Tiểu luận môn phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học – Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp
Theo xu hướng phát triển của xã hội ngày nay, có rất nhiều ngành khoa học mới ra đời.
Trong đó có một số ngành khoa học ra đời trên cơ sở phân lập từ các ngành khoa học cổ
điển, và một số ngành do sự tích hợp các khoa học.
Mạng Neural là một trong những ngành khoa học mới ra đời từ sự tích hợp giữa sinh học
và máy tính.
Mạng Neural là thuật ngữ nói đến một phương pháp giải quyết vấn đề, bài toán trên máy
tính mô phỏng theo hoạt động của các tế bào thần kinh trong não bộ.
Mạng Neural nhân tạo là sự mô phỏng cấu trúc của mạng Neural sinh học.
Trên thế giới hiện nay, Mạng Neural kết hợp với Công nghệ thông tin được ứng dụng để
giải quyết những vấn đề về nhận diện, dự đoán Trong đề tài này, chúng ta sẽ áp dụng
mạng Neural đề giải quyết bài toán nhận diện gương mặt.
23 trang
|
Chia sẻ: lylyngoc
| Lượt xem: 8421
| Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước
20 trang
tài liệu Tiểu luận môn phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Tiểu luận môn:
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA
HỌC TRONG TIN HỌC
2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Nội dung
I. Tổng quan về khoa học và nghiên cứu khoa học ………………………………………………………….3
I.1. Mở đầu ………………………………………………………………………………………………………………3
I.2. Các khái niệm cơ bản …………………………………………………………………………………………..3
I.2.1. Khoa học là gì: ………………………………………………………………………………………………3
I.2.2. Phân loại khoa học …………………………………………………………………………………………4
I.2.3. Nghiên cứu khoa học là gì ……………………………………………………………………………….4
I.2.4. Các loại hình nghiên cứu khoa học ……………………………………………………………………6
I.2.5. Các bước nghiên cứu khoa học: ………………………………………………………………………..6
II. Vấn đề khoa học và các phương pháp giải quyết ……………………………………………………………7
II.1. Vấn đề khoa học …………………………………………………………………………………………………7
II.2. Các phương pháp giải quyết …………………………………………………………………………………8
II.2.1. Giải quyết bằng bài toán phát minh, sáng chế …………………………………………………….8
II.2.2. Giải quyết bằng bài toán tổng quát ………………………………………………………………… 10
II.2.3. Giải quyết bằng bài toán tin học ……………………………………………………………………. 11
III. Áp dụng mạng Neural giải quyết bài toán nhận diện gương mặt …………………………………… 15
III.1. Giới thiệu đề tài ……………………………………………………………………………………………… 15
III.2. Mô hình mạng Neural ……………………………………………………………………………………… 15
III.2.1. Xử lý dữ liệu ……………………………………………………………………………………………. 16
III.2.2. Khởi tạo trọng ………………………………………………………………………………………….. 17
III.2.3. Tập đích ………………………………………………………………………………………………….. 17
III.3. Quá trình học (huấn luyện mạng) ………………………………………………………………………. 17
III.3.1. Các quy ước chung ……………………………………………………………………………………. 17
III.3.2. Quá trình test ……………………………………………………………………………………………. 18
III.3.3. Quá trình học (back prop) – quy tắt học delta…………………………………………………. 18
III.3.4. Demo ……………………………………………………………………………………………………… 21
3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
I. Tổng quan về khoa học và nghiên cứu khoa học
I.1. Mở đầu
Nghiên cứu khoa học (NCKH) là một hoạt động then chốt hàng đầu trong các ngành khoa
học. Kết quả từ NCKH là những phát hiện mới về kiến thức, về bản chất sự vật, phát triển
nhận thức khoa học về thế giới, sáng tạo phương pháp và phương tiện kỹ thuật mới có giá
trị cao. Cùng với nghiên cứu khoa học hiện đại, mọi người đang chú ý đến phương pháp
nhận thức khoa học, coi đó là nhân tố quan trọng để phát triển khoa học.
