Phục hồi thông tin từ dữ liệu quan sát bằng thuật giải di truyền

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, tiểu luận, quản trị, khoa học, tự nhiên, kinh tế

I HC KHOA HC T NHIÊN THÀNH PH H CHÍ MINH KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN  MÔN CÔNG NGH TRI THC ²²² Lê Minh – 0012158 Phm Hu Lê Quc Phc – 0012169 P P P H H H    C C C H H H    I I I T T T H H H Ô Ô Ô N N N G G G T T T I I I N N N T T T    D D D    L L L I I I    U U U Q Q Q U U U A A A N N N S S S Á Á Á T T T B B B    N N N G G G T T T H H H U U U    T T T G G G I I I    I I I D D D I I I T T T R R R U U U Y Y Y    N N N LUN VN C NHÂN CÔNG NGH THÔNG TIN Giáo viên hng dn TS. Nguyn ình Thúc Niên khóa 2000-2004 Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 2 - I CM N Chúng em xin chân thành cám n Khoa Công Ngh Thông Tin, trng i Hc Khoa Hc T Nhiên Thành ph H Chí Minh ã to u kin cho chúng em thc hin  tài lun vn tt nghip này. Chúng con xin gi li bit n sâu sc n ông bà, cha mã chm sóc, nuôi dy chúng con thành ngi. Chúng em xin chân thành cám n thy Nguyn ình Thúc ã n tình hng dn, ch bo chúng em trong sut thi gian thc hin  tài. Chúng em xin chân thành cám n các thy cô trong Khoa Công Ngh Thông Tin ã tn tình ging dy, trang b cho chúng em nhng kin thc quí báu trong bn nm hc va qua. c dù chúng em ã c gng hoàn thành lun vn trong phm vi và kh nng cho phép nhng chc chn s không tránh khi nhng thiu sót. Chúng em kính mong nhn c s cm thông và tn tình ch bo ca thy cô và các bn. Nhóm sinh viên thc hin: Lê Minh - Phm Hu Lê Quc Phc Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 3 - I GII THIU Máy tính ngày nay ã tr thành mt trong nhng công c quan trng. Có c u ó là do máy tính có hai m mnh ch yu là c  x lý và kh nng lu tr. S phát trin ca Trí tu Nhân to làm cho máy tính càng thông minh hn. Kt hp vi nhng kh nng ang ngày càng hoàn thin ca máy tính, các ng dng ca Trí tu Nhân to có mt  khp mi ni và ang dn làm thay i cuc sng a chúng ta. n thân Trí tu Nhân to bao gm nhiu lnh vc nghiên cu nh nh: H chuyên gia, Nhn dng, X lý nh, Mng Nron, Thut gii di truy, mi lnh vc khi c áp dng vào trong thc tu ã t c mt s thành tu nht nh. Riêng Thut gii di truyn ã và ang là mt công c mnh m c áp dng rng khp, t phc v cho hc tp (sp xp thi khóa biu, ti u hóa hàm s), gii trí (nâng cao tính trí tu cho games), cho n ng dng trong công nghip em li li nhun (nh trong khai thác du khí, trong thit k máy móc, trong khai thác hm m, giao thông công cng, trong sn xu) và ngay c trong lnh vc u tra ti phm.  tài Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truy nhm tìm hiu v vic áp dng Thut gii di truyn trong Trí tu Nhân to vào lnh vc u tra ti phm. Mc tiêu là phc hi li thông tin v mt khuôn mt ngi t nhng thông tin ri c. Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 4 -  cc chính ca lun vn nh sau: § Chng 1: Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn Chng này gii thiu v tài và trình bày tóm tt v thut gii di truyn, thut gii chính c s dng trong  tài. § Chng 2: Dng nh chân dung t quan sát bng thut gii di truyn Chng 2 trình bày v các thuc tính c s dng cho bài toán, cách mã hóa các thuc tính này và áp dng các thuc tính này vào thut gii di truyn. § Chng 3: H thng h tr tìm kim nh chân dung da trên mô  Chng 3 trình bày v mô hình cài t c th cho bài toán a vào lý thuyt c kho sát trong các chng trên. § Chng 4: Kt lun Nhng kt quã t c, hng phát trin cho tng lai, ó là nhng ni dung c trình bày trong chng này. Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 5 - C LC CHNG 1 PHC HI THÔNG TIN T D LIU QUAN SÁT BNG THUT GII DI TRUYN-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 1.1 PHÁT BIU BÀI TOÁN------------------------------------------------------------------------9 1.2 THUT GII DI TRUYN ------------------------------------------------------------------ 10 1.2.1 Thut gii di truyn tng quát----------------------------------------------------------------10 1.2.1.1 Các bc trong thut gii di truyn---------------------------------------------------------------- 12 1.2.1.2 Cách biu din --------------------------------------------------------------------------------------- 13 1.2.1.3 Khi to qun th------------------------------------------------------------------------------------14 