Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thuật toán K-nearest neighbor và sử dụng Iris flowers dataset đánh giá hiệu quả thuật toán

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan: Khóa luận văn đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu
thuật toán K-nearest neighbor và sử dụng iris flowers dataset đánh giá hiệu quả thuật
toán” là kết quả nghiên cứu, tìm hiểu của bản thân em từ những kiến thức đã được
thầy, cô trong Viện Kỹ thuật và Công nghệ truyền dạy trong những năm qua và một
số nguồn tài liệu khác liên quan.
Em xin chịu mọi trách nhiệm về khóa luận văn của mình!

Nghệ An, ngày 01 tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Phan Thị Phượng


MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................5
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ..................................................................6
MỞ ĐẦU............................................................................................................8
1. Đặt vấn đề.................................................................................................8
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................9

3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu.............................................................9
4. Nội dung thực hiện.................................................................................10
5. Cấu trúc đồ án.........................................................................................10
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................11
1.1. Machine Learning................................................................................11
1.1.1. Định nghĩa.....................................................................................11
1.1.2. Một số phương thức của Machine Learning.................................11
1.2. Bài toán phân lớp dữ liệu....................................................................13
1.2.1. Quá trình phân lớp dữ liệu............................................................13
CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN K-NEAREST NEIGHBOR.............................15
2.1. Thuật toán k-nearest neighbor...............................................................15
2.1.1. Định nghĩa.......................................................................................15
2.1.2. Quy trình làm việc của thuật toán KNN..........................................15
2.1.3. Ví dụ minh họa.................................................................................15
2.1.4. Ví dụ về Knn nhiễu..........................................................................17
2.1.5. Ưu điểm, nhược điểm của thuật toán...............................................17
2.2. Khoảng cách trong không gian vector..................................................18
2.2.1. Định nghĩa.......................................................................................18
2.2.2. Một số norm thường dùng...............................................................18

2


CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM..........................................................................21
3.1. Bộ dữ liệu Iris flower dataset.................................................................21
3.1.1. Giới thiệu.........................................................................................21
3.1.2. Sử dụng tập dữ liệu..........................................................................22
3.1.3. Tập dữ liệu.......................................................................................23
3.2. Cài đặt....................................................................................................31
3.2.1. Cài đặt python 3.6............................................................................31
3.2.2. Thử nghiệm......................................................................................36
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN...............................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................42

3


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT



Từ viết tắt

Ý nghĩa

1

AI

Artificial Intelligence

2

ML

Machine learning

3

SVM

Support Vector Machine

4

KNN

K- nearest neighbor

4


DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT

Tên bảng

Nội dung

1

Bảng 1

Thông tin loài hoa Setosa

2

Bảng 2

Thông tin loài hoa Versicolor

3

Bảng 3

Thông tin loài hoa virginica

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

STT

Tên hình ảnh, đồ
thị

Nội dung

1

Hình 1

Mối quan hệ giữa AI, Machine Learning
và Deep Learning

2

Hình 1.1.2

Ví dụ về mô hình phân lớp

3

Hình 2.1.3

Ví dụ minh họa thuật toán KNN

4

Hình 2.1.4

Bản đồ minh họa knn nhiễu với k=1

5

Hình 2.2.2

Norm 1 và norm 2 trong không gian hai
chiều

6

Hình 3.1.1

Hình ảnh minh họa về Iris flower dataset

7

Hình 3.1.2

Sơ đồ minh họa phân cụm của Iris flower
datasets

8

Hình 3.2.2

Mô hình bài toán

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể các thầy cô
giáo trong Viện Kỹ thuật và Công nghệ – Trường Đại học Vinh, những người đã

6


hết mình truyền đạt và chỉ dẫn cho chúng em những kiến thức, những bài học quý
báu và bổ ích trong suốt 5 năm học vừa qua.
Để hoàn thành được đồ án này, đặc biệt em xin được bày tỏ sự tri ân và xin
chân thành cảm ơn giảng viên ThS. Nguyễn Bùi Hậu người trực tiếp hướng dẫn, chỉ
bảo em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành đồ án này.
Sau nữa, em xin gửi tình cảm sâu sắc tới gia đình và bạn bè vì đã luôn bên
cạnh khuyến khích, động viên, giúp đỡ cả về vật chất lẫn tinh thần em trong suốt
quá trình học tập để em hoàn thành tốt công việc của mình.
Trong quá trình nghiên cứu và làm báo cáo do năng lực, kiến thức, trình độ bản
thân còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được
sự thông cảm và những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, ngày 01 tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Phan Thị Phượng