Trong phạm vi bài thu hoạch này, em sẽ trình bày một số vấn đề về phương pháp nghiên
cứu khoa học nói chung, đặc biệt là những phương pháp nghiên cứu trong ngành tin học.
Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Giáo sư, Tiến sĩ khoa học Hoàng Văn Kiếm đã
tận tình truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản cho chúng em trong bộ môn “Phương
pháp nghiên cứu khoa học trong tin học”.
I.2. Các khái niệm cơ bản
I.2.1. Khoa học là gì:
Là hệ thống tri thức về mọi loại quy luật của tự nhiên, xã hội và tư duy (Pierre Auger –
Tendences actuelles de la recherche scientifique, UNESCO, Paris, 1961)
Theo quan điểm của Marx, khoa học còn được hiểu là một hình thái ý thức xã hội, tồn tại
độc lập tương đối với các hình thái ý thức xã hội khác.
Các tiêu chí nhận biết một bộ môn khoa học:
Có đối tượng nghiên cứu
Có hệ thống lý thuyết
Có hệ thống phương pháp luận
Có mục đích sử dụng
4 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
I.2.2. Phân loại khoa học
Các quan điểm tiếp cận phân loại khoa học
Theo nguồn gốc: Khoa học thuần túy (sciences pures), lý thuyết (sciences
theorique), thực nghiệm (sciences experimentales), thực chứng (sciences
positives), qui nạp (sciences inductives), diễn dịch (sciences deductives)….
Theo mục đích ứng dụng: Khoa học mô tả, phân tích, tổng hợp, ứng dụng, hành
động, sáng tạo.
Theo mức độ khái quát: cụ thể, trừu tượng, khái quát …
Theo tính tương quan giữa các khoa học: liên ngành, đa ngành …
Theo cơ cấu hệ thống tri thức: cơ sở, cơ bản, chuyên ngành …
Theo đối tượng nghiên cứu: tự nhiên, kỹ thuật, xã hội nhân văn, nông nghiệp,
công nghiệp, y học …
I.2.3. Nghiên cứu khoa học là gì
Nghiên cứu khoa học là nhu cầu nhận thức và cải tạo thế giới:
Khám phá những thuộc tính bản chất của sự vật hoặc hiện tượng.
Phát hiện qui luật vận động của sự vật.
Vận dụng qui luật để sáng tạo giải pháp tác động vào sự vật.
Các chức năng cơ bản của Nghiên cứu khoa học:
Mô tả: là trình bày bằng ngôn ngữ hình ảnh chung nhất của sự vật, cấu trúc, trạng
thái, sự vận động của sự vật. Sự mô tả bao gồm định tính và định lượng.
Giải thích:là làm rõ nguyên nhân sự hình thành và qui luật chi phối quá trình vận
động của sự vật nhằm đưa ra những thông tin về thuộc tính bản chất của sự vật.
Dự đoán:nhìn trước quá trình hình thành, sự tiêu vong, sự vận động và những biểu
hiện của sự vật trong tương lai.
5 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Sáng tạo: làm ra sự vật mới chưa từng tồn tại. Khoa học không bao giờ dừng lại ở
ở chức năng mô tả, giải thích và dự đoán. Sứ mệnh lớn lao của khoa học là sáng
tạo các giải pháp cải tạo thế giới.
Các đặc điểm của nghiên cứu khoa học:
Tính mới: NCKH là quá trình thâm nhập vào thế giới của sự vật mà con người
chưa biết, hướng tới những phát hiện mới hoặc những sáng tạo. Đây là đặc điểm
quan trọng nhất.
Tính tin cậy: Kết quả nghiên cứu phải có khả năng kiểm chứng lại nhiều lần do
nhiều người khác nhau trong điều kiện giống nhau. Do đó, một nguyên tắc mang
tính phương pháp luận của NCKH là khi trình bày một kết quả nghiên cứu, người
nghiên cứu cần chỉ rõ điều kiện, những nhân tố và phương tiện thực hiện.
Tính thông tin: là những thông tin về qui luật vận động của sự vật hoặc hiện
tượng, thông tin về qui trình công nghệ và các tham số đi kèm qui trình đó.
