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一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法與流程

文檔序號:12698496閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述方法包括下列步驟:

將定位區(qū)域劃分為多個子區(qū)域,在每一個子區(qū)域設置多個定位坐標點;

終端采集每個坐標點RSSI指紋信息和坐標信息,通過無線網(wǎng)絡傳輸至服務器,構建指紋數(shù)據(jù)庫Ψ;

服務器通過集成的決策樹算法對目標所處區(qū)域類別進行判別;

采用KNN算法對以目標所處類別進行匹配,計算精確位置。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,所述的將定位區(qū)域劃分為多個子區(qū)域,在每一個子區(qū)域設置多個定位坐標點具體包括:

按照等間隔劃分方式將定位區(qū)域進行劃分多個子區(qū)域,為每一個子區(qū)域設置類別標簽;

在每一個子區(qū)域上隨機布局多個定位坐標點,記錄每個點坐標信息。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,所述的終端采集每個坐標點RSSI指紋信息和坐標信息,經(jīng)過JSON封裝為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包后通過無線網(wǎng)絡傳輸至服務器。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述的服務器通過集成的決策樹算法對目標所處區(qū)域類別進行判別具體包括:

對指紋數(shù)據(jù)庫Ψ和標簽信息,采用決策樹訓練原則生成決策樹,生成多個葉子結點;

輸入目標樣本進入決策樹根結點,依次與內部分支進行規(guī)則匹配,直到目標樣本進入葉子結點;

葉子結點類別由內部包含樣本數(shù)最多的類別決定,目標樣本所屬區(qū)域類別為葉子結點類別。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述的采用KNN算法對目標所處類別進行匹配,計算精確位置具體包括:

計算待測點的RSSI向量與所處類別對應指紋庫中每條向量的余弦相似度,按進行升序排列,取前K個參考點構成鄰居樣本集,鄰居樣本集對應的二維坐標構成鄰居樣本坐標集;

將鄰居樣本集的余弦相似度作為權重,采用基于加權的方法得出待測點位置坐標(x,y)。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述的指紋數(shù)據(jù)庫Ψ表示為:

<mrow> <mi>&Psi;</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>R</mi> <mi>S</mi> <mi>S</mi> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mi>S</mi> <mi>S</mi> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mi>S</mi> <mi>S</mi> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>RSSI</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>RSSI</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>RSSI</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>RSSI</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>RSSI</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>RSSI</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mo>,</mo> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

其中RSSIm,n(m=1,2...M,n=1,2,...N)表示第m個參考點接收到第n個AP的RSSI平均值,指紋數(shù)據(jù)庫Ψ的每一個行向量表示一個參考點接收到N個AP的RSSI。

7.根據(jù)權利要求4所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述的決策樹訓練原則具體包括:

將RSSI向量每一維分量看做一個分類屬性,因此屬性集表示為:

R(D)={R1,...,Ri,...,RN}

其中,Ri表示RSSI向量第i維分量,針對RSSI第i維屬性Ri,對這些取值按從小到大排序,得到升序序列{Ri1,...,Rij,...Rin},設定[Rij,Rij+1)中間點為區(qū)間劃分點,針對屬性Ri構造候選劃分點集合:

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>R</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>|</mo> <mn>1</mn> <mo>&le;</mo> <mi>i</mi> <mo>&le;</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> <mo>;</mo> </mrow>

構造屬性最佳劃分點判定規(guī)則,即屬性Ri最佳劃分點應滿足:

<mrow> <mi>G</mi> <mi>a</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>D</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>max</mi> <mi> </mi> <mi>E</mi> <mi>n</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>&lambda;</mi> <mo>&Element;</mo> <mo>{</mo> <mo>-</mo> <mo>,</mo> <mo>+</mo> <mo>}</mo> </mrow> </munder> <mfrac> <msubsup> <mi>D</mi> <mi>t</mi> <mi>&lambda;</mi> </msubsup> <mi>D</mi> </mfrac> <mi>E</mi> <mi>n</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>D</mi> <mi>t</mi> <mi>&lambda;</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

根據(jù)上述判定規(guī)則,最優(yōu)劃分點對應信息增益即為屬性本身的信息增益,在構造決策樹時,當前結點屬性應滿足:

R=arg max G(D,Ri)

從根結點出發(fā),依照上述規(guī)則選出最優(yōu)劃分屬性與最優(yōu)劃分點,將樣本集按照劃分點進行二分為兩個子集,接著在這兩個子集上進行進一步劃分,直到所有葉子結點都包含相同類別樣本,完成決策樹構建。

8.根據(jù)權利要求5所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述的計算待測點的RSSI向量與所處類別對應指紋庫中每條向量的余弦相似度具體如下:

目標樣本r={r1,...rN},所處類別數(shù)據(jù)集每一個樣本記為{(rk1,...,rki,...,rkm},目標樣本與數(shù)據(jù)集每個樣本余弦相似度定義為:

<mrow> <msub> <mi>Sim</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>r</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>r</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>N</mi> </msub> </mrow> </msqrt> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>N</mi> </mrow> </msub> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

9.根據(jù)權利要求5所述的一種基于決策樹的快速KNN室內WiFi定位方法,其特征在于,所述的采用基于加權的方法得出待測點位置坐標(x,y)如下:

選取相似度最大的K個樣本,為每個坐標向量定義權重:

<mrow> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>Sim</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <msub> <mi>Sim</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>

待測點目標定位結果如下:

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>

其中,xki表示第k類樣本的第i個坐標向量橫坐標,yki表示第k類樣本的第i個坐標向量縱坐標。

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