Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ứng dụng vào điều khiển xe lăn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu bài toán nhận dạng tiếng nói, cụ thể các phương pháp chính để nhận dạng tiếng nói như mô hình Markov ẩn, phương pháp mạng Nơ ron. Phần thực nghiệm tìm hiểu quy trình xây dựng xe lăn điều khiển bằng tiếng nói, bước đầu nắm được quy trình cũng như khai thác phần mềm mã nguồn mở để cài đặt hệ thống. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ứng dụng vào điều khiển xe lăn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HÀ THỊ THU GIANG NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN XE LĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HÀ THỊ THU GIANG NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN XE LĂN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Việt Vũ THÁI NGUYÊN - 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ứng dụng vào điều khiển xe lăn” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kì học vị nào. Trong phần kiến thức chung, nghiên cứu giải thuật áp dụng tôi có tham khảo ở một số tài liệu và đã có trích dẫn đúng và đầy đủ. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật. Thái Nguyên, tháng 11 năm 2017 Tác giả luận văn Hà Thị Thu Giang
ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy Vũ Việt Vũ, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin cảm ơn sự dạy dỗ và giúp đỡ nhiệt tình của tất cả các quý thầy cô tại trường đại học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông Thái Nguyên. Tất cả các kiến thức mà em được truyền đạt sẽ là hành trang quí giá trên con đường học tập, làm việc và nghiên cứu sau này. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Hà Thị Thu Giang
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 Chương 1 .....................................................................................................................3 TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI ........................................................3 1.1 Tổng quan về lĩnh vực xử lý tiếng nói ...............................................................3 1.1.1. Tiếng nói là gì? ...........................................................................................3 1.1.2. Biểu diễn tín hiệu tiếng nói ........................................................................3 1.1.3. Các bài toán trong lĩnh vực xử lý tiếng nói ................................................6 1.2. Nhận dạng tiếng nói ..........................................................................................7 1.2.1. Khái niệm nhận dạng tiếng nói ..................................................................7 1.2.2 Tổng quan về bài toán nhận dạng................................................................9 1.2.3. Các bước xử lý trong bài toán nhận dạng tiếng nói .................................11 1.3. Các khó khăn gặp phải trong nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ..................14 1.4. Nghiên cứu về nhận dạng tiếng nói ở Việt Nam ............................................15 1.5. Ứng dụng ........................................................................................................16 1.6. Kết luận ...........................................................................................................16 Chương 2 ...................................................................................................................17 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI ..............17 2.1. Mô hình Markov ẩn (Hidden Markov Model - HMM) ..................................17 2.1.1. Chuỗi Markov...........................................................................................17 2.1.2. Mô hình Markov ẩn ..................................................................................18 2.1.3. Tính Likelihood: thuật toán Forward .......................................................21 2.1.4. Thuật toán Viterbi cho bài toán giải mã ...................................................25 2.1.5. Học trên mô hình Markov ẩn: Thuật toán Forward-Backward ................27
