Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 20: Nhận dạng mẫu - Phân lớp và đánh giá

20.2.1. Chọn lọc đặc trưng Nếu ta muốn một hệ thống phân biệt các loại đối tượng khác nhau, đầu tiên chúng ta phải quyết định nên xác định những đặc điểm nào để tạo ra các tham số miêu tả. Các đặc điểm riêng biệt cần xác định gọi là các đặc trưng của đối tượng và các giá trị tham số kết quả gồm có vec tơ đặc trưng đối với từng đối tượng. Việc chọn lựa các đặc trưng thích hợp là rất quan trọng, vì chỉ có chúng mới được sử dụng để nhận biết đối tượng. Có vài phương tiện phân tích để hướng dẫn chọn lựa các đặc trưng. Khả năng trực giác thường xuyên chỉ đạo danh sách các đặc trưng có ích tiềm tàng. Các kỹ thuật sắp xếp đặc trưng tính toán có liên quan đến số lượng các đặc trưng khác nhau. Điều này cho phép lược bớt danh sách chỉ còn một vài đặc trưng tốt nhất. Các đặc trưng tốt có bốn đặc điểm: 1. Sự phân biệt đối xử. Các đặc trưng phải nhận những giá trị khác nhau một cách đáng kể đối với các đối tượng thuộc các lớp khác nhau. Ví dụ, đường kính là dặc tính tốt trong ví dụ sắp xếp trái cây ở chương 18, vì nó nhận những giá trị khác nhau đối với những quả sơ ri và những quả nho. 2. Tính tin cậy. Các đặc trưng phải nhận các giá trị giống nhau đối với mọi đối tượng cùng lớp. Ví dụ, màu sắc có thể là đặc trưng kém đối với những quả táo nếu chúng xuất hiện theo các mức độ chín không ổn định. Tức là, một quả táo xanh và một quả táo chín (đỏ) có thể rất khác nhauvề màu sắc, mặc dù cả hai đều thuộc lớp đối tượng là các quả táo. 3. Tính độc lập. Nhiều đặc trưng được sử dụng khác nhau không được tương quan với nhau. Đường kính và trọng lượng của một trái cây sẽ tạo thành các đặc trưng tương quan chặt, vì trọng lượng tỷ lệ gần đúng với đường kính mũ ba. Bài toán mà cả đường kính lẫn trọng lượng về bản chất đều phản ánh cùng một tính chất, ấy là kích thước của trái cây. Trong khi các đặc trưng tương quan chặt có thể kết hợp (ví dụ, bằng cách lấy trung bình tất cả chúng cùng với nhau)402 để làm giảm tính nhậy cảm đối với nhiễu, thì nói chung chúng lại không được sử dụng như những đặc trưng độc lập. 4. Các số nhỏ. Tính phức tạp của một hệ thống nhận dạng mẫu tăng nhanh chóng theo kích cỡ (số các đặc trưng được dùng) của hệ thống. Quan trọng hơn là số các đối tượng cần có để huấn luyện bộ phân lớp và để đo lường hiệu suất của nó tăng theo cấp số mũ với số các đặc trưng. Trong vài trường hợp, để có thể đạt được lượng dữ liệu cần thiết cho việc huấn luyện bộ phân lớp tương xứng chỉ là điều hão huyền. Cuối cùng, việc thêm các đặc trưng nhiễu hay đặc trưng tương quan chặt với các đặc trưng hiện có có thể làm suy giảmhiệu suất của những bộ phân lớp, đặc biệt bởi vì kích thước giới hạn của tập huấn luyện. Trong thực tế, quá trình chọn lựa đặc trưng thường bao gồm cả việc kiểm tra tập các đặc trưng hợp lý quatrực giác và việc giảm tập xuống còn một số các đặc trưng tốt nhất có thể chấp nhận. Thường có ít hoặc không có sẵn các đặc trưng lý tưởng dưới dạng các tính chất đã nói ở trên.

