Mạng nơron và ứng dụng dự báo chỉ số tiêu dùng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN    PHẠM MINH HOÀNG MẠNG NƠRON VÀ ỨNG DỤNG DỰ BÁO CHỈ SỐ TIÊU DÙNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học PGS.TS ĐOÀN VĂN BAN Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: BÀI TOÁN DỰ BÁO CHỈ SỐ TIÊU DÙNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Khái niệm giá tiêu dùng 1.3 Chỉ số tiêu dùng 1.4 Phương pháp tính số giá tiêu dùng 1.5 Quy trình thực dự báo 13 1.6 Đánh giá hiệu mô hình dự báo [10] 16 1.7 Phương pháp dự báo với mạng nơron 17 1.8 Kết luận 18 CHƢƠNG 2: MẠNG NƠRON NHÂN TẠOVÀ MẠNG NƠRON MỜ 20 2.1 Mạng nơron nhân tạo 20 2.1.1 Giới thiệu 20 2.1.2 Các nơron sinh học não người 20 2.1.3 Mô hình mạng nơron nhân tạo 26 2.1.4 Phân loại cấu trúc mạng nơron nhân tạo 29 2.1.5 Các hình thức học mạng nơron 31 2.1.6 Một số phương pháp huấn luyện mạng nơron nhân tạo 33 2.2 Tập mờ 39 2.2.1 Giới thiệu 39 2.2.2 Khái niệm tập mờ 40 2.2.3 Các phép toán tập mờ 43 2.2.4 Hệ thống suy luận mờ 48 2.3 Mạng nơron mờ 49 2.3.1 Lý kết hợp mạng nơron với lý thuyết mờ 49 2.3.3 Một số phương pháp mờ hoá mạng nơron 51 2.4 Mạng nơron nhân tạo mờ toán dự báo 52 2.4.1 Thuật toán lan truyền ngược 52 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.4.2 Một số cải tiến thuật toán lan truyền ngược 55 2.5 Kết luận 69 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG DỰ BÁO CHỈ SỐ TIÊU DÙNG 71 3.1 Đặt vấn đề 71 3.2 Môi trường cài đặt 71 3.3 Xử lý liệu 71 3.4 Thuật toán la truyền ngược giải toán dự báo 73 3.4.1 Mô hình toán dự báo số giá tiêu dùng 73 3.4.2 Các bước thuật toán lan truyền ngược 73 3.5 Xây dựng chương trình 74 3.5.1 Giao diện chức chương trình 74 3.5.2 Một số kết chạy thử nghiệm chương trình 78 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -3- MỞ ĐẦU I- Đặt vấn đề: Giới thiệu tổng quan đề tài Trong luận văn trình bày Mạng nơron (mạng nơron nhân tạo mạng nơron nhân tạo mờ), toán dự báo, ứng dụng toán dự báo dự báo số tiêu dùng Lý chọn đề tài Hiện với phát triển mạnh mẽ mặt nước giới tình hình lạm phát khủng hoảng kinh tế vấn đề mà hầu hết quốc gia gặp phải, đặc biệt hai năm trở lại toàn nhân loại phải chèo lái để vượt qua khủng hoảng kinh tế toàn cầu Giá cả, dịch vụ hàng hóa biến động theo thời gian, nhiên giá thay đổi nhanh ảnh hưởng lớn đến kinh tế, đẩy đất nước lâm vào tình trạng khủng hoảng Chỉ số giá tiêu dùng (CPI) tiêu kinh tế quan trọng phản ánh mức độ lạm phát kinh tế, đo lường biến động giá tiêu dùng Sự tăng giảm số tiêu dùng liên quan nhiều yếu tố trực tiếp gián tiếp như: lượng hàng hóa dịch vụ sản xuất, cung cấp thị trường, giá thành sản xuất, sức mua dân, … CPI quan trọng vấn đề tính toán không đơn giản Nó đòi hỏi đầu tư đắn doanh nghiệp, địa phương quốc gia để cho thu kết xác từ đưa sách cho việc điều chỉnh kinh tế phát triển bền vững Và nữa, dự báo trước số tiêu dùng chắn người cần đến chủ động đưa phương án sách phù hợp giúp giảm thiểu tình trạng khủng hoảng kinh tế nước, giới Vì việc dự báo đắn diễn biến số tiêu dùng việc cần thiết Bài toán dự báo