1.2.1.4 Các phép toán trên thut gii di truyn------------------------------------------------------------14 1.2.2 Thut gii di truyn tng tác----------------------------------------------------------------16 CHNG 2 NG NH CHÂN DUNG T QUAN SÁT BNG THUT GII DI TRUYN---------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------19 2.1 GII THIU ------------------------------------------------------------------------------------ 19 2.2 ÁP NG THUT GII DI TRUYN GII BÀI TOÁN PHC I NH CHÂN DUNG  MÔ  20 2.2.1 c trng và mã hóa c trng chân dung-------------------------------------------------20 2.2.1.1 c trng ---------------------------------------------------------------------------------------------20 2.2.1.2 Min xác nh ca các c trng ------------------------------------------------------------------22 2.2.1.3 Mã hoá c trng ------------------------------------------------------------------------------------25 2.2.2 Hàm thích nghi---------------------------------------------------------------------------------27 2.2.3 Thut gii di truyn----------------------------------------------------------------------------29 2.2.3.1 Các phép toán----------------------------------------------------------------------------------------29 2.2.3.1.1 Tái sinh ---------------------------------------------------------------------------------------- 29 2.2.3.1.2 Lai ----------------------------------------------------------------------------------------------30 2.2.3.1.3 t bin----------------------------------------------------------------------------------------33 2.2.3.1.4 Chn lc --------------------------------------------------------------------------------------- 35 2.2.3.2 Thut gii--------------------------------------------------------------------------------------------- 36 2.2.3.2.1 Tham s---------------------------------------------------------------------------------------- 36 2.2.3.2.2 Thut gii --------------------------------------------------------------------------------------36 2.2.4 Tìm kim trong c s d liu nh chân dung -----------------------------------------------38 2.2.4.1 Xây dng CSDL nh chân dung ------------------------------------------------------------------- 39 2.2.4.2 T chc c s d liu nh chân dung -------------------------------------------------------------46 2.2.4.3 Tìm kim ---------------------------------------------------------------------------------------------48 CHNG 3  THNG H TR TÌM KIM NH CHÂN DUNG DA TRÊN MÔ ------------------------------ -------------------------------------------------------------------------------------------52 Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 6 - 3.1    THNG --------------------------------------------------------------------------- 52 3.2 CÁC MÔUN  THNG------------------------------------------------------------------ 54 3.2.1 S màn hình---------------------------------------------------------------------------------54 3.2.2 Môun Mã hóa nh----------------------------------------------------------------------------58 3.2.3 Môun Phc hi chân dung-------------------------------------------------------------------59 CHNG 4 T LUN ----------------------------------------------------------------------------70 4.1 NHN XÉT -------------------------------------------------------------------------------------70 4.1.1 Nhng kt qut c-----------------------------------------------------------------------70 4.1.2 Khó khn và hn ch --------------------------------------------------------------------------71 4.2 NG PHÁT TRIN ----------------------------------------------------------------------- 72 Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 7 - DANH MC CÁC HÌNH V Hình 1-1 Lc  ca mt thut gii di truyn tng tác ---17 Hình 2-1 S tng quát ca bài toán. Trong ó, mã hóa nh chân dung là mt trong hai tin trình quan trng. -----39 Hình 3-1 Hai môun chính ca h thng ---------------------52 Hình 3-2 S màn hình -----------------------------------54 Hình 3-3 Màn hình chính ca chng trình. -----------------55 Hình 3-4 Màn hình mã hóa nh ------------------------------56 Hình 3-5 Màn hình Phc hi chân dung ----------------------57 