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智慧康养数据集构建与机器学习应用方法
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更新于2024-06-28
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本文主要探讨了面向智慧康养的数据集构建方法及其在实际应用中的作用。随着中国老龄化进程的加快,康养数据的采集和分析面临诸多挑战,尤其是由于数据量不足和质量不高,导致机器学习模型的性能受限。为了克服这个问题,研究团队提出了一种创新的数据生成模型,分为三个阶段: 1. 基础属性生成阶段:利用树形结构策略,按照自上而下的原则,生成符合原始数据集分布的基础属性样本。这种方法保证了生成数据的基本一致性。 2. 基础行为能力指标生成阶段:采用朴素贝叶斯算法,将基础行为能力指标的生成转化为分类问题,通过学习已有的样本,生成新的行为能力指标数据。 3. 高阶行为能力指标生成阶段:通过多元线性回归,基于前两阶段的结果,建立多个线性回归模型,根据选定的自变量预测高阶行为能力指标,进一步丰富数据集的复杂度。 整个过程旨在通过小样本数据集生成大量的、具有区域养老人群特征的样本,以增强模型的泛化能力和决策支持。生成的数据集不仅用于康复训练计划的推荐,还被用于训练基于神经网络的分类推荐模型。这种模型在康复专家的验证和筛选后,能够根据用户的具体情况,提供个性化的康复训练计划。 值得注意的是,与传统机器学习依赖大量数据相比,深度学习模型如卷积神经网络在处理小样本时面临挑战。论文引用的研究试图通过迁移学习的方式,利用大规模数据集的预训练模型来解决小样本数据集的问题,但这种方法受限于预训练数据集的可用性和相关领域的数据规模。 本文的工作不仅解决了智慧康养数据集构建的问题,也为其他领域的深度学习小样本问题提供了新的思考方向,对于推动康养服务的智能化和个性化具有重要意义。
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2.1 基 于 树 形结 构 的 基 础属 性 生 成 策略
在原始数据集当中基础属性包括了性别、年龄、残疾类型、残疾原因、残
疾等级共 5 个维度特征,且它们在数据集中都呈现出一定的分布规律。如果要
同时生成各个维度的值,则会忽略它们之间的相关性;如果只是简单地用随机的
方法生成各个维度的值,则生成的数据会不满足原始数据集的分布,失去有效性
和真实性。因此,本节提出了基于树形结构的基础属性生成策略:考虑先根据
残疾类型的分布情况,采用改进后的轮盘赌算法确定生成样本的残疾类型,然后
以此为 根节点,性别特征为其子节点,利用条件分布,再 次使用改进后的轮盘赌
算法确定性别特征;以此类推,按照树形结构的思想,不断利用条件分布,采用改
进后的轮盘赌算法,自上而下地确定各个维度的值,最终实现基础属性的生成。
在确定了生成策略之后,本文对原数据进行了预处理,从原数据集中筛选出
真实可用的 80 条数据。对这些数据的基础属性进行统计分析,样本的分布呈现
出一定的规律,各个基础属性统计分布如表 1 所示。
表 1 基础属性统计分布
Table 1 Basic attribute statistical distribution
基础属性
数据包含项
分布比例
性别
(男、女)
[48∶32]
年龄
(按照年龄段划分)[0,44],[45,59],60 以上
[15∶37∶28]
残疾类型
(偏瘫、截瘫、脑瘫等)
[59∶6∶3∶3⋯]
残疾原因
(疾病、感染、产伤等)
[40∶10∶8∶5⋯]
残疾等级
(一级、二级、三级等)
[10∶10∶20∶40]
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常见的轮盘赌算法通常需要先计算适应度比例,即对于数量为 N 的养老康
复样本,给每个个体 xi 一个适应度值 f(xi),则每个特征值的选择概率为:
p(xi)=f(xi)∑j=1Nf(xj)
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