Thơngăs Giáătr T l Train/Test 0.9 HƠm kích ho t Relu S l p n 2 S nút n 25n( )* Epoch 1000 Mini batch 1024
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
49 Gi i h n h h ng b qua 0.05
(*) v i n là s ph n t d đốn h h ng đ u vào.
Tính hi u qu c a mơ hình DNN th ng đ c đánh giá qua k t qu c a c hai t p hu n luy n (t p train) và t p ki m đnh (t p test). D a vào k t qu đ chính xác (accuracy) và m t mát (loss) ghi l i t ba mơ hình cho c ba tr ng h p gi đ nh h h ng th hi n trong Hình 4.9, cĩ th th y đ i v i bài dàn 10 thanh, các thơng s mơ hình nêu trên cho k t qu r t t t v i đ chính xác > 90% và khơng cĩ hi n t ng Overfitting di n ra. Tuy nhiên đ i v i bài này, cĩ th gi m s l ng Epoch v cịn 500 đ gi m thi u th i gian ch y n u c n thi t.
(a) Tr ng h p 1
50 (c) Tr ng h p 3
Hình 4.9 chính xác và m t mát c a các mơ hình DNNs - dàn 10 thanh Các k t qu d đốn h h ng c a mơ hình DNNs đ xu t đ c th hi n trong Hình 4.10. Các v trí cĩ k t qu d đốn h h ng khơng đáng k , nh h n 5% (xi 0 05. ) s b lo i b đ ti p t c gi m s l ng bi n thi t k trong b c t i u hĩa.
D nh n th y tính chính xác t ng đ i cao c a DNNs đư xơy d ng đ i v i bƠi tốn đ n gi n nh h dàn 10 thanh đang xét. Trong tr ng h p này, n u khơng yêu c u cao h n v đ chính xác c a t ng ph n t , thu t tốn cĩ th ch p nh n k t qu t b c 2 làm k t qu cu i cùng. chính xác c a t ng tr ng h p ch n đốn đ c trình bày trong B ng 4.6
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT 51 (b) Tr ng h p 2 (c) Tr ng h p 3 Hình 4.10 K t qu h h ng d đốn b ng DNNs ậ H dàn 10 thanh c) Mơ hình XGBoost
Bên c nh DNNs, m t mơ hình h c k t h p XGBoost c ng đ c xây d ng đ ki m ch ng l i tính hi u qu c a các mơ hình h c sâu, nh m ch n ra ph ng pháp t i u nh t cho bài tốn. Các thơng s mơ hình XGBoost đ c th hi n trong B ng 4.5.
B ng 4.5 Các thơng s cho mơ hình XGBoost
52
Chi u sơu cơy t i đa 5
Learning rate 0.1
S cơy t i đa trong mơ hình 400
K t qu ch n đốn h h ng t mơ hình XGBoost đ c trình bày trong Hình 4.11 và c ng đ c t ng h p trong B ng 4.5.
(a) Tr ng h p 1
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT 53 (c) Tr ng h p 3 Hình 4.11 K t qu h h ng d đốn b ng XGBoost ậ H dàn 10 thanh d) Nh n xét B ng 4.6 T ng h p k t qu c a DNN vs XGBoost ậ Dàn 10 thanh DNN XGBoost Ph năt ă
h ăh ngă M căđ ăh ăh ngă K tăqu ăd ăđốnă xác ăchínhă
K tăqu ă d ăđốnă xác ăchínhă Tr ngă h pă1 3 0.10 0.1121 87.90% 0.0997 99.70% Tr ngă h pă2 2 9 0.20 0.15 0.1943 0.1491 97.15% 99.40% 0.1993 0.1516 99.65% 98.93% Tr ngă h pă3 2 0.20 0.1954 97.70% 0.1997 99.85% 3 0.15 0.1078 71.87% 0.0947 63.13% 4 0.25 0.2395 95.80% 0.1738 69.52% 6 0.30 0.3021 99.30% 0.2895 96.50%
B ng 4.7 Th i gian ch y mơ hình h c sâu c a DNNs và XGBoost
Th iăgianăch yămơăhình (s) DNNs XGBoost T ăl
15.48 13.91 111.2% 19.96 19.49 102.4% 20.62 27.94 73.8%
Qua các ví d th nghi m đư đ c p trong B ng 4.6 và th i gian ch y mơ hình trong B ng 4.7, k t qu ch n đốn h h ng t c hai thu t tốn h c sâu kh o sát đ u cĩ th áp
54 d ng t t trong b c lo i nghi m khơng c n thi t c a ph ng pháp đư đ xu t. Tuy nhiên đ i v i nh ng bài cĩ nhi u bi n c n d đốnnh tr ng h p 3 thì DNNs th hi n đ c u đi m v t tr i h n v c k t qu ch n đốn, th i gian ch y và tính n đnh c a k t qu . Nh ng kh o sát khác cho các bài dàn ph c t p h n c ng cho k t qu t ng t . Do đĩ, trong các ví d cịn l i, m ng n ron nhơn t o s là thu t tốn chính đ c áp d ng.
