Mustererkennung Tutorium 3 - IIKT
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Mustererkennung Tutorium 3
Dr. Ronald Böck,Olga Egorow
03.07.2017
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Mustererkennung - Tutorium 3 2
Worum geht es heute?
● Kenntnisse aus der Mustererkennung in die Tat umsetzen
● Wie geht man vor, wenn man etwas erkennen/ klassifizieren will?
● Welche Tools gibt es?● Umsetzung für ein konkretes Beispiel
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Mustererkennung - Tutorium 3 3
Gliederung
● Einzelne Schritte der Mustererkennung– Vorverarbeitung Daten
– Merkmalsextraktion
– Vorverarbeitung Merkmale
– Eigentliche Erkennung
– Auswertung
● Beispielaufgabe
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Mustererkennung - Tutorium 3 4
Vorverarbeitung der Daten
● Bereinigung, Klassenzuweisung, etc.● Welche Daten sollen klassifiziert werden?● Wie viele Instanzen, wie viele Klassen, wie sind
die Instanzen auf die Klassen verteilt?
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Mustererkennung - Tutorium 3 5
Merkmalsextraktion
● Welche Merkmale kommen überhaupt in Frage?
● Welche Merkmale sind klassenbestimmend → entscheidend für Klassifizierung?
● Wie ist der Wertebereich der Merkmale definiert → binär/numerisch, symbolisch?
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Mustererkennung - Tutorium 3 6
Vorverarbeitung der Merkmale
● Standardisierung, Aufteilung, etc.● Müssen die Merkmale diskretisiert / eliminiert /
angepasst werden?● Muss der Wertebereich der Daten vergleichbar
gemacht werden → Ist eine Datennormierung (Standardisierung / Normalisierung) notwendig
● Müssen die Daten bereinigt werden (Fehlwerte, verrauschte Daten, Ausreißer, Redundanzen, etc.)?
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Mustererkennung - Tutorium 3 7
Eigentliche Erkennung I
● Überwachtes Lernen / Klassifikation– Lernphase
● Auswahl von zufälligen Instanzen aus der Datenbasis → Trainingsmenge
● Diese Instanzen müssen über Klassenzuweisung (Labels) verfügen● Erstellen eines Modells (z.B. Stützvektoren bei SVM) → dieses
kann zu einem vorgegebenen Merkmalsvektor die Klasse angeben ("Klassifikator")
– Klassifikationsphase● restliche Instanzen (Testmenge) werden mit dem gelernten Modell
den Klassen zugeordnet
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Mustererkennung - Tutorium 3 8
Eigentliche Erkennung II
● Unüberwachtes Lernen / Clustering– Cluster automatisch aus den Daten gebildet, keine
vorausgehende Klassenzuweisung erforderlich
– dazu werden aus den Rohdaten die vorhandenen Strukturen extrahiert
– ähnliche Objekte in die gleiche Klasse, unähnliche Objekte in unterschiedliche Klassen (Objekte innerhalb einer Klasse möglichst homogen, Cluster möglichst stabil)
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Mustererkennung - Tutorium 3 9
Auswertung
● Ziel von Mustererkennung: das gelernte Modell auf ungesehene Daten anzuwenden, diese klassifizieren → deswegen Daten vorher aufteilen in Trainings-/Testmenge
● Welche Fehler sind möglich?– Kontingenztafel
● Wie wird die Performanz gemessen?– Recall: TruePositives/(TruePositives+FalseNegatives)
– Precision: TruePositives/(TruePositives+FalsePositives)
Wirkliche Klasse
A B
Kla
ssifi
zier
ung A TP FP
B FN TN
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Mustererkennung - Tutorium 3 10
Beispielaufgabe
Datenmenge:● 3 Tomaten:
– 1 grüne, 2 rote (normal & Datteltomate)
● 3 Birnen:– 1 rote, 1 grüne, 1
gelbe Nashi-Birne
● 3 Äpfel:– 1 roter, 1 gelber, 1
grüner
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Mustererkennung - Tutorium 3 11
Beispielaufgabe
● Welche Merkmale kommen in Frage?– Farbe: rot, gelb, grün
– Form: länglich, rund
● Sind diese Merkmale ausreichend für eine Klassifikation?
● Welche Merkmale könnte man noch hinzunehmen?
Farbe Form Klasse
Grün Rund Tomate
Rot Rund Tomate
Rot Länglich Tomate
Rot Länglich Birne
Grün Länglich Birne
Gelb Rund Birne
Rot Rund Apfel
Gelb Rund Apfel
Grün Rund Apfel
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Mustererkennung - Tutorium 3 12
Umsetzung
● Demo / Klassifikation mit Hilfe von KNIME