Abstract—In this paper, we investigated the application of the
manifold learning algorithm in gait data analysis for the
improvement of the gait classification performance. A manifold
learning algorithm such as isometric feature mapping algorithm
(ISOMAP) was firstly employed to perform nonlinear feature
extraction for initiating the training set, and its effect on a
subsequent classification was then tested in combination with
learning algorithms such as support vector machines. The gait
data including young and elderly participants were analyzed, and
the experimental results demonstrated that the generalization
performance of ISOMAP-SVM is an evidently improved
performance compared to the traditional classifier for
recognizing young-elderly gait patterns. Our work suggested that
manifold learning algorithm can find the intrinsic lowdimensional
manifold embedding in high-dimensional gait data,
and obtain the ‘true’ nonlinear gait features associated with
human gait function change for improving the gait classification
performance. The proposed technique has considerable potential
for future clinical applications.
Keywords-gait analysis; manifold learning algorithm; gait
feature extraction; gait classifcation
I. INTRODUCTION
Recently, with the development of machine learning theory,
a wide variety of novel learning and classification algorithms
have been more and more prevailing in analyzing quantitative
gait data. Especially, some advanced learning algorithm for the
automated recognition of gait change has attracted much
attention because they can solve classification problems with
better performance. For example, Support Vector Machine
(SVM), as a powerful classification technique, has been
employed to classify young and elderly gait pattern for the
assessment of the change of gait function[2,3, 4]. The present
studies have demonstrated that it is important to improve gait
classification performance for evaluating the gait change
exactly. In gait classification algorithms, as we know, the gait
patterns to be classified are usually required to represent as
points in a high-dimensional feature space. In order to improve
the gait classification performance, it is required to extract
some significant gait features from the initial gait features
space for reducing the redundant information before the gait
classification algorithm is executed. In fact, the interaction
between gait variables is a complex non-linear fashion because
of the intrinsic non-linear dynamics of human movement. So,
the key step in the gait classification algorithm designed for
superior performance is to obtain all the “interesting”
characteristic embedded in gait such as nonlinearity[3]. This
motivates the use of the advanced nonlinear analysis technique
that can capture the significant nonlinear information
embedded in the high-dimensional gait data.
Recently, Manifold learning algorithm, as a relatively
advanced powerful tool for non-linear dimensionality
reduction, has been successfully applied in pattern recognition
such as face recognition, human motion data interpretation
[7,8]. Its basic idea is to discover the intrinsic structure of the
data with low dimensionality preserving geometric structure of
the underlying manifold in the high dimensional data according
to the assumption that the data with significant feature resides
in neighborhood of a low-dimensional manifold. Here, we
consider the significant gait features as the low-dimensional
manifold embedded in the high dimensional gait features space,
that is, we apply the manifold learning algorithm in the
quantitative analysis gait data for obtaining the ‘true’ nonlinear
gait features from the high-dimensional input space, thus
providing significant amounts of information for gait
classification [6, 7].
In order to evaluate the effective of nonlinear feature
extraction by manifold learning algorithm for improving gait
classification performance, the kinetic gait data including
young and elderly participants were acquired and analysed.
Here, we first use the isometric feature mapping
algorithm(ISOMAP, an common use of manifold embedding
algorithm) to perform the nonlinear gait features extraction,
and we then test the effect of the extracted gait features on the
gait classification performance by SVM classifier. Besides, we
also compared the generalization performance of our proposed
algorithm with those of SVM-based classification algorithm.
This paper is organized as follows: Section Ⅱ presents the
procedure of the gait data acquisition. In Section Ⅲ, we briefly
introduce manifold learning algorithm for the gait features
extraction. In section Ⅳ, we evaluate the effective of our
proposed technique via experiments. Discussions and
conclusions are given in the section Ⅴ.
II. GAIT DATA ACQUISTION
The kinetic gait data including the thirty healthy young and
thirty normal elderly subjects were acquired because these gait
data contain more relevant information about the intrinsic non-
บทคัดย่องานวิจัยนี้ได้ศึกษาการประยุกต์ใช้ขั้นตอนวิธีการในการวิเคราะห์ข้อมูลการเรียนรู้มากมาย
การเดินสำหรับการปรับปรุงของการเดินการจำแนกผลการปฏิบัติงาน เป็นอเนก
อัลกอริทึมการเรียนรู้ เช่น ไอโซเมตริกคุณลักษณะแผนที่อัลกอริทึม
( isomap ) คือตอนแรกใช้แสดงเส้นคุณลักษณะ
การสกัดแบบชุดฝึกอบรม และผลกระทบบน
หมวดหมู่ต่อไป จากนั้นจึงทำการทดสอบร่วมกับ
อัลกอริทึมการเรียนรู้เช่นเครื่องเวกเตอร์สนับสนุน เดินข้อมูลรวมทั้งเด็กและผู้สูงอายุ
ร่วมวิเคราะห์ และพบว่า ลักษณะทั่วไปของการปรับปรุงประสิทธิภาพ isomap-svm
อย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับแบบดั้งเดิมตามเพื่อ
จำหนุ่มผู้สูงอายุ การเดินแบบงานแนะนำว่า
อเนกอัลกอริทึมการเรียนรู้สามารถค้นหาภายใน lowdimensional
อเนกการฝังข้อมูลการเดินสูง - มิติ
, และได้รับ ' เป็นจริง ' เส้นการเดินคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกับ
เปลี่ยนฟังก์ชันเดินมนุษย์เพื่อปรับปรุงการเดินหมวดหมู่
) เทคนิคที่นำเสนอมีศักยภาพมากสำหรับการใช้งานในอนาคต
คลินิกการวิเคราะห์คำหลักคงที่ ;อเนกการเรียนรู้ขั้นตอนวิธี การสกัดลักษณะการเดิน
.
