Chương 3: ỨNG DỤNG MẠNG KOHONEN (SOM) TRONG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
3.3 Đề xuất phương án triển khai kỹ thuật cho phân loại sản phẩm hạt cà phê
Trên thế giới, cà phê có rất nhiều loại, đây là một loại cây có khả năng thích nghi với môi trường. Hiện nay, các nước trên thế giới cũng như ở nước ta đều trồng ba loại cà phê là: Arabica (cà phê chè), Robusta (cà phê vối), Chira (cà phê mít) [3].
a. Cà phê chè (Arabica): Là loại cà phê được trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, chiếm 9/10 tổng sản lượng cà phê. Cây cao 3 ÷ 5 m, có khi 7 ÷ 10 m, độc thân hoặc nhiều thân, vỏ mốc trắng, gỗ vàng ngà, hoa mọc thành từng chùm gồm 5 cánh màu trắng, thời gian ra hoa ở nước ta từ tháng 2 đến tháng 4. Quả hình trứng hay hình tròn, khi chín có màu đỏ tươi, kích thước quả: dài 17 ÷ 18 mm, đường kính tiết diện 10 ÷ 15 mm, 500 ÷ 700 quả/kg, thời gian từ lúc có quả đến lúc chín 6 ÷ 7 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 2. Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân, kích thước: dài 5 ÷ 10 mm, rộng 4 ÷ 7 mm, dày 2 ÷ 4 mm, kích thước này thay đổi theo từng loại và theo điều kiện môi trường. Khối lượng 500 ÷ 700 hạt/100g, hàm lượng cafein 1,3 %, hạt có màu xám xanh, xanh lục tùy theo chủng và cách chế biến, năng suất 400
÷ 500kg cà phê nhân/ha. Tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với nguyên liệu (cà phê quả tươi) là 14 ÷ 20 %.
b. Cà phê vối (Robusta): Cây cao từ 3 ÷ 8 m, vỏ cây mốc trắng, gỗ vàng hoặc trắng ngà, hoa màu trắng mọc thành cụm có 5 ÷ 7 cánh, mùa
hoa từ tháng 4 đến tháng 6. Quả hình tròn hoặc hình trứng, khi chín có màu đỏ hoặc hồng, trên quả thường có đường gân dọc, vỏ quả mỏng so với cà phê chè, thời gian từ khi có quả đến lúc chín 10 ÷ 12 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 1 đến tháng 4. Hạt hình bầu dục hay tròn, vỏ lụa trắng dễ bong, khoảng 600 ÷ 900 hạt/100g, hạt dài 5 ÷ 8 mm, hạt có màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy theo chủng và cách chế biến, hàm lượng cafein 2 ÷ 3 %, đây là loại cà phê có nhiều cafein nhất.
c. Cà phê mít (Chira): Cây cao từ 6 ÷ 15 m, nếu đất tốt có thể cao đến 20m. Hoa màu trắng có 5 cánh, quả hình trứng hơi ép ngang, quả chín có màu đỏ, to và dày. Khối lượng 500 ÷ 700 quả/kg. Hình dạng hạt cà phê mít giống như hạt cà phê chè, màu vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong, khoảng 700 ÷ 1000 hạt/100g, hàm lượng cafein 1 ÷ 1,2 %.
Hình 3.5: Hình ảnh cà phê sau khi thu hoạch
Căn cứ vào các tiêu chí phân loại cà phê, ta xây dựng bộ dữ liệu thực nghiệm cho mô phỏng phân loại cà phê như sau:
Bộ dữ liệu để phân loại với mô hình 4 chiều đó là chiều dài hạt cà phê (Coffee length), chiều rộng hạt cà phê (Coffe width) , độ dày hạt cà phê (Coffee thickness) và màu sắc hạt cà phê ( Color) được phân ra làm 3 lớp là 50 hạt Arabica, 50 hạt Robusta và 50 hạt Chira.
Bộ dữ liệu được xây dựng dựa trên sự tham khảo số liệu Kỹ thuật và thu hoạch cà phê xuất khẩu; Dự thảo tiêu chuẩn quốc gia về cà phê nhân.