pdf30 trang | Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 295 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 20: Nhận dạng mẫu - Phân lớp và đánh giá, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
401 Ch­¬ng 20 NHẬN DẠNG MẪU: PHÂN LỚP VÀ ĐÁNH GIÁ 20.1. GIỚI THIỆU Trong chương 18, chúng ta đã giới thiệu về nhận dạng mẫu thống kê và đã đề cập đến việc tách và trích chọn các đối tượng từ một cảnh phức tạp. Chương 19 đã chỉ ra các phương pháp xác định những đặc điểm của các đối tượng đó. Trong chương này, chúng ta tiếp cận bài toán nhận biết các đối tượng bằng cách phân lớp chúng thành từng nhóm. Có lẽ phải viết nhiều về chủ đề này và chúng ta chỉ có thể giới thiệu các khái niệm cơ bản ở đây. Nếu muốn nghiên cứu đầy đủ hơn, độc giả nên tham khảo tài liệu về chủ đề này (Phụ lục 2) 20.2. PHÂN LỚP 20.2.1. Chọn lọc đặc trưng Nếu ta muốn một hệ thống phân biệt các loại đối tượng khác nhau, đầu tiên chúng ta phải quyết định nên xác định những đặc điểm nào để tạo ra các tham số miêu tả. Các đặc điểm riêng biệt cần xác định gọi là các đặc trưng của đối tượng và các giá trị tham số kết quả gồm có vec tơ đặc trưng đối với từng đối tượng. Việc chọn lựa các đặc trưng thích hợp là rất quan trọng, vì chỉ có chúng mới được sử dụng để nhận biết đối tượng. Có vài phương tiện phân tích để hướng dẫn chọn lựa các đặc trưng. Khả năng trực giác thường xuyên chỉ đạo danh sách các đặc trưng có ích tiềm tàng. Các kỹ thuật sắp xếp đặc trưng tính toán có liên quan đến số lượng các đặc trưng khác nhau. Điều này cho phép lược bớt danh sách chỉ còn một vài đặc trưng tốt nhất. Các đặc trưng tốt có bốn đặc điểm: 1. Sự phân biệt đối xử. Các đặc trưng phải nhận những giá trị khác nhau một cách đáng kể đối với các đối tượng thuộc các lớp khác nhau. Ví dụ, đường kính là dặc tính tốt trong ví dụ sắp xếp trái cây ở chương 18, vì nó nhận những giá trị khác nhau đối với những quả sơ ri và những quả nho. 2. Tính tin cậy. Các đặc trưng phải nhận các giá trị giống nhau đối với mọi đối tượng cùng lớp. Ví dụ, màu sắc có thể là đặc trưng kém đối với những quả táo nếu chúng xuất hiện theo các mức độ chín không ổn định. Tức là, một quả táo xanh và một quả táo chín (đỏ) có thể rất khác nhauvề màu sắc, mặc dù cả hai đều thuộc lớp đối tượng là các quả táo. 3. Tính độc lập. Nhiều đặc trưng được sử dụng khác nhau không được tương quan với nhau. Đường kính và trọng lượng của một trái cây sẽ tạo thành các đặc trưng tương quan chặt, vì trọng lượng tỷ lệ gần đúng với đường kính mũ ba. Bài toán mà cả đường kính lẫn trọng lượng về bản chất đều phản ánh cùng một tính chất, ấy là kích thước của trái cây. Trong khi các đặc trưng tương quan chặt có thể kết hợp (ví dụ, bằng cách lấy trung bình tất cả chúng cùng với nhau) 402 để làm giảm tính nhậy cảm đối với nhiễu, thì nói chung chúng lại không được sử dụng như những đặc trưng độc lập. 4. Các số nhỏ. Tính phức tạp của một hệ thống nhận dạng mẫu tăng nhanh chóng theo kích cỡ (số các đặc trưng được dùng) của hệ thống. Quan trọng hơn là số các đối tượng cần có để huấn luyện bộ phân lớp và để đo lường hiệu suất của nó tăng theo cấp số mũ với số các đặc trưng. Trong vài trường hợp, để có thể đạt được lượng dữ liệu cần thiết cho việc huấn luyện bộ phân lớp tương xứng