iv 2.2. Mạng Nơ ron nhân tạo ....................................................................................28 2.2.1. Cấu trúc mạng Nơron ...............................................................................28 2.2.2. Mạng Nơ ron lan truyền thẳng một lớp ....................................................30 2.2.3. Mạng Nơ ron lan truyền thẳng nhiều lớp .................................................31 2.2.4. Học trong mạng Nơ ron nhiều lớp ...........................................................32 2.2.5. Học xây dựng cấu trúc mạng nơ ron ........................................................33 2.3. Mô hình âm học ..............................................................................................34 2.3.1. Mô hình toán học của hệ thống nhận dạng ..................................................34 2.3.2 Đơn vị huấn luyện cho Tiếng Việt................................................................34 2.4. Mô hình ngôn ngữ...........................................................................................35 2.5. Kết luận ...........................................................................................................36 Chương 3 ...................................................................................................................37 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN BẰNG TIẾNG NÓI ...............37 3.1. Giới thiệu ........................................................................................................37 3.2. Giới thiệu về hệ thống xe lăn và quy trình điều khiển ....................................39 3.2.1. Giới thiệu về các thành phần chính của xe lăn .........................................39 3.2.2. Quy trình điều khiển hoạt động của xe lăn...............................................39 3.3. Nhiệm vụ và chức năng của hệ thống .............................................................40 3.3.1. Nhiệm vụ của hệ thống .............................................................................40 3.3.2. Chức năng của hệ thống ...........................................................................40 3.4. Thiết kế hệ thống điều khiển xe lăn ................................................................40 3.4.1. Phần mềm, thư viện và CSDL nhận dạng. ...............................................40 3.4.2. Các bước của giải thuật điều khiển xe lăn................................................41 3.4.3. Thiết kế phần mềm ...................................................................................43 3.5. Chạy thử ..........................................................................................................51 KẾT LUẬN ...............................................................................................................52 Những kết quả đã đạt được .............................................................................52 Hướng phát triển tiếp theo của đề tài ..............................................................52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54
v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT FFT - Fast Fourier Transform DFT - Digital Fourier Transform ADC - Analog Digital Converter MFCC - Mel Frequency Cepstrum Coeffient LPC - Linear Prediction Coding PCA - Principle Components Analysis HMM - Hidden Markov Model NNs - Neural Networks BP - Back Propagation ICA - Independent Component Analysis DC motor - Dirrect Current DCT - Discrete Cosine Transform
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Chất lượng của một số hệ thống nhận dạng ..................................... 9 Bảng 3.1. Ví dụ về tập dữ liệu huấn luyện ...................................................... 30
