طراحی سیستم طبقه بند چندگانه برای شناسایی الگوهای بویایی در بینی الکترونیکی

درحالی که برای گنجاندن حسّ بینایی و شنوایی در تحقّق مفهوم واقعیت مجازی و شبکه های برخط تلاش زیادی شده، حسّ بویایی، تشخیص و انتقال برخط بو کمتر مورد توجه قرار گرفته است. بینی الکترونیکی، به عنوان مهمترین ابزار مصنوعی شناسایی بو، نقشی کلیدی در تحقّق این هدف دارد. طبقه بندی نمونه های بویایی براساس سیگنالهای خروجی حسگرهای گاز، مرسوم ترین مسئله در حوزه شناسایی بو است. نتایج پژوهشهای مختلف در حوزه بینی الکترونیکی نشان می دهد تعداد زیاد ویژگی ها و وجود ویژ گی های زائد از مهمترین مشکلات شناسایی بو هستند. منشأ ویژگی های زائد در بینی الکترونیکی، گزینش چندگانه آرایه حسگرهای شیمیایی است که تأثیر قابل توجهی در کارایی طبقه بندی دارد. مهمترین رویکرد برای حل این مشکل، انتخاب زیرمجموعه ویژگی است. زیرمجموعه ویژگی به عنوان ورودی مرحله طبقه بندی استفاده می شود. از نگاه بازشناسی الگو، طبقه بندی نمونه های گاز با تعداد بیشتر از دو طبقه، طبقه بندی چندطبقه ای محسوب می شود. راهکاری کارا برای حل این مسائل، تجزیه آنها به مجموعه ای از مسائل دو طبقه ای و حل هر مسئله دوطبقه ای با طبقه بندی دودویی و درنهایت ادغام شورای طبقه بندها است. این راهکار که دودویی سازی طبقه نامیده می شود، کارایی بالایی در بسیاری از مسائل مختلف نشان می دهد. در پژوهشهای حوزه بینی الکترونیکی، یک زیرمجموعه ویژگی انتخاب شده و به عنوان ورودی مرحله طبقه بندی استفاده می شود. ازاین رو، زمانی که راهکار دودویی سازی طبقه برای طبقه بندی مسئله ای چندطبقه ای به کار گرفته شود، زیرمجموعه ویژگی انتخاب شده برای تمایز تمام مسائل دوطبقه ای یکسان است. هر چند این رویه ویژگی هایی به دست می دهد که به طور میانگین کارایی خوبی برای حل مسائل طبقه بندی دودویی دارد، اما لزوماً این ویژگی ها، ویژگی های بهینه برای حل تمام مسائل طبقه بندی دودویی نیستند. در این رساله، با واکاوی فرایند انتخاب ویژگی در مسائل طبقه بندی چندطبقه ای، روشی جدید برای طبقه بندی نمونه های گاز پیشنهاد و ارزیابی شده است. در روش پیشنهادی، به جای ایجاد هر طبقه بند دودویی با تمام ویژگی های موجود و یا با استفاده از یک مجموعه ویژگی ثابتِ از پیش انتخاب شده، هر طبقه بند با استفاده از ویژگی هایی ایجاد می شود که بیشترین کارایی را برای تمایز نمونه های دو فراطبقه مرتبط داشته باشد. طبقه بندهای دودویی که بدین صورت انتخاب می شوند، صحّت طبقه بندی بیشتری خواهند داشت و درنهایت، ادغام این طبقه بندها، صحّت نهایی بهتری را به دست می دهد. مقایسه نتایج روش پیشنهادی با سایر روشها، کارایی روش پیشنهادی را در طبقه بندی الگوهای بویایی رساله نشان می دهد. در ادامه با تعمیم رویکرد پیشنهادی، قابلیت آن برای حل مسائل طبقه بندی عمومی ارزیابی شده است. در این مرحله، روشهای پیشنهادی با تعداد زیادی مجموعه داده تراز ارزیابی شده و با استفاده از آزمونهای آماری با روشهای مرسوم دودویی سازی طبقه مقایسه شده است. تحلیل نتایج آماری، برتری روشهای پیشنهادی را در مقایسه با روشهای مرسوم دودویی سازی طبقه نشان می دهد.