Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Toán học: Phát triển các cấu trúc, thuật học của mạng nơron tự tổ chức

Luận án "Phát triển các cấu trúc, thuật học của mạng nơron tự tổ chức" thực hiện nghiên cứu nhằm hướng đến các mục tiêu: đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng bản đồ đặc trưng mạng nơron SOM; cải tiến cấu trúc, thuật toán học mạng nơron SOM ứng dụng cho bài toán phân lớp, phân cụm dữ liệu. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Toán học: Phát triển các cấu trúc, thuật học của mạng nơron tự tổ chứcBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOVIỆN HÀN LÂMKHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VNHỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆLê Anh TúPHÁT TRIỂN CÁC CẤU TRÚC, THUẬT HỌC CỦA MẠNGNƠRON TỰ TỔ CHỨCChuyên ngành: Cơ sở toán học cho tin họcMã số:62 46 01 10TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌCHà Nội - 2016Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hànlâm Khoa học và Công nghệ Việt NamNgười hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN QUANG HOANPhản biện 1: ......................................................................................................................................................................................................................Phản biện 2: ......................................................................................................................................................................................................................Phản biện 3: ......................................................................................................................................................................................................................Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học việnhọp tại: ..............................................................................................................................................................................................................................Vào hồigiờngàythángnămCó thể tìm hiểu luận án tại thư viện: ...........................................................1MỞ ĐẦUMạng nơron bản đồ tự tổ chức (SOM - Self Organizing Map) được đề xuất bởi giáo sư TeuvoKohonen vào năm 1980. Nó còn được biết đến với các tên gọi khác là: Bản đồ đặc trưng tự tổ chức(SOFM - Self Organizing Feature Map) hay mạng nơron tự tổ chức, hay đơn giản hơn là mạng nơronKohonen.Điểm mạnh của SOM là khả năng khai thác các mối liên hệ có tính cấu trúc trong không gian dữliệu thông qua một bản đồ đặc trưng, nên nó có thể được phát triển để giải quyết nhiều bài toán thựctiễn hiện nay. Tuy nhiên, bản thân mạng nơron SOM vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm dẫn tới nhữngkhó khăn và khả năng ứng dụng thực tiễn bị hạn chế. Do vậy, các nghiên cứu về cải tiến cấu trúc vàthuật toán học của mạng nơron SOM đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Các nghiên cứu cảitiến mạng nơron SOM được chia làm hai hướng chính, gồm: cải tiến cấu trúc và cải tiến thuật toánhọc của mạng.Các nghiên cứu về cải tiến cấu trúc của mạng có thể được chia làm hai nhóm:Nhóm thứ nhất gồm các cấu trúc cải tiến tăng trưởng theo chiều ngang. Các cấu trúc này có đặcđiểm chung là ban đầu mạng có kích thước nhỏ, sau đó mở rộng trong quá trình huấn luyện tùy thuộcvào đặc tính của tập dữ liệu huấn luyện.Nhóm thứ hai gồm các cấu trúc cải tiến tăng trưởng theo chiều dọc, còn gọi là cấu trúc cây (vớimỗi nút của cây là một nơron) hoặc cấu trúc cây phân tầng (với mỗi nút của cây là một mạng nơronSOM hoặc một biến thể của SOM). Các cấu trúc cây có thể cố định trước kích thước, nhưng cũng cóthể tăng trưởng kích thước trong quá trình huấn luyện, do đó, còn được gọi là cấu trúc cây tăng trưởng.Các cấu trúc cây được đưa ra chủ yếu nhằm mục đích biểu diễn tính chất phân cấp của dữ liệu.Các cải tiến về thuật toán học của mạng có thể chia làm hai nhóm chính: các thuật toán học cảitiến sử dụng phương pháp học không giám sát và các thuật toán học cải tiến sử dụng phương pháphọc giám sát hoặc bán giám sát. Nhóm thứ hai hình thành các biến thể với tên gọi chung là các mạngnơron SOM giám sát hoặc bán giám sát.Trên cơ sở nghiên cứu về mạng nơron SOM gốc và các biến thể của SOM về cấu trúc và phươngpháp học, có một số vấn đề tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu phát triển như sau:Thứ nhất, đề xuất các phương thức cải thiện chất lượng bản đồ đặc trưng khác so với các phươngthức đã có trước đây; nghiên cứu cải thiện chất lượng biểu diễn dữ liệu của các mạng nơron SOM cảitiến. Đây là một hướng nghiên cứu mở do hiện nay các nghiên cứu cải thiện chất lượng các mạngnơron SOM cải tiến chưa có nhiều.Thứ hai, cả SOM gốc và hầu hết các biến thể của SOM chủ yếu được thiết kế cho mục tiêu biểudiễn dữ liệu (biểu diễn sự phân bố hoặc sự phân cấp của dữ liệu) nên khi ứng dụng SOM cho các mụcđích khác cần nghiên cứu các phương án cải tiến phù hợp. Ví dụ, mạng nơron SOM chưa có phươngán phân loại dữ liệu chính xác, do đó khả năng ứng dụng SOM để giải quyết các vấn đề của khai phádữ liệu (ví dụ như phân lớp và phân cụm) còn hạn chế.Thứ ba: do sử dụng phương pháp học không giám sát nên quá trình học của SOM thiếu thông tinhướng dẫn để nâng cao hiệu quả ứng dụng trong một số bài toán thực tế, ví dụ như bài toán phân lớpdữ liệu.Các tồn tại trên là lý do lựa chọn và đưa ra các mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án. Mục tiêunghiên cứu của đề tài luận án gồm:1. Đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng bản đồ đặc trưng mạng nơron SOM.2. Cải tiến cấu trúc, thuật toán học mạng nơron SOM ứng dụng cho bài toán phân lớp, phân cụmdữ liệu.Các nội dung nghiên cứu này được thực nghiệm trong phạm vi dữ liệu dạng vector thuộc tính sốthực; không áp dụng với các loại dữ liệu khác. Chương trình thực nghiệm được cài đặt bằng ngôn2ngữ lập trình C# và tiến hành thực nghiệm trên các tập dữ liệu đã được công bố sử dụng máy tínhmáy tính cá nhân (Chipset Core i5 - 1.7GHz, RAM 6GB).Nội dung của luận án bao gồm 4 chương. Chương đầu trình bày nghiên cứu tổng quan về nộidung của đề tài. Các chương còn lại trình bày các đóng góp của luận án. Nội dung của từng chươngcó thể tóm tắt như sau:Chương 1 trình bày nghiên cứu tổng quan về mạng nơron nhân tạo, mạng nơron SOM; tập trungphân tích các hạn chế và biện pháp khắc phục các hạn chế của SOM trên cơ sở nghiên cứu các biếnthể được cải tiến từ SOM.Chương 2 trình bày các nghiên cứu liên quan đến vấn đề đánh giá và cải thiện chất lượng b ...