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Biểu diễn tín hiệu tiếng nói dạng sóng theo thời gian ....................... 4 Hình 1.2. Phổ tín hiệu tiếng nói ........................................................................ 5 Hình 1.3. Biểu diễn tín hiệu tiếng nói bằng spectrogram ................................. 5 Hình 1.4. Các bài toán ứng dụng trong lĩnh vực xử lý tiếng nói ...................... 6 Hình 1.5. Tổng quan về một hệ thống nhận dạng tiếng nói .............................. 7 Hình 1.6. Ví dụ về việc lấy lấy mẫu theo các khung ...................................... 13 Hình 1.7. Các bước trong quá trình trích chọn đặc trưng theo phương pháp MFCC trong đó FFT là biến đổi Fourrier nhanh, Power Spectrum là phổ công suất của tín hiệu và DCT là biến đổi cosin rời rạc. .................................................................................... 13 Hình 1.8. Giao diện của phần mềm iSago....................................................... 15 Hình 2.1. Mô hình học có giám sát ................................................................. 10 Hình 2.2. Ví dụ về chuỗi Markov biểu diễn trạng thái thời tiết ...................... 17 Hình 2.3. Ví dụ về mô hình Markov ẩn .......................................................... 20 Hình 2.4. Minh họa quá trình tính toán theo thuật toán Forward. .................. 23 Hình 2.5. Minh họa việc tính giá trị của t(j) ................................................. 24 Hình 2.6 Thuật toán Forward .......................................................................... 24 Hình 2.7 Thuật toán Viterbi ............................................................................ 26 Hình 2.8. Ví dụ về thuật toán Viterbi .............................................................. 27 Hình 2.9 Mô hình toán học cho một Nơ ron. .................................................. 28 Hình 2.10. Ví dụ về hàm kích hoạt ngưỡng cứng (a) trong đó threshold(z) với đầu ra là 0 hoặc 1 và (b) hàm logistic với 1 Logistic( z )  . ........................................................................... 29 1  ez Hình 2.11. Ví dụ về mạng Nơ ron hồi quy...................................................... 30 Hình 2.12. Mạng perceptron với hai đầu vào và hai đầu ra ............................ 31
viii Hình 2.13. Mạng Nơ ron với hai đầu vào, một lớp ẩn và hai đầu ra. ............. 31 Hình 2.14. Thuật toán Back-Propagation........................................................ 33 Hình 3.1. Xe lăn thông minh tại phòng thí nghiệm của Đại học Texas (Mỹ) ................................................................................................ 37 Hình 3.2. Xe lăn điều khiển bằng giọng nói đạt giải nhất cho sinh viên tại Việt nam năm 2015 ......................................................................... 38 Hình 3.3. Xe lăn điều khiển bằng giọng nói của tác giả và nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm ................................................................ 38 Hình 3.4. Mô hình kế nối hệ thống chi tiết giữa module điều khiển của xe lăn và điều khiển từ xa của điện thoại thông minh .................... 39 Hình 3.5. Lưu đồ thuật toán của hệ thống nhận dạng ..................................... 42 Hình 3.6. Sơ đồ khối của quá trình nhận dạng tiếng nói trong Sphinx-4 ....... 43
1 MỞ ĐẦU Nghiên cứu về lĩnh vực xử lý tiếng nói đã thu hút nhiều nghiên cứu trên thế giới trong những năm qua. Các bài toán của lĩnh vực xử lý tiếng nói có thể kể đến như nghiên cứu về sự biểu diễn, lưu trữ và truyền tín hiệu tiếng nói, tổng hợp tiếng nói, nhận dạng tiếng nói, nhận dạng người nói, tăng cường chất lượng tín hiệu âm thanh. Ứng dụng của xử lý tiếng nói cơ thể kể đến như trong y tế, giáo dục, hội thoại, dịch tự động, tìm kiếm bằng tiếng nói, an ninh quốc phòng,... Ở Việt nam trong những năm gần đây đã có một số nhóm nghiên cứu về nhận dạng và xử lý tiếng Việt như nhóm nghiên cứu của Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ Thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam,…Một số sản phẩm về nghiên cứu và ứng dụng cũng đã được công bố tại Việt nam và cộng đồng quốc tế. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu bài toán nhận dạng tiếng nói, cụ thể các phương pháp chính để nhận dạng tiếng nói như mô hình Markov ẩn, phương pháp mạng Nơ ron. Phần thực nghiệm của đề tài tác giả tìm hiểu quy trình xây dựng xe lăn điều khiển bằng tiếng nói, bước đầu nắm được quy trình cũng như khai thác phần mềm mã nguồn mở để cài đặt hệ thống. Nội dung của luận văn được cấu trúc thành 03 chương như sau: Chương 1: Trình bày tổng quan về lĩnh vực xử lý tiếng nói như cách thức biểu diễn tín hiệu tiếng nói, trích chọn đặc trưng, các ứng dụng của xử lý tiếng nói cũng như một số khó khăn trong việc giải quyết các bài toán trong lĩnh vực này. Chương 2: Trình bày hai phương pháp cơ bản để nhận dạng tiếng nói là phương pháp mô hình Markov ẩn và phương pháp mạng Nơ ron.
