Xây dựng mô hình dự đoán và khuyến cáo kết quả môn học của sinh viên trường cao đẳng kỹ thuật công nghệ bà rịa – vũng tàu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU - TRẦN PHÚC MINH KHOA XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN VÀ KHUYẾN CÁO KẾT QUẢ MÔN HỌC CỦA SINH VIÊN TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀ RỊA VŨNG TÀU LUẬN VĂN THẠC SĨ Bà Rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU - TRẦN PHÚC MINH KHOA XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN VÀ KHUYẾN CÁO KẾT QUẢ MÔN HỌC CỦA SINH VIÊN TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀ RỊA VŨNG TÀU LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Công nghệ thông tin Mã ngành: 8340101 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI THỊ THU TRANG Bà Rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Trần Phúc Minh Khoa ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình nghiên cứu thực đề tài luận văn “Xây dựng mơ hình dự đốn khuyến cáo kết môn học sinh viên Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu” xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô Viện Đào tạo SĐH & Phát triển nguồn nhân lực Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu giảng dạy, hỗ trợ giúp đỡ tơi hồn thành chương trình học Cao học chun ngành Cơng nghệ thơng tin, kiến thức thầy cô hỗ trợ nhiều cơng việc q trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến anh chị đồng nghiệp giúp đỡ tơi q trình học Đặc biệt, tơi xin chân thành bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến Cô hướng dẫn TS Bùi Thị Thu Trang, cảm ơn Cơ hướng dẫn tận tình Cơ q trình làm Khóa luận Qua đây, xin cảm ơn trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu tạo điều kiện cho tơi q trình tơi học Cao học, cảm ơn trường cung cấp số liệu nhà trường để tơi hồn thành luận văn tốt Trong luận văn, hẳn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong nhận nhiều góp ý quý báu Quý Thầy Cơ hội đồng để tơi hồn thiện luận văn tốt đồng thời áp dụng vào thực tiễn, giúp cải thiện tình trạng bỏ học, nghỉ học học sinh, sinh viên trường Cao đẳng Đại học Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ Quý Thầy Cô, anh chị đồng nghiệp đặc biệt Cô TS Bùi Thị Thu Trang giúp tơi hồn thành đề tài luận văn Kính chúc Q Thầy cơ, anh chị đồng nghiệp nhiều sức khỏe thành công Tác giả luận văn iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lí chọn đề tài .1 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu .3 1.6 Kết cấu luận văn .4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN PHÂN LOẠI 2.1 Giới thiệu Máy học 2.1.1 Khái niệm Máy học .5 2.1.2 Thuật toán Máy học 2.2 Các thuật toán phân loại 14 2.2.1 Thuật toán Logistic Regression 14 2.2.2 Thuật toán SVM .19 2.2.3 Thuật toán Cây định .30 CHƯƠNG 3: CÁC CÔNG CỤ ÁP DỤNG 35 3.1 Giới thiệu Google Colab 35 3.1.1 Google Colab 35 3.1.2 Các bước truy cập vào Google Colab 36 3.1.3 Chạy Code Google Colab 37 3.2 Tổng quan số thư viện Python 38 3.2.1 Thư viện Pandas .38 3.2.2 Thư viện Matplotlib 38 3.2.3 Thư viện Numpy .38 3.2.4 Thư viện Seaborn .38 iv 3.2.5 Thư viện Sklearn 38 