chỉ là điều hão huyền. Cuối cùng, việc thêm các đặc trưng nhiễu hay đặc trưng tương quan chặt với các đặc trưng hiện có có thể làm suy giảmhiệu suất của những bộ phân lớp, đặc biệt bởi vì kích thước giới hạn của tập huấn luyện. Trong thực tế, quá trình chọn lựa đặc trưng thường bao gồm cả việc kiểm tra tập các đặc trưng hợp lý quatrực giác và việc giảm tập xuống còn một số các đặc trưng tốt nhất có thể chấp nhận. Thường có ít hoặc không có sẵn các đặc trưng lý tưởng dưới dạng các tính chất đã nói ở trên. 20.2.2. Thiết kế bộ phân lớp Thiết kế bộ phân lớp bao gồm việc thiết lập cấu trúc logic của bộ phân lớp và cơ sở toán học của quy tắc phân lớp. Thông thường, đối với mỗi đối tượng thường gặp, sự phân lớp tính toán, với từng lớp, giá trị báo hiệu (bằng độ lớn của nó) mức độ mà đối tượng đó tương tự đối tượng điển hình của lớp đó. Giá trị này được tính như một hàm đặc trưng và nó được dùng để chọn lớp gần giống với công việc được giao nhất. Hầu hết các quy tắc quyết định bộ phân lớp đều giảm đến một vạch ngưỡng phân chia các không gian kích cỡ thành các vùng rời nhau, mỗi lớp một (hoặc nhiều) vùng. Mỗi vùng (phạm vi các giá trị đặc trưng) ứng với một lớp riêng lẻ. Nếu các giá trị đặc trưng nằm trong một vùng riêng biệt thì đối tượng được ấn định cho lớp tương ứng. Trong vài trường hợp, một hoặc nhiều vùng như vậy có thể ứng với một lớp “không xác định”. 20.2.3. Huấn luyện bộ phân lớp Một khi các quy tắc quyết định cơ bản của bộ phân lớp đã được thiết lập thì ta phải xác định các giá trị ngưỡng riêng biệt phân tách các lớp. Điều này thường được thực hiện bằng cách huấn luyện bộ phân lớp theo nhóm các đối tượng đã biết. Tập huấn luyện là một tập hợp các đối tượng từ mỗi lớp đã được nhận biết trước đó bằng một phương pháp chính xác nào đó. Các đối tượng trong tập huấn luyện được đo, và không gian kích cỡ được phân chia, bằng các bề mặt quyết định, thành các vùng mà độ chính xác của bộ phân lớp là tối đa khi nó hoạt động trên tập huấn luyện. Khi huấn luyện một bộ phân lớp, ta có thể sử dụng quy tắc đơn lẻ, ví dụ như tối thiểu hoá tổng các sai số phân lớp. Nếu một vài sự phân lớp sai lầm có thể gây rắc rối hơn những cái khác thì ta có thể thiết lập một hàm giá để giải thích điều này bằng cách cân nhắc các sai số khác nhau một cách gần đúng. Các đường quyết định sau đó được đặt vào để tối thiểu hoá toàn bộ “giá” của việc thao tác bộ phân lớp. Nếu tập huấn luyện là biểu diễn của các đối tượng nói chung thì bộ phân lớp loại cũng phải thực hiện xung quanh các đối tượng mới giống như nó đã từng thực hiện trên tập huấn luyện. Có được một tập huấn luyện đủ lớn thường là một công việc gian khổ. Để được thể hiện, tập huấn luyện phải bam gồm các ví dụ về tất cả những đối tượng có thể gặp, kể cả những đối tượng hiếm khi nhìn thấy. Nếu tập huấn luyện ngăn chận một đối tượng không phổ biến nào đó, thì nó không biểu hiện. Nếu nó chứa các sai số phân lớp thì nó bị thành kiến. 403 20.2.4. Xác định hiệu suất Sự chính xác của một bộ phân lớp có thể được đánh giá trực tiếp bằng cách liệt kê hiệu suất của nó dựa trên tập các đối tượng kiểm tra đã biết. Nếu tập kiểm tra đủ lớn để biểu diễn các đối tượng lớn và nếu nó không có sai số, thì hiệu suất được đánh giá có thể rất hữu ích. Một phương pháp lựa