2 Chương 3: Trình bày kết quả thực nghiệm việc áp dụng bài toán xử lý tiếng nói vào xây dựng hệ thống xe lăn. Cụ thể tác giả nghiên cứu quy trình của việc điều khiển xe lăn bằng tiếng nói, cũng như sử dụng các phần mềm mã nguồn mở để xây dựng một hệ thống cụ thể.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG TIẾNG NÓI 1.1 Tổng quan về lĩnh vực xử lý tiếng nói 1.1.1. Tiếng nói là gì? Tiếng nói là một trong những phương tiện trao đổi thông tin cơ bản của con người. Tiếng nói được tạo ra từ tư duy của con người, trung khu thần kinh điều khiển hệ thống phát âm làm việc tạo ra âm thanh. Tiếng nói được phân biệt với các âm thanh khác bởi các đặc tính âm học có nguồn gốc từ cơ chế tạo tiếng nói. Về bản chất, tiếng nói là sự dao động của không khí có mang theo thông tin. Các dao động này tạo thành những áp lực đến tai và được tai phát hiện, phân tích và chuyển kết quả đến trung khu thần kinh. Lúc này tại trung khu thần kinh, thông tin được tái tạo lại dưới dạng tư duy logic mà con người có thể hiểu được. Tín hiệu tiếng nói được tạo thành bởi các chuỗi các âm vị liên tiếp. Sự sắp xếp của các âm vị được chi phối bởi các quy tắc của ngôn ngữ. Việc nghiên cứu một cách chi tiết về những quy tắc này cũng như những khía cạnh khác bên trong tiếng nói thuộc về chuyên ngành ngôn ngữ. Việc phân loại các âm vị của tiếng nói thuộc về chuyên ngành ngữ âm học. Khi nghiên cứu các mô hình toán học của cơ chế tạo tiếng nói, việc nghiên cứu về các âm vị là rất cần thiết. Tóm lại khi nghiên cứu các vấn đề về xử lý tiếng nói chúng ta cần phải nghiên những vấn đề về ngữ âm, ngôn ngữ học, xử lý tín hiệu,… 1.1.2. Biểu diễn tín hiệu tiếng nói Tín hiệu tiếng nói là tín hiệu tương tự. Do đó khi biểu diễn tín hiệu tiếng nói trong môi trường tính toán của tín hiệu số, việc biểu diễn và lưu trữ sao cho không bị mất mát thông tin là vấn đề hết sức quan trọng trong các hệ thống thông tin có sử dụng tín hiệu tiếng nói. Việc xem xét các vấn đề xử lý tín hiệu tiếng nói trong các hệ thống này dựa trên ba vấn đề chính:
4 - Biểu diễn tín hiệu tiếng nói dạng số. - Cài đặt các kỹ thuật xử lý. - Các lớp ứng dụng dựa trên kỹ thuật xử lý tín hiệu số. Biểu diễn tín hiệu tiếng nói theo dạng số chịu ảnh hưởng quan trọng của lý thuyết lấy mẫu, theo đó các trạng thái của tín hiệu có dải tần giới hạn có thể được biểu diễn dưới dạng các mẫu lấy tuần hoàn theo một chu kỳ cố định gọi là chu kỳ lấy mẫu. Việc lấy mẫu này sẽ cung cấp cho hệ thống những mẫu tín hiệu với tỷ lệ đủ lớn để xử lý. Tất cả các quá trình xử lý lấy mẫu được chỉ rõ trong các tài liệu về xử lý tín hiệu số. Có nhiều phương pháp biểu diễn rời rạc tín hiệu tiếng nói như biểu diễn dưới dạng sóng (hình 1.1), biểu diễn bằng phổ tín hiệu (hình 1.2) hay bằng spectrogram (hình 1.3). Phương pháp biểu diễn tín hiệu theo dạng sóng như bản thân tên của nó, được xem xét đến với việc bảo mật thông tin theo cách thông thường là giữ nguyên hình dạng sóng của tín hiệu tương tự sau khi đã qua các bước lấy mẫu và lượng tử hoá tín hiệu. Hình 1.1 Biểu diễn tín hiệu tiếng nói dạng sóng theo thời gian
5 Hình 1.2. Phổ tín hiệu tiếng nói Hình 1.3. Biểu diễn tín hiệu tiếng nói bằng spectrogram Trên phương diện khác, phương pháp biểu diễn tín hiệu theo tham số được xem xét đến trên khía cạnh biểu diễn tín hiệu tiếng nói như đầu ra của hệ thống tạo tiếng nói. Để thu được các tham số biểu diễn, bước đầu tiên của phương pháp này lại thường là biểu diễn tín hiệu theo dạng sóng. Điều này có nghĩa là tín hiệu tiếng nói được lấy mẫu và lượng tử hoá giống như phương pháp biểu diễn tín hiệu tiếng nói dạng sóng, sau đó tiến hành xử lý để thu được các tham số của tín hiệu tiếng nói của mô hình tạo tiếng nói nêu trên.
