Dựa trên các thuật toán đồ tự tổ chức, năm kỹ thuật trực quan hóa chính đã đƣợc khám phá: U-matrix, trực quan lƣới, trực quan hóa bản đồ thành phần, bề mặt đồ thị 2D và 3D của ma trận khoảng cách.
Đại diện thống nhất khoảng cách ma trận cho trực quan cụm: Ma trận thống nhất khoảng cách (U-matrix) là một đại diện của bản đồ tự tổ chức xác định khoảng cách giữa các nơron hoặc các đơn vị. Chứa khoảng cách từ mỗi đơn vị trung tâm cho tất cả các lân cận. Các nơron của mạng SOM đƣợc đại diện bởi các ô lục giác. Khoảng cách giữa các nơron liền kề đƣợc tính toán và xuất hiện với các màu khác nhaụ Màu tối giữa các nơron tƣơng ứng với khoảng cách lớn và đại diện cho sự chênh lệch khoảng cách giữa các giá trị trong không gian đầu vàọ Màu sáng giữa các nơron thể hiện các vectơ gần nhau trong không gian đầu vàọ Vùng sáng đại diện cho các cụm và vùng tối đại diện cho sự phân chia cụm. Những đại diện này đƣợc sử dụng để trực quan hóa cấu trúc của không gian đầu vàọ Các đại diện U-matrix cho thấy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/
cấu trúc các cụm của tập dữ liệụ Các giá trị có đặc tính tƣơng tự đƣợc sắp xếp gần nhau và khoảng cách giữa chúng đại diện cho mức độ tƣơng tự hoặc không tƣơng tự.
Trực quan lƣới đƣợc sử dụng để hình dung hình dạng của SOM trong không gian đầu vàọ Đại diện cho mỗi đơn vị của bản đồ sử dụng một phép chiếu do đó khoảng cách giữa các cặp dữ liệu mẫu đƣợc bảo toàn một cách chính xác. Sử dụng lƣới SOM để hình dung tập các đối tƣợng với vị trí, màu sắc, hình dạng duy nhất. Phép chiếu của SOM cung cấp hình ảnh thông tin của hình dạng tổng thể và độ mịn của SOM. Một số các tính năng tƣơng tác trực quan có thể đƣợc cung cấp cho ngƣời sử dụng: Kiểm soát trên các tọa độ của mỗi đơn vị trong không gian 2D hoặc 3D. Màu sắc và kích thƣớc của điểm đánh dấu đƣợc sử dụng cho mỗi đơn vị bản đồ và các thuộc tính của đƣờng để kết nối các đơn vị bản đồ. SOM làm giảm các dữ liệu đầu vào cho một số lƣợng nhỏ các vector có thể đƣợc kết hợp với các kỹ thuật chiếu khác nhƣ phân tích thành phần chính và lập bản đồ Sammon để tạo các kết quả chiếu tốt hơn trong khi giảm bớt gánh nặng tính toán liên quan đến các phƣơng pháp chiếụ
Trực quan hóa bản đồ thành phần: Hiển thị giá trị các thuộc tính khác nhau của các phần tử bản đồ. Trực quan hóa của các thành phần bản đồ cho thấy mỗi vetor đầu vào thay đổi trên không gian của các đơn vị SOM. Mỗi thành phần của bản đồ cho thấy giá trị của một biến trong mỗi đơn vị của bản đồ bằng cách sử dụng màu sắc mã hóạ Bằng cách sử dụng vị trí và màu sắc của bản đồ có thể tìm ra mối quan hệ giữa các đơn vị bản đồ khác nhaụ
Bề mặt đồ thị 2D và 3D của ma trận khoảng cách: Sử dụng màu sắc và tọa độ z để chỉ ra khoảng cách trung bình đến đơn vị bản đồ lân cận. Sử dụng trực quan bề mặt đồ thị 2D và 3D của ma trận khoảng cách thể hiện mật độ, hình dạng, kích thƣớc và số lƣợng các cụm. Ngƣời sử dụng có sự linh hoạt để thao tác các tọa độ và xem trong không gian 2D hoặc 3D.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/