Tính khách quan: vừa là một đặc điểm của NCKH vừa là tiêu chuẩn của người
NCKH. Để đảm bảo tínhj khách quan, người NCKH cần phải tự trắc nghiệm lại
những kết luận tưởng như đã hoàn toàn được xác nhận.
Tính rủi ro: Một nghiên cứu có thể thành công, có thể thất bại. Thất bại có thể do
nhiều nguyên nhân nhưng trong khoa học thất bại cũng được xem là một kết quả
và mang ý nghĩa về một kết luận của NCKH và được lưu giữ, tổng kết lại như một
tài liệu khoa học nghiêm túc để tránh cho người đi sau không dẫm chân lên lối
mòn, tránh lãng phí các nguồn lực nghiên cứu.
Tính thừa kế: Có ý nghĩa quan trọng về mặt phương pháp luận nghiên cứu. Ngày
nay không có một NCKH nào bắt đầu từ chỗ hòan tòan trống không về kiến thức,
phải kế thừa các kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực khoa học khác nhau.
Tính cá nhân: vai trò của cá nhân trong sáng tạo mang tính quyết định, thể hiện
trong tư duy cá nhân và chủ kiến riêng của các nhân.
6 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Tính phi kinh tế: Lao động NCKH hầu như không thể định mức, thiết bị chuyên
dụng dùng trong NCKH hầu như không thể khấu hao, hiệu quả kinh tế của NCKH
hầu như không thể xác định.
I.2.4. Các loại hình nghiên cứu khoa học
Nghiên cứu cơ bản: nhằm phát hiện bản chất, qui luật của sự vật hoặc hiện tượng trong tự
nhiên, xã hội, con người, có thể thực hiện trên cơ sở những nghiên cứu thuần túy lý
thuyết hoặc trên cơ sở những quan sát, thí nghiệm. Sản phẩm là các phát kiến, công thức,
phát minh. Chia làm 2 lọai:
Nghiên cứu cơ bản thuần túy và định hướng. UNESCO chia nghiên cứu cơ bản định
hướng thành nghiên cứu nền tảng và chuyên đề.
Nghiên cứu ứng dụng: là sự vận dụng các qui luật từ nghiên cứu cơ bản để đưa ra nguyên
lý về các giải pháp có thể bao gồm công nghệ, sản phẩm, vật liệu,…Sáng chếlà giải pháp
kỹ thuật có tính mới và áp dụng được.
Nghiên cứu triển khai (R & D): là sự vận dụng các qui luật, các nguyên lý để đưa ra các
hình mẫu với những tham số có tính khả thi về kỹ thuật, có thể chia làm các lọai hình:
triển khai trong phòng, bán đại trà,..
I.2.5. Các bước nghiên cứu khoa học:
Xác lập vấn đề nghiên cứu:Vấn đề nghiên cứu là những điều chưa biết hoặc chưa biết
thấu đáo về bản chất sự vật hoặc hiện tượng, cần được làm rõ trong quá trình nghiên cứu.
Khi vấn đề nghiên cứu được chọn và cụ thể hóa thành 1 đề tài nghiên cứu, người nghiên
cứu cần xác định cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu và tìm hiểu lịch sử vấn đề.
Chuẩn bị nghiên cứu: Xây dựng đề cương nghiên cứu (lý do chọn đề tài, xác định đối
tượng và phạm vi nghiên cứu, xác định mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đặt tên đề
tài…), xây dựng kế hoạch nghiên cứu (tiến độ, nhân lực, dự toán…), chuẩn bị phương tiện
nghiên cứu, lập danh mục tư liệu…
7 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Lựa chọn và nghiên cứu thông tin: Thu thập và xử lý thông tin, nghiên cứu tư liệu, thâm
nhập thực tế, tiếp xúc cá nhân, xử lý thông tin…
Nghiên cứu: Xây dựng giả thuyết, lựa chọn phương pháp nghiên cứu, nghiên cứu và kiểm
chứng giả thuyết.
Hoàn tất nghiên cứu: Đề xuất và xử lý thông tin, xây dựng kết luận và khuyến nghị, viết
báo cáo hoàn tất, hoàn tất và áp dụng kết quả.