chọn cho việc đánh giá hiệu suất là sử dụng tập kiểm tra của các đối tượng đã biết để đánh giá PDF của những đặc trưng theo từng nhóm. Từ những PDF cơ bản đã cho, ta có thể sử dụng các tham số phân lớp để tính tỷ lệ sai số mong muốn. Nếu đã dạng tổng quát của các PDF đó thì kỹ thuật này có thể sử dụng tập kiểm tra kích thước ở mép tốt hơn. Ta muốn có được hiệu suất của bộ phân lớp trên tập huấn luyện như một phép đo toàn bộ hiệu suất của nó, nhưng đánh giá này thường bị nghi ngờ về tính lạc quan. Một phương pháp tiếp cận tốt hơn là sử dụng một tập kiểm tra riêng biệt đối với việc đánh giá hiệu suất của bộ phân lớp. Tuy nhiên, điều này làm tăng đáng kể sự cần thiết của những dữ liệu trước phân lớp. Nếu những đối tượng đã phân lớp trước đây được đánh giá cao, thì ta có thể sử dụng một thủ tục vòng luân chuyển mà trong đó bộ phân lớp được huấn luyện với hầu hết mọi đối tượng và tiếp theo sau là đối tượng đó được phân lớp. Khi điều này được thực hiện với tất cả các đối tượng thì ta sẽ có một đánh giá của toàn bộ hiệu suất thực hiện của bộ phân lớp. 20.3. CHỌN LỰA ĐẶC TRƯNG Trong một bài toán nhạn dạng mẫu, ta thường phải đối mặt với côngviệc chọn lựa trong nhiều đặc trưng sẵn có, đặc trưng nào xác định và thể hiện bộ phân lớp. Bài toán chọn lựa đặc trưng đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong tài liệu, nhưng lại nổi lên tình trạng không rõ ràng. Phần này dành cho độc giả như một vấn đề lý thú. Như đã lưu ý trước đây, ta tìm kiếm một tập nhỏ các đặc trưng tin cậy, độc lập và sự phân biệt đối xử. Nói chung, ta mong muốn làm suy giảm hiệu suất của bộ phân lớp khi các đặc trưng được đánh giá, ít ra cũng là những đặc trưng hữu ích. Thực tế, đánh giá nhiễu hay các đặc trưng tương quan chặt có thể thực sự cải tiến hiệu suất thực hiện. Sau đó, chọn lựa đặc trưng có thể được coi như quá trình đánh giá một vài đặc trưng và kết hợp các đặc trưng có liên quan khác, cho đến khi tập đặc trưng trở nên dễ sử dụng và sự thực hiện vẫn còn chính xác. Nếu tập đặc trưng được giảm từ M đặc trưng xuống còn một lượng N nào đó nhỏ hơn, thì chúng ta sẽ tìm kiếm tập N đặc trưng riêng biệt để tối thiểu hoá toàn bộ việc thực hiện bộ phân lớp. Một phương pháp tiếp cận bằng cách lặp đi lặp lại một thủ tục đơn giản nhiều lần để chọn lựa đặc trưng được cho dưới đây. Đối với tất cả các tập con của N đặc trưng có thể có, huấn luyện bộ phân lớp, và xác định hiệu suất của nó bằng cách liệt kê các tỷ số phân lớp nhầm các nhóm khác nhau của bộ phân lớp. Sau đó tạo ra một chỉ số hiệu suất tổng thể là một hàm tỷ số lỗi. Cuối cùng, sử dụng tập N đặc trưng đó để tạo ra chỉ số hiệu suất tốt nhất. Dĩ nhiên bài toán với cách tiếp cận bằng cách lặp đi lặp lại một thủ tục đơn giản nhiều lần là một khối lượng khổng lồ đối với tất cả trừ các bài toán nhận dạng mẫu đơn giản nhất. Thực tế, thường thì tài nguyên chỉ đủ để huấn luyện và đánh giá bộ phân lớp. Trong đa số các bài toán thực tiễn, phương pháp tiếp cận bằng cách lặp đi 404 lặp lại một thủ tục đơn giản nhiều lần là không thực tế và một kỹ thuật ít tốn tiền phải được sử dụng để đạt được cùng một mục đích. Trong phần thảo luận dưới đây, chúng ta sẽ xem xét trường hợp giảm một bài toán hai đặc trưng xuống còn một đặc trưng đơn giản. Giả sử tập huấn