Hình 3-6 Môun mã hóa nh ---------------------------------58 Hình 3-7 Môun Phc hi chân dung -------------------------59 Hình 3-8 Tin trình con Phc hi --------------------------60 Hình 3-9 Tin trình con Tìm kim --------------------------61 Hình 3-10 Vi k=1, chng trình tìm c 2 nh có cùng khong cách gn nht n khuôn mt phác tho c chn 68 Hình 3-11 k=2, chng trình tìm c 2 nh ----------------68 Hình 3-12 k=3 chng trình tìm c 5 nh có cùng khong cách gn nht. Khuôn mt cn phc hi ã c tìm thy là khuôn mt  gia -----------------------------------68 Hình 3-13 k=4, kt qu tìm kim là 5 nh ------------------69 Hình 3-14 k = 5, kt qu là 5 nh -------------------------69 Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 8 - DANH MC CÁC CÔNG THC Công thc 2-1 Ta  các m ca khuôn mt trung bình A 28 Công thc 2-2 Khong cách t khuôn mt F i n khuôn mt trung bình A 28 Công thc 2-3 o khong cách City-Block 28 Công thc 2-4 Khong cách City-Block gia F i và A .29 Công thc 2-5 Giá tr thích nghi ca khuôn mt F i .29 Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 9 - C C C H H H       N N N G G G 1 1 1 P P P H H H    C C C H H H    I I I T T T H H H Ô Ô Ô N N N G G G T T T I I I N N N T T T    D D D    L L L I I I    U U U Q Q Q U U U A A A N N N S S S Á Á Á T T T B B B    N N N G G G T T T H H H U U U    T T T G G G I I I    I I I D D D I I I T T T R R R U U U Y Y Y    N N N 1.1 PHÁT BIU BÀI TOÁN Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn nhm nghiên cu cách phc hi thông tin ch da vào trí nh ch quan ca con ngi. Các thông tin quan sát c thng ri rc, không chc chn, thi gian quan sát có khi rt ngn và chu nh hng ca nhiu yu t ch quan a ngi quan sát nh là tâm sinh lý, kh nng quan sát, kh nng din t, kh nng miêu t, …  tài này có th áp dng vào lnh vc u tra ti phm: Nhà chc trách mun dng li chân dung ti phm hay tìm nh chân dung trong tp nhng i tng nghi vn da vào li khai ca các nhân chng. Các nhân chng thng không nh chính xác khuôn mt, nhiu khi các miêu t ca các nhân chng khác nhau li trái ngc nhau, do ch quan. Làm sao  t các chi tit ri rc ó ta có th tng hp li và a ra mt chân dung phác tho chính xác nht có th? ó chính là mc ích nghiên cu ca  tài này. Thut gii di truyn là mt trong nhng phng pháp có th gii quyt t nhng vn  mà bài toán t ra nh vào các phép toán rt mnh mà thut Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 10 - gii s hu nh: chn lc, lai ghép, t bin. Do ó trong lun vn này chúng tôi s dng thut gii di truyn nh là mt công c gii quyt bài toán này. 1.2 THUT GII DI TRUYN 1.2.1 Thut gii di truyn tng quát Thut gii di truyn (GA – Genetic Algorithms) do John Holland  xut vào nhng nm 1970 ca th k 20. Ý tng ca thut gii da trên thuyt tin hoá ca Darwin: Nhng cá th có tính thích nghi cao vi hoàn nh sng thì tn ti và tip tc phát trin, nhng cá th có  thích nghi kém  dn dn bào thi. Nh vy nhng th h sau bao gi cng tt hn th h trc. Xét trên khía cnh mt bài toán trong ó mi cá thóng vai trò mt i gii thì càng v sau ta s càng có nhng li gii tt hn nhng li gii trc ó, và quá trình tin hóa trên mt qun th các cá th thì ng vi mt quá trình tìm kim li gii trong không gian li gii. Thut gii di truyn s dng vay mn nhiu thut ng ca sinh hc nh: nhim sc th, cá th, qun th, lai ghép, t bin, chn lc . Cá th là mt li gii ca bài toán, mi cá th trong thut gii di truyn c qui c ch có mt nhim sc th (khác vi các sinh vt trong t nhiên, ví d nh con ngi chúng ta có ti 46 nhim sc th) nên cá th ng c gi là nhim c th. Các nhim sc th là mt chui tuyn tính các n v nh hn là các gen, mi gen biu din cho mt c trng và có mt v trí nht nh trong nhim sc th. Mi c trng có th có nhiu giá tr khác nhau. Qun th là t tp hp nhiu cá th có s lng xác nh, trong thut gii di truyn qun th là mt không gian các li gii. Còn lai ghép, t bin, chn lc… là các phép toán thc hin trên qun th to ra mt qun th mi. . Phc hi thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn - 5 - C LC CHNG 1 PHC HI THÔNG TIN T D LIU QUAN SÁT BNG THUT GII DI TRUYN--------------------------------------------------------------------------------------------------------------. thông tin t d liu quan sát bng thut gii di truyn nhm nghiên cu cách phc hi thông tin ch da vào trí nh ch quan ca con ngi. Các thông tin