II. Vấn đề khoa học và các phương pháp giải quyết
II.1. Vấn đề khoa học
Khái niệm: Vấn đề khoa học hay còn gọi là vấn đề nghiên cứu hoặc câu hỏi nghiên cứu là
câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri
thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn.
Phân loại: Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại 2 vấn đề:
Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm
Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn những
vấn đề thuộc lớp thứ nhất.
Các tình huống vấn đề: Có 3 tình huống: có vấn đề, không có vấn đề và giả vấn đề
như hình bên dưới:
Có v n đ Có nghiên c u
Không có
v n đ
Không có nghiên
c u
Gi v n
Không có v n đ
Nãy sinh v n đ
khác
Không có nghiên
c u
Nghiên c u theo
m t h ng khác
8 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
– Tình huống thứ nhất: Có vấn đề nghiên cứu . Như vậy sẽ có nhu cầu trả lời vào
vấn đề nghiên cứu, nghĩa là sẽ tồn tại hoạt động nghiên cứu
– Tình huống thứ hai:Không có vấn đề hoặc không còn vấn đề. Trường hợp này
không xuất hiện nhu cầu trả lời, nghĩa là không có nghiên cứu.
– Tình huống thứ ba:Tưởng là có vấn đề, nhưng sau khi xem xét thì lại không có
vấn đề hoặc không có vấn đề khác. Gọi đó là “ giả vấn đề “. Phát hiện “ giả vấn đề
“ vừa dẫn đến tiết kiệm chi phí, vừa tránh được những hậu quả bất ưng cho hoạt
động thực tiễn.
Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học: có 6 phương pháp để phát hiện các vấn đề
khoa học:
Tìm những kẻ hở, phát hiện các vấn đề mới
Tìm những bất đồng
Nghĩ ngược lại những quan điểm thông thường
Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn
Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn
Những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát một sự kiện nào đó.
II.2. Các phương pháp giải quyết
II.2.1. Giải quyết bằng bài toán phát minh, sáng chế
Theo Vepol: “Bất cứ hệ thống kỹ thuật nào ít nhất cũng phải có hai thànhphần vật chất
tác động tương hổ và một loại trường hay năng lượng”.
Nhà khoa học Atshuler đã đưa ra một hệ thống các nguyên tắc sáng tạo. Nó cung cấp hệ
thống các cách xem xét sự vật; tăng tính nhanh nhạy của việc tiếp thu và đánh giá giá trị
của thông tin; đưa ra và lựa chọn các cách tiếp cận thích hợp để giải quyết vấn đề. Dưới
đây là 40 nguyên tắc sáng tạo :
1. Nguyên lý phân nhỏ
9 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
2. Nguyên lý “tách riêng”
3. Nguyên lý phẩm chất cục bộ
4. Nguyên lý phản đối xứng
5. Nguyên lý kết hợp
6. Nguyên lý vạn năng
7. Nguyên lý chứa trong
8. Nguyên lý phản trọng lượng
9. Nguyên lý gây ứng xuất sơ bộ
10. Nguyên lý thực hiện sơ bộ
11. Nguyên lý dự phòng
12. Nguyên lý đẳng thế
13. Nguyên lý đảo ngược
14. Nguyên lý cầu (tròn) hóa
15. Nguyên lý năng động
16. Nguyên lý tác động bộ phận và dư thừa
17. Nguyên lý bộ xung chiều khác
18. Sự dao động cơ học
19. Nguyên lý tác đông theo chu kỳ
20. Nguyên lý tác đông liên tục hữu hiệu
21. Nguyên lý vượt nhanh
22. Nguyên lý chuyển hại thành thắng
23. Nguyên lý quan hệ phản hồi
24. Nguyên lý sử dụng trung gian
25. Nguyên lý tự phục vụ
26. Nguyên lý sao chép
27. Nguyên lý rẻ thay cho đắt
28. Nguyên lý thay thế sơ đồ cơ học
29. Nguyên lý sử dụng các kết cấu thủy và khí
30. Sử dụng bao mềm dẻo và mềm mỏng
10 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
31. Sử dụng vật liệu nhiều lỗ
32. Nguyên lý đổi màu
33. Nguyên lý đồng nhất
34. Nguyên lý loại bỏ và tái sinh từng phần
35. Đổi các thông số hóa lý của đối tượng
36. Sử dụng chuyển pha
37. Sử dụng nở nhiệt
38. Sử dụng các chất oxy hóa
39. Sử dụng môi trường trơ
40. Sử dụng vật liệu tổng hợp
II.2.2. Giải quyết bằng bài toán tổng quát
II.2.2.1. Mô hình thông tin ban đầu
II.2.2.2. Các phương pháp phân tích vấn đề:
Phân chia vấn đề: Việc phân chia thành từng vùng nhỏ để xem xét sẽ giúp cho cho việc
giải quyết nhanh hơn và triệt để hơn.