toán khó, độ phức tạp tính toán lớn Tuy nhiên cần thiết toán mà quốc gia, tổ chức khoa học, … đầu tư nghiên cứu giải Có nhiều phương pháp dự báo sử dụng mô hình dự Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -4- báo khác Mỗi phương pháp có ưu điểm, nhược điểm riêng Ứng dụng mạng nơron nhân tạo mô hình dự báo thử nghiệm Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ, chọn đề tài nghiên cứu: “Mạng nơron ứng dụng dự báo số tiêu dùng” II- Nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu tính cấp thiết đề tài Đề tài nghiên cứu mạng nơron, ứng dụng mô hình dự báo để đưa dự báo số tiêu dùng Tính cấp thiết đề tài: Tình trạng lạm phát khủng hoảng kinh tế xảy toàn cầu, dự báo trước số tiêu dùng chắn người cần đến chủ động đưa phương án phù hợp giúp giảm thiểu tình trạng khủng hoảng kinh tế nước giới Phạm vi nghiên cứu ứng dụng - Bài toán dự báo - Mạng nơron nhân tạo - Mô hình dự báo - Mô hình dự báo mờ với ứng dụng mạng nơron nhân tạo - Dự báo số tiêu dùng Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu tổng quan phương pháp dự báo dự báo mờ với dư liệu vào không đầy đủ, không xác - Nghiên cứu mạng nơron nhân tạo, mạng nơron nhân tạo mờ - Nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo mờ với ứng dụng mạng nơron nhân tạo - Ứng dụng dự báo số tiêu dùng CPI Phƣơng pháp nghiên cứu - Quan sát, điều tra, thu thập liệu cần cho toán dự báo - Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp kết nhà nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu - Thực nghiêm, tham khảo ý kiến tư vấn từ chuyên gia Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -5- Các kết dự kiến đạt đƣợc - Giới thiệu tổng quan số tiêu dùng, toán dự báo số tiêu dùng - Trình bày Mạng nơron, mô hình dự báo - Cài đặt thử nghiệm chương trình dự báo số tiêu dùng III - Bố cục luận văn Luận văn trình bày chương, có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục, phần tài liệu tham khảo Các nội dung luận văn trình bày theo cấu trúc sau: Chƣơng 1: Bài toán dự báo số tiêu dùng Khái quát số tiêu dùng, phương pháp để tính số tiêu dùng, quy trình thực dự báo số tiêu dùng Qua đánh giá tính hiệu mô hình dự báo Giới thiệu phương pháp dự báo sử dụng mạng nơron Chƣơng 2: Mạng nơron nhân tạo mạng nơron nhân tạo mờ Mạng nơron nhân tạo, mô hình mạng nơron nhân tạo, cấu trúc mạng nơron nhân tạo với nơron sinh học Các hình thức học mạng nơron phương pháp huấn luyện mạng nơron Khái niệm tập mờ, mạng nơron mờ Mạng nơron nhân tạo mờ với toán dự báo Sử dụng thuật toán Lan truyền ngược để giải toán dự báo Chƣơng 3: Ứng dụng dự báo số tiêu dùng Chỉ số tiêu dùng thông số phản ánh tình trạng lạm phát quốc gia Việc đưa giải pháp để dự báo số tiêu dùng quan trọng Thiết lập sở liệu đầu vào, sử dụng thuật toán lan truyền để giải toán dự báo Các form chương trình, quy trình cài đặt, phân tích đánh giá kết đặt độ xác thuật toán chương trình cài đặt so với thực tế Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -6- CHƢƠNG I: BÀI TOÁN DỰ BÁO CHỈ SỐ TIÊU DÙNG 1.1 Giới thiệu chung Chỉ số tiêu dùng tiêu kinh tế quan