luyện là có sẵn và chứa các đối tượng của M lớp khác nhau. Đặt Nj là số đối tượng trong lớp j. Hai đặc trưng xij và yij thu được khi xác định đối tượng thứ i trong lớp j. Ta có thể khởi đầu bằng việc tính giá trị trung bình của từng đặc trưng trong mỗi lớp:     jN i ij j xj xN 1 1  (1) và     jN i ij j yj yN 1 1  (2) Dấu mũ trên đầu xj và yj nhắc ta rằng đây là những đánh giá của các giá trị trung bình trong lớp dựa trên tập huấn luyện, chứ không phải là các giá trị trung bình thật sự của lớp. 20.3.1. Độ lệch đặc trưng Lý tưởng mà nói, các đặc trưng phải nhận các giá trị giống nhau đối với mọi đối tượng trong cùng một lớp. Độ lệch đặc trưng x trong lớp j được đánh giá là           jN i xjij j xj xN 1 2 2 1  (3) và đối với đặc trưng y là           jN i yjij j yj yN 1 2 2 1  (4) 20.3.2. Tương quan đặc trưng Sự tương quan của các đặc trưng x và y trong lớp j có thể được đánh giá bởi yjxj N i yjijxjij j xyj j yx N                       1 1 (5) Đại lượng này nằm giữa -1 và +1. Giá trị 0 cho thấy rằng hai đặc trưng là không tương quan, trong khi giá trị gần +1 cho thấy một mức đọ cao của sự tương quan. Giá trị -1 chứng tỏ rằng mỗi biến tỷ lệ với giá trị âm của biến khác. Nếu độ lớn của một tương quan xấp xỉ 1, thì hai đặc trưng có thể được kết hợp thành một hay có thể bỏ đi một trong hai đặc trưng đó. 20.3.3. Khoảng cách phân tách lớp Một phép tính xác đáng về khả năng của một đặc trưng để phân biệt hai lớp là khoảng cách độ lệch đã chuẩn hoá giữa các giá trị trung bình của lớp. Với đặc trưng x, khoảng cách này được cho bởi 405 22 xkxj xkxj xjkD       (6) trong đó j, k là hai lớp. Rõ ràng, đặc trưng cao hơn là đặc trưng tạo ra sự tách lớp phổ biến nhất. 20.3.4. Giảm chiều Có nhiều phương pháp kết hợp hai đặc trưng x và y thành một đặc trưng z đơn lẻ. Một phương pháp đơn giản là sử dụng một hàm tuyến tính (Xem phần 13.6.2.1) byaxz  (7) Bởi vì hiệu suất phân lớp không bị ảnh hưởng bởi việc lấy tỷ lệ độ lớn của các đặc trưng, chúng ta có thể lợi dụng sự hạn chế về độ lớn, ví dụ như 122  ba (8) Biểu thức này có thể hợp nhất với biểu thức (7) bằng cách viết  sincos yxz  (9) trong đó  là một biến mới chỉ rõ tỷ lệ của x và y trong biểu thức. Nếu mỗi đối tượng trong tập huấn luyện tương ứng với một điểm trong không gian đặc trưng hai chiều (ví dụ mặt phẳng x, y), thì biểu thức (9) miêu tả mọi điểm lên trục z, làm thành với trục x một góc . Điều này được cho trong bảng 20-1. Rõ ràng,  phải được chọn để tối thiểu hoá sự tách lớp hay một tiêu chuẩn chất lượng nào đó của một đặc trưng. Để hiểu thêm về sự giảm chiều, độc giả nên tham khảo một cuốn sách nói về nhận dạng mẫu. HÌNH 20-1 Hình 20-1 Giảm chiều bằng phép chiếu 20.4. SỰ PHÂN LỚP THỐNG KÊ Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét một vài phương pháp thống kê phổ biến được dùng cho phân lớp. 406 20.4.1. Lý thuyết quyết định thống kê Giả sử chúng ta có một bài toán sắp xếp trái cây đơn giản như trong chương 18, nhưng chỉ với hai lớp và một đặc trưng đơn lẻ. Nghĩa là các đối tượng thể hiện chính bản thân chúng theo lớp 1 (anh đào) hoặc lớp 2 (táo). Đối với mỗi đối tượng, ta xác định một tính chất, đường kính, và ta gọi đặc trưng này là x. Có thể biết trước PDF của đường kính x đối với một hay cả hai lớp đối tượng. Ví