Phân loại vấn đề: Bằng cách xác định chính xác các loại vấn đề và tập trung giải quyết
triệt để, ta có thể rút ngắn việc giải quyết vấn đề.
Phân công vấn đề: Trong khoa học đôi khi để tìm ra một phương pháp chung để giải
quyết cùng một lúc nhiều yêu cầu khác nhau là việc làm hết sức khó khăn do đó phải biết
phân chia nhỏ vấn đề để có hướng giải quyết từng phần.
Phân tích
Phân chia Phân lo i Phân c p Phân tích
11 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Phân cấp bài toán: Mọi vấn đề – bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành
những vấn đề – bài toán nhỏ hơn.
Phân tích: Mọi việc đều bắt đầu từ thao tác phân tích, có phân tích đầy đủ, chính xác, có
nhận định mọi vấn đề một cách chặt chẻ thì những vấn đề – bài toán đều có thể được giải
quyết một cách triệt để và thuận lợi.
II.2.2.3. Các phương pháp tổng hợp vấn đề
Trong giải quyết bài toán khoa học, ngược lại với phương pháp phân tích là phương tổng
hợp. Tổng hợp ở đây bao gồm cả tổ hợp, kết hợp, đối hợp và tích hợp. Các thông tin thu
nhận được sẽ được tổng hợp theo không gian hay thời gian hay kết hợp cả hai để được
một thông tin mới gíup cho việc giải quyết các vấn đề của bài toán.
II.2.3. Giải quyết bằng bài toán tin học
II.2.3.1. Phương pháp trực tiếp:
Đặc điểm của cách giải quyết vấn đề này là :
Xác định trực tiếp được lời giải qua một thủ tục tính toán (công thức, hệ thức, định
luật,…) hoặc qua các bước căn bản để có được lời giải.
T ng h p
T h p (combination)
K t h p (Associate)
Đ i h p (Convolution)
Tích h p (Integration)
T ng h p theo không gian và
th i gian
12 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Việc giải quyết vấn đề trên máy tính chỉ là thao tác lập trình hay là sự chuyển đổi
lời giải từ ngôn ngữ bên ngoài sang các ngôn ngữ được sử dụng trong máy tính.
Để thực hiện tốt phương pháp trực tiếp, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau :
– Nguyên lý 1: Chuyển đổi dữ liệu bài toán thành dữ liệu của chương trình, có
nghĩa là “Dữ liệu của bài toán sẽ được biểu diễn lại dưới dạng các biến của
chương trình thông qua các quy tắc xác định của ngôn ngữ lập trình cụ thể “.
– Nguyên lý 2 : Chuyển đổi quá trình tính toán của bài toán thành các cấu trúc của
chương trình, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán đều có thể mô tả và thực hiện
dựa trên ba cấu trúc cơ bản : Cấu trúc tuần tự, cấu trúc rẽ nhánh và cấu trúc lặp ”.
– Nguyên lý 3 : Biểu diễn các tính toán chính xác, có nghĩa là “Chương trình tính
toán theo các biểu thức chính xác không đồng nhất với quá trình tính toán chính
xác về mặt hình thức ”.
– Nguyên lý 4 : Biểu diễn các tính toán gần đúng bằng cấu trúc lặp, có nghĩa là
“Mọi quá trình tính toán gần đúng đều dựa trên các cấu trúc lặp với tham số xác
định ”.