trọng, thường sử dụng phân tích kinh tế, đánh giá tình hình lạm phát, quan hệ cung cầu, sở tham khảo cho việc điều chỉnh lãi suất ngân hàng, tiên lương, tính toán điều chỉnh tiền công hợp đồng sản xuất kinh doanh, … Dự báo phát biểu tương lai, phát biểu có sở chắn chắn định Các dự báo xây dựng nhiều phương pháp, kiểm chứng qua hệ thống biểu thức đánh giá Dự báo số tiêu dùng bái toán tìm hiểu từ lâu Tuy nhiên, Việt Nam việc dự bó số giá tiêu dùng hình thức dự báo dựa vào việc thống kê số liệu, dựa vào nhận đình biến động kinh tế trước đó, quy luật có năm mà chưa có phương pháp cụ thể Những lợi ích to lớn mang lại ta dự báo tương đối xác số giá tiêu dùng, là: - Căn vào số liệu giá tiêu dùng mà quốc gia tính toán tình hình diễn biến kinh tế nước góp phần kìm chế lạm phát, thúc đẩy kinh tế đất nước ngày phát triển - Mỗi doanh nghiệp vào số liệu dự báo số tiêu dùng, điều chỉnh quy mô sản xuất, giá hàng hoá cho phù hợp tình toán giá nhân công hợp lý với mức chi tiêu công nhân - Với người dân số liệu dự báo số tiêu dùng giúp họ tính toán, điều chỉnh mức chi tiêu cho phù hợp Mạng Nơron nhân tạo mô hình mô hoạt động nơron sinh học, có khả học từ ứng dụng để giải toán dự báo Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- 1.2 Khái niệm giá tiêu dùng Giá tiêu dùng người tiêu dùng mua hàng hoá chi trả cho dịch vụ trực tiếp cho đời sống hàng ngày Giá tiêu dùng biểu diện giá bán lẻ hàng hoá thị trường giá phục vụ sinh hoạt đời sống, không bao gồm đất đai, giá hàng hoá bán cho sản xuất công việc có tính chất sản xuất kinh doanh Để tính số giá tiêu dùng cần phải thi thập giá mặt hàng dịch vụ đại diện, phổ biến tiêu dùng dân cư theo danh mục xác định - thường goi “rổ” hàng hoá, dịch vụ 1.3 Chỉ số tiêu dùng Chỉ số tiêu dùng (CPI) tiêu kinh tế Chính phủ, quan hữu quan, tổ chức quốc tế nhiều đối tượng khác quan tâm CPI tiêu thiếu phân tích hoạt động kinh tế để loại trừ yếu tố giá tính trượt giá so sánh tiêu tổng hợp liên quan CPI sở để Chính phủ ban hành điều chỉnh sách tài chính, tiền tệ, lãi suất ngân hàng,… Chỉ số giá tiêu dùng tiêu tương đối phản ánh xu hướng mức độ biến động giá “rổ” hàng hoá, dịch vụ tiêu dùng đại diện nói trên, giá mặt hàng, nhóm hàng “rổ” có thay đổi Chỉ số giá tiêu dùng số tương đối so sánh mức độ biến động giá mặt hàng đại diện kỳ báo cáo so với kỳ gốc Giá rổ hàng hoá kỳ gốc quy định 100 giá kỳ khác biểu diện tỷ lệ phần trăm so với giá kỳ gốc Ví dụ: Tháng 4/2003 so với tháng 3/2003, giá toàn mặt hàng danh mục đại diện tăng 0,2% Chỉ số giá 100,2% Hiện nay, Chỉ số giá tiêu dùng tính hàng tháng, cho gốc: Tháng trước, kỳ năm trước 12 tháng năm trước Cần ý Chỉ số giá tiêu dùng không phản ánh mức đo lường mức độ biến động giá hai khoảng thời gian Ví dụ: Chỉ số giá tháng 4/2003 so với tháng 3/2003 nhóm hàng “Thiết bị đồ dùng gia đình” 100,5% Chỉ số giá Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -8- nhóm hàng “Dược phẩm, Y tế” 101,3% nghĩa “hàng y tế” đắt “thiết bị đồ dùng gia đình” mà là: so với tháng 3, giá mặt hàng y tế tăng mạnh giá mặt hàng thiết bị đồ dùng gia đình Như