strojno uČenje pri naČrtovanju · motivacija in zastavljena naloga sistemi za lociranje v realnem...
TRANSCRIPT
![Page 1: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/1.jpg)
STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU ALGORITMOV ZA RAZPOZNAVANJE
TIPOV GIBANJA
Rok Piltaver
Institut "Jožef Stefan", Odsek za inteligentne sisteme
Informacijska družba 2008
16.10.2008, Ljubljana, Slovenija
![Page 2: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/2.jpg)
Potek predstavitve
Uvod
Kako omiliti šum
Atributi
Odkrivanje zakonitosti
Rezultati
Povzetek
![Page 3: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/3.jpg)
Uvod
Motivacija in zastavljena naloga
Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS)
Ubisense RTLS
Gibanje - mirovanje
Kako omiliti šum
Atributi
Odkrivanje zakonitosti
Rezultati
Povzetek
![Page 4: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/4.jpg)
Motivacija in zastavljena naloga
Motivacija:
RTLS sistemi postajajo vse cenejši.
Dostopnejše različice so nenatančne.
Potrebujemo robustne algoritme.
Težko je izdelati optimalen algoritem.
Zastavljena naloga:
Projekta PDR in Confidence potrebujeta primitivne rutine za razpoznavanje tipov gibanja (hodi, sedi, teče, leži, ...).
Potrebujemo algoritem za ločevanje med gibanjem in mirovanjem, ki deluje tudi pri natančnosti meritev ± 15 cm.
![Page 5: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/5.jpg)
Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS)
Sistemi za lociranje v realnem času - Real Time Location System -omogočajo lociranje objektov v 2D ali 3D prostoru v realnem času.
Razlikujejo se po:
Tehnologiji: Ultra-wideband, Wi-Fi, optična, infrardeča, ultrazvočna, z žiroskopi in pospeškomeri, idr.
Natančnosti: od ± 1 mm do ± 10 m
Frekvenci osveževanja: od 0,1 Hz do 60 Hz
Ceni: od 2.000 € do 100.000 €
Področju delovanja: od nekaj m2 do nekaj sto m2
Zanesljivosti
Velikosti in teži značk in senzorjev
Raznih omejitev za delovanje (vidna linija, napajanje)...
![Page 6: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/6.jpg)
Ubisense RTLS
Tehnologija: Ultra-wideband
Natančnost: ± 15 cm
Frekvenca osveževanja: max 9 Hz
Cena: 12.000 €
Področje delovanja: od 5 x 5 m do 30 x 30 m
Ne potrebuje vidne linije, baterije zadostjejo za več let.
Razmeroma majhne in nemoteče značke.
Zahteva natančno kalibracijo.
Natančnost je na robu uporabnosti.
![Page 7: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/7.jpg)
Gibanje - mirovanje
1.65
1.75
4.20 4.30 4.40
m
m
0.8
1.8
1.3 2.3 3.3 4.3
m
m
Šum je dovolj velik, da je težko ločiti mirovanje od gibanja.
Povprečna hitrost med mirovanjem je >22 cm/s.
Do 3% meritev ima veliko napako (>40 cm).
![Page 8: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/8.jpg)
Uvod
Kako omiliti šum
Filtriranje
Povprečenje
Daljši vektorji
Več vektorjev
Atributi
Odkrivanje zakonitosti
Rezultati
Povzetek
![Page 9: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/9.jpg)
Kako omiliti šum 1
V 1-3% meritvah se pojavi velika napaka.
Če vema kako gibanje opazujemo (hitrost, pospešek) lahko filtriramo take napake.
Napačne meritve nadomestimo z interporiranimi vrednostmi.
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
3.00
3.20
3.40
2.70 2.90 3.10 3.30 3.50 3.70 3.90 4.10 4.30
m
m
![Page 10: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/10.jpg)
Kako omiliti šum 2
Položaj določimo kot uteženo vsoto položaja treh zaporednih meritev Ti -1, Ti in Ti +1, posebej za koordinati x in y.
Optimalno vrednost konstante w določimo s strojnim učenjem.
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
4.20 4.40 4.60
m
m
![Page 11: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/11.jpg)
Kako omiliti šum 2
Položaj določimo kot uteženo vsoto položaja treh zaporednih meritev Ti -1, Ti in Ti +1, posebej za koordinati x in y.
Optimalno vrednost konstante w določimo s strojnim učenjem.
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
4.20 4.40 4.60
m
m
izmerjene
povprečene
![Page 12: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/12.jpg)
Kako omiliti šum 3
Namesto vektorjev premika med dvema zaporednima meritvama Ti in Ti +1 upoštevamo vektorje med meritvami, ki so dlje narazen (Ti in Ti +n ).
V tem primeru je razmerje med šumom in dejansko razdaljo ugodnejše.