– Nguyên lý 5 : Phân chia bài toán ban đầu thành những bài toán nhỏ hơn, có nghĩa
là “Mọi vấn đề – bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những
vấn đề – bài toán nhỏ hơn ”.
-Nguyên lý 6 : Biểu diễn các tính toán không tường minh bằng đệ quy, có nghĩa là
“Quá trình đệ quy trong máy tính không đơn giản như các biểu thức quy nạp trong
toán học”.
II.2.3.2. Phương pháp gián tiếp
Phương pháp này được sử dụng khi chưa tìm ra lời giải chính xác của vần đề.
Đây cũng chính là cách tiếp cận chủ yếu của loài người từ xưa đến nay.
Đưa ra những giải pháp mang đặc trưng của máy tính, dựa vào sức mạnh tính toán của
máy tính.
13 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Một lời giải trực tiếp bao giờ cũng tốt hơn, nhưng không phải lúc nào cũng có
II.2.3.2.1. Phương pháp thử sai
Khi xây dựng lời giải bài toán theo phương pháp thử – sai, người ta thường dựa vào 3
nguyên lý sau :
Nguyên lý vét cạn : Đây là nguyên lý đơn giản nhất, liệt kê tất cả các trường hợp có thể
xảy ra.
Nguyên lý ngẫu nhiên : Dựa vào việc thử một số khả năng được chọn một cách ngẫu
nhiên. Khả năng tìm ra lời giải đúng phụ thuộc rất nhiều vào chiến lược chọn ngẫu nhiên.
Nguyên lý mê cung : Nguyên lý này được áp dụng khi chúng ta không thể biết được
chính xác “hình dạng” lời giải mà phải xây dựng dần lời giải qua từng bước một giống
như tìm đường đi trong mê cung.
Để thực hiện tốt phương pháp thử – sai, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau :
Nguyên lý vét cạn toàn bộ: Muốn tìm được cây kim trong đống rơm, hãy lần lượt rút ra
từng cọng rơm cho đến khi rút được cây kim
Nguyên lý mắt lưới: Lưới bắt cá chỉ bắt được những con cá có kích thước lớn hơn kích
thước mắt lưới.
Nguyên lý giảm độ phức tạp của thử và sai: Thu hẹp trường hợp trước và trong khi
duyệt, đồng thời đơn giản hóa tối đa điều kiện chấp nhận một trường hợp.
Nguyên lý thu gọn không gian tìm kiếm: Loại bỏ những trường hợp hoặc nhóm trường
hợp chắc chắn không dẫn đến lời giải.
Nguyên lý đánh giá nhánh cận: Nhánh có chứa quả phải nặng hơn trọng lượng của quả.
II.2.3.2.2. Phương pháp Heuristic
Phương pháp Heuristic có đặc điểm là đơn giản và gần gũi với cách suy nghĩ của con
người, cho ra được những lời giải đúng trong đa số các trường hợp áp dụng.
14 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Các thuật giải Heuristic được xây dựng dựa trên một số nguyên lý rất đơn giản như :
Vét cạn thông minh
Tối ưu cục bộ (Greedy)
Hướng đích
Sắp thứ tự …
Để thực hiện tốt phương pháp Heuristic, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau :
– Nguyên lý leo núi : Muốn leo lên đến đỉnh thì bước sau phải “cao hơn” bước
trước.
– Nguyên lý chung : Chọn hướng đi triển vọng nhất trong số những hướng đi đã
biết.
II.2.3.2.3. Phương pháp trí tuệ nhân tạo
Phương pháp trí tuệ nhân tạo dựa trên trí thông minh của máy tính.
Phương pháp này, người ta sẽ đưa vào máy trí thông minh nhân tạo giúp máy tính bắt
chước một phần khả năng suy luận như con người, máy tính dựa trên những điều đã được
“học“ để tự đưa ra phương án giải quyết vấn đề.
Trong lĩnh vực “máy học”,các hình thức học có thể phân chia như sau :
– Học vẹt.
– Học bằng cách chỉ dẫn.
