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Principal Discriminant Variate (PDV) Method for Classification of Multicollinear Data: Application to Diagnosis of Mastitic Cows Using Near-Infrared Spectra of Plasma Samples

  • Jiang, Jian-Hui;Tsenkova, Roumiana;Yu, Ru-Qin;Ozaki, Yukihiro
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
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    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
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    • pp.1244-1244
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    • 2001
  • In linear discriminant analysis there are two important properties concerning the effectiveness of discriminant function modeling. The first is the separability of the discriminant function for different classes. The separability reaches its optimum by maximizing the ratio of between-class to within-class variance. The second is the stability of the discriminant function against noises present in the measurement variables. One can optimize the stability by exploring the discriminant variates in a principal variation subspace, i. e., the directions that account for a majority of the total variation of the data. An unstable discriminant function will exhibit inflated variance in the prediction of future unclassified objects, exposed to a significantly increased risk of erroneous prediction. Therefore, an ideal discriminant function should not only separate different classes with a minimum misclassification rate for the training set, but also possess a good stability such that the prediction variance for unclassified objects can be as small as possible. In other words, an optimal classifier should find a balance between the separability and the stability. This is of special significance for multivariate spectroscopy-based classification where multicollinearity always leads to discriminant directions located in low-spread subspaces. A new regularized discriminant analysis technique, the principal discriminant variate (PDV) method, has been developed for handling effectively multicollinear data commonly encountered in multivariate spectroscopy-based classification. The motivation behind this method is to seek a sequence of discriminant directions that not only optimize the separability between different classes, but also account for a maximized variation present in the data. Three different formulations for the PDV methods are suggested, and an effective computing procedure is proposed for a PDV method. Near-infrared (NIR) spectra of blood plasma samples from mastitic and healthy cows have been used to evaluate the behavior of the PDV method in comparison with principal component analysis (PCA), discriminant partial least squares (DPLS), soft independent modeling of class analogies (SIMCA) and Fisher linear discriminant analysis (FLDA). Results obtained demonstrate that the PDV method exhibits improved stability in prediction without significant loss of separability. The NIR spectra of blood plasma samples from mastitic and healthy cows are clearly discriminated between by the PDV method. Moreover, the proposed method provides superior performance to PCA, DPLS, SIMCA and FLDA, indicating that PDV is a promising tool in discriminant analysis of spectra-characterized samples with only small compositional difference, thereby providing a useful means for spectroscopy-based clinic applications.

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PRINCIPAL DISCRIMINANT VARIATE (PDV) METHOD FOR CLASSIFICATION OF MULTICOLLINEAR DATA WITH APPLICATION TO NEAR-INFRARED SPECTRA OF COW PLASMA SAMPLES

  • Jiang, Jian-Hui;Yuqing Wu;Yu, Ru-Qin;Yukihiro Ozaki
    • 한국근적외분광분석학회:학술대회논문집
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    • 한국근적외분광분석학회 2001년도 NIR-2001
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    • pp.1042-1042
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    • 2001
  • In linear discriminant analysis there are two important properties concerning the effectiveness of discriminant function modeling. The first is the separability of the discriminant function for different classes. The separability reaches its optimum by maximizing the ratio of between-class to within-class variance. The second is the stability of the discriminant function against noises present in the measurement variables. One can optimize the stability by exploring the discriminant variates in a principal variation subspace, i. e., the directions that account for a majority of the total variation of the data. An unstable discriminant function will exhibit inflated variance in the prediction of future unclassified objects, exposed to a significantly increased risk of erroneous prediction. Therefore, an ideal discriminant function should not only separate different classes with a minimum misclassification rate for the training set, but also possess a good stability such that the prediction variance for unclassified objects can be as small as possible. In other words, an optimal classifier should find a balance between the separability and the stability. This is of special significance for multivariate spectroscopy-based classification where multicollinearity always leads to discriminant directions located in low-spread subspaces. A new regularized discriminant analysis technique, the principal discriminant variate (PDV) method, has been developed for handling effectively multicollinear data commonly encountered in multivariate spectroscopy-based classification. The motivation behind this method is to seek a sequence of discriminant directions that not only optimize the separability between different classes, but also account for a maximized variation present in the data. Three different formulations for the PDV methods are suggested, and an effective computing procedure is proposed for a PDV method. Near-infrared (NIR) spectra of blood plasma samples from daily monitoring of two Japanese cows have been used to evaluate the behavior of the PDV method in comparison with principal component analysis (PCA), discriminant partial least squares (DPLS), soft independent modeling of class analogies (SIMCA) and Fisher linear discriminant analysis (FLDA). Results obtained demonstrate that the PDV method exhibits improved stability in prediction without significant loss of separability. The NIR spectra of blood plasma samples from two cows are clearly discriminated between by the PDV method. Moreover, the proposed method provides superior performance to PCA, DPLS, SIMCA md FLDA, indicating that PDV is a promising tool in discriminant analysis of spectra-characterized samples with only small compositional difference.