4.1.3.3 B c 3 ậ T iă uăhĩang c
a) Thu t tốn HBA
Nh đư trình bƠy, b c ba thu t tốn t i u hĩa Con l ng m t (HBA) s đ c áp d ng đ xác đnh m c đ h h ng c a các ph n t chính xác h n. B i tính ch t ng u nhiên c a các thu t tốn t i u, tác gi s ch y 5 l n và ghi nh n các k t qu khác nhau đ ch ng minh tính n đnh c a bài tốn. Trong ch ng nƠy s trình bày k t qu c a l n ch y t t nh t kèm v i sai s gi a các l n ch y khác nhau.
Trong quá trình kh o sát, tác gi đ xu t các thơng s cho thu t tốn t i u hĩa nh trong B ng 4.8. chính xác c a bài tốn t i u hĩa s càng cao khi sai s d ng càng ti n v 0. i v i các bài cĩ nhi u thanh thì yêu c u v sai s d ng s càng g t gao h n. Trong khuơng kh các bài tốn kh o sát trong lu n v n (t i đa 64 thanh), sai s d ng b ng 1 10 −10 cho l i đ chính xác cao cho tồn b các k ch b n h h ng đư xét.
B ng 4.8 T ng h p thơng s cho thu t tốn HBA ậ Dàn 10 thanh
Thơngăs Giáătr
H s 6
H s c 2
B dơn s NP 20
Sai s d ngch y cho hƠm m c tiêu 1.0E-10
S l n ch y 5
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
55 (a) Tr ng h p 1
56 (c) Tr ng h p 3
Hình 4.12 K t qu ch n đốn h h ng - thu t tốn HBA ậ H dàn 10 thanh K t qu ch n đốn cu i cùng đ c trình bày trong Hình 4.12 và quá trình h i t c a K t qu ch n đốn cu i cùng đ c trình bày trong Hình 4.12 và quá trình h i t c a hàm m c tiêu trong l n ch y t t nh t th hi n trong Hình 4.13. Các k t qu c ng s đ c bàn lu n sau trong ph n nh n xét c a m c này.
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
57 (b) Tr ng h p 2
(c) Tr ng h p 3
Hình 4.13 Quá trình h i t hàm m c tiêu ậ Thu t tốn HBA ậ H dàn 10 thanh b) Thu t tốn DE b) Thu t tốn DE
V i m c tiêu ki m ch ng kh n ng gi i nghi m c a thu t tốn HBA ậ m t thu t tốn ch m i đ c phát tri n vƠo n m 2021, thu t tốn DE đ c áp d ng. Cĩ th nĩi DE là m t trong nh ng thu t tốn đ c nhi u ng i bi t đ n b i t c đ và kh n ng gi i nghi m tồn c u. Các b c th c hi n l i gi i chi ti t đư đ c trình bày trong CH NG 3 c a lu n v n này và nh ng thơng s quan tr ng s đ c trình bày trong B ng 4.9.
58 B ng 4.9 Các thơng s cho thu t tốn DE ậ Dàn 10 thanh
Thơngăs Giáătr
Ph ng pháp t o véc t đ t bi n rand/1
H s ng u nhiên Cr [0.4, 0.9)
H s ng u nhiên F [0.7, 1.0)
B dơn s NP 20
Sai s d ng ch y cho hƠm m c tiêu 1.00E-10
S l n ch y 5
S b c l p t i đa 1000
(a) Tr ng h p 1
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
59 (c) Tr ng h p 3
Hình 4.14 K t qu ch n đốn h h ng - thu t tốn DE ậ H dàn 10 thanh
K t qu thu đ c khi áp d ng DE trong b c xác đnh chính xác m c đ h h ng đ c trình bày trong Hình 4.14, cĩ th th y kh n ng xác đnh m c đ h h ng m c r t cao, t ng đ ng g n 100% đ chính xác trong tr ng h p 1 vƠ tr ng h p 2. Quá trình h i t c a hàm m c tiêu c a ph ng pháp DE đ c trình bày trong Hình 4.15.
