一种基于SVM分类的多类识别方法及应用

支持向量机（SVM ）原理及应用一、SVM 的产生与发展自1995年Vapnik(瓦普尼克)在统计学习理论的基础上提出SVM 作为模式识别的新方法之后，SVM 一直倍受关注。

同年，Vapnik 和Cortes 提出软间隔(soft margin)SVM ，通过引进松弛变量i ξ度量数据i x 的误分类(分类出现错误时i ξ大于0)，同时在目标函数中增加一个分量用来惩罚非零松弛变量(即代价函数)，SVM 的寻优过程即是大的分隔间距和小的误差补偿之间的平衡过程；1996年，Vapnik 等人又提出支持向量回归 (Support Vector Regression ，SVR)的方法用于解决拟合问题。

SVR 同SVM 的出发点都是寻找最优超平面(注：一维空间为点；二维空间为线；三维空间为面；高维空间为超平面。

)，但SVR 的目的不是找到两种数据的分割平面，而是找到能准确预测数据分布的平面，两者最终都转换为最优化问题的求解；1998年，Weston 等人根据SVM 原理提出了用于解决多类分类的SVM 方法(Multi-Class Support Vector Machines ，Multi-SVM)，通过将多类分类转化成二类分类，将SVM 应用于多分类问题的判断：此外，在SVM 算法的基本框架下，研究者针对不同的方面提出了很多相关的改进算法。

例如，Suykens 提出的最小二乘支持向量机 (Least Square Support Vector Machine ，LS —SVM)算法，Joachims 等人提出的SVM-1ight ，张学工提出的中心支持向量机 (Central Support Vector Machine ，CSVM)，Scholkoph 和Smola 基于二次规划提出的v-SVM 等。

此后，台湾大学林智仁(Lin Chih-Jen)教授等对SVM 的典型应用进行总结，并设计开发出较为完善的SVM 工具包，也就是LIBSVM(A Library for Support Vector Machines)。

使用机器学习算法进行图像分类随着计算机视觉和机器学习的快速发展，图像分类已经成为其中一个重要的应用领域。

图像分类任务旨在将输入的图像归类到预定义的类别中。

这种技术对于自动驾驶、人脸识别、医学影像分析等领域有着广泛的应用。

在本文中，我将介绍一些常用的机器学习算法以及它们在图像分类中的应用。

1.支持向量机（Support Vector Machines，SVM）：SVM是一种二分类模型，但可以通过多个SVM模型来实现多类别的图像分类。

SVM的基本思想是找到一个最优的超平面，使得图像样本点在特征空间中能够被最大程度地分离出来。

SVM在图像分类中具有良好的泛化能力和鲁棒性，尤其适用于特征空间高维、样本量小的情况。

2.卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）：CNN 是一种深度学习模型，在图像分类中具有很高的准确性和效率。

CNN的关键是通过多层卷积、池化和全连接层来提取图像的局部特征和全局特征，并将其映射到最终的分类结果上。

CNN模型通常具有很好的参数共享性和抽象表示能力，可以处理大规模的图像数据集。

3.决策树（Decision Tree）：决策树是一种基于树状结构的分类模型。

它通过一系列的决策规则来将图像分到不同的类别中。

决策树具有易于理解、可解释性强的特点，对于小规模的图像分类任务效果较好。

然而，当决策树的深度过大或者数据集过大时，容易出现过拟合的问题。

4.随机森林（Random Forest）：随机森林是一种集成学习的算法，它由多个决策树构成。

随机森林通过对每个决策树的预测结果进行投票，来确定最终的分类结果。

随机森林具有较好的鲁棒性和泛化能力，对于大规模的图像分类任务效果较好。

除了上述几种常用的机器学习算法，还有一些其他的算法也可以用于图像分类任务，包括朴素贝叶斯分类器、k近邻算法等。

这些算法的选择取决于数据集的特点、算法的性能要求和应用场景的实际需求。

在实际应用中，进行图像分类通常需要以下几个步骤：1.数据准备：首先需要收集和准备用于训练和测试的图像数据集。

基于SVM算法的人体运动识别算法研究随着人类经济社会的快速发展，人们越来越注重健康的问题，因为健康是人类生存和发展的重要保障。

而身体运动作为人们保持身体健康的重要手段，其重要性无需多言。

许多人利用健身器材或运动场地进行锻炼，但是大部分人的生活方式注定了他们不能经常做运动，而需要对平时的活动进行更为科学的管理。

如何利用计算机技术来实现人体运动的分析和识别是本文要探讨的问题。

一、SVM算法简介SVM全称为Support Vector Machine（支持向量机），是一种广泛用于分类和回归分析的算法，通过将数据映射到高维空间中，找到最优的分类边界来分类样本。