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Những năm gần đây, AI nổi lên như một bằng chứng của cuộc cách mạng
công nghiệp lần thứ tư. Trí tuệ nhân tạo có thể được định nghĩa như một nghành của

7


khoa học máy tính liên quan đến việc tự động hóa các hành vi thông minh. Trí tuệ
nhân tạo là một bộ phận của khoa học máy tính và do đó nó phải được đặt trên
những nguyên lý lý thuyết vững chắc, có khả năng ứng dụng được của lĩnh vực này .
Ở thời điểm hiện tại, thuật ngữ này thường dùng để nói đến các máy tính có mục
đích không nhất định và ngành khoa học nghiên cứu về các lý thuyết và các ứng
dụng của trí tuệ nhân tạo.
Theo đà phát triển của công nghệ, ứng dụng trí tuệ nhân tạo luôn là xu hướng
công nghệ tương lai mà các hãng công nghệ trên toàn thế giới đua nhau sáng tạo, nó
là nền tảng cốt lõi của cuốc cách mạng công nghệ 4.0.
ML (Machine Learning) là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo, được sinh ra từ
khả năng nhận diện mẫu và từ lý thuyết các máy tính có thể học mà không cần phải
lập trình để xử lý các nhiệm vụ cụ thể nào đó.
Hầu hết mọi nghành công nghiệp đang làm việc với hàm lượng lớn dữ liệu
đều nhận ra tầm quan trọng của công nghệ ML. Những cái nhìn sáng suốt từ nguồn
dữ liệu này – chủ yếu dạng thời gian thực – sẽ giúp các tổ chức vận hành hiệu quả
hơn hoặc tạo lợi thế cạnh tranh so với các đối thủ.
Các ứng dụng của ML đã quá quen thuộc với con người: xe tự hành của
Google và Tesla, hệ thống tự tag khuôn mặt trên Facebook, hệ thống gợi ý sản phẩm
của Amazon, hệ thống gợi ý phim của Netflix…, chỉ là một vài trong vô vàn những
ứng dụng của trí tuệ nhân tạo và cụ thể là ML.

8


Hình 1. Mối quan hệ giữa AI, Machine Learning và Deep Learning

Xu hướng phát triển công nghệ thông tin ngày càng tăng, song song với nó
lượng dữ liệu được sinh ra cũng ngày một lớn. Vì vậy nhu cầu để xử lý dữ liệu cũng
lớn hơn, ML đang góp phần giải quyết vấn đề này. Một trong những thuật toán
thường dùng trong ML đó là thuật toán K- nearest neighbor.
Ứng dụng của thuật toán này được sử dụng rất nhiều và rộng rãi trong các bài
toán phân lớp.

2. Mục đích nghiên cứu
 Nghiên cứu, tìm hiểu thuật toán KNN.
 Đánh giá hiệu quả của thuật toán.

3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
 Phạm vi nghiên cứu: Thử nghiệm trên Iris flower dataset.
 Đối tượng nghiên cứu: Thuật toán KNN và bộ Iris flower dataset.

9


4. Nội dung thực hiện
 Tìm hiểu thuật toán KNN.
 Làm quen với bộ dữ liệu Iris.
 Sử dụng bộ dữ liệu vào thử nghiệm và đánh giá.

5. Cấu trúc đồ án
 Mở đầu
 Chương 1: Cơ sở lý thuyết
 Chương 2: Thuật toán K-nearest neighbor
 Chương 3: Thử nghiệm
 Chương 4: Kết luận

10


CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Machine Learning
1.1.1. Định nghĩa


