Dự báo chuỗi thời gian mờ với ngữ nghĩa định lượng tối ưu của đại số gia tử và ứng dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN VĂN DẦN

DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN MỜ

VỚI NGỮ NGHĨA ĐỊNH LƯỢNG TỐI ƯU CỦA ĐẠI SỐ GIA TỬ

VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2019

2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN VĂN DẦN

DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN MỜ

VỚI NGỮ NGHĨA ĐỊNH LƯỢNG TỐI ƯU CỦA ĐẠI SỐ GIA TỬ

VÀ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 8 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN DUY MINH

THÁI NGUYÊN - 2019

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của cá nhân dưới

sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Duy Minh. Trong toàn bộ nội dung luận văn,

nội dung được trình bày là của cá nhân hoặc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác

nhau. Tất cả các tài liệu tham khảo đó đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp

pháp.

Tôi xin chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời

cam đoan của mình./.

Thái Nguyên, ngày 09 tháng 5 năm 2019

Học viên

Nguyễn Văn Dần

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Duy Minh - người Thầy,

người đã hướng dẫn khoa học, định hướng và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong

quá trình làm luận văn.

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô giáo trường Đại học Công nghệ

thông tin và Truyền thông; Viện công nghệ thông tin thuộc Viện hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho

chúng em trong thời gian học tập.

Xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp, những người thân trong gia

đình đã động viên, chia sẻ, tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và làm

luận văn./.

Thái Nguyên, ngày 09 tháng 5 năm 2019

Học viên

Nguyễn Văn Dần

iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii

MỤC LỤC........................................................................................................iii

DANH MỤC VIẾT TẮT .................................................................................. v

DANH MỤC BẢNG........................................................................................ vi

DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ vii

MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KIẾN THỨC LIÊN QUAN........................................ 3

1.1. Những vấn đề cơ sở của lý thuyết tập mờ và logic mờ.........................................3

1.1.1. Lý thuyết tập mờ ..................................................................................... 3

1.1.2. Logic mờ ................................................................................................. 4

1.2. Chuỗi thời gian mờ..................................................................................................9

1.3. Quan hệ mờ............................................................................................................12

1.3.1. Khái niệm quan hệ rõ ............................................................................ 12

1.3.2. Các quan hệ mờ..................................................................................... 12

1.3.3. Các phép toán quan hệ mờ .................................................................... 12

1.3.4. Hệ luật mờ............................................................................................. 13

1.4. Giới thiệu về ĐSGT và một số tính chất..............................................................14

1.4.1. ĐSGT của biến ngôn ngữ...................................................................... 14

1.4.2. Độ đo tính mờ và ánh xạ định lượng ngữ nghĩa ................................... 17

1.5. Bài toán tối ưu và giải thuật di truyền ..................................................................22

1.5.1. Bài toán tối ưu....................................................................................... 22

1.5.2. Giải thuật di truyền................................................................................ 23

1.6. Kết luận chương 1 .................................................................................................27

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN MỜ ..................... 28

2.1. Một số mô hình chuỗi thời gian mờ.....................................................................28

iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

2.1.1. Thuật toán của Song và Chissom.......................................................... 28

2.1.2. Thuật toán của Chen.............................................................................. 29

2.2. Thử nghiệm các mô hình dự báo mờ...................................................................30

2.2.1. Mô hình dự báo sinh viên nhập học trường đại học Alabama của Song

và Chissom...................................................................................................... 31

2.2.2. Mô hình dự báo sinh viên nhập học trường đại học Alabama của Chen.. 37

2.3. So sánh các kết quả của các mô hình dự báo chuỗi thời gian mờ......................45

2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................................46

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH DỰ BÁO MỜ SỬ DỤNG ĐSGT VỚI NGỮ NGHĨA

ĐỊNH LƯỢNG TỐI ƯU VÀ ỨNG DỤNG.................................................... 47

3.1. Mô hình dự báo chuỗi thời gian mờ sử dụng đại số gia tử................................47

3.2. Mô hình dự báo tối ưu theo tiếp cận đại số gia tử...............................................49

3.3. Thử nghiệm các mô hình dự báo sử dụng ĐSGT...............................................52

3.3.1 Thử nghiệm mô hình dự báo mờ sử dụng ĐSGT .................................. 52

3.3.2. Mô hình dự báo theo tiếp cận ĐSGT với ngữ nghĩa định lượng tối ưu 60

3.4. Ứng dụng mô hình dự báo cho dự báo tuyển sinh trường Đại học Điều dưỡng

Nam Định......................................................................................................................63

3.4.1. Mô tả cơ sở dữ liệu cho mô hình dự báo .............................................. 63

3.4.2. Cài đặt và thử nghiệm Mô hình dự báo sử dụng ĐSGT. ...................... 63

3.4.3. Cài đặt và thử nghiệm Mô hình dự báo sử dụng ĐSGT với tham số định

lượng ngữ nghĩa tối ưu.................................................................................... 69

3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................................72

KẾT LUẬN..................................................................................................... 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 74

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

DANH MỤC VIẾT TẮT

STT Ký hiệu viết tắt Ý nghĩa

1 ĐSGT Đại số gia tử

2 SV Sinh viên

3 TS Tuyển sinh

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các cặp T - chuẩn và T - đối chuẩn............................................................8

Bảng 1.2: Một số phép kéo theo mờ thông dụng ........................................................9

Bảng 1.3: Ví dụ về tính âm dương giữa các gia tử ...................................................15

Bảng 2.1: Số SV nhập học tại trường đại học Alabama từ 1971 đến 1992 ..............31

Bảng 2.2: Chuyển đổi các giá trị lịch sử thành giá trị ngôn ngữ ..............................34

Bảng 2.3: Xác định các quan hệ thành viên..............................................................35

Bảng 2.4: Mờ hóa chuỗi dữ liệu................................................................................40

Bảng 2.5: Quan hệ logic mờ của dữ liệu TS .............................................................41

Bảng 2.6: Các nhóm quan hệ logic mờ .....................................................................41

Bảng 2.7: Bảng so sánh các phương án dự báo ........................................................44

Bảng 2.8: So sánh các phương pháp dự báo với 7 khoảng chia ...............................46

Bảng 3.1: Giá trị đầu và giá trị cuối của các khoảng giải nghĩa được chọn .............57

Bảng 3.2: Kết quả tính toán dự báo số SV nhập học tại trường đại học Alabama từ

1971 đến 1992 theo tiếp cận ĐSGT..........................................................................58

Bảng 3.3: So sánh các phương pháp dự báo với 7 khoảng chia ...............................60

Bảng 3.4: Bảng ngữ nghĩ định lượng tương ứng 7 khoảng ......................................61

Bảng 3.5: Bổ sung giá trị hiệu chỉnh định lượng ngữ nghĩa .....................................61

Bảng 3.6. So sánh các phương pháp dự báo với 7 khoảng .......................................62

Bảng 3.7: Số SV nhập học tại trường........................................................................63

Bảng 3.8: Bảng nhãn ngữ nghĩa trên tập nền ............................................................64

Bảng 3.9: Giá trị đầu và giá trị cuối của các khoảng giải nghĩa được chọn cho dự báo

TS trường Đại học Điều dưỡng Nam Định...............................................................67

Bảng 3.10: Kết quả dự báo số SV nhập học từ 1990 đến 2017 theo tiếp cận

ĐSGT ........................................................................................................................68

Bảng 3.11: Kết quả tính toán dự báo tối ưu số sinh viên nhập học tại trường Đại học

Điều dưỡng Nam Định..............................................................................................71