SVM具有能快速处理高维数据、处理多分类数据和适应不同损失函数的优点，因此在各种领域得到广泛应用，比如文本分类、人脸识别、图像分割、生物应用等。

二、基于SVM算法的人体运动识别研究背景对人体运动的分析和识别一直是计算机视觉和机器学习领域的重要研究方向之一。

人体运动包含大量的信息，这些信息可以用来解决很多问题，比如评估身体健康、监控运动姿态、辅助运动训练等。

然而，要从人体运动数据中提取出有用信息并进行运动识别是一项较为困难的任务，因为这些数据具备高度的非线性和多变性。

传统的机器学习方法，例如决策树、朴素贝叶斯和最近邻算法等，由于在处理高维和非线性数据时存在严重的缺陷，因此在人体运动识别的研究中的应用比较受限。

然而，SVM具有较好的适应性和强大的泛化能力，可适用于处理多种类型的数据，并且可以通过选择合适的核函数进行处理，因此在人体运动识别研究中被广泛应用。

三、基于SVM算法的人体运动识别研究方法A. 数据获取在进行人体运动识别任务之前，需要获取人体运动数据集。

由于人体运动的多样性，因此收集良好的数据集对于算法的训练和测试非常重要。

目前，常用的人体运动识别数据集包括：1. UCI机器学习库数据集：包含人体运动数据，人在手持设备上执行的多种动作被记录下来，如行走、跑步、上楼下楼等。

基于svm的鸢尾花分类基于SVM的鸢尾花分类鸢尾花（Iris）是一种常见的花卉，其种类繁多，涵盖了多个品种。

为了对鸢尾花进行分类，我们可以使用一种基于支持向量机（Support Vector Machine，SVM）的机器学习算法。

在本文中，将介绍SVM算法的原理，以及如何利用该算法对鸢尾花进行分类。

SVM是一种二分类模型，其目的是找到一个最优的超平面，将不同类别的样本分开。

在对鸢尾花进行分类时，我们可以将鸢尾花的特征作为输入，如花瓣长度、花瓣宽度、花萼长度和花萼宽度等。

这些特征将帮助我们区分不同种类的鸢尾花。

我们需要准备一个鸢尾花的数据集，其中包含了已经标记好的不同种类的鸢尾花的特征。

这个数据集可以从各种来源获取，例如公开的数据集库。

接下来，我们需要对数据集进行预处理。

这包括对数据进行清洗、缺失值处理和特征选择等。

清洗数据是为了去除异常值和噪声，以提高模型的准确性。

缺失值处理是为了填补数据集中的缺失值，以保证数据的完整性。

特征选择是为了选择对分类任务最有意义的特征，以提高模型的效果。

在预处理完成后，我们可以将数据集划分为训练集和测试集。

训练集用于训练SVM模型，测试集用于评估模型的性能。

为了准确评估模型的性能，我们可以使用交叉验证的方法，将数据集分为多个子集，依次将每个子集作为测试集，其余子集作为训练集，最后取平均值作为模型的性能指标。

在训练SVM模型时，我们需要选择适当的核函数。

核函数可以将低维的数据映射到高维空间，以解决线性不可分的问题。

常用的核函数有线性核、多项式核和径向基核等。

选择合适的核函数将有助于提高模型的分类准确率。

训练完成后，我们可以使用训练好的模型对新的鸢尾花样本进行分类。

通过输入样本的特征，模型将输出样本所属的类别。

这样，我们就可以实现对鸢尾花的自动分类。

SVM算法在鸢尾花分类问题上具有较高的准确率和稳定性。

然而，对于一些复杂的数据集，SVM可能会出现过拟合的问题。

为了解决这个问题，我们可以调整模型的超参数，例如正则化参数和惩罚参数等，以提高模型的泛化能力。

基于SVM算法的数据分类与预测实验随着信息技术的发展，数据的产生增长速度越来越快，数据的分类、预测和挖掘成为了数据科学领域的研究热点。

目前常见的数据分类算法包括决策树、KNN、朴素贝叶斯等，而支持向量机(Support Vector Machine，SVM)算法作为一种优秀的分类算法得到了研究者的广泛关注。

本文将基于SVM算法开展数据分类与预测实验。

一、SVM算法简介SVM算法是一种二分类模型，其基本思想是将数据映射到高维空间上，并在该空间上构建最优超平面来实现分类。

该算法的关键在于如何选择最优超平面。

SVM算法采用结构风险最小化原则即最大间隔法来确定最优超平面。

最大间隔法认为，如果两类数据是线性可分的，那么它们之间的最大间隔就是最优超平面。

SVM算法具有多项优点：首先，SVM算法能够处理线性可分、线性不可分和非线性可分的数据，因而具有很好的泛化能力；其次，SVM算法使用核函数的方法可以避免高维空间的计算问题，降低了计算复杂度；此外，SVM算法可以灵活地处理样本不均衡问题，能够有效地处理小样本数据集。