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복잡한 영상에 강인한 손동작 인식 방법 (Hand Gesture Recognition Algorithm Robust to Complex Image)

  • 박상윤;이응주
    • 한국멀티미디어학회논문지
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    • 제13권7호
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    • pp.1000-1015
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    • 2010
  • 본 논문에서는 손동작 인식을 위한 새로운 방법을 제안한다. 손 추출을 위한 방법으로는 피부색과 boundary energy 정보를 이용하고 moment method로 손바닥의 중심을 구하게 된다. 손동작 인식은 두 단계로 나눌 수 있다. 첫 번째 단계는 손 형상 인식으로 병렬 신경망을 이용하였다. 손 형상의 패턴을 추출하기 위해서 fitting ellipses method를 이용하였다. fitting ellipses method는 추출된 손 영역을 12개의 타원형으로 분류하고 타원 외곽선의 흰 픽셀 비율을 계산한다. 패턴은 12개의 입력 노드로 신경망에 입력되고 4개의 출력 노드로 출력되는데 각 출력 노드는 0~1사이의 값을 갖게 된다. 손 형상은 4개의 출력 노드의 구성으로 나타낼 수 있다. 두 번째 단계는 손동작 추적과 인식이다. 손동작 추적과 인식을 위해서는 손동작의 위치 정보를 예측 할 수 있는 Kalman Filter를 이용하였다. 실험은 Windows XP상에서 수행되었고 제안한 알고리즘의 효율성을 평가하였다. 손 형상을 인식하기 위해서 300개의 이미지를 인식기에 훈련시키고 200개의 이미지를 실험에 사용하였다. 194개 이상의 이미지가 정확하게 인식 되었다. 그리고 손동작 추적 인식을 실험하기 위해서 1200번의 손동작(각 동작은 400번)을 사용하였고 그 중 1002번의 손동작이 정확하게 인식 되었다.이러한 결과는 제안된 방법이 손 영역을 추출하고 손 동작을 인식하는데 유용함을 확인 할 수 있었다.

Lysobacter enzymogenes LE429와 Neem oil을 이용한 고추 병해의 생물학적 방제 (Biocontrol of pepper diseases by Lysobacter enzymogenes LE429 and Neem Oil)

  • ;조민영;이용성;박윤석;박노동;남이;김길용
    • 한국토양비료학회지
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    • 제43권4호
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    • pp.490-497
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    • 2010
  • 근권토양으로부터 고추역병균을 포함한 다양한 식물 병원성 곰팡이에 대하여 항균활성이 강한 세균을 분리하였다. 이 세균은 16S rRNA gene서열 분석 결과 Lysobacter enzymogens로 동정되었고 LE429로 명명 하였다. LE429는 chitinase, ${\beta}-1$, 3-glucanase, protease, gelatinase, lipase 및 항생물질과 같은 다양한 이차대사산물을 분비하였다. 항생물질은 diaon HP-20 및 sephadex LH-20 컬럼크로마토그래피 및 HPLC로 정제하여, GC-EI 및 GC-CI분석을 통하여 phenylacetic acid로 동정되었다. Field 실험에서 LE429의 고추 병해 억제 효과를 조사하기 위해 LE429배양액(CB), Neem oil 용액 (NO), LE429배양액과 Neem oil 용액을 섞은 혼합액(CB+NO), 그리고 대조구로서 물(CON)을 각각 고추에 처리하였다. 고추의 수량구성요소는 일반적으로 CB 처리구가 가장 높았고, CB+NO, CON 그리고 NO 순서로 나타났다. CB 처리구에서 병원성 곰팡이는 강하게 억제 되었지만, 몇몇 해충이 발견되었다. NO 처리구에서는 해충은 발견 되지 않았지만, 병원성 곰팡이가 발견 되었다. 하지만, CB+NO 처리구에서 병원성 곰팡이 및 해충이 전혀 발견 되지 않았다. 결론적으로, 2차 대 사산물을 생산하는 LE429와 Neem oil의 혼합액은 고추에 발생하는 병원성 곰팡이와 해충에 대한 좋은 생물학적 방제제가 될 수 있다고 사료된다.