– Học bằng qui nạp.
– Học bằng tương tự.
– Học dựa trên giải thích.
– Học dựa trên tình huống.
– Khám phá hay học không giám sát.
15 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Các kỹ thuật thường được áp dụng trong “máy học” là :
Khai thác dữ liệu
Mạng nơ ron
Thuật giải di truyền
III. Áp dụng mạng Neural giải quyết bài toán nhận diện
gương mặt
III.1. Giới thiệu đề tài
Theo xu hướng phát triển của xã hội ngày nay, có rất nhiều ngành khoa học mới ra đời.
Trong đó có một số ngành khoa học ra đời trên cơ sở phân lập từ các ngành khoa học cổ
điển, và một số ngành do sự tích hợp các khoa học.
Mạng Neural là một trong những ngành khoa học mới ra đời từ sự tích hợp giữa sinh học
và máy tính.
Mạng Neural là thuật ngữ nói đến một phương pháp giải quyết vấn đề, bài toán trên máy
tính mô phỏng theo hoạt động của các tế bào thần kinh trong não bộ.
Mạng Neural nhân tạo là sự mô phỏng cấu trúc của mạng Neural sinh học.
Trên thế giới hiện nay, Mạng Neural kết hợp với Công nghệ thông tin được ứng dụng để
giải quyết những vấn đề về nhận diện, dự đoán …Trong đề tài này, chúng ta sẽ áp dụng
mạng Neural đề giải quyết bài toán nhận diện gương mặt.
III.2. Mô hình mạng Neural
Mô hình mạng neural chọn là mạng có 3 tầng : Input – Hidden –Output
16 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Trong mô hình trên:
Tầng Hidden chọn hàm sigmoid vì hàm này rất thông dụng, hơn nữa, đạo hàm được tính
khá dễ dàng xfxfxf 1)( . Do đó, có thể tăng tốc độ tính toán.
Tầng Output sử dụng hàm tanh(x), vì nó được dùng phổ biến đồng thời miền giá trị trãi
rộng [-1,1], do đó, mật độ phân bố nghiệm sẽ trãi rộng, nâng cao hiệu suất phân lớp
Với tập giá trị Output – O – ta chọn kết quả MiOR i ,1,max
Input là tập ảnh màu hoặc greyscale. Chỉ quan tâm đến hệ số Itensity của ảnh
3BGRI
III.2.1. Xử lý dữ liệu
Tập input được chọn là cửa sổ ảnh với kích thước 92*112. Với cường độ
3BGRI , vậy 255,0I . Xét tại một nút ẩn. se
sfy
1
1)( , với
N
i
ihih xws
1
,
như vậy, f(s) sẽ dễ dàng tiến về giá trị cực đại hoặc cực tiểu {0,1}, gây ảnh hưởng không
tốt đến việc học sau này. Do đó, ta biến đổi giá trị input như sau:
17 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
1280/127 ii Ix
Từ đó, ta có tập input đối xứng đủ nhỏ để f(s) không tiến nhanh về cực. (dựa trên thực
tiễn)
Trong thực tế bài toán, nếu khởi tạo xi càng nhỏ thì tốc độ hội tụ của phương pháp back-
prop càng nhanh, song mạng rất thiếu ổn định.
III.2.2. Khởi tạo trọng
Do tập input là tập đối xứng, nên các trọng số chỉ cần thỏa yêu cầu thuộc (0,1] và đủ nhỏ.
Trong trường hợp mạng này, các trọng số được thởi tạo ngẫu nhiên trong khoảng
(0,1/40000). (giá trị có được là do thực nghiệm sau nhiều lần test thử)
III.2.3. Tập đích
Tập đích gồm M node, ứng với số lớp ảnh cần nhận diện trong tập dử liệu nguồn. Ví dụ,
cần học để nhận diện 15 người, thì số nút ẩn là 15. Khi đó, tập target với ti=1 nếu ảnh
thuộc lớp i, và ti = -1 trong trường hợp ngược lại. Giả sử ảnh input là người thuộc lớp 3,
thì tập output là: t = (-1,-1,1,-1,…..,-1).