二、实验数据及预处理本实验使用的数据集是UCI机器学习库中的统计学习数据集，共包含5个数据集，采用5折交叉验证的方法进行测试。

首先需要对数据进行预处理，主要包括数据去噪、数据归一化和特征选取等步骤。

数据去噪：对于数据中的噪声和异常值需要进行去除，可以采用简单的滑动平均法或者 Kalman 滤波器等常见的去噪方法。

数据归一化：由于数据集中不同属性的取值范围差异较大，需要对数据进行归一化处理。

常见的归一化方法有最大最小归一化、Z-score 归一化、指数归一化等。

特征选取：对于给定的数据集，往往包含大量冗余特征和无关特征，不仅会降低分类准确率，还会增加计算复杂度。

因此需要进行特征选取，即从原始数据中选择出与分类任务相关的有效特征。

常见的特征选取方法有相关系数法、互信息法、基于模型的特征选取法等。

三、模型训练与评估模型训练：模型训练是指通过训练数据构建SVM分类模型的过程。

svm聚类原理
SVM（支持向量机）是一种常用的机器学习算法，主要用于分类问题。

虽然SVM本身并不是一种聚类算法，但可以通过一些技巧将其应用于聚类分析。

这种方法被称为基于SVM的聚类（SVM-based clustering）。

基于SVM的聚类方法基于以下原理：
1. 支持向量：SVM的核心思想是找到能够最好地将不同类别的样本分隔开的超平面。

在这个过程中，SVM识别出一些重要的样本，称为支持向量。

这些支持向量位于不同类别之间的边界上，它们的位置和数量对分类结果起着关键作用。

2. 核函数：SVM通过将数据映射到高维特征空间来处理非线性问题。

核函数是一种数学函数，它可以计算两个样本之间在高维特征空间中的相似度。

常用的核函数有线性核、多项式核和径向基函数（RBF）核等。

基于这些原理，可以将SVM应用于聚类分析的方法如下：
1. 数据转换：将原始数据转换为高维特征空间，可以使用线性或非线性的核函数进行转换。

2. 超平面划分：在高维特征空间中，通过SVM寻找一个超平面，将样本分隔开。

3. 支持向量聚类：基于找到的超平面和支持向量，将样本进行聚类。

根据样本与超平面的距离或相似度，可以将样本分配到不同的聚类簇中。

4. 聚类评估：根据聚类结果，可以使用一些评估指标（如轮廓系数、DB指数等）来评估聚类的质量。

需要注意的是，基于SVM的聚类方法在处理大规模数据时可能会面临计算复杂度高的问题。

此外，SVM本身更适合于二分类问题，而在多类别聚类中需要进行适当的修改和扩展。

因此，在选择聚类方法时，还需要考虑数据特征和问题的性质，以确定最合适的算法。

AI技术中的多分类与多标签分类方法解析一、引言随着人工智能（AI）技术的不断发展，机器学习和深度学习模型在各个领域得到了广泛应用。

其中，多分类和多标签分类是机器学习任务中常见的问题。

本文将解析AI技术中的多分类与多标签分类方法，介绍其原理和应用。

二、多分类问题1. 概念简介多分类问题是指将数据集划分为三个及以上类别的任务。

通常情况下，这些类别是互斥的，即每个样本只能被标记为一个类别。

2. 常见算法（1）逻辑回归：逻辑回归是一种经典的二元分类算法，但可以通过修改目标函数来扩展到多类别情况。

（2）支持向量机（SVM）：SVM也可以进行多类别分类。

可以使用“一对一”或“一对其余”的策略来实现多类别分类任务。

（3）决策树：决策树算法使用基于特征划分的方式进行分类。

通过构建一个树状结构，在每个节点上选择最优特征进行划分。

3. 深度学习方法近年来，深度学习在解决多分类问题上取得了显著成果。

以下是几种常用的深度学习方法：（1）卷积神经网络（CNN）：CNN广泛应用于图像识别任务中，在多分类问题上表现出色。

（2）循环神经网络（RNN）：适用于序列数据的处理，比如自然语言处理和时间序列预测等领域。

（3）转移学习：将已训练好的模型迁移到新的多分类问题上，可以提高训练效果和泛化能力。

三、多标签分类问题1. 概念简介与多分类不同，多标签分类问题中每个样本可以被分配到一个或多个类别中。

这意味着一个样本可能具有多个标签。

2. 常见算法（1）二进制重编码：将多标签问题转化为多个独立的二元分类任务，每个任务对应一个标签。

常用方法有one-hot编码和二进制编码。

（2）决策树：决策树也可以扩展到多标签分类问题中。

（3）K最近邻算法（k-NN）：通过寻找距离最近的样本来进行预测。

3. 深度学习方法深度学习在解决多标签分类问题上也显示出了强大的能力。

以下是一些常用的深度学习方法：（1）多标签神经网络（MLP）：通过使用sigmoid函数作为输出层的激活函数，将多标签任务转化为多个二元分类任务。

请简述 SVM(支持向量机)的原理以及如何处理非线性问题。

支持向量机（Support Vector Machine，SVM）是一种常用的机器学习算法，常用于分类和回归问题。

它的原理是基于统计学习理论和结构风险最小化原则，通过寻找最优超平面来实现分类。

SVM在处理非线性问题时，可以通过核函数的引入来将数据映射到高维空间，从而实现非线性分类。

一、SVM原理支持向量机是一种二分类模型，它的基本思想是在特征空间中找到一个超平面来将不同类别的样本分开。

具体而言，SVM通过寻找一个最优超平面来最大化样本间的间隔，并将样本分为两个不同类别。

1.1 线性可分情况在特征空间中，假设有两个不同类别的样本点，并且这两个类别可以被一个超平面完全分开。

这时候我们可以找到无数个满足条件的超平面，但我们要寻找具有最大间隔（Margin）的超平面。

Margin是指离超平面最近的训练样本点到该超平面之间距离之和。

我们要选择具有最大Margin值（即支持向量）对应的决策函数作为我们模型中使用。

1.2 线性不可分情况在实际问题中，很多情况下样本不是线性可分的，这时候我们需要引入松弛变量（Slack Variable）来处理这种情况。

松弛变量允许样本点处于超平面错误的一侧，通过引入惩罚项来平衡Margin和错误分类的数量。

通过引入松弛变量，我们可以将线性不可分问题转化为线性可分问题。

同时，为了防止过拟合现象的发生，我们可以在目标函数中加入正则化项。

1.3 目标函数在SVM中，目标函数是一个凸二次规划问题。

我们需要最小化目标函数，并找到最优解。

二、处理非线性问题SVM最初是用于处理线性可分或近似线性可分的数据集。

然而，在实际应用中，很多数据集是非线性的。

为了解决这个问题，SVM引入了核函数（Kernel Function）。

核函数可以将数据从低维空间映射到高维空间，在高维空间中找到一个超平面来实现非线性分类。

通过核技巧（Kernel Trick），SVM 可以在低维空间中计算高维空间中样本点之间的内积。

基于SVM的图像分类算法研究随着互联网与信息技术的发展，图像处理技术成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。

而图像分类算法是图像处理中最为常见的应用之一，也是图像识别与图像搜索的基础。

本文将着重探讨基于支持向量机（Support Vector Machine，SVM）的图像分类算法的研究。

一、SVM算法简介SVM是一种分类算法，它可以将数据分成两类，也可以应用于多分类任务。

该算法旨在寻找一个超平面，将不同的数据点分成两类。

其中，距离超平面最近的数据点被称为支持向量。

SVM算法的思想是将数据映射到高维空间，使得数据可以被超平面准确地分成两类。

SVM算法最初被应用于二分类问题，但是在处理多分类问题时，有多种方法可以将SVM算法扩展到多类别情况。

其中较为常见的方法是一对一（one-vs-one）和一对其余（one-vs-rest）方法。

二、基于SVM的图像分类算法在图像处理领域，SVM算法被广泛应用于图像分类任务。

图像分类是指将一张图像分成多个类别，一张图像只能归入其中一个类别。

例如，可以将图像划分为动物、植物、风景等类别。

SVM算法可以通过图像的像素值等特征进行学习，并将图像分成相应的类别。

设有n张图像，每张图像包含p个像素，那么可以将每张图像表示为一个p维向量，向量中包含每个像素点的灰度值或RGB值。

这些向量被视为点集，并被映射到高维空间中。

在高维空间中，通过求解最大间隔超平面，可以将数据点分成多个类别。

在实际应用中，常使用sift、hog等特征提取方法来提取图像特征。

例如，在图像分类任务中，可以使用sift算法提取出每个图像的sift特征向量，然后对这些特征进行SVM训练，将图像分成不同的类别。

同样地，也可以使用hog算法提取图像特征，并进行分类任务。

三、SVM的优缺点SVM算法的优势在于具有较高的分类精度和较好的泛化能力，可以处理高维数据和线性和非线性分类问题。

此外，SVM算法还集成了特征选择和数据压缩功能，有效减少了数据处理和存储的复杂度。

SVM分类器的原理及应用姓名：苏刚学号：1515063004学院：数学与计算机学院一、SVM分类器的原理SVM法即支持向量机(Support Vector Machine)法，由Vapnik等人于1995年提出，具有相对优良的性能指标。

该方法是建立在统计学习理论基础上的机器学习方法。

通过学习算法，SVM可以自动寻找出那些对分类有较好区分能力的支持向量，由此构造出的分类器可以最大化类与类的间隔，因而有较好的适应能力和较高的分准率。

该方法只需要由各类域的边界样本的类别来决定最后的分类结果。

支持向量机算法的目的在于寻找一个超平面H(d),该超平面可以将训练集中的数据分开，且与类域边界的沿垂直于该超平面方向的距离最大，故SVM法亦被称为最大边缘(maximum margin)算法。

待分样本集中的大部分样本不是支持向量，移去或者减少这些样本对分类结果没有影响，SVM法对小样本情况下的自动分类有着较好的分类结果.SVM方法是通过一个非线性映射p，把样本空间映射到一个高维乃至无穷维的特征空间中（Hilbert空间），使得在原来的样本空间中非线性可分的问题转化为在特征空间中的线性可分的问题。

简单地说，就是升维和线性化。

升维，就是把样本向高维空间做映射，一般情况下这会增加计算的复杂性，甚至会引起“维数灾难”，因而人们很少问津。

但是作为分类、回归等问题来说，很可能在低维样本空间无法线性处理的样本集，在高维特征空间中却可以通过一个线性超平面实现线性划分（或回归）。

一般的升维都会带来计算的复杂化，SVM方法巧妙地解决了这个难题：应用核函数的展开定理，就不需要知道非线性映射的显式表达式；由于是在高维特征空间中建立线性学习机，所以与线性模型相比，不但几乎不增加计算的复杂性，而且在某种程度上避免了“维数灾难”。

这一切要归功于核函数的展开和计算理论。

选择不同的核函数，可以生成不同的SVM，常用的核函数有以下4种：⑴线性核函数K(x,y)=x·y；⑵多项式核函数K(x,y)=[(x·y)+1]^d；⑶径向基函数K(x,y)=exp(-|x-y|^2/d^2）；⑷二层神经网络核函数K(x,y)=tanh(a(x·y)+b）；二、SVM分类器的应用2.1 人脸检测、验证和识别Osuna最早将SVM应用于人脸检测，并取得了较好的效果。