Là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo liên qua đến việc nghiên cứu và xây

dựng các kĩ thuật cho phép các hệ thống học tự động từ dữ liệu để giải quyết các vấn
đề cụ thể. Ví dụ các máy có thể học cách phân loại thư điện tử có phải thư rác hay
không và tự động sắp xếp vào các thư mục tương ứng.
 Machine Learning có liên quan đến thống kê vì cả hai lĩnh vực đều nghiên cứu
việc phân tích dữ liệu, nhưng khác với thống kê, học máy tập trung vào sự phức
tạp của các giải thuật trong việc thực thi tính toán.
 Machine Learning có hiện nay được áp dụng rộng rãi bao gồm máy truy tìm dữ
liệu, máy phân tích thị trường chứng khoán, nhận dạng tiếng nói và chữ viết…
1.1.2. Một số phương thức của Machine Learning

 Học có giám sát: Thuật toán dự đoán đầu ra của một dữ liệu mới (new input)
dựa trên các cặp (input, outcome) đã biết từ trước. Cặp dữ liệu này còn được gọi
là (data, label), tức (dữ liệu, nhãn). Supervised learning là nhóm phổ biến nhất
trong các thuật toán Machine Learning.
Học có giám sát được chia thành hai loại chính:
-Classification (phân lớp): Là quá trình phân lớp một đối tượng dữ liệu vào một hay
nhiều lớp đã cho trước nhờ một mô hình phân lớp (model). Mô hình này được xây

11


dựng dựa trên một tập dữ liệu được xây dựng trước đó có gán nhãn (hay còn gọi là
tập huấn luyện). Quá trình phân lớp là quá trình gán nhãn cho đối tượng dữ liệu.

Hình 1.1.2: Ví dụ về mô hình phân lớp

Có nhiều bài toán phân lớp như phân lớp nhị phân, phân lớp đa lớp, phân lớp đa trị.
Trong đó phân lớp nhị phân là một loại phân lớp đặc biệt của phân lớp đa lớp.
Ứng dụng của bài toán phân lớp được sử dụng rất nhiều và rộng rãi như nhận dạng
khuôn mặt, nhận dạng chữ viết, nhận dạng giọng nói, phát hiện thư rác…
-Regression (hồi quy): Nếu không được chia thành các nhóm mà là một giá trị thực
cụ thể. Đầu ra của một điểm dữ liệu sẽ bằng chính đầu ra của điểm dữ liệu đã biết.


Học không giám sát: là một kĩ thuật của máy học nhằm tìm ra một mô hình

hay cấu trúc bị ẩn bơi tập dữ liệu không được gán nhãn cho trước. UL khác với SL
là không thể xác định trước output từ tập dữ liệu huấn luyện được. Tùy thuộc vào

12


tập huấn luyện kết quả output sẽ khác nhau. Trái ngược với SL, tập dữ liệu huấn
luyện của UL không do con người gán nhãn, máy tính sẽ phải tự học hoàn toàn. Có
thể nói, học không giám sát thì giá trị đầu ra sẽ phụ thuộc vào thuật toán UL. Ứng
dụng lớn phổ biến của học không giám sát là bài toán phân cụm.
 Học bán giám sát: Các bài toán khi có một số lượng lớn dữ liệu nhưng chỉ một
phần trong chúng được dán nhãn. Những bài toán này nằm giữa phương thưc học
giám sát và học không giám sát.

1.2. Bài toán phân lớp dữ liệu
1.2.1. Quá trình phân lớp dữ liệu
Để xây dựng được mô hình phân lớp và đánh giá hiệu quả của mô hình cần phải
thực hiện quá trình sau đây:


Bước 1: Chuẩn bị tập dữ liệu huấn luyện và rút trích đặc trưng.

Công đoạn này được xem là công đoạn quan trọng trong các bài toán về ML. vì
đây là input cho việc học đẻ tìm ra mô hình của bài toán. Chúng ta phải biết cần
chọn ra những đặc trưng tốt của dữ liệu, lược bỏ những đặc trưng không tốt của dữ
liệu, gây nhiễu. Ước lượng số chiều của dữ liệu bao nhiêu là tốt hay nói cách khác là
chọn bao nhiêu feature. Nếu số nhiều quá lớn gây khó khăn cho việc tính toán thì
phải giảm số chiều của dữ liệu nhưng vẫn giữ được độ chính xác của dữ liệu.
Ở bước này chúng ta cũng chuẩn bị bộ dữ liệu để test trên mô hình.
Thông thường sẽ sử dụng cross-validation (kiểm tra chéo) để chia tập dataset thành
hai phàn, một phần phục vụ cho training và phần còn lại phục vụ cho mục đích
testing trên mô hình. Có hai cách thường sử dụng trong cross-validation là splitting
và k-fold.
 Bước 2: Xây dựng mô hình phân lớp
Mục đích của mô hình huấn luyện là tìm ra hàm F(x) và thông qua hàm f tìm
được để chúng ta gán nhãn cho dữ liệu. Bước này thường được gọi là học hay
training.