dụ, Hiệp hội nông dân trồng anh đào có thể phát hành một bản tin mở đầu là đường kính trung bình của các quả anh đào là 20 mm và PDF là xẫpỉ hàm Gauss với độ lệch tiêu chuẩn là 4 mm. Nếu không biết PDF của đừng kính những quả táo, ta có thể ước lượng nó bằng cách đo một lượng lớn các quả táo, vẽ lược đồ các đường kính của chúng và tính trung bình và độ lệch. Sau đó chuẩn hoá thành đơn vị diện tích và có lẽ nên làm trơn, có thể coi lược đồ này như một ước lượng củaPDF tương ứng. 20.4.1.1. Xác suất tiên nghiệm Nói chung, đó là khả năng một lớp hầu như sẽ xuất hiện không theo thứ tự. Ví dụ, giả sử băng truyền trong ví dụ sắp xếp trái cây đã biết, vận chuyển số anh đào nhiều gấp hai lần số táo mỗi chu kỳ vận hành. Vì thế, ta có thể nói rằng một xác suất tiên nghiệm của hai lớp là     3 1 3 2 2  CPCP i vµ (10) Các biểu thức này phát biểu đơn giản rằng lớp 1 có khả năng xuất hiện gấp hai lần lớp 2. Xác suất tiên nghiệm biểu diễn điều mà chúng ta biết về một đối tượng trước khi nó được xác định. Trong ví dụ này, chúng ta ta biết rằng một đối tượng chưa xác định là anh đào có khả năng xuất hiện gấp hai lần táo. Xác suất có điều kiện. Hình 20-2 trình bày hình dạng của hai PDF. Ta ký hiệu PDF có điều kiện đối với đường kính anh đào là P(x|C1), có thể đọc là “xác suất mà đường kính x sẽ xuất hiện, khi đã biết xác suất xuất hiện đối tượng thuộc lớp 1”. Tương tự, P(x|C2) là xác suất xuất hiện của đường kính x, khi đã biết xác suất xuất hiện lớp 2. HÌNH 20-2 Hình 20-2 Các PDF có điều kiện 20.4.1.2. Định lý Bayes Trước khi một đối tượng được xác định, ta chỉ biết nó chỉ gồm xác suất tiên nghiệm của biểu thức (10). Tuy nhiên, sau khi xác định, ta có thể sử dụng số đo và 407 các PDF có điều kiện để chứng tỏ hiểu biết của ta về thành viên lớp của đối tượng. Sau khi xác định, cái gọi là xác suất hậu nghiệm để đối tượng thuộc lớp i được cho bởi định lý Bayes; tức là,       xp CPCxp xCP iii | |  (11) trong đó         2 1 | i ii CPCxpxp (12) là hệ số chuẩn hoá cần thiết để tạo thành tổng các xác suất hậu nghiệm có tổng bằng 1. Định lý Bayes cho phép ta kết hợp xác suất tiên nghiệm của thành viên lớp, PDF có điều kiện và phép đo cần thiết để tính toán, đối với từng lớp, xác suất để xác định đối tượng thuộc lớp nào. Với những thông tin dã cho này, ta có thể ấn định mỗi đối tượng với lớp có khả năng chứa nó nhiều nhất. Trong ví dụ sắp xếp trái cây, ta ấn định đối tượng cho lớp 1 (ví dụ, ta sẽ gọi nó là anh đào) nếu    xCPxCP || 21  (13) và ấn định nó cho lớp 2 (táo) nếu trái lại. Thay thế định lý Bayes [biểu thức (10)] vào biểu thức (13) nhân với mẫu số chung, ta được        2211 || CPCxpCPCxp  (14) giống như điều kiện giả định lớp 1 chứa trái cây đường kính x. Tại ngưỡng quyết định, biểu thức (14) xuất hiện dấu đẳng thức, ta có thể ấn định các đối tượng cho các lớp tuỳ ý. Bộ phân lớp định nghĩa bởi quy tắc quyết định này là bộ phân lớp có thể đúng tối đa (maximun-likelihood). Trường hợp tổng quát. Giả sử ta không tiến hành không phải chỉ một mà là n phép tính trên mỗi đối tượng. Thay vì là một giá trị đặc trưng đơn lẻ, ta có một vec tơ đặc trưng [x1, x2, , xn]T, và mỗi đối tượng được xác định tương ứng với một điểm trong không gian đặc trưng n chiều. Cũng giả thiết rằng không phải chỉ có hai mà là m lớp đối tượng. Với những điều kiện đó, xác suất tiên nghiệm của thành viên lớp i theo định lý Bayes là             m i in iin ni CiPCxxxp CPCxxxpxxxCp 1 21 21 21 |,...,, |,...,, ,...,,| (15) trong đó các PDF có điều kiện bây giờ là n chiều. 