Tudi konstanto n določimo s pomočjo strojnega učenja.
![Page 13: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/13.jpg)
Kako omiliti šum 4
Izberemo število zaporednih vektorjev premika N (oz. število meritev položaja zmanjšano za n + 2) iz katerih izračunamo atribute.
Premajhen N => premajhna zanesljivost ciljnega algoritma
Prevelik N => večja zakasnitev algoritma
Primer: M = N + n + 2 = 6, n = 2, N = 2.
![Page 14: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/14.jpg)
Uvod
Kako omiliti šum
Atributi Hitrost
Pot
Kot
Odkrivanje zakonitosti
Rezultati
Povzetek
![Page 15: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/15.jpg)
Hitrost
Ob mirovanju je hitrost blizu 0.
Ob gibanju je hitrost konstantna.
Povprečna hitrost:
Vsota razlik hitrosti:
Standardni odklon hitrosti:
![Page 16: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/16.jpg)
Pot
Pot ob mirovanju je blizu 0.
Pot med gibanjem je daljša – razlika tudi ob počasnem gibanju.
Na začetku in koncu poti se lahko nahaja na isti točki.
Pot računamo kot vsoto razdalj med prvo in srednjo ter srednjo in zadnjo točko:
d (T1,T2) evklidska razdalja med točkama T1 in T2.
M = N + n +2
![Page 17: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/17.jpg)
Ob mirovanju se smer zaradi šuma hitro spreminja.
Ob gibanju je smer bolj konstantna.
Vsota razlik kotov:
Standardni odklon kotov:
Kot
![Page 18: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/18.jpg)
Uvod
Kako omiliti šum
Atributi
Odkrivanje zakonitosti Izbira algoritma
Izbira parametrov
Rezultati
Povzetek
![Page 19: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/19.jpg)
Izbira algoritma za odkrivanje zakonitosti
Konstante:
w {0; 0,333; 0,5; 0,75; 1}
n {1; 4; 7; 10}
N {9; 14; 19; 24}
C4.5 max klas. točn. = 97,85%
C4.5 min klas. točn. = 96,56%
94.5
95
95.5
96
96.5
97
97.5
98
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kla
sif
ika
cij
sk
a t
očn
ost
%
Izbor konstant naivni Bayes SVM 10-NN
AdaBoost C4.5 RIPPER
Algoritmi: naivni Bayesov klasifikator, metoda podpornih vektorjev, 10-najbližjih sosedov, AdaBoost, odločitvena drevesa C4.5, odločitvena pravila RIPPER
![Page 20: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/20.jpg)
Izbira parametrov za računanje atributov
Konstante:
w [0, 1] , korak 0,1
n [1, 9] , korak 1
N [5, 28], korak 1
optimum: N=14, n=3, w=0.5
1
3
5
7
9
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
56
78
91011
1213141516n
%
N
99-100
98-99
97-98
96-97
95-96
94-95
93-94
92-93
91-92
90-91
1
3
5
7
9
96
97
98
99
100
n
%
w
99-100
98-99
97-98
96-97
3069 učnih množic
Algoritem: C4.5
Minimalno 10 primerov v listu
10-kratno prečno preverjanje
![Page 21: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/21.jpg)
Uvod
Kako omiliti šum
Atributi
Odkrivanje zakonitosti
Rezultati
Povzetek
![Page 22: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/22.jpg)
Rezultati
Klasifikacijska točnost 96,6 % ob 10-kratnem prečnem preverjanju in učenju na združeni množici podatkov.
Klasifikacijska točnost 94 % na testnih podatkih.
Brez robnih primerov je klasifikacijska točnost še višja.
87 % primerov v 2 najbolj zastopanih listih z največjo čistostjo.
Pogosto je potrebno izračunati le 1 ali 2 atributa.
Maksimalno potrebujemo 3 atribute.
Vrh drevesa vedno enak.
![Page 23: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/23.jpg)
Uvod
Kako omiliti šum
Atributi
Odkrivanje zakonitosti
Rezultati
Povzetek
![Page 24: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/24.jpg)
Povzetek
Testni posnetki.
Grafična predstavitev in statistična obdelava.
Večje število potencialnih atributov.
Izbor algoritma za strojno učenje.
Nastavljanje parametrov.
Učenje zakonitosti v podatkih.
Implementacija algoritma za dano aplikacijo.
![Page 25: STROJNO UČENJE PRI NAČRTOVANJU · Motivacija in zastavljena naloga Sistemi za lociranje v realnem času (RTLS) Ubisense RTLS Gibanje - mirovanje Kako omiliti šum Atributi Odkrivanje](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022041700/5e413553c707547d770bf5e9/html5/thumbnails/25.jpg)
Hvala za pozornost.
?