남북한 중등학교 수학교육의 통합방안 모색 (A Comparative Study on the Secondary School Mathematics Education of South and North Korea)

  • 우정호;박문환
    • 대한수학교육학회지:수학교육학연구
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    • 제12권1호
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    • pp.49-70
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    • 2002
  • There have recently been increasing exchanges between South and North Korea in many areas of society, involving politics, economics, culture, education. In response to these developments, research activities are more strongly demanded in each of these areas to help prepare for the final unification of the two parts of the nation. In the area of mathematics education, scholars have started to conduct comparative studies of mathematics education in South and North Korea. As a response to the growing demand of the time, in this thesis we compared the secondary mathematics education in South Korea with that in North Korea. To begin with, we examined the background of education, in North Korea, particularly predominant ideological, epistemological and teaching theoretical aspects of education in North Korea. Thereafter, we compared the mathematics curriculum of South Korea with that of North Korea. On the basis of these examinations, we compared the secondary school mathematics textbooks of South and North Korea, and we attempted to suggest a guideline for researches preparing for the unification of the mathematics curriculum of South and North Korea. As a communist society, North Korea awards the socialist ideology the supreme rank and treats all school subjects as instrumental tools that are subordinated to the dominant communist ideology. On the other hand, under the socialist ideology North Korea also emphasizes the achievement of the objective of socialist economic development by expanding the production of material wealth. As such, mathematics in North Korea is seen as a tool subject for training skilled technical hands and fostering science and technology, hence promoting the socialist material production and economic development. Hence, the mathematics education of North Korea adopts a so-called "awakening teaching method," and emphasizes the approaches that combine intuition with logical explanation using materials related with the ideology or actual life. These basic viewpoints of North Korea on mathematics education are different from those of South Korea, which emphasize the problem-solving ability and acquisition of academic mathematical knowledge, and which focus on organizing as well as discovering knowledge of learners' own accord. In comparison of the secondary school mathematics textbooks used in South and North Korea, we looked through external forms, contents, quantity of each area of school mathematics, viewpoints of teaching, and term. We have identified similarities in algebra area and differences in geometry area especially in teaching sequence and approaching method. Many differences are also found in mathematical terms. Especially, it is found that North Korea uses mathematical terms in Hangul more actively than South Korea. We examined the specific topics that are treated in both South and North Korea, "outer-center & inner-center of triangle" and "mathematical induction", and identified such differences more concretely. Through this comparison, it was found that the concrete heterogeneity in the textbooks largely derive from the differences in the basic ideological viewpoints between South and North Korea. On the basis of the above findings, we attempted to make some suggestions for the researches preparing for the unification in the area of secondary mathematics education.

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끓는점 오름에 대한 내용표상화(Content Representation) 활동에서 나타난 예비교사의 PCK 특징 (Characteristics of Pre-service Teachers' PCK in the Activities of Content Representation of Boiling Point Elevation)

  • 이영민;허진휴
    • 한국과학교육학회지
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    • 제33권7호
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    • pp.1385-1402
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    • 2013
  • 이 연구는 끓는점 오름에 대한 내용표상화 활동과 모의수업 실행을 통해서 예비교사의 PCK를 분석하였다. 예비교사의 지식을 PCK 요소에 따라 분석한 결과, 대부분의 예비교사는 끓는점 오름에 대한 개념적인 이해를 중시하였는데, 일부는 끓는점 오름 현상을 과학적인 시각으로 이해하고, 수식을 도구로 사용하며, 실생활에 적용되는 경험을 통해 학습 동기를 얻게하는 과학 교수 지향도 보였다. 예비교사는 끓는점 오름에 관하여 가르쳐야 할 중요한 내용의 대부분을 개념 이해를 위해 습득해야 할 지식으로 제시했으며, 과학적 사고나 탐구능력 신장을 위한 내용은 나타나지 않았다. 또한 교과서 내용의 수준과 전개 순서에 의존하는 경향을 보였으며 일부는 교과서 편집상 강조되어있는 용어나 자료를 학습할 내용으로 여기거나, 예제 문제의 풀이를 학습 목표로 보는 경우도 있었다. 학생 이해에 대한 지식은 부족한 것으로 나타났는데, 실제 교수 경험이 없는 예비교사들은 자신의 학습 경험을 바탕으로 학생 수준을 간접적으로 이해하려고 시도하므로, 예비교사교육과정에서 오개념 자료 등을 적극적으로 활용할 필요가 있다. 교수 전략과 평가에 대한 지식은 다른 요소에 비해 피상적으로 표현되었는데, 목표와 연계된 방법을 고민하기 보다는 순환학습과 발견학습 같은 모형의 적용만을 언급하거나 일반적인 평가 방법을 나열하는데 그쳤다.