2.5.5. Số lượng nhóm khi phân cụm
Trong quá trình ứng dụng mạng SOM vào giải quyết các bài toán phân cụm dữ liệu theo giải thuật đƣợc đƣa ra thì số lƣợng nhóm đƣợc hình thành sau quá trình huấn luyện là ngẫu nhiên và không xác định trƣớc. Trên thực tế có một tham số đầu vào ảnh hƣởng tới số lƣợng nhóm đƣợc hình thành sau quá trình huấn luyện đó là kích thƣớc khởi tạo cho mạng SOM, nhƣng tham số này ảnh hƣởng ít tới số lƣợng nhóm đƣợc hình thành.Vì vậy, với mỗi bài toán riêng biệt thƣờng có một kích thƣớc mạng SOM chuẩn cho bài toán đó.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/
CHƢƠNG 3
ỨNG DỤNG MẠNG SOM TRONG CÔNG VIỆC QUẢN LÝ TRỢ CẤP XÃ HỘI CỦA SINH VIÊN TRƢỜNG CAO ĐẲNG
SƢ PHẠM CAO BẰNG 3.1. Phát biểu bài toán
Chƣơng này sẽ trình bày ứng dụng của mạng Kohonen trong phân cụm dữ liệu vào bài toán ứng dụng mô hình mạng Kohonen để quản lý trợ cấp xã hội của học sinh, sinh viên trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng.
Hiện nay công tác quản lý trợ cấp xã hội của học sinh, sinh viên các trƣờng chuyên nghiệp trong tỉnh đã và đang đƣợc các cấp, sở ban ngành trong tỉnh đặc biệt quan tâm. Với đặc thù là một tỉnh miền núi giáp biên, điều kiện kinh tế khăn khăn, trình độ nhận thức của ngƣời dân chƣa đƣợc caọ Các em học sinh học xong Phổ thông trung học không có đủ điều kiện để theo học tại các trƣờng chuyên nghiệp. Nhận thức rõ khó khăn này, ngành giáo dục tỉnh Cao Bằng cũng nhƣ các trƣờng chuyên nghiệp trong tỉnh nói chung, trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng nói riêng đã có những hỗ trợ kịp thời để các em có thể theo học tại các trƣờng chuyên nghiệp.
3.2 Khảo sát, đánh giá, thống kê tình hình trợ cấp xã hội của sinh viên trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng
3.2.1 Thu thập dữ liệu
Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng đƣợc thành lập năm 2000 theo quyết định số 4018/2000/QĐ-BGD&ĐT-TCCB của Bộ Giáo dục Đào tạo về việc nâng cấp Trƣờng Trung học Sƣ phạm Cao Bằng thành Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng. Đây là một mốc son đánh dấu sự trƣởng thành về mọi mặt của ngành học Sƣ phạm Cao Bằng. Sau hơn 60 năm phấn đấu xây dựng và phát triển, từ một lớp học đầu tiên năm 1948 tại Hà Quảng đã đánh dấu sự ra đời của ngành sƣ phạm tỉnh nhà [4]. Trƣờng đã đào tạo, bồi dƣỡng đội ngũ giáo viên mầm non, tiểu học và trung học cơ sở đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng cao của con em các dân tộc trong tỉnh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/
Nhà trƣờng hiện có 4 phòng ban, 5 khoa, 2 tổ trực thuộc t hực hiện đào tạo, bồi dƣỡng giáo viên có trình độ cao đẳng sƣ phạm và các trình độ thấp hơn; bồi dƣỡng cán bộ quản lý và nhân viên nghiệp vụ giáo dục trƣờng Trung học cơ sở, tiểu học, mầm non; nghiên cứu khoa học giáo dục.
Cùng với đào tạo chính qui nhà trƣờng đã mở nhiều lớp đào tạo giáo viên trình độ cao đẳng hệ vừa làm vừa học, liên kết với các trƣờng Đại học Sƣ phạm thuộc Đại học Thái Nguyên, Đại học Sƣ phạm Hà Nội đào tạo giáo viên trình độ đại học.