6 Các tham số của mô hình tạo tiếng nói này thường được phân loại thành các tham số tín hiệu nguồn (có quan hệ mật thiết với nguồn của tiếng nói) và các tham số của bộ máy phát âm tương ứng (có quan hệ mật thiết với giọng nói của từng người). Vì tiếng nói là tín hiệu liên tục nên để áp dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thì tiếng nói phải được biểu diễn dưới dạng rời rạc. Quá trình rời rạc hoá tín hiệu tiếng nói bao gồm các bước sau: - Lấy mẫu tín hiệu tiếng nói. - Lượng tử hoá các mẫu với các bước lượng tử cụ thể. - Mã hoá và nén tín hiệu. 1.1.3. Các bài toán trong lĩnh vực xử lý tiếng nói Dựa trên cơ sở lựa chọn các cách biểu diễn tín hiệu và phương pháp xử lý, đã có rất nhiều các ứng dụng quan trọng đã được triển khai. Hình 1.4 dưới đây sẽ liệt kê các bài toán quan trọng của lĩnh vực xử lý tiếng nói: Hình 1.4. Các bài toán ứng dụng trong lĩnh vực xử lý tiếng nói Bản chất của xử lý tiếng nói chính là xử lý thông tin chứa trong tín hiệu tiếng nói nhằm truyền, lưu trữ tín hiệu này hoặc tổng hợp, nhận dạng tiếng nói. Các nghiên cứu được tiến hành để xử lý tiếng nói yêu cầu những hiểu biết trên nhiều lĩnh vực ngày càng đa dạng: từ ngữ âm và ngôn ngữ học cho đến
7 xử lý tín hiệu... Trong khuôn khổ của luận văn này, tôi tập trung vào bài toán nhận dạng tiếng nói và ứng dụng trong việc điều khiển xe lăn. 1.2. Nhận dạng tiếng nói 1.2.1. Khái niệm nhận dạng tiếng nói Nhận dạng tiếng nói là quá trình nhận ra chuỗi từ tự động từ tín hiệu tiếng nói bằng các hệ thống chương trình máy tính. Hệ thống nhận dạng tiếng nói được thiết kế dựa trên thuật toán học máy có giám sát của lĩnh vực trí tuệ nhân tạo. Cũng giống như các hệ thống học có giám sát khác chúng ta sẽ phải có tập mẫu huấn luyện và sử dụng một trong các phương pháp học có giám sát để giải quyết bài toán. Các thành phần cơ bản của hệ thống học máy được chỉ ra trong hình 1.5. Về cơ bản chúng ta có hệ thống tín hiệu âm thanh đầu vào và thông qua hệ thống nhận dạng đã được huấn luyện chúng ta sẽ có đầu ra là các chuỗi từ dạng văn bản. Hình 1.5. Tổng quan về một hệ thống nhận dạng tiếng nói Hình 1.5 gồm có các chức năng chính như sau:
8 - Từ tín hiệu tiếng nói chúng ta phải tổng hợp, trích chọn đặc trưng tín hiệu, xử lý nhiễu,… Công đoạn này áp dụng cho cả dữ liệu huấn luyện và dữ liệu kiểm thử. - Pha trích chọn đặc trưng thường dùng phương pháp MFCC để xây dựng các vector đặc trưng. - Tiếp theo có thể áp dụng mô hình Gausian cho mô hình ngữ âm để tính xác suất khả dĩ (likelihood). - Một mô hình Markov ẩn (HMM) được áp dụng cho bộ giải mã sử dụng thuật toán Viterbi. - Mô hình ngôn ngữ cung cấp thông tin cho ta tính xác suất trong mô hình HMM. Nhận dạng tiếng nói là một quá trình nhận dạng mẫu, với mục đích là phân lớp (classify) thông tin đầu vào là tín hiệu tiếng nói thành một dãy tuần tự các mẫu đã được học trước đó và lưu trữ trong bộ nhớ. Các mẫu ở đây là các đơn vị nhận dạng, chúng có thể là các từ, hoặc các âm vị. Nếu các mẫu này là bất biến và không thay đổi thì công việc nhận dạng tiếng nói trở nên đơn giản bằng cách so sánh dữ liệu tiếng nói cần nhận dạng với các mẫu đã được học và lưu trữ trong bộ nhớ. Khó khăn cơ bản của nhận dạng tiếng nói đó là tiếng nói luôn biến thiên theo thời gian và có sự khác biệt lớn giữa tiếng nói của những người nói khác nhau, tốc độ nói, ngữ cảnh và môi trờng âm học khác nhau. Một số loại bài toán nhận dạng tiếng nói trên thực tế có thể kể đễn như sau: - Nhận dạng với số lượng từ vựng ít chẳng hạn yes, no, hay các số từ 0 đên 9 là nhiệm vụ dễ hơn cả, tuy nhiên nếu nhận dạng số lượng từ vựng lớn chẳng hạn các từ trong các cuộc đàm thoại thì vấn đề sẽ khó khăn hơn rất nhiều bởi số từ có thể lên đến hàng chục nghìn.