연속 음성 인식 시스템을 위한 향상된 결정 트리 기반 상태 공유 (Improved Decision Tree-Based State Tying In Continuous Speech Recognition System)

  • 김동화;;;김형순;김영호
    • 한국음향학회지
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    • 제18권6호
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    • pp.49-56
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    • 1999
  • 결정 트리 기반 상태 공유 방법은 HMM을 사용하는 많은 연속 음성 인식 시스템에서 강인하고 정확한 문맥 종속 음향 모델링 뿐만 아니라 훈련 중에는 나타나지 않은 모델들의 합성을 위하여 널리 사용되고 있다. 음성 결정 트리를 구성하기 위한 표준적인 방법은 단일 가우시안 트라이폰 모델을 이용한 1계층 프루닝 만을 사용하고 있다. 본 논문에서는 더욱 정교한 음향 모델링을 통하여 인식 성능 향상을 도모하기 위하여 새로운 2가지 접근 방법 즉, 2계층 결정 트리와 복수 혼합 결정 트리를 제안한다. 2계층 결정 트리는 상태 공유와 혼합 가중치 공유를 위하여 2계층 프루닝을 수행하며, 두 번째 계층을 사용하여 공유 상태들도 음성 문맥의 유사도에 따라서 서로 다른 가중치들을 사용할 수 있다. 두 번째 제안된 방법 에서는 훈련 과정 즉, 혼합 분할 및 재추정 과정과 함께 음성 결정 트리가 계속 갱신되어 진다. 복수 혼합 결정 트리를 구성하기 위하여 단일 가우시안 뿐만 아니라 복수 혼합 가우시안 모델이 함께 사용된다. 제안된 방법들을 이용하여 BN-96과 WSJ5k 데이터를 사용한 연속 음성 인식 실험을 수행한 결과, 표준 결정 트리를 사용한 시스템과 비교하여 공유 상태의 개수를 비슷하게 유지하면서 단어 오인식률을 줄일 수 있었다.

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운율경계정보를 이용한 HMM기반 한국어 TTS 자연성 향상 연구 (Improvement of Naturalness for a HMM-based Korean TTS using the prosodic boundary information)

  • 임기정;이정철
    • 한국컴퓨터정보학회논문지
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    • 제17권9호
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    • pp.75-84
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    • 2012
  • HMM 기반 음성합성시스템은 성능향상을 위해 일반적으로 대용량 음성 DB로부터 생성된 문맥의존 tri-phone을 이용한다. 그리고 대용량 DB의 경량화를 위해서 문맥의존정보를 이용하여 결정트리 방식으로 발화특성이 유사한 문맥의존음소들을 군집화한다. 군집화에 사용하는 문맥의존정보는 음소열 뿐만 아니라 운율정보도 포함하는데 이는 합성음의 자연성이 끊어 읽기, 억양패턴, 음의 장단과 같은 운율에 의해 크게 좌우되기 때문이다. 그러나 복잡한 운율정보를 사용할 경우 훈련과정에 포함되지 않은 문맥의존음소는 하나의 대표값으로 평활화되며 이로 인해 합성음의 자연성이 크게 저하된다. 본 논문에서는 합성음의 자연성을 향상시키기 위해 복잡한 운율정보 대신 억양 변화를 상승, 평탄, 하강으로 구분함으로써 운율정보표현을 간소화시킨 운율경계정보를 포함하는 문맥의존정보에 대한 문맥질의, 그리고 해당 질의의 패턴을 정의하는 방법을 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 세 가지 운율경계정보를 포함한 문맥의존정보를 이용하여 합성음을 생성하고 MOS평가를 수행한 결과 운율경계정보를 이용한 HMM기반 한국어 TTS 합성음의 자연성이 향상됨을 확인하였다.