13


F(x)= y
Trong đó: x là các feature hay input đầu vào của dữ liệu
Y là nhãn dán lớp hay output đầu ra
Thông thường để xây dựng mô hình phân lớp cho bài toán này chúng ta sử
dungjcacs thuật toán học giám sát như KNN, NN, SVM, Decision tree, Navie
Bayers.
 Bước 3: Kiểm tra dữ liệu với mô hình
Sau khi tìm được mô hình phân lớp ở bước hai, thì bước này chúng ta sẽ đưa
vào các dữ liệu mới đẻ kiểm tra trên mô hình phân lớp.
 Bước 4: Đánh giá mô hình phân lớp và chọn ra mô hình tốt nhất
Bước cuối cùng chúng ta sẽ đánh giá mô hình bằng cách đánh giá mức độ lỗi
của dữ liệu testing và dữ liệu training thông qua mô hình tìm được. Nếu không đạt
được kết quả mong muốn của chúng ta thì phải thay đổi các tham số của thuật toán
học để tìm ra các mô hình tốt hơn và kiểm tra, đánh giá lại mô hình phân lớp. và
cuối cùng chọn ra mô hình phân lớp tốt nhất cho bài toán của chúng ta.

14


CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN K-NEAREST NEIGHBOR

2.1. Thuật toán k-nearest neighbor
2.1.1. Định nghĩa
K-nearest neighbor (KNN) là một trong những thuật toán học có giám sát đơn
giản nhất trong Machine Learning. Ý tưởng của KNN là tìm ra output của dữ kiệu
dựa trên thông tin của những dữ liệu training gần nó nhất.
2.1.2. Quy trình làm việc của thuật toán KNN
 Bước 1: xác định tham số K= số láng giềng gần nhất.
 Bước 2: tính khoảng cách đối tượng cần phân lớp với tất cả các đối tượng trong
training data.
 Bước 3: sắp xếp khoảng cách theo thứ tự tăng dần và xác định K láng giềng gần
nhất với đối tượng cần phân lớp

15


 Bước 4: lấy tất cả các lớp của K láng giềng gần nhất.
 Bước 5: dựa vào phần lớn lớp của K để xác định lớp cho đối tượng cần phân lớp.
2.1.3. Ví dụ minh họa

Hình 2.1.3. ví dụ minh họa thuật toán KNN

Giả sử bài toán được đặt ra: mình mới quen một người bạn, tuy nhiên mình là
fan của Us-Uk vậy nên mình cần biết người bạn này có phải là fan của K-Pop hay
không. Qua thời gian tìm hiểu mình đã thu thập được một số dữ liệu và đã biểu hiện
dưới dạng hình vẽ trên.
Ta dễ dàng nhìn thấy có hai loại: hình vuông màu xanh biểu diễn cho những
người là fan của K-pop, tam giác màu đỏ biểu diễn cho những người không là fan
của K-pop, hình tròn màu xanh là người bạn mình muốn biết có phải là fan K-pop
hay không, khoảng cách giữa chấm tròn và các điểm còn lại biểu diễn độ thân thiết
của bạn đó với những người bạn.
Phương pháp đơn giản nhất để kiểm tra xem bạn đó chơi thân với người bạn
nào nhất, tức là tìm xem điểm gần chấm xanh thuộc class nào (hình vuông hay tam