第１３卷㊀第７期Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．７㊀㊀智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ㊀㊀２０２３年７月㊀Ｊｕｌ．２０２３㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９５－２１６３（２０２３）０７－０１７３－０６中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标志码：Ｂ基于ＰＳＯ－ＳＶＭ的表面肌电信号多手势识别王㊀博，闫㊀娟，杨慧斌，徐春波，吴㊀晗（上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海２０１６２０）摘㊀要：作为人机交互的一种重要形式，手势识别在医疗康复领域已尤显重要㊂针对手势识别技术存在的不足，提出粒子群优化支持向量机（ＰＳＯ－ＳＶＭ）的多手势精确识别方法㊂首先，利用表面肌电信号采集仪采集１６种手势所对应的表面肌电信号（ＳＥＭＧ）；其次，分别从时域㊁频域和时频域提取所需要的ＳＥＭＧ特征；然后，采用主成分分析法（ＰＣＡ）对数据特征进行降维；最后，使用ＰＳＯ－ＳＶＭ对降维后的数据特征进行分类识别㊂经过与传统支持向量机（ＳＶＭ）分类以及遗传算法优化支持向量机分类（ＧＡ－ＳＶＭ）相对比，本方法识别精度高㊁速度快，研究结果可为手势识别提供新的思路，为人体上肢动作判断和上肢康复机器人的研究提供参考㊂关键词：手势识别；表面肌电信号；主成分分析；粒子群优化；支持向量机Ｍｕｌｔｉ－ｇｅｓｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆＳＥＭＧｓｉｇｎａｌｓｂａｓｅｄｏｎＰＳＯ－ＳＶＭＷＡＮＧＢｏ，ＹＡＮＪｕａｎ，ＹＡＮＧＨｕｉｂｉｎ，ＸＵＣｈｕｎｂｏ，ＷＵＨａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）ʌＡｂｓｔｒａｃｔɔＡｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｍｏｆｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｇｅｓｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｍｅｄｉｃａｌｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｇｅｓｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｍｕｌｔｉ－ｇｅｓｔｕｒｅａｃｃｕｒａｔｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅ（ＰＳＯ－ＳＶＭ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ（ＳＥＭＧ）ｓｉｇｎａｌｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏ１６ｋｉｎｄｓｏｆｈｕｍａｎｇｅｓｔｕｒｅｓａｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ＳＥＭＧｆｅａｔｕｒｅｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎａｎｄｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ，ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ）ｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｄａｔａｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄａｔａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ＰＳＯ－ＳＶＭｉｓｕｓｅｄｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅ（ＳＶＭ）ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＧＡ－ＳＶＭ），ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｎｅｗｉｄｅａｆｏｒｇｅｓｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｈｕｍａｎｕｐｐｅｒｌｉｍｂｍｏｔｉｏｎｊｕｄｇｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｕｐｐｅｒｌｉｍｂｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｒｏｂｏｔ．ʌＫｅｙｗｏｒｄｓɔｇｅｓｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙｓｉｇｎａｌ；ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅ作者简介：王㊀博（１９９７－），男，硕士研究生，主要研究方向：智能控制㊁机器学习；闫㊀娟（１９７８－），女，高级实验师，硕士生导师，主要研究方向：智能控制算法研究㊁机械自动化；杨慧斌（１９８３－），男，实验师，主要研究方向：智能控制㊁机械自动化；徐春波（１９９７－），男，硕士研究生，主要研究方向：机器视觉㊁智能控制；吴㊀晗（１９９７－），男，硕士研究生，主要研究方向：智能控制㊂通讯作者：闫㊀娟㊀㊀Ｅｍａｉｌ：ａｌｉｃｅｙａｎ＿ｓｈｕ＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：２０２２－０８－２６０㊀引㊀言目前，国内人口老龄化的问题较为严峻，老年人的健康问题已经逐渐成为人们关注的焦点㊂研究可知，老年人往往行动不便或者难以表达，因此通过手势表达内心想法便成为非常重要的一种途径㊂目前，主要的手势识别方式有视觉识别［１］和人体生物信号［２］识别两种，其中表面肌电信号（ＳＥＭＧ）识别方式作为一种生物信号显得尤为重要，因为其中蕴含着大量的信息㊂基于此，本文中通过人体表面肌电信号进行手势识别，通过手势识别的研究为后续研究提供基础㊂迄今为止，关于肌电信号对人体手势识别的研究已经取得较多成果，但大多研究对手势识别研究不够深入，赵诗琪等学者［３］使用了支持向量机来识别４种手势，识别结果为９９．９２％㊂隋修武等学者［４］通过非负矩阵分解与支持向量机的联合模型识别６种手势动作，识别结果为９３％㊂江茜等学者［５］通过多通道相关性特征识别８种手势动作，识别结果为９４％㊂当识别的手势种类增多时，分类器的识别精度将会随之降低，大量学者对分类器进行优化以利于提高识别精度㊂Ｌｅｏｎ等学者［６］对９Copyright ©博看网. All Rights Reserved.种手势进行识别，识别精度为９４％㊂Ｌｉａｎ等学者［７］通过Ｋ最邻近和决策树算法识别１０种手势动作，识别率仅为８９％㊂综上所述，为了满足当前医疗康复设备的需求，多手势识别的精确度还有待提高㊂使用ＳＥＭＧ信号进行手势识别时，特征提取和模式识别是提高手势识别精度的关键㊂典型的特征提取方法主要包括时域特征提取㊁频域特征提取和时频域特征提取［８］㊂模式识别主要通过搭建分类器实现，基于ＳＥＭＧ识别常用的分类器主要包括ＢＰ（ＢａｃｋＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）神经网络［９］㊁极限学习机（ＥｘｔｒｅｍｅＬｅａｒｎｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ，ＥＬＭ）［１０］㊁卷积神经网络（ＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＣＮＮ）［１１］和支持向量机（ＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａｃｈｉｎｅ，ＳＶＭ）［１２］等分类模型㊂但以上方法均存在一定程度的不足：ＢＰ神经网络在识别手势时准确率较低；由于极限学习机要经过反复的迭代学习，因此其训练速度在一定程度上相对缓慢；ＫＮＮ计算量较大，计算时间长；ＳＶＭ分类思想简单㊁分类效果较好，但训练参数值的选取会影响分类器的效果［１３］㊂基于上述分析，本文中提出一种基于粒子群算法（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＰＳＯ）优化支持向量机的多手势识别方法，以提高多手势的识别精度㊂首先，利用主成分分析法对提取的表面肌电信号特征进行降维处理；然后，利用ＰＳＯ对ＳＶＭ的惩罚参数Ｃ和核函数半径参数ｇ迭代寻优；最后，使用ＰＳＯ优化的ＳＶＭ（ＰＳＯ－ＳＶＭ）分类模型识别了１６种手势，并与未优化的ＳＶＭ分类模型和遗传算法（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）优化的ＳＶＭ分类模型进行对比，从而验证本文所提方法的准确性㊂１㊀ＳＥＭＧ数据采集方法分析１．