III.3. Quá trình học (huấn luyện mạng)
III.3.1. Các quy ước chung
Gọi tập dữ liệu input là X (X={x1, x2, x3, x4,…..,xN}).
Gọi tập các trọng số các cung nối từ input đến một node hidden là: wh,i ( NiHh ,1,,1
)
Ứng với một nút ẩn h, gọi )(Hhs = )(HhTWX =
N
i
H
ihi wx
1
)(
,
Gọi Y(H) là tập output của tầng ẩn, với:
18 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
],1[,
1
1
)(
)( Hh
e
Y H
hs
H
h
Gọi tập các trọng số từ một nút ẩn đến đích thứ j là )(OjW
)(O
jW ={wj1, wj2,wj3, … wjH}
Gọi
H
h
O
hj
H
h
O
j
THO
j wyWYs
1
)(
,
)()()()( .)(
Khi này, tập output Y : Ojj sy tanh , với Mj ,1
III.3.2. Quá trình test
Từ tập input X, ta tính như sau
)( )()( HTH WXfY , xe
xf
1
1)(
)()( OTH WYgY , xxg tanh)(
Khi đó, lớp hình phù hợp nhất là MiYR i ,1,max
III.3.3. Quá trình học (back prop) – quy tắt học delta
Gọi T là tập giá trị mục tiêu cần đạt được
Một mẫu học được định ra bởi cặp
Quá trình rèn luyện mạng là quá trình tối thiểu hóa hàm lỗi. Hàm lỗi được tính như sau:
M
j
jj ytE
1
2)(
2
1
Xét sự biến thiên của E theo w
i
ii
x
w
s
s
E
w
E .
, với
s
E
19 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
)(‘ sf
y
E
s
y
y
E
Khi đó, iii dxw .. , với 1,0 được gọi là hệ số học hay tỉ lệ học
Kết quả:
ii
new
i wWW
Đối với một nút xuất:
)( yt
y
E
Vậy:
iii xsfytxw ).(‘….
Đối với một nút ẩn:
M
o
out
o
out
o
M
o
o
o
o
o
w
y
s
s
y
y
E
y
E
1
)()(
1
.
Vậy:
i
M
o
out
o
out
oii xsfwxw ).(‘…..
1
)()(
Quy trình thực hiện:
Input :
Test Y
Tại nút xuất:
MiyteYTE iii ,1)(
20 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
MisgdG i ,1)(
MisgedGE ii ,1)(.^
HhYW iHhOi ,1. )()( , với Mi ,1
i
O
i
newO
i wWW
)()( , với Mi ,1
Tại nút ẩn:
HiwpP
M
j
out
j
out
iji ,1.
1
)()(
,
HisfpdFP HiiHiH ,1’^ )()()(
NjxW HijHi ,1.. )()( , với Hi ,1
i
H
i
newH
i wWW
)()( , với Mi ,1
Lặp đi lặp lại quá trình trên nhiều lần, ta có được các trọng số W phù hợp. Tốc độ hội tụ
của mạng tùy thuộc nhiều và giải thuật sử dụng.
21 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
III.3.4. Demo
Hình 1: T p d li u nh ban đ u
Hình 2: Quá trình h c di n ra đ n khi đ t yêu c u
22 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Hình 3: Th nghi m m t nh
Hình 4: K t qu th nhi m, cho ra k t qu v i đ chính xác t ng đ i cao
23 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
MÔN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC
Tài liệu tham khảo
1. Bài giảng môn học “Phương pháp nhiên cứu khoa học trong tin học” .
Giảng viên : GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm
Chương trình đào tạo thac sĩ CNTT qua mạng.
Trung tâm phát triển CNTT ĐH Quốc gia TP.HCM – 2005.
2. Giải một bài toán trên máy tính như thế nào ?( tập 1, 2, 3).
GS. TSKH Hoàng Kiếm.
Nhà xuất bản giáo dục – 2003.
3. Phương pháp luận sáng tạo khoa học – kỹ thuật.
Phan Dũng.
Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật.
Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM – 2002.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- ch1101006_trinhthitrucchi_ppnckh_6218.pdf