16


giác). Từ hình trên ta dễ dàng nhận thấy điểm gần chấm xanh nhất là hình tam giác
màu đỏ, do đó nó sẽ được phân vào lớp tam giác màu đỏ.
Có một vấn đề trong phương pháp trên, xung quanh cấm xanh xuất hiện rất
nhiều hình vuông màu xanh nên việc xét điểm gần nhất là chưa khả thi. Vì vậy, ta sẽ
xét k điểm gần nhất. Giả sử, ta lấy K=3, dựa theo hình trên ta dễ dàng nhận ra có hai
hình tam giác đỏ và một hình vuông xanh có khoảng cách gần chấm xanh nhất, do
đó chấm xanh được phân vào lớp tam giác đỏ. Lấy K=7, ta có năm hình vuông xanh
và hai hình tam giác đỏ, lúc này chấm xanh được xếp vào lớp hình vuông xanh.
Trường hợp lấy K=4, ta nhận thấy sẽ có hai hình vuông xanh và hai hình tam giác
đỏ, đây là trường hợp có điểm bằng nhau, với trường hợp này KNN sẽ xử lý bằng
cách so sánh tổng khoảng cách của các hình gần nhất với điểm ta đang xét.
Do xuất hiện trường hợp có điểm bằng nhau, vì vậy người ta thường chọn k là số lẻ.
Đó cũng là ý tưởng của KNN.
2.1.4. Ví dụ về Knn nhiễu

Hình 2.1.4. Bản đồ minh họa knn nhiễu với k=1

Hình trên là bài toán phân lớp với ba lớp: đỏ, lam, lục. Mỗi điểm dữ liệu mới
sẽ được gán nhãn theo màu của điểm đó mà nó thuộc về. Trong hình này, chú ý vùng
khoanh tròn màu vàng, ta nhận thấy rằng điểm màu lục nằm giữa hai vùng lớn với

17


nhiều dữ liệu đỏ và lam, điểm này rất có thể là nhiễu dẫn đến việc dữ liệu test nếu
rơi vào vùng này sẽ có nhiều khả năng cho kết quả sai lệch.
2.1.5. Ưu điểm, nhược điểm của thuật toán
 Ưu điểm:
-

Dễ sử dụng và cài đặt.

-

Việc dự đoán kết quả của dữ liệu mới dễ dàng.

-

Độ phức tạp tính toán nhỏ.

 Nhược điểm:
-

KNN nhiễu dễ đưa ra kết quả không chính xác khi k nhỏ.

- Cần thời gian lưu training set, khi dữ liệu training và test tăng lên nhiều sẽ
mất nhiều thời gian tính toán.

2.2. Khoảng cách trong không gian vector
Trong không gian một chiều, việc đo khoảng cách giữa hai điểm đã rất quen
thuộc: lấy trị tuyệt đối của hiệu giữa hai giá trị đó. Trong không gian hai chiều, tức
mặt phẳng, chúng ta thường dùng khoảng cách Euclid để đo khoảng cách giữa hai
điểm.
Việc đo khoảng cách giữa hai điểm dữ liệu nhiều chiều, tức hai vector, là rất
cần thiết trong Machine Learning. Chúng ta cần đánh giá xem điểm nào là điểm gần
nhất của một điểm khác; chúng ta cũng cần đánh giá xem độ chính xác của việc ước
lượng; và trong rất nhiều ví dụ khác nữa.
Và đó chính là lý do mà khái niệm norm ra đời. Có nhiều loại norm khác
nhau mà các bạn sẽ thấy ở dưới đây:

18


Để xác định khoảng cách giữa hai vector y và z, người ta thường áp dụng một
hàm số lên vector hiệu x = y−z. Một hàm số được dùng để đo các vector cần có một
vài tính chất đặc biệt.

2.2.1. Định nghĩa
Một hàm số f () ánh xạ một điểm x từ không gian nn chiều sang tập số thực một
chiều được gọi là norm nếu nó thỏa mãn ba điều kiện sau đây:

-

F(x) >= 0. Dấu bằng xảy ra  x = 0.

-

F(αx) = |α|f(x), ∀α € R.

-

F(x1) +f(x2) >= f (x1 + x2), ∀x1, x2 € R

2.2.2. Một số norm thường dùng
Giả sử các vector x = [x1; x2…xn], y = [y1; y2…yn].
Nhận thấy khoảng cách Euclid chính là một norm, norm mày thường được gọi là
norm 2:

(1)
Với p là một số không nhỏ hơn 1 bất kỳ, hàm số sau đây:
(2)
Được chứng minh thỏa mãn ba ddieuf kiện trên, và được gọi là norm p.
Nhận thấy rằng khi p→0 thì biểu thức bên trên trở thành số các phần tử khác 0
của x. Hàm số (2) khi p=0 được gọi là giả chuẩn (pseudo-norm) 0. Nó không phải là
norm vì nó không thỏa mãn điều kiện 2 và 3 của norm. Giả-chuẩn này, thường được
ký hiệu là ||x||0, khá quan trọng trong ML vì trong nhiều bài toán, chúng ta cần có
ràng buộc “sparse”, tức số lượng thành phần “active” của x là nhỏ.