20.4.1.3. Rủi ro Bayes Mỗi khi ta ấn định một đối tượng cho một lớp, điều rủi ro là ta tạo ra một sự sai lạc. Trong bài toán đa lớp, một vài sự phân lớp nhầm có thể gây tai hại hơn điều khác. Một phương pháp được đưa ra để làm sáng tỏ, đó là hàm giá. Đặt lij là giá (hay “sự mất mát”) của việc ấn định một đối tượng vào lớp i khi nó thực sự thuộc vào lớp j. Thường thì lij sẽ nhận giá trị 0 với mọi quyết định chính xác (i = j), nhận các giá trị nhỏ đối với các lỗi vô hại và nhận các giá trị lớn hơn đối với các sai lầm nghiêm trọng hơn. Rủi ro Bayes là một cái giá lâu dài do hoạt động của bộ phân lớp. Rủi ro được đánh giá bằng tích phân hàm giá có trọng số xác suất. 408 Giả sử ta xác định một đối tượng và ấn định nó cho lớp i. Mất mát xảy ra từ giả định này là sự rủi ro có điều kiện       m j njijni xxxCplxxxCR 1 2121 ,...,,|,...,,| (16) là giá được lấy trung bình trên toàn bộ m nhóm thực sự chứa đối tượng. Vì vậy, cho vec tơ đặc trưng, có một sự rủi ro nào đó hàm ý trong việc ấn định đối tượng cho nhóm bất kỳ. 20.4.1.4. Quy tắc Bayes Quy tắc quyết định Bayes phát biểu rằng mỗi đối tượng phải được ấn định cho một lớp mà lớp đó tạo ra sự rủi ro có điều kiện nhỏ nhất. Nếu thực hiện quy tắc này, ta có thể đặt Rm(x1, x2, , xn) bằng sự rủi ro nhỏ nhất tương ứng với vec tơ đặc trưng [x1, x2, , xn]T. Toàn bộ sự rủi ro dài hạn đối với hoạt động của bộ phân lớp với quy tắc quyết định Bayes gọi là rủi ro Bayes. Điều này có được bằng cách tích phân hàm rủi ro trên toàn bộ không gian đặc trưng        nnnm dxdxdxxxxpxxxRR ...,...,,,...,, 212121 (17) Rõ ràng, không có một quy tắc nào khác có thể giảm Rm(x1, x2, , xn) tại một điểm bất kỳ và sự rủi ro toàn bộ được tối thiểu hoá bằng quy tắc quyết định Bayes. 20.4.2. Các loại bộ phân lớp Đó là điều cần thiết để phân bệt các loại bộ phân lớp khác nhau trên cơ sở cái đã biết về nền tảng thống kê và cái phải được đánh giá. Các bộ phân lớp tham số và không tham số. Nếu đã biết dạng hàm của các PDF có điều kiện, nhưng một vài tham số của hàm mật độ (giá trị trung bình, độ biến thiên,) là chưa biết, thì bộ phân lớp được gọi là tham số. Bởi vì các xác suất tiên nghiệm cũng là các tham số, nên chúng có thể là chưa biết. Với các bộ phân lớp tham số, dạng hàm của các PDF có điều kiện sẽ được giả thiết, trên cơ sở của một nền tảng tri thức nào đó về bản thân các đối tượng. Thường thì các dạng hàm được giả thiết cho mục đích toán học cũng như các lý do thiết yếu hơn. Nếu chưa biết dạng hàm của một vài hay tất cả các PDF có điều kiện, thì bộ phân lớp được gọi là không tham số. Nghĩa là tất cả các PDF có điều kiện phải được đánh giá từ một tập dữ liệu huấn luyện. Để làm được điều đó cần có nhiều dữ liệu hơn viêc đánh giá đơn thuần một vài tham số trong PDF đã biết dạng hàm. Vì thế, kỹ thuật không tham số được sử dụng khi các kiẻu tham số thích hợp không có sẵn và khối lượng dữ liệu huấn luyện nằm trong phạm vi có thể. 20.4.3. Đánh giá tham số và huấn luyện bộ phân lớp Quá trình đánh giá các PDF có
Tài liệu liên quan