Changes in the quadriceps-to-hamstring muscle ratio during wall squatting according to the straight leg raise test angle

  • Kim, Jaeeun;Kim, HyeonA;Lee, JuYeong;Lee, HoYoung;Jung, Hyoseung;Cho, YunKi;Choi, HyeMin;Yi, Donghyun;Kang, Daewon;Yim, Jongeun
    • Physical Therapy Rehabilitation Science
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    • 제8권1호
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    • pp.45-51
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    • 2019
  • Objective: The purpose of this study was to investigate the muscle activity ratio of the lower limb according to changes in straight leg raise (SLR) test angles on hamstring muscle shortening during squat exercises. Design: Randomized controlled trial. Methods: The subjects were 14 healthy adults who were informed of and agreed to the method and purpose of the study. The participants were classified into SLR groups according to two angles (over $80^{\circ}$ or under $80^{\circ}$) assessed using the SLR tests. After training and practicing the wall squat posture to be applied to the experiment, electromyography (EMG) was used to measure changes in muscle activity during the performance of a wall squat. After stretching, a sequence of pre-stretch tests were performed again, and the active and passive SLR tests were also reconducted; thereafter, a wall squat was performed again by attaching EMG electrodes. The EMG results before and after stretching were compared. Results: The muscle activity of the vastus lateralis oblique muscle increased in both groups. The muscle activity of the vastus medialis oblique muscle decreased in over both group. Rectus femorus activity increased in the under 80-degree groups but decreased in the over 80-degree group. The muscle activity of the biceps femoris muscle decreased after stretching in the over 80-degree group and increased in the under 80-degree group, and the semitendinosus muscle activity after stretching was decreased. The quadriceps-to-hamstring muscle (Q:H) ratio before and after stretching between groups showed that the hamstring muscle ratio decreased after stretching in both groups. Conclusions: The results of this study showed that the Q:H ratio before and after stretching between groups was not significantly different.

근육모양의 패턴을 달리한 EMS 복압벨트가 요추 안정화에 미치는 영향에 관한 연구 (Effects of EMS Compression Belts with Different Muscular Patterns on Lumbar Stabilization)

  • 김대연;박진희;김주용
    • 감성과학
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    • 제24권2호
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    • pp.81-92
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    • 2021
  • 본 연구의 목적은 해부학적 근거로 제작한 5가지의 EMS 요추 복압 벨트가 요추 안정화에 미치는 영향을 연구하는 것이다. 본 연구는 요방형근, 척추세움근, 내복사근, 외복사근, 대요근으로 총 5가지의 코어 근육을 선정하여 이에 맞는 근육 모양과 통증 유발점인 압통점을 고려해 전도성 원단으로 패턴을 설계하여 복압 벨트에 결합했다. 총 4가지 동작으로 실험을 진행하여 각각 다른 EMS복압 벨트가 요추 안정화에 미치는 영향을 알아보았다. 건강한 신체의 20대 남성 5명을 대상으로 진행하였고 선정 조건은 최근 3개월 동안 요통 과거력이 없고 사전 검사를 통해 제한되는 동작이 없고, 체간의 근력이 정상등급에 속한 대상이다. 실험 동작의 순서는 하지직거상 검사, 좌전굴, 체전굴, 배근력으로 다음 동작에 제한되지 않게 선정하였다. 동작 간의 휴식은 2분으로 진행하였고, EMS복압 벨트를 착용 후 실험을 진행할 때는 혈류량 증가와 근 활성화를 위해 전기자극을 10분씩 적용하고 진행하였다. 실험 결과의 통계는 비모수 검정으로 윌콕슨 검정과 프리드만 검정을 실시함으로 구체적인 차이를 분석하였다. 본 연구의 결과 5가지의 패턴 중 5,4,3,1,2 순으로 Type별 순위 결과를 확인할 수 있었으며 각 근육의 움직임과 연관성이 있는 실험 동작에 조금 더 유의미한 결과를 확인할 수 있었다. 본 연구의 결론은 해부학적 근거로 제작된 패턴으로 인해 각 근육에 각기 다른 모양으로 전기자극을 전달하였을 때 구분되는 효과를 확인할 수 있었으며 일반인 대상으로 일상생활이나 트레이닝에 있어 요추 안정화를 향상할 수 있을 것으로 기대된다.