Bên cạnh việc nâng cao chất lƣợng giáo dục, nhà trƣờng cũng luôn quan tâm tới chế độ chính sách ƣu đãi đối với học sinh, sinh viên, khuyến khích động viên các em về mặt vật chất lẫn tinh thần. Do đặc thù là một tỉnh miền núi còn gặp nhiều khó khăn. Đa số các em học sinh, sinh viên là ngƣời dân tộc, sống tại các vùng sâu, khu vực biên giới, gia đình chủ yếu làm nghề nông nghiệp nên thu nhập gia đình còn thấp. Xuất phát từ thực tế địa phƣơng, sở lao động thƣơng binh và xã hội tỉnh Cao Bằng nói chung, trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng nói riêng đã có những chính sách cụ thể, thích hợp để hỗ trợ, giảm bớt khó khăn cho các em học sinh, sinh viên đang theo học tại các trƣờng chuyên nghiệp trong tỉnh.
Luận văn lấy số liệu đƣợc thống kê từ file Excel trợ cấp xã hội của Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng, với 12 tiêu chí xét trợ cấp xã hội của 41 lớp trong trƣờng với tổng số 2051 học sinh, sinh viên năm học 2013-2014.
Bằng cách tổng hợp số lƣợng học sinh, sinh viên theo từng nhóm điều kiện đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội ở từng lớp trên tổng số học sinh, sinh viên của toàn trƣờng đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội tƣơng ứng với nhóm điều kiện trên.
Ví dụ: Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng có 246 học sinh, sinh viên đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội theo tiêu chí Hộ nghèọ Trong đó Lớp cao đẳng Tiểu học K13A có 5 sinh viên đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội theo tiêu chí hộ nghèo trên tổng số 246 học sinh, sinh viên của cả trƣờng. Vậy tỉ lệ là: 5/246= 0,0203.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/
Theo cách tính này lần lƣợt tính đƣợc bảng thống kê tỉ lệ số học sinh, sinh viên đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội của từng lớp từ tiêu chí 1 đến tiêu chí 12 của 41 lớp trong trƣờng ở bảng 3.1
Từ bảng 3.1 sẽ sử dụng mô hình mạng Kohonen để khảo sát, thống kê và đánh giá số lƣợng sinh viên của từng lớp đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội theo các tiêu chí bằng phƣơng pháp trực quan. Từ đó, có những nhận xét chính xác về tình hình học sinh, sinh viên đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội của trƣờng làm cơ sở cho việc viết báo cáo, nắm bắt, thống kê số liệu một cách nhanh chóng.
3.2.2. Phân tích dữ liệu
Dữ liệu để phân cụm trợ cấp xã hội theo các lớp trong trƣờng là bảng thống kê tỉ lệ học sinh, sinh viên đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội của 41 lớp thuộc 4 khoa Tự nhiên, xã hội, tiểu học, mầm non của trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng năm học 2013-2014. Trong bảng thống kê có 12 nhóm tiêu chí để xét trợ cấp xã hội đƣợc thu thập và tính toán số liệu gồm:
- Học sinh, sinh viên thuộc hộ nghèo có giấy xác nhận của Sở LĐTB Xã hộị
- Học sinh, sinh viên thuộc hộ cận nghèo, gia đình đông con trong độ tuổi đi học.
- Học sinh, sinh viên là dân tộc ít ngƣời: Mông, dao, Sán chỉ, Lô lô... - Học sinh, sinh viên sống liên tục tại các xã vùng 3 (khu vực xa xôi, hẻo lánh, biên giới, hải đảọ.) hoặc có hộ khẩu thƣờng trú ở xã vùng 3 ít nhất từ 3 năm trở lên (tính đến thời điểm vào học tại trƣờng đào tạọ
- Học sinh, sinh viên mồ côi cả cha lẫn mẹ hoặc mồ côi cha hoặc mẹ nhƣng ngƣời còn lại không đủ năng lực, khả năng để nuôi dƣỡng theo quy định của pháp luật
- Học sinh, sinh viên là con liệt sĩ.