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN VÀ KHUYẾN CÁO KẾT QUẢ MÔN HỌC CỦA SINH VIÊN TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀ RỊA VŨNG TÀU 39 4.1 Giới thiệu trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu 39 4.2 Tổng quan mơ hình dự đốn 40 4.2.1 Dữ liệu đầu vào cho hệ thống 40 4.2.2 Kết đầu hệ thống .41 4.3 Mơ hình hệ thống 42 4.3.1 Quá trình xây dựng mơ hình 44 4.3.2 Xây dựng huấn luyện mơ hình 53 4.3.3 Đánh giá 63 4.4 Kết thực nghiệm nhận xét 68 4.4.1 Mơ hình thực nghiệm .68 4.4.2 Kết thực nghiệm 69 4.4.3 Kết luận kết thực nghiệm 72 KẾT LUẬN .73 Ưu điểm .73 Nhược điểm .73 Phạm vi ứng dụng 73 Hướng phát triển 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .74 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT TÊN VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ AI Artificial Intelligence ĐK Điểm định kì GVBM Giáo viên môn GVCN Giáo viên chủ nhiệm HSSV Học sinh, sinh viên KNN K-Nearest Neighbors KKT Điều kiện Karush-Kuhn-Tucker QT Điểm trình SRM Structural Risk Minimisation 10 SVM Support Vector Machine 11 TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Kết thực nghiệm thuật toán SVM .69 Bảng 2: Kết thực nghiệm thuật toán Logistic Regression 70 Bảng 3: Kết thực nghiệm thuật toán Cây định .70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1: Thuật tốn Perceptron Hình 2: Mô điểm liệu gắn nhãn không gắn nhãn (Nguồn: https://www.v7labs.com [5]) Hình 3: Mơ Học có giám sát khơng giám sát (Nguồn: https://www.v7labs.com [5]) .9 Hình 4: Mơ học bán giám sát (Nguồn: https://www.v7labs.com [5]) .10 Hình 5: Thuật toán kết hợp (Ensemble Algorithms) .14 Hình 6: Biểu diễn mơ hình phân lớp .16 Hình 7: Đồ thị lim e-s 17 Hình 8: Đồ thị lim hàm Sigmoid 17 Hình 9: Ranh giới định (Decision Bound) 18 Hình 10: Ý tưởng, phương pháp thuật tốn SVM .20 Hình 11: SVM tuyến tính với tập liệu phân tách 22 Hình 12: Trường hợp liệu huấn luyện không phân tách 26 Hình 13: Chuyển đổi khơng gian liệu 29 Hình 14: Hàm ánh xạ Φ 29 Hình 15: Cây định .31 Hình 1: Truy cập vào Google Colaboratory 36 Hình 2: Cài đặt Google Colaboratory cho Google Drive .37 Hình 3: Giao diện nhập Code Google Colab .37 Hình 1: Bảng điểm mơn học trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu 40 Hình 2: Dữ liệu đầu vào cho hệ thống 41 Hình 3: Mơ hình hệ thống .43 Hình 4: Thống kê Kết môn học 45 Hình 5: Biểu đồ thể phân bố liệu điểm QT1 .46 Hình 6: Biểu đồ thể phân bố liệu điểm QT2 .47 Hình 7: Biểu đồ thể phân bố liệu điểm QT3 .48 viii Hình 8: Biểu đồ thể phân bố liệu điểm DK1 49 Hình 9: Biểu đồ thể phân bố liệu điểm DK2 50 Hình 10: Biểu đồ thể phân bố liệu điểm DK3 51 Hình 11: Biểu đồ Heatmap thể ảnh hưởng cột điểm QT DK đến Ket_qua 53 Hình 12: Ví dụ minh hoạ cho tham số C .55 Hình 13: Ví dụ minh họa cho tham số Gamma 56 Hình 14: Ví dụ minh họa cho tham số kernel .56 Hình 15: Mô định 62 Hình 16: Biểu đồ thể khả dự đốn mơ hình SVM 64 Hình 17: Biểu đồ thể khả dự đốn mơ hình Logistic Regression 66 Hình 18: Biểu đồ thể khả dự đốn mơ hình Decision Tree 67 Hình 19: Thống kê độ xác mơ hình 68 Hình 20: Bảng điểm đối chứng .69 Hình 21: Mơ tả độ xác dự báo kết mơn học 71 Hình 22: Mơ tả thời gian dự đoán 72