１㊀实验数据采集受试者为实验室中３名男生和１名女生㊂受试者年龄在２３ ２８岁，平均身高在１７０ｃｍ，均为右手使用者且无神经肌肉骨骼疾病㊂实验前２４ｈ内没有进行高强度运动并且身心舒适㊂用磨砂膏和７５％酒精棉清洁右肢掌长肌㊁桡侧腕屈肌㊁尺侧腕屈肌㊁指伸肌㊁指浅屈肌和肱桡肌皮肤表面皮肤，减少皮肤阻抗干扰㊂通过Ｄｅｌｓｙｓ无线肌电设备对６块肌肉的表面肌电信号同时进行采集㊂受试者端坐于试验台前，背部保持９０ʎ，左手臂自然垂下㊂实验时，共采集１６个手势动作，每个动作维持６ｓ，休息４ｓ，进行６次循环，重复以上动作直至４名受试者全部采集完成㊂１．２㊀信号预处理ＳＥＭＧ信号是由人体内神经肌肉系统产生的一种特别微弱的生物电信号㊂ＳＥＭＧ信号的电压幅度范围是０ ５ｍＶ，频率范围是２０ １０００Ｈｚ，其主要能量集中在５０ １５０Ｈｚ范围内㊂因此，首先设计陷波滤波去除原始信号中５０Ｈｚ的工频干扰，再设计３０ ３００Ｈｚ的巴特沃斯带通滤波器去除肌电信号中的基线漂移及其他噪声信号㊂图１分别为滤波前后的时域波形及频域振幅谱，较好地滤除了有效范围外的噪声信号㊂210-1-2-3102030405060幅度/10-4t /s（ａ）原始波形1.51.00.51002003004005006007008009001000频率/H z参考幅值/10-6（ｃ）原始振幅图210-1-2-3102030405060幅度/10-4t /s（ｂ）滤波后波形1.51.00.51002003004005006007008009001000频率/H z参考幅值/10-6（ｄ）滤波后振幅图图１㊀肌电信号滤波图Ｆｉｇ．１㊀ＦｉｌｔｅｒｉｎｇｄｉａｇｒａｍｏｆＳＥＭＧｓｉｇｎａｌ４７１智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１３卷㊀Copyright ©博看网. All Rights Reserved.１．３㊀特征提取为了能更全面地分析ＳＥＭＧ信号中所包含的信息，本文分别提取了肌电信号中的时域特征㊁频域特征和时频域特征三种特征模型㊂１．３．１㊀时域特征提取本文选用的时域特征有均方根值（ＲＭＳ）和绝对平均值（ＡＲＶ）㊂时域特征值的计算公式为：ＲＭＳ＝１ＮðＮｉ＝１ｘ２ｉ（１）ＡＲＶ＝１ＮðＮｉ＝１ｘｉ（２）㊀㊀其中，ｘｉ（ｉ＝１，２， ，Ｎ）是信号的时间序列㊂１．３．２㊀频域特征提取本文选用的频域特征是平均功率频率（ＭＰＦ）和中值频率（ＭＦ）㊂频域特征值的计算公式为：ＭＰＦ＝ʏ¥０ｆˑＰＳＤｆ()ｄｆʏ¥０ＰＳＤｆ()ｄｆ（３）ＭＦ＝１２ʏ¥０ＰＳＤｆ()ｄｆ（４）㊀㊀其中，ｆ是ＳＥＭＧ信号的频率，ＰＳＤ（ｆ）是ＳＥＭＧ信号的功率谱密度函数㊂１．３．３㊀时频域特征提取时频分析法可以对信号在时域和频域内的能量信号同时进行展现，这对于分析非平稳信号相当重要㊂其中，小波变换具有较好的准确性，本文采用小波变换计算时频域特征瞬时平均功率（ＩＭＰＦ）和瞬时中值频率（ＩＭＦ），公式具体如下：ＩＭＰＦ＝ʏｆ２ｆ１ｆˑＰＳＤ（ｔ，ｆ）ｄｆʏｆ２ｆ１ＰＳＤ（ｔ，ｆ）ｄｆ（５）ʏＩＭＦｆ１ＰＳＤ（ｔ，ｆ）ｄｆ＝ʏｆ２ＩＭＦＰＳＤ（ｔ，ｆ）（６）㊀㊀其中，ｆ是ＳＥＭＧ信号的频率，ＰＳＤ（ｔ，ｆ）是频率和时间的二维函数㊂１．４㊀特征降维本文利用６通道ＳＥＭＧ信号，以此对３６个维度的特征参数进行提取㊂高维数据由于存在很多冗余特征，使得实验过程中的计算量增多，并因此对分类器产生极大的影响㊂同时，在此过程会产生 过拟合 ㊁ 维数灾难 等系列问题，从而降低分类器的性能［１４］㊂因此，本文中使用主成分分析法进行降维处理㊂对其步骤流程可做分述如下㊂（１）首先，将计算得到的特征值进行处理构建样本矩阵，样本矩阵通过ｍ行ｎ列的矩阵Ｘ表示，得到：Ｘ＝ｘ１１ｘ１２ ｘ１ｎｘ２１ｘ２２ ｘ２ｎ︙︙⋱︙ｘｍ１ｘｍ２ ｘｍｎéëêêêêêùûúúúúú（７）㊀㊀（２）构建数据样本的协方差矩阵Ｃ＝１ｍ－１ＸＴＸ，得到协方差矩阵：Ｃ＝ｃ１１ ｃ１ｎ︙⋱︙ｃｎ１ ｃｎｎéëêêêêùûúúúú（８）㊀㊀（３）分解协方差矩阵Ｃ并计算协方差矩阵的特征值λ１ȡλ２ȡ ȡλｎ和特征向量ａ１，ａ２， ，ａｎ㊂（４）确定特征矩阵主成分的个数ｖ并构建主成分矩阵：Ｙｍˑｖ＝ＸｍˑｎＡｎˑｖ（９）㊀㊀其中，Ａｎˑｖ＝［ａ１，ａ２， ，ａｖ］，最后得到ＳＥＭＧ手势特征降维后的主成分特征Ｙｍˑｖ㊂２㊀分类器设计２．１㊀支持向量机分类支持向量机（ＳＶＭ）是基于统计学领域的ＶＣ维理论和结构风险学最小理论基础上的一种机器学习算法，常用于模式分类和非线性回归［１５］㊂通常，通过将向量映射到高维空间，以此来解决输入量与输出量之间的非线性问题㊂同时，通过设定的核函数ｇ，将输入空间利用非线性变换转变到高维空间，从而通过高维空间得到最优线性分类面㊂对于给定的训练样本集｛（ｘｉ，ｙｉ）｝，ｉ＝１，２， ，ｎ，ｘɪＲｎ，ｙɪ（－１，１），设最优平面为ωＴｘ＋ｂ＝０，分类间隔为：γ＝２ ω （１０）㊀㊀判别模型为：ｆ（ｘ）＝ｓｉｇｎ（ωＴｘ＋ｂ）（１１）㊀㊀若要找到最大间隔，即找到参数和使得最大，等价于最小化，因此求解问题最终转化为带约束的凸二次规划问题：ｍｉｎω，ｂ１２ ω ２＋Ｃðｎｉ＝１εｉ（１２）ｓ．ｔ．㊀ｙｉ（ωＴｘｉ＋ｂ）ȡ１－εｉ５７１第７期王博，等：基于ＰＳＯ－ＳＶＭ的表面肌电信号多手势识别Copyright©博看网. All Rights Reserved.εｉ＞０，ｉ＝１，２， ，ｎ㊀㊀其中，εｉ＝１－ｙｉ（ωＴｘｉ＋ｂ）为损失函数，Ｃ是惩罚参数，Ｃ的值与错误分类的惩罚程度成正比，其值越小，则惩罚程度越小；反之，惩罚程度越大㊂同时，利用凸优化理论，将约束问题通过引入的拉格朗日乘子法转化为无约束问题：㊀Ｌω，ｂ，λ()＝１２ ω ２＋Ｃðｎｉ＝１εｉ－ðｎｉ＝１μｉεｉ－ðｎｉ＝１λｉ（ｙｉ（ωｘｉ＋ｂ）－１＋εｉ）（１３）λｉȡ０，μｉȡ０对于极大值㊁极小值及对偶问题，令∂Ｌ∂ω＝０，∂Ｌ∂ｂ＝０，∂Ｌ∂ε＝０，因此得到：ω＝ðｎｉ＝１λｉｙｉｘｉðｎｉ＝１λｉｙｉ＝０Ｃ＝λｉ＋μｉìîíïïïïïï（１４）㊀㊀因此，最终得到：ｍｉｎλ１２ðｎｊ＝１ðｎｉ＝１λｉλｊｙｊｙｉｘｊｘｉ－ðｎｉ＝１λｉ（１５）ｓ．ｔ．㊀ðｎｉ＝１λｉｙｉ０ɤλｉɤＣ２．２㊀粒子群优化算法粒子群优化算法（ＰＳＯ）是一种设计无质量的粒子来模拟鸟群中的鸟不断迭代寻优来解决优化问题的方法［１６］㊂粒子的速度和位置通过迭代进行更新，粒子群优化算法公式为：Ｖｋ＋１ｉｄ＝ωＶｋｉｄ＋ｃ１ｒ１ｐｂｅｓｔｋｉｄ－ｘｋｉｄ()＋ｃ２ｒ２ｇｂｅｓｔｋｉｄ－ｘｋｉｄ()ｘｋ＋１ｉｄ＝ｘｋｉｄ＋ｖｋ＋１ｉｄ{其中，ω表示惯量因子；ｄ＝１，２， ，Ｄ表示空间维数；ｉ＝１，２， ，ｎ表示粒子数；ｋ表示当前迭代次数；ｖｋｉｄ表示第ｉ个粒子在第ｋ次迭代速度；ｘｋｉｄ表示第ｉ个粒子在第ｋ次迭代位置；ｐｂｅｓｔｋｉｄ表示第ｉ个粒子的个体最优解；ｇｂｅｓｔｋｉｄ表示第ｉ个粒子的全局最优解；ｃ１，ｃ２表示学习因子；ｒ１，ｒ２表示随机数㊂空间中的粒子不断搜寻其自身的最优解，将自身最优解传递给其他粒子，在所有传递的个体最优解中寻找全局最优解，所有粒子根据自身最优解及全局最优解不断调整位置及速度㊂２．３㊀粒子群优化支持向量机为了使ＳＶＭ能够对肌电信号特征进行快速精确地识别，通过ＰＳＯ对ＳＶＭ中分类识别影响最大的２个元素进行优化，即惩罚参数Ｃ和核函数半径参数ｇ，将ＳＶＭ结果中误差最小的一组惩罚参数和核函数半径参数用于预测分类㊂图２是ＰＳＯ优化ＳＶＭ的流程图㊂由图２可知，ｍ个粒子在Ｄ维空间中不断更新运动速度及自身所处位置，通过反复迭代寻优得到ＳＶＭ的最优参数㊂粒子群优化：更新全局最优个体更新速度更新位置根据S V M 参数形成初始种群计算适应度值形成新的种群是否满足条件交叉验证，得到最佳准确率作为适应度值返回输入参数训练S V M得到S V M 最优参数结束开始参数适应度值是否图２㊀ＰＳＯ－ＳＶＭ流程图Ｆｉｇ．２㊀ＰＳＯ－ＳＶＭｆｌｏｗｃｈａｒｔ６７１智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１３卷㊀Copyright ©博看网. All Rights Reserved.