- Học sinh, sinh viên là con thƣơng binh (giảm 21% khả năng lao động trở lên).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/
- Học sinh, sinh viên có cha và mẹ hoặc cha hoặc mẹ đang trong thời gian chấp hành hình phạt tù tại trại giam, không còn ngƣời nuôi dƣỡng.
- Học sinh, sinh viên là con của hạ sĩ quan và binh sĩ, chiến sĩ đang phục vụ có thời hạn trong lực lƣợng vũ trang nhân dân tại các xã biên giớị
- Học sinh, sinh viên tàn tật giảm 41% khả năng lao động. - Học sinh, sinh viên thuộc hệ cử tuyển do tỉnh cử đi đào tạọ
- Học sinh, sinh viên thuộc các lớp chất lƣợng cao có điểm chuyên ngành đào tạo đạt loại giỏi trở lên [3].
Tỉ lệ của các nhóm tiêu chí xét trợ cấp xã hội của các lớp đƣợc thống kê theo các cột nhƣ số liệu thống kê phân cụm của từng lớp, chyên ngành đƣợc mô tả trong bảng 3.1. Sử dụng phƣơng pháp trực quan U-Matrix dựa vào khoảng cách giữa các Nơron để xác định ranh giới giữa các cụm dữ liệu là tỷ lệ của các tiêu chí để phân thành các nhóm lớp, chuyên ngành khác nhaụ Từ đó có những nhận xét chính xác về số lƣợng, mối quan hệ giữa học sinh, sinh viên theo học tại các chuyên ngành ở các khoa với trợ cấp xã hộị
Dữ liệu để phân cụm trợ cấp xã hội của học sinh, sinh viên theo kết quả tổng hợp của lớp đƣợc lấy từ bảng thống kê trợ cấp xã hội của 53 sinh viên lớp cao đẳng Tiểu học K13A, thuộc khoa Tiểu học, Trƣờng Cao đẳng Sƣ phạm Cao Bằng, năm học 2013-2014 đƣợc mô tả trong bảng 3.2. Theo bảng tổng hợp này mỗi học sinh, sinh viên có thể thuộc 1 hoặc nhiều diện đƣợc hƣởng trợ cấp xã hộị Tuy nhiên số tiền đƣợc hƣởng trợ cấp xã hội hàng tháng chỉ đƣợc hƣởng theo 1 tiêu chí đã chọn. Sử dụng phƣơng pháp trực quan U- Matrix căn cứ vào khoảng cách giữa các Nơron để làm căn cứ xác định ranh giới giữa các cụm dữ liệu tiêu chí hƣởng trợ cấp xã hội của học sinh, sinh viên để phân thành các nhóm học sinh, sinh viên khác nhaụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/ TS hs,sv Hộ nghèo Cn, Đông con DT ít ngƣời Vùng 3 Mồ côi Con liệt sĩ Con T.binh Cha,mẹ bị tù Con sĩ quan SV t.tật Cử tuyển Chất lƣợng cao ỊKhoa Tự nhiên Toán Lý K13 44 0.0093 0.0071 0.0136 0.0097 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0513 0.0000 0.0135 0.0694 Toán Tin K13 50 0.0185 0.0095 0.0068 0.0097 0.0000 0.1250 0.0000 0.0000 0.0385 0.0000 0.0101 0.0520 Sinh KTNN K13 40 0.0370 0.0236 0.0317 0.0329 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0427 0.0000 0.0505 0.0289 Sinh Hóa K13 50 0.0278 0.0047 0.0204 0.0291 0.0625 0.0000 0.0714 0.0000 0.0128 0.0000 0.0303 0.0173 Hóa Sinh K12 52 0.0000 0.0047 0.0090 0.0194 0.0000 0.1250 0.1429 0.0000 0.0470 0.1333 0.0236 0.0116 Lý KTCN K12 45 0.0139 0.0142 0.0068 0.0116 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0556 0.0000 0.0168 0.0751 KTNN-CN-KTGĐ K12 35 0.0185 0.0355 0.0362 0.0078 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0256 