19


Có một vài giá trị của p thường được dùng:
-

Khi p = 2 chúng ta có norm2 như ở trên.

-

Khi p = 1 chúng ta có:
||x||1 = |x1| + |x2| + |x3| +…|xn| (3)
Là tổng các giá trị tuyệt đối của từng phần tử của

x. Norm 1 thường được dùng như

sấp xỉ của norm 0 trong các bài toán có ràng buộc. Dưới đây là một ví dụ so sánh
norm 1 và norm 2 trong không gian hai chiều:

Hình 2.2.2. Norm 1 và norm 2 trong không gian hai chiều

Norm 2 (màu xanh) chính là đường chim bay nối giữa vector x và vector y. Khoảng
cách norm 1 giữa hai điểm này (màu đỏ) có thể diễn giải như là đường đi từ x đến y
trong một thành phố mà thành phố được tạo hình bàn cờ, chúng ta chỉ có thể đi theo
dọc bàn cờ chứ không thể đi theo đường thẳng.
Khi p -> ∞, ta có norm p chính là trị tuyệt đối của phần tử lớn nhất của
vector đó:

20


(4)

CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM

3.1. Bộ dữ liệu Iris flower dataset
3.1.1. Giới thiệu
Tập dữ liệu hoa Iris hoặc tập dữ liệu Iris của Fisher là tập dữ liệu đa biến được
giới thiệu bởi nhà thống kê và nhà sinh vật học người Anh Ronald Fisher trong bài
báo năm 1936 Việc sử dụng nhiều phép đo trong các vấn đề phân loại như một ví dụ

21


về phân tích phân biệt tuyến tính. Đôi khi nó được gọi là tập dữ liệu Iris của
Anderson vì Edgar Anderson đã thu thập dữ liệu để định lượng sự biến đổi hình thái
của hoa Iris của ba loài liên quan. Hai trong số ba loài được thu thập ở Bán đảo
Gaspé "tất cả từ cùng một đồng cỏ, và được chọn vào cùng một ngày và được đo
cùng lúc bởi cùng một người với cùng một bộ máy".
Bộ dữ liệu bao gồm 50 mẫu từ mỗi ba loài Iris (Iris setosa, Iris virginica và Iris
Verscolor). Bốn đặc điểm được đo từ mỗi mẫu: chiều dài và chiều rộng của đài hoa,
chiều dài và chiều rộng cánh hoa, tính bằng centimet. Dựa trên sự kết hợp của bốn
tính năng này, Fisher đã phát triển một mô hình phân biệt tuyến tính để phân biệt các
loài với nhau.

Hình 3.1.1. Hình ảnh minh họa về Iris flower dataset

3.1.2. Sử dụng tập dữ liệu
Dựa trên mô hình phân biệt tuyến tính của Fisher, bộ dữ liệu này đã trở thành
trường hợp thử nghiệm điển hình cho nhiều kỹ thuật phân loại thống kê trong học
máy như máy vector hỗ trợ.
Tuy nhiên, việc sử dụng tập dữ liệu này trong phân tích cụm không phổ biến, vì
tập dữ liệu chỉ chứa hai cụm có sự phân tách khá rõ ràng. Một trong những cụm