Kết quả:
Dữ liệu Số loại Các loại
Coffee 3 Loại 1: Arabica
Loại 2: Robusta Loại 3: Chira Bảng 3.3: Kết quả hạt cà phê sau khi phân loại
Màu sắc hạt cà phê thường thấy có các màu : xanh xám, xanh lục, xanh nâu, xanh bạc, vàng xanh, vàng rạ. Để tiện cho việc phân loại, ta tạm thời quy ước các màu thành các số tương ứng: xanh xám (0) , xanh lục (1), xanh nâu (2), xanh bạc(3), vàng xanh (4), vàng rạ (5)
STT Tên loại cà phê
CoffeeL (Độ dài hạt
cà phê)
CoffeeW (Độ rộng hạt
cà phê)
CoffeT (Độ dày hạt
cà phê)
Color ( Màu sắc hạt
cà phê)
1 Arabica 5.1 3.5 1.4 0
2 Arabica 4.9 3.0 1.4 0
3 Arabica 4.7 3.2 1.3 1
4 Arabica 4.6 3.1 1.5 1
5 Arabica 5.0 3.6 1.4 1
6 Arabica 5.4 3.9 1.7 0
7 Arabica 4.6 3.4 1.4 0
8 Arabica 5.0 3.4 1.5 0
9 Arabica 4.4 2.9 1.4 1
10 Arabica 5.4 3.7 1.5 1
11 Arabica 5.4 3.7 1.5 0
12 Arabica 4.8 3.4 1.6 0
13 Arabica 4.8 3.0 1.4 0
14 Arabica 4.3 3.0 1.1 0
15 Arabica 5.8 4.0 1.2 1
16 Arabica 5.7 4.4 1.5 0
17 Arabica 5.4 3.9 1.3 0
18 Arabica 5.1 3.5 1.4 0
19 Arabica 5.7 3.8 1.7 0
20 Arabica 5.1 3.8 1.5 0
21 Arabica 5.4 3.4 1.7 1
22 Arabica 5.1 3.7 1.5 1
23 Arabica 4.6 3.6 1.0 1
24 Arabica 5.1 3.3 1.7 1
25 Arabica 4.8 3.4 1.9 0
26 Arabica 5.0 3.0 1.6 1
27 Arabica 5.0 3.4 1.6 0
28 Arabica 5.2 3.5 1.5 0
29 Arabica 5.2 3.4 1.4 1
30 Arabica 4.7 3.2 1.6 0
31 Arabica 4.8 3.1 1.6 0
32 Arabica 5.4 3.4 1.5 1
33 Arabica 5.2 4.1 1.5 1
34 Arabica 5.5 4.2 1.4 0
35 Arabica 4.9 3.1 1.5 0
36 Arabica 5.0 3.2 1.2 0
37 Arabica 5.5 3.5 1.3 0
38 Arabica 4.9 3.1 1.5 0
39 Arabica 4.4 3.0 1.3 0
40 Arabica 5.1 3.4 1.5 0
41 Arabica 5.0 3.5 1.3 0
42 Arabica 4.5 2.3 1.3 0
43 Arabica 4.4 3.2 1.3 1
44 Arabica 5.0 3.5 1.6 1
45 Arabica 5.1 3.8 1.9 1
46 Arabica 4.8 3.0 1.4 1
47 Arabica 5.1 3.8 1.6 0
48 Arabica 4.6 3.2 1.4 0
49 Arabica 5.3 3.7 1.5 0
50 Arabica 5.0 3.3 1.4 1
51 Robusta 7.0 3.2 4.7 3
52 Robusta 6.4 3.2 4.5 4
53 Robusta 6.9 3.1 4.9 4
54 Robusta 5.5 2.3 4.0 4
55 Robusta 6.5 2.8 4.6 5
56 Robusta 5.7 2.8 4.5 5
57 Robusta 6.3 3.3 4.7 5
58 Robusta 4.9 2.4 3.3 5
59 Robusta 6.6 2.9 4.6 5
60 Robusta 5.2 2.7 3.9 4
61 Robusta 5.0 2.0 3.5 4
62 Robusta 5.9 3.0 4.2 4
63 Robusta 6.0 2.2 4.0 4
64 Robusta 6.1 2.9 4.7 4
65 Robusta 5.6 2.9 3.6 5
66 Robusta 6.7 3.1 4.4 4
67 Robusta 5.6 3.0 4.5 5
68 Robusta 5.8 2.7 4.1 4
69 Robusta 6.2 2.2 4.5 5
70 Robusta 5.6 2.5 3.9 4
71 Robusta 5.9 3.2 4.8 4
72 Robusta 6.1 2.8 4.0 5
73 Robusta 6.3 2.5 4.9 4
74 Robusta 6.1 2.8 4.7 4
75 Robusta 6.4 2.9 4.3 5
76 Robusta 6.6 3.0 4.4 3
77 Robusta 6.8 2.8 4.8 2
78 Robusta 6.7 3.0 5.0 4
79 Robusta 6.0 2.9 4.5 5
80 Robusta 5.7 2.6 3.5 4
81 Robusta 5.5 2.4 3.8 4
82 Robusta 5.5 2.4 3.7 4
83 Robusta 5.8 2.7 3.9 5
84 Robusta 6.0 2.7 5.1 5
85 Robusta 5.4 3.0 4.5 4
86 Robusta 6.0 3.4 4.5 3
87 Robusta 6.7 3.1 4.7 5
88 Robusta 6.3 2.3 4.4 4
89 Robusta 5.6 3.0 4.1 3
90 Robusta 5.5 2.5 4.0 4
91 Robusta 5.5 2.6 4.4 5
92 Robusta 6.1 3.0 4.6 4