60 (b) Tr ng h p 2
(c) Tr ng h p 3
Hình 4.15 Quá trình h i t hàm m c tiêu ậ Thu t tốn DE ậ H dàn 10 thanh thanh
c) Nh n xét
nh n xét, so sánh v tính hi u qu c a các thu t tốn t i u hĩa hai khía c nh th ng đ c cân nh c đĩ chính lƠ t c đ h i t và kh n ng gi i nghi m tồn c u. i v i t c đ h i t , do tính ch t khơng n đ nh hồn tồn c a c u hình máy tính (cùng m t máy c ng cĩ kh n ng lúc ch y nhanh, lúc ch y ch m) các tác gi trong l nh v c nƠy th ng đ a ra ch tiêu chung cĩ kh n ng so sánh gi a nhi u máy khác nhau đĩ chính là chi phí tính tốn, t ng ng v i s l n gi i ph n t h u h n trong bƠi tốn đang xét. V i kích th c b dân
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
61 s là NP = 20, t ng ng v i sau m i b c l p, thu t tốn c n tính tốn hàm m c tiêu cho 20 b d li u gia t c. Do đĩ s l n gi i ph n t h u h n sau m i b c l p s t ng lên đúng b ng s NP. B ng 4.10 th hi n s l n gi i PTHH trung bình trong 5 l n ch y (fmean) và s l n gi i PTHH c a l n ch y cĩ k t qu t t nh t (fbest) cho thu t tốn DE và HBA. T s li u th ng kê này k t h p v i đ chính xác c a nghi m tìm đ c trình bày trong B ng 4.11, cĩ th k t lu n thu t tốn HBA m c dù cĩ t c đ h i t ch m h n so v i DE nh ng l i cho kh n ng gi i nghi m chính xác h n, đ i v i bƠi tốn đ n gi n nh dƠn 10 thanh cĩ th lên đ n 100% đ chính xác.
62 B ng 4.10 B ng so sánh chi phí tính tốn gi a DE và HBA
Thu tătốn S ăl năch yăPTHHă Tr ngăh pă1 Tr ngăh pă2 Tr ngăh pă3
DE Trung bình 248 872 1320 L i gi i t t nh t 240 880 1360 HBA Trung bình 352 1448 2356 L i gi i t t nh t 400 1400 2980 B ng 4.11 B ng t ng h p, so sánh k t qu ch n đốn t DE và HBA Ph năt ă
h ăh ngă M căđ ăh ăh ngă
DE HBA K tăqu ă d ăđốnă ă chính xác K tăqu ă d ăđốnă ă chính xác Tr ngă h pă1 3 0.10 0.1000 100.0% 0.1000 100.0% Tr ngă h pă2 2 9 0.20 0.15 0.1957 0.1548 97.8% 103.2% 0.2000 0.1500 100.0% 100.0% Tr ngă h pă3 2 0.20 0.2000 100.0% 0.2000 100.0% 3 0.15 0.1474 98.3% 0.1499 99.9% 4 0.25 0.2514 100.6% 0.2501 100.0% 6 0.30 0.2999 100.0% 0.3000 100.0% 4.1.4 Mơ hình gi m b c và nhi u 4.1.4.1 t v năđ
Nh đư đ c p đ u ch ng, bài tốn ch n đốn h h ng trên th c t đ i m t v i r t nhi u khĩ kh n so v i các bài tốn lý thuy t thu n túy, đi n hình nh s khác nhau gi a mơ hình s và k t c u th c t , nhi u do đo đ c, các t i tr ng khơng ki m sốt đ c, gi i h n các đi m đo,v.v. Lu n v n nƠy s đ c p và kh o sát t i hai v n đ hay g p là nhi u d li u đo đ c và s gi i h n các đi m đo l y d li u do gi i h n v kinh phí và th i gian cơng tác.
ki m tra tính kh thi c a ph ng pháp 3 b c đ xu t, gia t c c a h dƠn h h ng trong mơ ph ng s s k đ n m t m c đ nhi u ng u nhiên t 0% đ n 2% (Xem ví d Hình 4.16).
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
63 Hình 4.16 Gia t c đo đ c cĩ xét nhi u so v i khơng xét nhi u
Bên c nh đĩ, gi s ch cĩ nút s 1, 2, 3 lƠ đ c g n các c m bi n đo gia t c theo c hai ph ng X vƠ Y (Hình 4.17), t ng ng các b c t do 1, 2, 3, 4, 5 và 6. Mơ hình gi m b c - chu i Neumann b c 2 đ c áp d ng đ xây d ng l i gi i chính xác cho tr ng h p gi i h n v d li u đo nh trên. K t qu gi i đáp ng gia t c c a mơ hình MOR đ i v i b c t do th 2 đ c trình bày trong Hình 4.18, cĩ th th y ph ng pháp gi m b c mơ hình cĩ tác d ng r t t t, ph n l n l i gi i gia t c theo th i gian là gi ng nhau. K t qu này cĩ th dùng đ áp d ng trong bài tốn ch n đốn h h ng.
64 Hình 4.18 áp ng gia t c t i DOF th 2-MOR và mơ hình -Dàn 10 thanh
4.1.4.2 B c 1 - Ch s ASEI
Ngo i tr ph n gia t c c a h dƠn h h ng đ c tính theo mơ hình gi m b c, các thơng s cịn l i c a t ng b c trong ph ng pháp ch n đốn ba b c đ c gi nguyên nh bƠi tốn tr ng h p t ng quát trình bày trong m c 4.1.3. K t qu c a ch s ASEI đ i v i mơ hình nƠy đ c trình bày trong Hình 4.19. Cĩ th th y rõ khi xét nhi u ng u nhiên 2%, ch s ASEI khơng g p khĩ kh n trong quá trình xác đ nh nh ng v trí cĩ kh n ng x y ra h h ng. B ng ch ng là nh ng v trí đ c ch n đốn t ng t nh tr ng h p t ng quát.
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
65 (b) Tr ng h p 2
(c) Tr ng h p 3
Hình 4.19 Các giá tr ch s ASEI, xét nhi u và mơ hình gi m b c ậ H dàn 10 thanh
4.1.4.3 B c 2 - Mơ hình h c sâu
66 (b) Tr ng h p 2
(c) Tr ng h p 3
Hình 4.20 K t qu h h ng d đốn b ng DNNs, xét nhi u và mơ hình gi m b c ậ H dàn 10 thanh
K t qu ch n đốn h h ng t mơ hình h c sơu DNN đ c trình bày trong Hình 4.20. C ng nh ch s ASEI, v i m c nhi u 2% cho bƠi dƠn 10 thanh, b c th 2 c ng khơng g p khĩ kh n trong ch n đốn h h ng.
4.1.4.4 B c 3 ậ T iă uăhĩa
K t qu ch n đốn h h ng h dàn 10 thanh cĩ xét nhi u và mơ hình gi m b c đ c trình bày trong Hình 4.21 và B ng 4.12. K t qu này cho th y thu t tốn v n cĩ kh n ng ch n đốn h h ng đ i v i tr ng h p h n ch v s đi m đo vƠ nhi u d li u đo đ c m c 2%. K t qu trung bình cho ra v i sai s nh h n 10% tuy nhiên trong quá trình kh o sát, m t s tr ng h p d li u đo đ c b nhi u làm cho các thu t tốn t i u khơng xác
CH NG 4. CÁC BÀI TỐN KH O SÁT
67 đ nh đ c chính xác m c đ h h ng nh tr ng h p 1 bài dàn 10 thanh. M c dù v trí h h ng v n đ c xác đ nh, h n ch này c n đ c kh c ph c trong các h ng m r ng và c i ti n c a đ tài nh m đ a ph ng pháp đ xu t tr nên kh thi v i các bài tốn th c ti n.
(a) Tr ng h p 1
68 (c) Tr ng h p 3
Hình 4.21 K t qu d đốn h h ng b ng ph ng pháp 3 b c ậxét nhi u và mơ hình gi m b c - H dàn 10 thanh
B ng 4.12 K t qu ch n đốn h h ng c a mơ hình t ng quát và mơ hình cĩ xét nhi u và MOR ậ Dàn 10 thanh mơ hình cĩ xét nhi u và MOR ậ Dàn 10 thanh
Ph năt ă
h ăh ngă M căđ ăh ăh ngă
T ngăquát Xétănhi uăvƠăMOR K tăqu ă d ăđốnă xác ăchínhă K tăqu ă d ăđốnă xác ăchínhă Tr ngă h pă1 3 0.10 0.1000 100.0% 0.2935 34.07% Tr ngă h pă2 2 9 0.20 0.15 0.2000 0.1500 100.0% 100.0% 0.1993 0.1482 99.65% 98.80% Tr ngă h pă3 2 0.20 0.2000 100.0% 0.1966 98.30% 3 0.15 0.1499 99.9% 0.1386 92.40% 4 0.25 0.2501 100.0% 0.2601 95.96% 6 0.30 0.3000 100.0% 0.3064 97.87%