9 - Nhận dạng các từ độc lập (mỗi từ đều có khoảng lặng bao quanh) sẽ dễ dàng hơn các từ liên tục chẳng hạn một bài phát biểu liên tục, một cuộc hội thoại,… - Vấn đề nhận dạng trong môi trường nhiễu: chẳng hạn nhận dạng trong các nơi công cộng như nhà ga, bến xe, trên đường phố,… - Vấn đề cuối cùng là giọng nói: ví dụ nhận dạng người nước ngoài nói tiếng Việt, người nói giọng địa phương,… Bảng 1.1 trình bày kết quả của một số hệ thống nhận dạng tiếng nói. Chúng ta có thể thấy rằng với hệ thống nhận dạng gồm các con số đơn giản thì tỷ lệ đạt được là 99.5%, tuy nhiên với các hệ thống nhận dạng các từ nói liên tục, hàng ngày, bất kỳ thì tỷ nhận dạng đúng chỉ có thể đạt được là 80%. Bảng 1.1. Chất lượng của một số hệ thống nhận dạng Tỷ lệ chính xác Bài toán Số lượng từ (%) Nhận dạng chữ số 11 99.5 Nhận dạng các bài đọc trên báo 5.000 97 Wall Street Nhận dạng các bài đọc trên báo 20.000 97 Wall Street Các chương trình truyền hình tin tức 64.000 90 Các cuộc đàm thoại 64.000 80 1.2.2 Tổng quan về bài toán nhận dạng Nhận dạng đối tượng là lớp bài toán được quan tâm nghiên cứu rất nhiều trong thực tế. Các ứng dụng của nó có thể kể như nhận dạng mặt người, nhận dạng chữ, nhận diện đồ vật, nhận dạng tiếng nói. Các bài toán nhận dạng xuất hiện ở khắp nơi từ khi có sự ra đời của máy tính kèm theo các kỹ thuật để giải quyết các bài toán như vậy. Để giải quyết lớp các bài toán nhận dạng trên thực tế chúng ta sử dụng phương pháp học có giám sát.
10 Học có giám sát (supervised learning) là một trong những chủ đề quan trọng trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo; đi kèm với học có giám sát chúng ta còn có học không giám sát và học nửa giám sát. Bài toán học có giám sát được phát biểu như sau: Cho tập X = {xi}, i = 1, 2,… , N với xi diễn tả một đối tượng trong không gian d chiều. Với mỗi xi tương ứng có nhãn là yi với yi  {C1, C2, …, CM} hoặc yi  R. Mục tiêu của bài toán học có giám sát là đi xây dựng hàm f(.) dựa trên các bộ (xi, yi) sao cho hàm f có khả năng xác định nhãn cho một đối đượng xnew nào đó. Mô hình tổng quát của bài toán học có giám sát được minh họa bởi hình 2.1. Từ các dữ liệu thu thập được chúng ta qua các khâu như tiền xử lý dữ liệu (làm sạch, lọc), tiếp đến là trích chọn đặc trưng rồi đưa vào cho thuật toán học để huấn luyện được bộ phân lớp. Trong khi kiểm thử hệ thống chúng ta cũng có các bước như từ dữ liệu kiểm thử chúng ta cũng phải làm sạch, trích chọn đặc trưng rồi mới đưa vào hệ thống để thu được kết quả đầu ra. Học có giám sát tức là học từ các mẫu thu thập được sau đó nhận dạng hay phân lớp cho mẫu mới, nó khác với bài toán học không giám sát - không có mẫu học ban đầu mà chỉ có dữ liệu cần giải quyết. x1, x2,…,xn Training x y n Classifier: f(.) i e ? w Hình 2.1. Mô hình học có giám sát Chúng ta cũng lưu ý rằng khái niệm học máy ở đây được hiểu là phát triển các thuật toán cài đặt trên máy tính để dạy cho máy tính học và giải