22


chứa Iris setosa, trong khi cụm còn lại chứa cả Iris virginica và Iris Versolor và
không thể tách rời nếu không có thông tin về loài mà Fisher sử dụng. Điều này làm
cho dữ liệu trở thành một ví dụ tốt để giải thích sự khác biệt giữa các kỹ thuật được
giám sát và không giám sát trong khai thác dữ liệu: Mô hình phân biệt tuyến tính
của Fisher chỉ có thể thu được khi biết các loài đối tượng: nhãn lớp và cụm không
nhất thiết giống nhau.
Tuy nhiên, cả ba loài Iris đều có thể tách rời trong hình chiếu trên thành phần
chính phân nhánh phi tuyến. Tập dữ liệu được xấp xỉ bởi cây gần nhất với một số
hình phạt cho số lượng nút, uốn cong và kéo dài quá mức. Các điểm dữ liệu được
chiếu vào nút gần nhất. Đối với mỗi nút, sơ đồ hình tròn của các điểm được chiếu
được chuẩn bị. Diện tích của chiếc bánh tỷ lệ thuận với số lượng điểm được chiếu.
Rõ ràng từ sơ đồ (bên dưới) rằng phần lớn tuyệt đối các mẫu của các loài Iris khác
nhau thuộc về các nút khác nhau. Chỉ một phần nhỏ Iris-virginica được trộn với IrisVersolor (các nút màu xanh lam hỗn hợp trong sơ đồ). Do đó, ba loài Iris (Iris
setosa, Iris virginica và Iris Verscolor) có thể được phân tách bằng các thủ tục không
giám sát trong phân tích thành phần chính phi tuyến. Để phân biệt chúng, chỉ cần
chọn các nút tương ứng trên cây chính.

23


Hình 3.1.2. Sơ đồ minh họa phân cụm của Iris flower datasets

3.1.3. Tập dữ liệu
Bộ dữ liệu chứa một bộ 150 bản ghi bao gồm các thuộc tính – chiều dài và chiều
rộng của đài hoa, chiều dài và chiều rộng của cánh hoa.
Bảng 1: Thông tin loài Setosa
Thứ tự

Chiều dài đài
hoa

Chiều rộng đài Chiều dài Chiều rộng
hoa
cánh hoa
cánh hoa

1

5.1

3.5

1.4

0.2

2

4.9

3.0

1.4

0.2

3

4.7

3.2

1.3

0.2

4

4.6

3.1

1.5

0.2

5

5.0

3.6

1.4

0.3

6

5.4

3.9

1.7

0.4

7

4.6

3.4

1.4

0.3

8

5.0

3.4

1.5

0.2

9

4.4

2.9

1.4

0.2

10

4.9

3.1

1.5

0.1

11

5.4

3.7

1.5

0.2

12

4.8

3.4

1.6

0.2

13

4.8

3.0

1.4

0.1

14

4.3

3.0

1.1

0.1

15

5.8

4.0

1.2

0.2

16

5.7

4.4

1.5

0.4

17

5.4

3.9

1.3

0.4

18

5.1

3.5

1.4

0.3

19

5.7

3.8

1.7

0.3

20

5.1

3.8

1.5

0.3

21

5.4

3.4

1.7

0.2

22

5.1

3.7

1.5

0.4

24


23

4.6

3.6

1.0

0.2

24

5.1

3.3

1.7

0.5

25

4.8

3.4

1.9

0.2

26

5.0

3.0

1.6

0.2

27

5.0

3.4

1.6

0.4

28

5.2

3.5

1.5

0.2

29

5.2

3.4

1.4

0.2

30

4.7

3.2

1.6

0.2

31

4.8

3.1

1.6

0.2

32

5.4

3.4

1.5

0.4

33

5.2

4.1

1.5

0.1

34

5.5

4.2

1.4

0.2

35

4.9

3.1

1.5

0.2

36

5.0

3.2

1.2

0.2

37

5.5

3.5

1.3

0.2

38

4.9

3.6

1.4

0.1

39

4.4

3.0

1.3

0.2

40

5.1

3.4

1.5

0.2

41

5.0

3.5

1.3

0.3

42

4.5

2.3

1.3

0.3

43

4.4

3.2

1.3

0.2

44

5.0

3.5

1.6

0.6

45

5.1

3.8

1.9

0.4

46

4.8

3.0

1.4

0.3

47

5.1

3.8

1.6

0.2

48

4.6

3.2

1.4

0.2

49

5.3

3.7

1.5

0.2

50

5.0

3.3

1.4

0.2

Bảng 2: Thông tin loài Versicolor

Thứ tự

Chiều dài đài
hoa

Chiều rộng đài Chiều dài Chiều rộng
hoa
cánh hoa
cánh hoa

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×