㊀㊀ＰＳＯ优化ＳＶＭ主要包括初始化种群㊁寻找初始极值㊁迭代寻优等操作，其步骤为：（１）在Ｄ维空间中，随机对ｍ个粒子进行初始化，即对ＳＶＭ参数编码，形成初始种群㊂（２）初始化的种群输入到ＳＶＭ分类器中，通过训练得到适应度值㊂（３）评估计算得到的粒子适应度值㊂（４）寻找全局最优参数，并判断是否满足终止条件㊂（５）若寻找得到的最优参数不满足终止条件，则更新迭代过程中的全局最优速度和全局最优位置，形成新的种群返回到步骤２继续计算；当结束条件得到满足时，通过将最优参数对ＳＶＭ重新训练，并将其作为最终分类器对特征识别分类㊂㊀㊀通过上述ＰＳＯ优化算法得到ＳＶＭ中惩罚参数Ｃ和核函数半径ｇ的最优解，对分类器进行训练和分类预测㊂３㊀实验结果分析实验将从２方面对所提出方法模型进行分析验证：（１）分别使用本文设计的算法模型与传统ＳＶＭ模型㊁遗传算法优化ＳＶＭ模型对相同的实验数据进行实验对比，验证模型的有效性㊂（２）为判断模型的识别性能，使用交叉验证，将训练样本与验证样本的数据来源分割开来用于实验，以评估方法的通用性，使用不同人的训练样本去验证其他人的测试样本㊂３．１㊀不同分类模型的对比分析将ＰＣＡ降维后的特征矩阵按照５ʒ１的比例分类参与分类器的训练和验证，训练和测试的样本不重叠且从实验者中平均调取㊂测试结果如图３所示㊂表２是关于分类器识别性能在不同方法下的对比㊂实际类型预测类型16141210864220406080100120140160样本序号类型（ａ）ＳＶＭ预测结果161412108642020406080100120140160测试集样本类别标签实际测试集分类预测测试集分类测试集的实际分类和预测分类图A c c u r a c y =94.375%（ｂ）ＧＡ－ＳＶＭ预测结果1009080706050400102030405060708090100最佳适应度平均适应度进化代数适应度（ｃ）ＧＡ－ＳＶＭ迭代次数161412108642020406080100120140160测试集样本类别标签实际测试集分类预测测试集分类测试集的实际分类和预测分类图A c c u r a c y =95.625%（ｄ）ＰＳＯ－ＳＶＭ预测结果100908070605040最佳适应度平均适应度进化代数102030405060708090100适应度（ｅ）ＰＳＯ－ＳＶＭ迭代次数图３㊀测试结果对比图Ｆｉｇ．３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔａｂｌｅｏｆｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓ７７１第７期王博，等：基于ＰＳＯ－ＳＶＭ的表面肌电信号多手势识别Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表１㊀不同模型结果对比表Ｔａｂ．１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔａｂｌｅｏｆｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓ实验方法平均迭代次数平均准确率／％ＳＶＭ＼８７．５００ＧＡ－ＳＶＭ２６９１．３２０本文方法１１９４．２５３㊀㊀由上述实验结果可以得出分析如下，不同方法表现出不同的分类效果㊂其中，传统的ＳＶＭ方法，分类效果易受到干扰，分类精度不高；ＧＡ－ＳＶＭ虽然能够提高手势的识别精度，但在分类过程中需要经过３１次的迭代才能够达到分类的效果；对于本文中的方法，不仅对手势识别的准确率保持最高，同时也大大缩减了算法的复杂度，极大地提高了运算处理效率，表现出较好的分类识别性能㊂３．２㊀不同数据源实验验证考虑模型的通用性，即模型中训练的数据是基于部分受试者肌电信号进行训练，但手势识别对其他受试者的肌电信号同样适用㊂同时，为了分析所提出的模型在相同被试和不同被试下的识别性能，实验设计了男女混合验证的方式以消除性别的影响，按照２位男性同学的肌电信号进行训练，另外２位同学的肌电信号用于识别㊂分别使用ＳＶＭ和ＰＯＳ－ＳＶＭ进行实验对比，验证本文中所提方法的有效性㊂得到的训练结果性能对比见表２㊂表２㊀不同数据源实验结果对比表Ｔａｂ．２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔａｂｌｅｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄａｔａｓｏｕｒｃｅｓ分类模型平均准确率／％ＳＶＭ８２．２３ＰＳＯ－ＳＶＭ９０．６４㊀㊀由表２中的结果可知：不同数据源的实验比同一数据源降低了３．６１％，而ＳＶＭ下降程度更高，也进一步说明了本文中所提出的优化方法具有较好的识别性㊂４㊀结束语为了提高多手势识别的精度，文中提出了基于ＰＳＯ－ＳＶＭ的识别方法㊂结果表明，通过肌电信号的陷波滤波和带通滤波进行预处理，并对其从时域㊁频域和时频域提取信号特征，再经过ＰＣＡ降维后使用本文所构建的ＰＳＯ－ＳＶＭ分类模型对１６种手势识别准确率达到９４．２５３％，将其与未被优化的ＳＶＭ模型和ＧＡ－ＳＶＭ模型进行对比，可知其识别效果有非常明显的改善㊂后续可将ＰＳＯ－ＳＶＭ分类模型应用于机械运动控制㊁外骨骼控制等领域㊂参考文献［１］解迎刚，王全．基于视觉的动态手势识别研究综述［Ｊ］．计算机工程与应用，２０２１，５７（２２）：６８－７７．［２］梁旭，王卫群，侯增广，等．康复机器人的人机交互控制方法［Ｊ］．中国科学：信息科学，２０１８，４８（０１）：２４－４６．［３］赵诗琪，吴旭洲，张旭，等．利用表面肌电进行手势自动识别［Ｊ］．西安交通大学学报，２０２０，５４（０９）：１４９－１５６．［４］隋修武，牛佳宝，李昊天，等．基于ＮＭＦ－ＳＶＭ模型的上肢ｓＥＭＧ手势识别方法［Ｊ］．计算机工程与应用，２０２０，５６（１７）：１６１－１６６．［５］江茜，李沿宏，邹可，等．肌电信号多通道相关性特征手势识别方法［Ｊ／ＯＬ］．计算机工程与应用：１－９［２０２２－０３－０７］．ｈｔｔｐｓ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２１２７．ｔｐ．２０２２０３０３．２１０３．００８．ｈｔｍｌ．［６］ＬＥＯＮＭ，ＧＵＴＩＥＲＲＥＺＪＭ，ＬＥＩＪＡＬ，ｅｔａｌ．ＥＭＧｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｕｓｉｎｇＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａｃｈｉｎｅｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｒｆｏｒｍｙｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｔｒｏｌｐｕｒｐｏｓｅｓ［Ｃ］／／２０１１ＰａｎＡｍｅｒｉｃａｎＨｅａｌｔｈＣａｒｅＥｘｃｈａｎｇｅｓ．ＲｉｏｄｅＪａｎｅｉｒｏ，Ｂｒａｚｉｌ：ＩＥＥＥ，２０１１．［７］ＬＩＡＮＫＹ，ＣＨＩＵＣＣ，ＨＯＮＧＹＪ，ｅｔａｌ．Ｗｅａｒａｂｌｅａｒｍｂａｎｄｆｏｒｒｅａｌｔｉｍｅｈａｎｄｇｅｓｔｕｒｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ［Ｃ］／／２０１７ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，Ｍａｎ，ａｎｄＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ（ＳＭＣ）．Ｂａｎｆｆ，ＡＢ，Ｃａｎａｄａ：ＩＥＥＥ，２０１７：２９９２－２９９５．［８］石欣，朱家庆，秦鹏杰，等．基于改进能量核的下肢表面肌电信号特征提取方法［Ｊ］．仪器仪表学报，２０２０，４１（０１）：１２１－１２８．［９］梅武松，李忠新．基于手形和姿态的军用动态手势识别方法研究［Ｊ］．兵器装备工程学报，２０２１，４２（０５）：２０８－２１４．［１０］来全宝，陶庆，胡玉舸，等．基于人工鱼群算法－极限学习机的多手势精准识别［Ｊ］．工程设计学报，２０２１，２８（０６）：６７１－６７８．［１１］许留凯，张克勤，徐兆红，等．基于表面肌电信号能量核相图的卷积神经网络人体手势识别算法［Ｊ］．生物医学工程学杂志，２０２１，３８（０４）：６２１－６２９．［１２］都明宇，鲍官军，杨庆华，等．基于改进支持向量机的人手动作模式识别方法［Ｊ］．浙江大学学报（工学版），２０１８，５２（０７）：１２３９－１２４６．［１３］徐云，王福能．采用ｓＥＭＧ的手势识别用ＡＰＳＯ／ＣＳ－ＳＶＭ方法［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０２０，３４（０７）：１－７．［１４］黄铉．特征降维技术的研究与进展［Ｊ］．计算机科学，２０１８，４５（Ｓ１）：１６－２１，５３．［１５］王霞，董永权，于巧，等．结构化支持向量机研究综述［Ｊ］．计算机工程与应用，２０２０，５６（１７）：２４－３２．［１６］冯茜，李擎，全威，等．多目标粒子群优化算法研究综述［Ｊ］．工程科学学报，２０２１，４３（０６）：７４５－７５３．８７１智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１３卷㊀Copyright©博看网. 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1概述疲劳驾驶是导致道路交通事故的重要原因之一。

