0874 nghiên cứu một số phương pháp phân cụm bán giám sát mờ trong phân đoạn ảnh nha khoa luận văn tốt nghiệp

BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀCÔNGNGHỆ VIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ - TRẦNMẠNHTUẤN NGHIÊNCỨUMỘTSỐPHƢƠNGPHÁPPHÂNCỤMBÁNGIÁM SÁTMỜTRONGPHÂNĐOẠNẢNHNHAKHOA LUẬNÁNTIẾNSỸ TOÁNHỌC HÀNỘI – 2016 i VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMHỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNG NGHỆ TRẦNMẠNHTUẤN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÂNCỤM BÁN GIÁM SÁT MỜ TRONG PHÂN ĐOẠNẢNHNHAKHOA LUẬNÁNTIẾNSỸ TOÁN HỌC Chuyên ngành:cơ sở toán học cho tin họcMãsố:62460110 Ngƣờihƣớngdẫnkhoahọc: PGS.TS.LÊBÁDŨNG TS.VŨNHƢLÂN Hà Nội–2016 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi đƣợc hồnthànhdƣớisựhƣớngdẫncủatậpthểhƣớngdẫngồmPGS.TS.LêBáDũngvàTS.Vũ NhƣLân.Cáckếtquảđƣợcviếtchungvớicáctácgiảkhácđãđƣợcsựnhất trí đồng tác giả đƣavàoluậnán.Cáckếtquảnêutrongluậnánlàtrungthựcvàchƣatừngđƣợccơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnàotrƣớc thờigian cơngbố Tácgiảluậnán TrầnMạnhTuấn LỜICẢM ƠN Trƣớc hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới cácthầy giáo hƣớng dẫn, PGS.TS Lê Bá Dũng TS Vũ Nhƣ Lân Sự tận tìnhgiúp đỡ, bảo, động viện tận tình q báu mà thầy dành chot c giảtrongsuốtqtrìnhthựchiệnluậnánlàkhơngthểnàokểhếtđƣợc Xin chân thành cảm ơn thầy cơ, nhà khoa học thuộc ViệnCơngnghệthơngtinViệnhàmlâmvàkhoahọcViệtNamđãtậntìnhgiúpđỡvàtạomộtmơitrƣờnglàmviệchếtsức thuậnlợigiúptácgiảthựchiệntốtcơngviệc nghiêncứucủa Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới anh chị em bạn trongTrung tâm tính toán hiệu cao, Trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên đãgiúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu trung tâm Xinđặc biệt cảm ơn TS Lê Hồng Sơn ngƣời nhiệt tình hƣớng dẫn, tạo điềukiệnthuận lợigiúp tác giảhoànthànhluậnán cáchtốt Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Võ Trƣơng Nhƣ Ngọc,Viện đào tạo Răng Hàm Mặt, Đại học Y Hà Nội cung cấp số liệu, tƣ vấnchuyênm ô n , c u n g c ấ p c c t i l i ệ u c ầ n t h i ế t t r o n g q u t r ì n h n g h i ê n c ứ u v hoànthànhluậnán Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trƣờng đại học Công nghệthông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện vềthời gian cơng việc để tác giả tập trung hồn thành q trình học tập,nghiêncứucủamình.Đặcbiệtxingửilờicảmơnđếncácthầycơ,cácbạnđồng nghiệp Khoa Công nghệ thông tin động viên, giúp đỡ tác giảtrong suốtquátrìnhnghiêncứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè vàngƣời thân, ngƣời nguồn động viên để tác giả học tậpvànghiêncứu,lnsẻchianhữngkhókhănvấtvảtrongqtrìnhnghiêncứuvà hồnthiệnđềtài Hà Nội, ngày… tháng….năm 2016Tácgiảluậnán TrầnMạnhTuấn MỤCLỤC MỞĐẦU CHƢƠNG 1.TỔNGQUANVỀPHÂN CỤMBÁN GIÁMSÁTMỜTRONGPHÂNĐOẠNẢNHNHAKHOA 1.1 Bàitoánphânđoạnảnhnhakhoa 1.1.1 Kháiniệm 1.1.2 ẢnhX-quangnhakhoa 1.1.3 Nhucầuvà ứng dụngtrong yhọc 1.2 Tổngquanvềcácnghiêncứuliênquan 1.3 Mộtsố kiếnthứccơsở .14 1.3.1Tậpmờ 14 1.3.2 Phâncụm 17 1.3.3 Phươngphápgiảibàitoántối ưuđamụctiêu 27 1.4 Kếtluận 31 CHƢƠNG MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÂN CỤM BÁN GIÁM SÁT MỜCHOPHÂNĐOẠN ẢNHNHAKHOA 32 2.1 Thuậttoánphâncụmbángiámsátmờlai ghép 32 2.1.1 Lượcđồtổngquanlaighép 32 2.1.2 ThuậttoántáchngưỡngOtsu 34 2.1.3 Thuật toánphâncụm bángiámmờlaighép 37 2.1.4 Phântíchvà đánhgiá thuậttốnphâncụm bángiám sátmờlaighép38 2.2 Thuậttốnphâncụmbángiámsátmờcóđặ ctrƣngkhơnggian .38 2.2.1 Lượcđồtổngquát 39 2.2.2 Xâydựng đặctrưngảnhnha khoa 39 2.2.3 Xácđịnhthông tinbổ trợ 44 2.2.4 Thuật toánphâncụmbángiám sátmờSSFC-SC 46 2.2.5 Phântíchvà đánhgiá thuậttốnSSFC-SC 51 2.3 Thuật toán phân cụm bán giám sát mờ giải nghiệm thỏadụngmờ 52 2.3.1 Thuật toánphâncụm bángiám sátmờ(SSFC-FS) 52 2.3.2 Cáctínhchấtvàhệ quảtừphântích nghiệmcủathuậttốn.57 2.3.3 Phântíchvà đánhgiá thuậttốnSSFC-FS 69 2.4 Xácđịnhthơngtinbổ trợphùhợpchothuậttoánSSFC-FS .70 2.4.1 Lượcđồtổngquát 71 2.4.2 Xâydựngtậpcáchàm thôngtinbổtrợ 71 2.4.3 Xácđịnhhàm thôngtinbổtrợphùhợp cho ảnhnhakhoa 74 2.5 Kếtluận 78 CHƢƠNG3.ĐÁNHGIÁTHỰCNGHIỆM 79 3.1 Mô tả dữliệuảnhX-quang nha khoa 79 3.1.1 Đặctả dữliệu 79 3.1.2 Xácđịnhcácđặctrưng ảnhnha khoa .82 3.2 Độđovàtiêuchíđánhgiákếtquả 85 3.3 Cáckếtquảsosánhphânđoạnảnh 88 3.3.1 Kếtquả tập cơsởdữliệu ảnhnha khoa 88 3.3.2 Kếtquả với cáctham số thayđổi 91 3.4 Ứngdụng phânđoạnảnhtronghỗtrợchẩnđoánbệnhnhakhoa .98 3.4.1 Mơ hìnhhóabàitốn 99 3.4.2 Chọnphân đoạncókhảnăngmắcbệnh 102 3.4.3 Chẩnđoán từngphân đoạn 103 3.4.4.Xâydựng bảng tổng hợp củacácđoạn 106 3.4.5 Phântích vàđánhgiámơhìnhDDS 107 3.4.6 Kếtquảthực nghiệm 108 3.5 Kết luận 112 KẾTLUẬN 113 NHỮNGĐÓNGGÓP MỚI CỦALUẬNÁN 115 DANHMỤC CÁC CƠNGTRÌNH ĐÃCƠNGBỐ 116 TÀILIỆU THAM KHẢO 117 PHỤLỤC 125 PHỤLỤC 128 DANH MỤCTHUẬTNGỮVÀTỪVIẾT TẮT Từviết tắt Từđầyđủ APC Affinitypropagationclustering APC+ Affinitypropagationclusteringcảitiến BH Balland Hall BR Banfeld-Raftery CH Calinski-Harabasz DB Davies-Bouldin DDS DentalDiagnosisSystem DL Difference-Like EEI Entropy,EdgeandIntensity eSFCM Semi-supervisedEntropyregularizedFuzzyClustering FCM FuzzyC-Mean FIS FuzzyInference System FKNN Fuzzyk-NearestNeighbor LA Lagrange LBP LocalBinaryPatterns MAE MeanAbsoluteError MF MembershipFunction MSE MeanSquaredError PBM Pakhira,BandyopadhyayandMaulik RGB Red-Green-Blue SSFCM Semi-SupervisedFuzzyC-Mean SSFC-FS Semi-SupervisedFuzzyClusteringalgorithmwithSpatial ConstraintsusingFuzzySatisficingmethod Semi-SupervisedFuzzyClusteringalgorithmwithSpatial ConstraintsusingFuzzySatisficingmethodontheAdditionalFunction SSFC-FSAI SSFC-SC SemiSupervisedFuzzyClusteringalgorithmwithSpatialConstraints SSSFC Semi-SupervisedStandardFuzzyClustering SVM SupportVectorMachine SSWC SimplifiedSilhoueteWidthCriterion CSDL Cơ sởdữ liệu CT Cơngtrình LT Lýthuyết TN Thựcnghiệm DANHMỤC BẢNGBIỂU Bảng1.1.Thuậttoánphân cụmmờ .21 Bảng 1.2.Thuậttoánphâncụmbángiámsátmờchuẩn 23 Bảng 1.3.Thuậttoánphâncụmbángiámsátmờ theoquytắc entropy 25 Bảng 1.4.Thuậttoánphân cụmbán giámsát mờ 26 Bảng2.1.ThuậttoántáchngƣỡngOtsu 35 Bảng 2.2.Thuậttoánphâncụmbángiámsát mờ lai ghép 37 Bảng2.3.Matrậnđộthuộccuối củaFCM 45 Bảng 2.4.Xácđịnh u1 45 Bảng2.5.Trọngsốcácđặctrƣngnhakhoa 46 Bảng 2.6.Xácđịnh u2 46 Bảng 2.7.Xácđịnhmatrận bổtrợ 46 Bảng 2.8.ThuậttoánSSFC-SC 51 Bảng 2.9 Bảng đánh giá hàm mục tiêu (pay-off) phƣơng pháp thỏa dụngmờ 55 Bảng 2.10.CácgiátrịcủaIFVđểchọnhàmbổ trợthích hợpnhất 76 Bảng 3.1.Thơngtinvề cácnhómbệnhnhân .80 Bảng3.2.Đặctrƣngcủatậpdữliệu 82 Bảng 3.3.Thống kêcác ảnh trongtoànbộdữliệuảnh X-quang 85 Bảng3.4.Cácgiátrịkỳvọngvàphƣơngsaicủacácthuậttoán 89 Bảng3.5.Sosánhhiệu củacácthuật toán bộdữliệuthực .89 Bảng 3.6.Giátrịđộđokhithựchiệnthuậttoán SSFC-SC vớiC= 3vàgiátrị  .91 Bảng 3.7.Giá trịđộđo khithựchiệnthuậttoánSSFC-SCvớiC=5vàgiátrị  .92 Bảng3.8.KếtquảthuậttoánSSFC-FSvớicácbộthamsố(b1,b2,b3) 95 Bảng 3.9.Giátrị trung bình củathuật tốnSSFC-FSvới cácbộ thamsố 96