93 Robusta 5.8 2.6 4.0 4
94 Robusta 5.0 2.3 3.3 5
95 Robusta 5.6 2.7 4.2 5
96 Robusta 5.7 3.0 4.2 5
97 Robusta 5.7 2.9 4.2 4
98 Robusta 6.2 2.9 4.3 3
99 Robusta 5.1 2.5 3.0 1
100 Robusta 5.7 2.8 4.1 2
101 Chira 6.3 3.3 6.0 3
102 Chira 5.8 2.7 5.1 4
103 Chira 7.1 3.0 5.9 5
104 Chira 6.3 2.9 5.6 4
105 Chira 6.5 3.0 5.8 5
106 Chira 7.6 3.0 6.6 4
107 Chira 4.9 2.5 4.5 4
108 Chira 7.3 2.9 6.3 4
109 Chira 6.7 2.5 5.8 5
110 Chira 7.2 3.6 6.1 5
111 Chira 6.5 3.2 5.1 4
112 Chira 6.4 2.7 5.3 4
113 Chira 6.8 3.0 5.5 5
114 Chira 5.7 2.5 5.0 5
115 Chira 5.8 2.8 5.1 5
116 Chira 6.4 3.2 5.3 5
117 Chira 6.5 3.0 5.5 5
118 Chira 7.7 3.8 6.7 5
119 Chira 7.7 2.6 6.9 5
120 Chira 6.0 2.2 5.0 4
121 Chira 6.9 3.2 5.7 4
122 Chira 5.6 2.8 4.9 4
123 Chira 7.7 2.8 6.7 5
124 Chira 6.3 2.7 4.9 4
125 Chira 6.7 3.3 5.7 4
126 Chira 7.2 3.2 6.0 4
127 Chira 6.2 2.8 4.8 4
128 Chira 6.1 3.0 4.9 4
129 Chira 6.4 2.8 5.6 5
130 Chira 7.2 3.0 5.8 5
131 Chira 7.4 2.8 6.1 5
132 Chira 7.9 3.8 6.4 4
133 Chira 6.4 2.8 5.6 5
134 Chira 6.3 2.8 5.1 4
135 Chira 6.1 2.6 5.6 5
136 Chira 6.7 3.0 6.1 5
137 Chira 6.3 3.4 5.6 4
138 Chira 6.4 3.1 5.5 4
139 Chira 6.0 3.0 4.8 5
140 Chira 6.9 3.1 5.4 5
141 Chira 6.7 3.1 5.6 5
142 Chira 6.9 3.1 5.1 5
143 Chira 5.8 2.7 5.1 5
144 Chira 6.8 3.2 5.9 4
145 Chira 6.7 3.3 5.7 4
146 Chira 6.7 3.0 5.2 4
147 Chira 6.3 2.5 5.0 5
148 Chira 6.5 3.0 5.2 5
149 Chira 6.2 3.4 5.4 5
150 Chira 5.9 3.0 5.1 4
Bảng 3.4: Dữ liệu về độ dài, độ rộng, độ dày và màu sắc cà phê
Sau khi tổng hợp bộ dữ liệu trên, ta dùng công cụ SOMTOOLBOX trên nền Matlab bản 5.3.0.10183(R11), viết chương trình code som_coffee.m trên bộ dữ liệu coffee.data, ta có kết quả gom cụm hạt cà phê theo độ dài, độ rộng, bề dày, màu sắc hạt cà phê như sau:
Hình 3.6: Kết quả gom cụm sản phẩm hạt cà phê theo độ dài, độ rộng, bề dày, mà sắc của nhân hạt cà phê
KẾT LUẬN
Mạng nơron là một phương pháp rất thích hợp trong khai phá dữ liệu với mô hình học máy, đặc biệt là học không giám sát. Với trên 5000 ứng dụng trên nhiều lĩnh vực, thuật toán học mạng nơron theo SOM rất hữu dụng trong nhiều bài toán. Nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng định thuật toán SOM là phù hợp với các ứng dụng phân loại sản phẩm.
Luận văn đã thực hiện được kết quả sau:
- Trình bày một cách tổng quát về mô hình mạng nơron và ứng dụng mạng nơron trong khai phá dữ liệu. Trình bày một cách hệ thống các giải pháp học mạng nơron không giám sát và có giám sát.
- Nghiên cứu, phân tích việc sử dụng thuật toán SOM giải quyết bài toán phân cụm theo mô hình mạng nơron.
- Nghiên cứu cấu trúc hoạt động của bộ công cụ SOM Toolbox và phương pháp sử dụng công cụ để giải quyết bài toán phân cụm dữ liệu.
- Xây dựng bài toán phân phân loại sản phẩm và sử dụng công cụ SOM Toolbox để giải quyết bài toán được đề xuất. Các kết quả thử nghiệm là phù hợp với các phân tích.