0.0000 0.0337 0.0289 Hóa Sinh K11 49 0.0000 0.0024 0.0090 0.0233 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0214 0.0667 0.0101 0.0173 Toán Lý K11 53 0.0093 0.0095 0.0136 0.0136 0.0000 0.0000 0.0714 0.0000 0.0385 0.0000 0.0135 0.0867 Sinh Thể K11 55 0.0278 0.0402 0.0226 0.0310 0.0625 0.1250 0.0000 0.0000 0.0342 0.0000 0.0236 0.0000 IỊKhoa Xã hội Văn Sử K13 40 0.0185 0.0095 0.0226 0.0213 0.1250 0.1250 0.0000 0.0000 0.0128 0.0000 0.0067 0.0231 Văn Địa K13 52 0.0000 0.0071 0.0113 0.0174 0.0000 0.0000 0.0714 0.0000 0.0385 0.1333 0.0135 0.0462 GDCD K13 47 0.0093 0.0402 0.0158 0.0174 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0256 0.0000 0.0168 0.0000 Sử GDCD K12 40 0.0139 0.0355 0.0204 0.0194 0.0000 0.0000 0.0714 0.0769 0.0128 0.0000 0.0135 0.0000 Văn Đội K12 52 0.0231 0.0165 0.0226 0.0097 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0171 0.0000 0.0101 0.0000 Công tác đội K12 48 0.0185 0.0118 0.0068 0.0310 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0085 0.0000 0.0673 0.0867 Văn Địa K11 50 0.0000 0.0095 0.0113 0.0291 0.0000 0.1250 0.0000 0.0000 0.0214 0.0667 0.0370 0.0116 Sử GDCD K11 45 0.0139 0.0142 0.0317 0.0329 0.1250 0.0000 0.0000 0.0000 0.0256 0.0000 0.0202 0.0058 IIỊKhoa Tiểu học Tiểu học K13A 53 0.0231 0.0142 0.0294 0.0213 0.0000 0.1250 0.0714 0.1538 0.0171 0.0000 0.0337 0.0231
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnụedụvn/ Tiểu học K13B 51 0.0139 0.0165 0.0226 0.0233 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0171 0.0000 0.0539 0.0289 Tiểu học K28A 56 0.0324 0.0426 0.0339 0.0310 0.0000 0.0000 0.0000 0.0769 0.0214 0.0000 0.0135 0.0405 Tiểu học K28B 52 0.0278 0.0496 0.0385 0.0271 0.0000 0.0000 0.0000 0.1538 0.0214 0.0000 0.0101 0.0289 Tiểu học 12A 53 0.0231 0.0165 0.0204 0.0271 0.0625 0.0000 0.0000 0.0000 0.0128 0.0000 0.0370 0.0058 Tiểu học 12B 50 0.0000 0.0095 0.0113 0.0155 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0171 0.1333 0.0101 0.0347 Tiểu học K11A 52 0.0185 0.0095 0.0249 0.0136 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0171 0.0000 0.0370 0.0173 Tiểu học K11B 51 0.0093 0.0165 0.0317 0.0097 0.0000 0.0000 0.0714 0.0000 0.0085 0.0000 0.0404 0.0116 IV.Khoa Mầm non Mầm non K13A 50 0.0231 0.0189 0.0317 0.0291 0.0000 0.0000 0.0000 0.0769 0.0171 0.0000 0.0202 0.0173 Mầm non K13B 51 0.0185 0.0118 0.0294 0.0271 0.0000 0.0000 0.0000 0.1538 0.0085 0.0000 0.0135 0.0116 Mầm non K28A 54 0.0463 0.0544 0.0407 0.0349 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0256 0.0000 0.0135 0.0000 Mầm non K28B 53 0.0556 0.0449 0.0385 0.0291 0.1250 0.0000 0.0000 0.0769 0.0128 0.0000 0.0202 0.0000 Mầm non K28C 55 0.0556 0.0426 0.0317 0.0329 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0214 0.0000 0.0269 0.0116 Mầm non K12 51 0.0185 0.0213 0.0339 0.0349 0.0000 0.0000 0.0000 0.1538 0.0427 0.0000 0.0168 0.0405