Nâng cao hiệu năng phân lớp dữ liệu trên cơ sở cải tiến thuật toán SVM

• Tác giả: Nguyễn Thế Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Thế Phùng
• Trường học: Đại học Huế
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Nâng cao hiệu năng phân lớp dữ liệu với thuật toán SVM cải tiến
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Huế

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• Danh mục các ký hiệu
• Danh mục bảng biểu
• Danh mục hình vẽ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA SVM
• 1.1. Hàm toàn phương
• 1.2. Bài toán quy hoạch toàn phương (QP)
• 1.3. Điều kiện tối ưu của bài toán QP
• 1.4. Bài toán đối ngẫu
• 1.5. Bài toán phân lớp dữ liệu
• 1.6. Hàm phân lớp tuyến tính
• 1.7. Siêu phẳng lề mềm
• 1.8. Hàm phân lớp phi tuyến
• 1.9. Hàm phân lớp có trọng số
• 1.10. Tiểu kết chương
• 2. CÁC BIẾN THỂ CỦA SVM
• 2.1. SVM xấp xỉ (PSVM)
• 2.2. PSVM thông qua các trị riêng suy rộng (GEPSVM)
• 2.3. SVM song sinh (TSVM)
• 2.3.1. Trường hợp tuyến tính
• 2.3.2. Trường hợp phi tuyến
• 2.4. TSVM dùng bình phương tối thiểu (LSTSVM)
• 2.5. SVM song sinh có cấu trúc (S-TSVM)
• 2.6. Tiểu kết chương
• 3. NÂNG CAO HIỆU NĂNG PHÂN LỚP DỮ LIỆU TRÊN CƠ SỞ CẢI TIẾN THUẬT TOÁN SVM
• 3.1. SVM có cấu trúc có trọng số (WS-SVM)
• 3.1.1. Trường hợp tuyến tính
• 3.1.2. Trường hợp phi tuyến
• 3.2. Cải tiến SVM dùng bình phương tối thiểu (ILS-SVM)
• 3.2.1. Trường hợp tuyến tính
• 3.2.2. Trường hợp phi tuyến
• 3.3. Tiểu kết chương
• 4. PHƯƠNG PHÁP CỤM ĐỐI LỚP
• 4.1. Biến đổi của S-TSVM
• 4.2. SVM dùng bình phương tối thiểu có trọng số (WLS-SVM)
• 4.2.1. Trường hợp tuyến tính
• 4.2.2. Trường hợp phi tuyến
• 4.3. Tiểu kết chương
• KẾT LUẬN
• Danh mục các công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

I. Tổng quan về nâng cao hiệu năng phân lớp dữ liệu với SVM

Phân lớp dữ liệu là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong học máy. Thuật toán Support Vector Machine (SVM) đã chứng minh được hiệu quả của mình trong nhiều ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên, với sự phát triển của dữ liệu lớn và phức tạp, việc cải tiến hiệu năng của SVM trở thành một thách thức lớn. Nghiên cứu này nhằm mục đích nâng cao hiệu năng phân lớp dữ liệu thông qua các cải tiến thuật toán SVM.

1.1. Khái niệm cơ bản về thuật toán SVM

SVM là một thuật toán học máy mạnh mẽ, được sử dụng để phân loại dữ liệu. Nó tìm kiếm siêu phẳng tối ưu để tách biệt các lớp dữ liệu. SVM hoạt động hiệu quả với dữ liệu tuyến tính và phi tuyến, nhưng vẫn gặp khó khăn với dữ liệu có cấu trúc phức tạp.

1.2. Tầm quan trọng của việc cải tiến SVM

Cải tiến SVM không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong phân lớp mà còn giảm thiểu thời gian huấn luyện. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh dữ liệu lớn, nơi mà hiệu suất tính toán là một yếu tố quyết định.

II. Những thách thức trong phân lớp dữ liệu với SVM

Mặc dù SVM đã đạt được nhiều thành công, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức lớn trong việc áp dụng nó cho dữ liệu phức tạp. Các vấn đề như dữ liệu không cân bằng, cấu trúc dữ liệu đa cụm và thời gian huấn luyện lâu là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Vấn đề dữ liệu không cân bằng

Dữ liệu không cân bằng xảy ra khi một lớp chiếm ưu thế hơn lớp còn lại. Điều này có thể dẫn đến việc SVM thiên lệch về lớp chiếm ưu thế, làm giảm độ chính xác của mô hình.

2.2. Cấu trúc dữ liệu đa cụm

Khi dữ liệu có nhiều cụm với phân phối khác nhau, SVM có thể không khai thác được thông tin cấu trúc này, dẫn đến hiệu suất phân lớp không tối ưu.

III. Phương pháp cải tiến thuật toán SVM hiệu quả

Để nâng cao hiệu năng phân lớp dữ liệu, một số phương pháp cải tiến SVM đã được đề xuất. Những phương pháp này tập trung vào việc khai thác thông tin cấu trúc của dữ liệu và tối ưu hóa quy trình huấn luyện.

3.1. SVM có cấu trúc có trọng số WS SVM

WS-SVM là một biến thể của SVM, cho phép khai thác thông tin cấu trúc của từng cụm trong dữ liệu. Phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác phân lớp và giảm thời gian huấn luyện.

3.2. Cải tiến SVM dùng bình phương tối thiểu ILS SVM

ILS-SVM sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để tối ưu hóa bài toán phân lớp. Phương pháp này giúp giảm thiểu độ phức tạp tính toán và nâng cao hiệu suất phân lớp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của SVM cải tiến

Các cải tiến trong thuật toán SVM đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực như nhận dạng hình ảnh, phân tích văn bản và dự đoán tài chính. Những ứng dụng này cho thấy tiềm năng lớn của SVM trong việc giải quyết các bài toán thực tiễn.

4.1. Nhận dạng hình ảnh

SVM đã được sử dụng để phân loại hình ảnh trong nhiều ứng dụng, từ nhận diện khuôn mặt đến phân loại đối tượng. Các cải tiến giúp tăng cường độ chính xác và tốc độ xử lý.

4.2. Phân tích văn bản

Trong lĩnh vực phân tích văn bản, SVM được áp dụng để phân loại tài liệu, nhận diện chủ đề và phân tích cảm xúc. Các thuật toán cải tiến giúp nâng cao khả năng phân loại và giảm thiểu sai sót.

V. Kết luận và tương lai của SVM

Nâng cao hiệu năng phân lớp dữ liệu với SVM là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Các cải tiến hiện tại đã cho thấy kết quả khả quan, nhưng vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để giải quyết các thách thức còn tồn tại.

5.1. Tương lai của SVM trong học máy

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và dữ liệu, SVM sẽ tiếp tục được cải tiến và ứng dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực khác nhau.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán SVM mới, tối ưu hóa quy trình huấn luyện và khai thác tốt hơn thông tin cấu trúc của dữ liệu.