vậy, Chỉ số giá tiêu dùng tiêu thống kê phản ánh xu hướng mức độ biến động giá chung số lượng cố định loại hàng hoá dịch vụ chọn đại diện cho tiêu dùng, phục vụ cho đời sống bình thường người dân CPI sử dụng đại diện cho thông số lạm phát nhiều quốc gia, Việt Nam, CPI Tổng cục thống kê bắt đầu tính toán sử dụng CPI để phản ánh mức độ tăng giá tiêu dùng chung từ năm 1998 (trước 1998 sử dụng số giá bán lẻ - RPI) Từ đến nay, số lượng quyền số mặt hàng rổ hàng hoá để tính CPI cập nhật mở rộng năm lần, thời điểm chọn làm năm gốc thay đổi theo Năm gốc: +/ 1995 (296 mặt hàng) +/ 2000 (390 mặt hàng) +/ 2005 (494 mặt hàng) Các mặt hàng rổ hàng hoá CPI điển phân chia thành nhóm, chi tiết theo cấp: +/ Cấp1: 10 nhóm +/ Cấp 2: 32 nhóm +/ Cấp 3: 86 nhóm +/ Cấp 4: 237 nhóm Do đó, số liệu CPI Việt Nam chia làm giai đoạn: 19982000, 2001-2005, 2006-nay 1.4 Phƣơng pháp tính số giá tiêu dùng Chỉ số giá tiêu dùng tính từ giá bán lẻ hàng hoá giá dịch vụ tiêu dùng (rổ hàng hoá dịch vụ đại diện) với quyền số cấu chi tiêu hộ gia đình CPI nước ta tính cho nước, vùng kinh tế 64 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương Một thành phần quan trọng để tính CPI quyền Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -9- số Quyền số tính số giá tiêu dùng sử dụng cố định năm tính cho năm gốc so sánh (đồng với năm cập nhật danh mục mặt hàng, dịch vụ đại diện) Trong thời kỳ 2006-2010 năm gốc so sánh năm 2005, giá kỳ gốc theo danh mục mặt hàng, dịch vụ đại diện mới, quyền số để tính số giá tiêu dùng phải số liệu năm 2005 Quyền số năm 2005 tổng hợp từ kết điều tra mức sống dân cư năm 2004 Tổng cục Thống kê Ngoài ra, năm 2005 Tổng cục Thống kê tiến hành điều tra mẫu bổ sung 10 tỉnh, thành phố để phân chia nhóm chi tiêu nhỏ theo yêu cầu tính số giá tiêu dùng Trong điều kiện vật chất, kỹ thuật, nguồn kinh phí phù hợp với phương pháp nhiều nước, Chỉ số giá tiêu dùng nước ta tính theo công thức Laspeyres - với quyền số giá kỳ gốc năm 2005 cố định khoảng năm [8] +/ Công thức tổng quát sau (Công thức Laspeyres): n I t 0 p q t i i  pit     W *    pi   pi0 qi0 i 1 i 1 n n i (1.1) i 1 Trong đó: I t 0 : Chỉ số giá tiêu dùng kỳ báo cáo t so với kỳ gốc 0; Pi t : Giá mặt hàng i kỳ báo cáo t; Pi : Giá mặt hàng i kỳ gốc; qi0 : Khối lượng mặt hàng i kỳ gốc; Wi0 : Quyền số cố định năm 2005; Và W  i pi0 qi0 n p q i 1 0 i i Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -10- data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... toán dự báo số tiêu dùng Khái quát số tiêu dùng, phương pháp để tính số tiêu dùng, quy trình thực dự báo số tiêu dùng Qua đánh giá tính hiệu mô hình dự báo Giới thiệu phương pháp dự báo sử dụng mạng. .. luyện mạng nơron Khái niệm tập mờ, mạng nơron mờ Mạng nơron nhân tạo mờ với toán dự báo Sử dụng thuật toán Lan truyền ngược để giải toán dự báo Chƣơng 3: Ứng dụng dự báo số tiêu dùng Chỉ số tiêu dùng. .. nước giới Phạm vi nghiên cứu ứng dụng - Bài toán dự báo - Mạng nơron nhân tạo - Mô hình dự báo - Mô hình dự báo mờ với ứng dụng mạng nơron nhân tạo - Dự báo số tiêu dùng Ý nghĩa khoa học - Nghiên