; การเดิน classifcation เบื้องต้นนี้มีการพัฒนาเครื่องจักรทฤษฎีการเรียนรู้
หลากหลายของการเรียนรู้ที่แปลกใหม่และการจำแนกขั้นตอนวิธี
มีมากขึ้นและแพร่หลายในการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงปริมาณของ
โดยเฉพาะการเรียนรู้ขั้นตอนวิธีขั้นสูงบางอย่างสำหรับการเปลี่ยนแปลงโดยอัตโนมัติงาน
ได้ดึงดูดมากความสนใจเนื่องจากพวกเขาสามารถแก้ปัญหาการจำแนกด้วย
ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่น สนับสนุนเวกเตอร์เครื่องจักร
( SVM ) เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพ การได้รับใช้เพื่อจำแนกเด็กและรูปแบบ
การเดินผู้สูงอายุเพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันการเดิน [ 2 , 3 , 4 ] การศึกษา
แสดงให้เห็นว่ามันเป็นสิ่งสำคัญเพื่อปรับปรุงการเดิน
การจำแนกสมรรถนะการประเมินการเปลี่ยนแปลง
เดินตรง ในขั้นตอนวิธีการก้าวเดิน ตามที่เราทราบ การเดิน
รูปแบบจะจัดเป็นสิ่งจำเป็นที่จะแสดงเป็น
จุดในพื้นที่คุณลักษณะสูง - มิติ . เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการจำแนกประเภท
มันต้องแยกบางคุณสมบัติสำคัญการเดินจากลักษณะการเดินครั้งแรก
พื้นที่สำหรับการลดข้อมูลซ้ำซ้อนก่อนการเดิน
การจำแนกวิธีการประหารชีวิต ในความเป็นจริง การปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรการเดินเป็น
) เพราะที่แฟชั่นของแท้จริงพลศาสตร์ไม่เชิงเส้นของการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ดังนั้น ขั้นตอนสำคัญในการเดิน
การจำแนกขั้นตอนวิธีการออกแบบสำหรับประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเพื่อให้ได้ทั้งหมดที่ " น่าสนใจ "
ฝังตัวในลักษณะการเดิน เช่น ค่า [ 3 ] นี้
กระตุ้นใช้ขั้นสูงเทคนิคการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้น ( Nonlinear
ที่สามารถจับข้อมูลที่ฝังตัวอยู่ในข้อมูลการเดินสูง - มิติ
.
เมื่อเร็ว ๆนี้มากมายการเรียนรู้ขั้นตอนวิธีขั้นสูงเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการค่อนข้าง
dimensionality
ไม่เชิงเส้น ได้รับสมัครเรียบร้อยแล้วใน
ยอมรับรูปแบบเช่นใบหน้าของมนุษย์ , ข้อมูลการเคลื่อนไหวตีความ
[ 7 , 8 ) ความคิดพื้นฐานคือการค้นพบโครงสร้างที่แท้จริงของข้อมูลด้วย dimensionality ต่ำ
รักษาเรขาคณิตโครงสร้างต้นแบบอเนกในสูงมิติข้อมูลตาม
เพื่อสมมติฐานว่าข้อมูลที่มีคุณลักษณะสำคัญอยู่
ในละแวกของอเนกเป็นมิติต่ำ ที่นี่เรา
พิจารณาที่สำคัญการเดินคุณลักษณะที่เป็นมิติต่ํา
มากมายที่ฝังตัวอยู่ในระดับสูงของมิติคุณลักษณะพื้นที่
คือว่า เราใช้ขั้นตอนวิธีการเรียนรู้ต่างๆในการวิเคราะห์เชิงปริมาณของข้อมูลสำหรับการขอรับ
การเดินคุณลักษณะไม่เชิงเส้น ' จริง ' จากพื้นที่สูง - มิติสัญญาณจึง
ให้ยอดเงินที่สําคัญข้อมูลการเดิน
การจำแนก [ 6
7 ]เพื่อประเมินประสิทธิภาพของการสกัดคุณลักษณะไม่เชิงเส้นโดยวิธีการเรียนมากมาย
สำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของการจำแนกประเภทของ , จลนศาสตร์การเดินข้อมูลรวมทั้งเด็กและผู้สูงอายุ
ผู้เข้าร่วมได้มาวิเคราะห์ .
ที่นี่ เราใช้ไอโซเมตริกคุณลักษณะการทำแผนที่
ขั้นตอนวิธี ( isomap , การใช้งานทั่วไปของการฝัง
อเนกขั้นตอนวิธีการไม่เชิงเส้น ) การเดินคุณลักษณะการสกัด
และเราจากนั้นทดสอบผลของการสกัดการเดินคุณลักษณะบน
การเดินหมวดหมู่ผลงานโดย SVM ลักษณนาม นอกจากนี้ เรายังเปรียบเทียบการดำเนินงาน
ของเราเสนออัลกอริทึม SVM ที่มีขั้นตอนวิธีการ .
กระดาษนี้จะจัดดังนี้ ส่วนⅡเสนอ
กระบวนการของข้อมูลไม่เข้า ในส่วนⅢเราสั้น
แนะนำขั้นตอนวิธีการเรียนรู้มากมายสำหรับคุณสมบัติ
ก้าวเดินออกมา ในส่วนⅣเราประเมินประสิทธิภาพของเรา
เสนอเทคนิคผ่านการทดลอง การอภิปรายและ
ข้อสรุปจะได้รับในส่วนⅤ .
2 เครื่องมือที่ใช้ในการเดินเครื่องของข้อมูลรวมทั้ง
สามสิบและสุขภาพเด็ก
การแปล กรุณารอสักครู่..