通过识别疲劳驾驶的状态可以改善车辆行驶的安全性。

目前识别疲劳驾驶的方法大致分为两类:基于视觉特征和基于非视觉特征的方法[1]。

视觉特征技术主要通过提取面部、眼睛和嘴巴等面部特征,利用计算机视觉技术通过分析眼睛和嘴巴的状态来检测是否疲劳驾驶。

但是,外部干扰(如照明变化,突然的头部移动和夜间的黑暗)会降低识别的精度。

基于非视觉特征的技术也分为两类:驾驶员生理分析和驾驶行为参数分析[2]。

非视觉特征的技术通常是侵入性的,需要驾驶员佩戴多个不同的传感器,而直接接触会给人带来不舒服的感觉,甚至干扰驾驶。

基于驾驶行为参数分析的方法通过检测和分析驾驶行为如加速、刹车、换档和转向的变化信号,来识别疲劳驾驶,然而,具有模糊车道标记的行驶环境可能会妨碍这些方法的适用性[3]。

由此可见,基于单源信息的识别方法在获取可靠和健壮的数据方面具有不可避免的局限性,研究采用多源特征的疲劳驾驶识别方法对改善疲劳驾驶识别具有十分重要的意义。

为了解决上述问题,提出了一种基于MCSVM的多特征识别的疲劳驾驶识别方法。

考虑两种疲劳特征源,即面部特征和驾驶行为特征。

通过基于灰色关联分析(GRA)的特征识别过程来选择最有效的疲劳特征,该特征识别过程减少了计算负担并且排除了潜在的数据冗余。

通过基于多类支持向量机(MCSVM)分类器的修改BPA消除潜在的证据冲突,该分类器具有考虑冲突证据的校正技术。

在可靠性方面,尤其在发生外部干扰时,提出的方法优于基于闭眼百分比(PERCLOS)的方法。

2疲劳驾驶识别模型2.1问题定义为了克服单源信息识别方法的局限性,提出一种基于多源信息的疲劳驾驶识别方法。

通常,疲劳特征越多越有助于改善疲劳驾驶识别的准确性[4]。

然而,高维特征可能会带来更大的计算负担,影响疲劳驾驶识别的实时性。

因此选择最有效的特征来实现疲劳驾驶的识别具有现实意义。

现有的疲劳识别模型主要有基于人工神经网络,支持向量机和贝叶斯网络。

svm和rf分类方法-回复主题：SVM和RF分类方法引言：在机器学习领域，支持向量机（Support Vector Machines，SVM）和随机森林（Random Forest，RF）是两种常见的分类方法。

