mamdani Fuzzy Inference M-FIS System Mamdani Complex Fuzzy M-CFIS Inference System Mamdani Complex Fuzzy M-CFIS-R Inference System Reduce Rule Diễn dải Tập mờ Tập mờ phức Logic mờ phức Hệ suy diễn Hệ suy diễn mờ phức Hệ suy diễn mờ trực cảm Hệ suy diễn mờ noron thích nghi Hệ suy diễn mờ noron thích nghi phức Mạng noron giá trị mờ phức thích nghi Tập Neutrosophic phức Hệ hỗ trợ định đa tiêu chí Thuật tốn tìm kiếm suy diễn nhanh Đồ thị tri thức Đồ thị tri thức mờ Hệ suy diễn mờ Mamdani Hệ suy diễn Mamdani mờ phức Hệ suy diễn mờ Mamdani - giảm luật phức v 18 M-CFISFKG 19 20 GRC UCI 21 RANCFIS 22 FANCFIS Mamdani Complex Fuzzy Inference System FuzzyKnowledge Graph Granular Computing UC Irvine Machine Randomized AdaptiveNetwork Based Fuzzy Inference System Fast Adaptive-Network Based Fuzzy Inference System Hệ suy diễn mờ phức Mamdani - Đồ thị tri thức mờ Tính tốn hạt Kho liệu chuẩn UCI Mạng nơ ron giá trị mờ phức thích nghi ngẫu nhiên Mạng nơ ron giá trị mờ phức thích nghi nhanh vi Danh mục bảng 1.1 Các liệu thực nghiệm chuẩn Benchmark 31 1.2 Các thuộc tính liệu đầu vào tập liệu bệnh gan Liver 32 2.1 Ma trận định dựa mẫu liệu 42 2.2 Ma trận định mờ 43 2.3 Ma trận chuẩn hóa 43 2.4 Ma trận định mờ 43 2.5 Ma trận định kết 44 2.6 Bộ liệu đầu vào 50 2.7 Bộ sở luật 50 4.1 Hệ sở luật mờ phức 95 4.2 Kịch 103 4.3 Kịch 103 wm ∗ zm w1 ∗ z1 + w2 ∗ z2 + + wk ∗ zk m=1 = k w1 + w2 + + wk P m=1 wm • Hệ suy diễn mờ phức Tsukamoto