它们都被广泛应用于各种实际问题中，如图像识别、文本分类、金融风险分析等。

本文将一步一步介绍SVM和RF分类方法的原理及其在实际应用中的优缺点。

第一部分：支持向量机（SVM）SVM是一种基于统计学习理论的二分类模型。

其核心思想是通过构建一个超平面，将不同类别的数据点有效地分开。

具体而言，SVM将数据点映射到高维空间，并寻找一个最大间隔的超平面，使得不同类别的数据点尽量远离超平面。

SVM的优点包括：1.在高维空间中工作良好：SVM通过将数据映射到高维空间，可以有效处理非线性问题，提高分类的准确性。

2.对于小样本数据集表现较好：SVM基于结构风险最小化原理，可以通过最小化经验风险和结构风险之和来提高模型的泛化能力。

然而，SVM也存在一些缺点：1.参数选择困难：SVM需要选择合适的内核函数和超参数，如核函数类型、核函数参数和软间隔参数等。

这些参数的选择对模型的性能有着重要影响，但往往需要经验或交叉验证来确定。

2.计算复杂度高：映射数据到高维空间以及构建最大间隔超平面都需要耗费大量的计算资源，特别是在处理大规模数据集时，计算复杂度会更高。

第二部分：随机森林（RF）随机森林是一种基于决策树的集成学习方法。

RF的核心思想是通过构建多个决策树，然后通过投票或平均的方式来进行分类。

具体而言，RF对数据进行有放回的随机抽样，构建多个相互独立的决策树，并通过投票或平均来决定最终分类结果。

RF的优点包括：1.高准确性：通过构建多个决策树并进行集成，RF可以有效减小过拟合现象，提高分类的准确性。

2.对于高维数据和离散特征的适应能力强：RF对特征的选择没有要求，能够自动处理不相关的特征和高度相关的特征。

然而，RF也存在一些缺点：1.模型可解释性较差：由于RF由多个决策树组成，模型的可解释性较差，很难对预测结果做出准确的解释。

基于SVM的数据分类与预测分析数据分类是机器学习领域中重要的一部分，它通过对各种数据进行分类以便于进行后续的分析和处理。

SVM（Support Vector Machine）是一种广泛应用于数据分类及预测分析的算法，它在处理高维、复杂的数据时具有极高的准确性和性能表现。

本文将从SVM的基础知识、应用场景、算法实现及性能分析等多个角度来介绍SVM的数据分类及预测分析。

一、SVM概述SVM是一种非常流行的监督学习方法，也是一个二元分类（Binary classification）模型，它能够将高维的数据集转换为低维数据，从而使数据集在可视化和计算上都更易于处理。

SVM的核心思想是通过寻找超平面（Hyperplane）来分割数据集，使得各类别的数据点距离超平面的间隔最大化，从而达到最优的分类效果。

如下图所示，蓝色和红色的点分别代表两个类别的数据点，SVM选择将它们分别放在两个不同的边界（黄色、绿色）上，并保证两个边界之间的距离最大化，这就是最优化分类问题的经典思路。

二、SVM的应用场景SVM算法在许多领域中均有着较为广泛的应用，包括文本分类、图像识别、生物信息学、语音识别等多个方面。

其中文本分类是SVM应用最为成熟的领域之一，例如基于SVM进行文本分类的应用有中文新闻分类和电子邮件垃圾分类等。

除了文本分类，SVM在图像处理领域也有着广泛的应用。

例如，在图像分类中，利用SVM对图片进行分类，可以方便地将不同类型的图像进行区分。

另外，在人脸识别领域中，基于SVM的方法也被广泛使用。

三、SVM算法实现以Python为基础平台，sklearn是常看到并且使用最为广泛的Python机器学习库之一，它提供了大量的工具和API，将SVM算法应用到实际生产环境中变得异常便捷。

首先，我们需要定义数据的训练集、测试集并进行预处理。

在sklearn库中，提供了大量对数据进行预处理的方法和函数。

例如，可以对原始数据进行标准化、缩放、归一化等多种预处理方法。

基于SVM算法的二分类问题改进研究在机器学习中，支持向量机（Support Vector Machine，SVM）是一种由Vapnik等人提出的分类学习算法，它在解决二分类问题中有很高的成功率。

SVM 基于结构风险最小化原则，建立在大间隔（maximal margin）概念之上，通过对训练数据和新样本构成的凸集进行间隔最大化与非线性映射，达到良好的分类性能。

本文主要探讨如何在二分类问题中改进SVM算法，以提高分类准确率。

一、SVM算法思想及其应用SVM是一种坚实可靠的分类器，其实现原理是基于构建决策函数从数据空间到高维特征空间的映射，使得数据能够在特征空间中线性可分。

具体来说，在二分类问题中，SVM通过将两个类别分别转化为两个集合，然后利用核函数将数据映射到高维空间，在新的特征空间中找到一个分割超平面，使得两个类别的支持向量（即最靠近超平面的数据点）之间的距离最大，保证从新数据点到超平面的距离最远，从而将样本进行分类。

SVM算法在实际应用中表现出了很好的性能。

例如，在图像分类领域，SVM 已经广泛应用于目标检测、人脸识别、图像分类等问题中，效果显著。

此外，在文本分类、音频分类、药物分子分类等领域，SVM也有着广泛的应用。

然而，SVM 算法在解决一些复杂的分类问题时，也表现出一定的局限性。

二、SVM算法的局限性在实践中，SVM算法的性能取决于许多因素，如特征选择、样本选择、正则化参数C的选择等。

尽管SVM可以处理非线性可分问题，但由于其需要映射到高维空间，这也会产生一些问题：例如，如果特征数目较大，映射到高维空间可能会变得非常耗时。

此外，在某些情况下，对于复杂的非线性决策边界，SVM的分类性能可能会降低。

为了解决这些问题，SVM算法还需要一些改进。

三、SVM算法的改进（1）特征选择特征选择是指从原始特征集合中挑选一个特征子集，以提高分类器性能。

如何选择特征是一个关键的问题。

传统的特征选择方法包括过滤型方法、包裹型方法和嵌入型方法。

二歧分类法二歧分类法是一种应用广泛、被广大研究人员重视的机器学习方法。

它是一种分类方法，其中样本数据可以被映射到一个高维空间，高维空间中的数据以多属性的方法将样本点划分为不同的类别。

二歧分类法是一种基于支持向量机（SVM）的机器学习方法，它的基本思想是找到一组最优的分离超平面来将训练数据集的样本分类。

当确定分离超平面后，任何新样本都可以根据分离超平面的判断结果确定它属于哪一类。

二歧分类法借鉴了规则学习理论，引入了超平面分割技术，其中，超平面是空间中一个分离样本点的平面，这个平面使得分类损失最小。

其优势在于，即使当样本数据呈现非线性分布时，二歧分类法仍然可以通过将其映射到高维空间来检测其潜在的线性分布。

此外，二歧分类法还可以学习训练数据的一些复杂模式，从而提高分类的准确率。

应用二歧分类法，首先要提取数据的特征，然后建立模型，以构建最佳的超平面。

这个步骤往往需要借助统计学和机器学习理论来实现。

常见特征如：物理学、数学等，并使用一定的模型参数来构造超平面。

然后，就是利用这个超平面进行分类，具体的过程也是根据测试数据来完成的，主要包括四个步骤：定义输入和输出；计算分类的决策函数；测试决策函数；更新模型参数。

最后，根据训练后的分类结果，调整和优化模型，使其拟合测试数据，最终评估模型。

二歧分类法在许多实际应用中得到了广泛的应用，最著名的例子就是计算机视觉领域。

由于它可以通过建立多属性分类模型来有效地分类图像，因此，它被广泛用于图像分类和识别，如人脸识别、情感分析、文本分类，物体检测和识别等。

以及自然语言处理领域，许多语音识别系统也采用了这种方法。

此外，二歧分类法可以用于非结构化数据的分类，包括在生物信息学、医学、数据挖掘以及金融领域的应用。

二歧分类法可以帮助实现更精准的数据建模，从而有助于更准确地预测分类结果。

总之，二歧分类法是一种应用非常广泛的机器学习技术，可以应用于大量各种实际问题，具有较高准确性和一定的分析能力。