基于禁忌搜索算法的生理信號情感識別研究.pdf

1、情感在人類的感知、決策等過程中扮演著重要角色。長期以來情感智能的研究只存在于心理學(xué)和認知科學(xué)領(lǐng)域，近年來，隨著人工智能的發(fā)展，情感智能與計算機技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了情感計算這一嶄新的研究方向，大大地促進了計算機技術(shù)和認知科學(xué)的發(fā)展。情感的計算機自動識別是通向情感計算的第一步。在面部表情、聲音、姿態(tài)和生理信號情感識別中，生理信號作為人類最真實的情感體現(xiàn)，攜帶著豐富的情感信息。如何使用計算機技術(shù)從生理信號中自動識別情感狀態(tài)，是近年來受到研究者廣泛關(guān)

2、注的課題?，F(xiàn)有的基于生理信號特征的情感識別研究，還存在較多局限性，如不能像面部表情等找到一種可以廣泛使用的特征，且識別效果不佳，魯棒性較差等。因此在生理信號的情感識別研究中，還有較多的問題亟需加以研究，尤其是情感特征的選擇問題更是情感計算研究中的一個重要問題。 禁忌搜索算法(Tabu Search，TS)是一種亞啟發(fā)式搜索算法。TS通過引入一個靈活的存儲結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的禁忌準(zhǔn)則來避免迂回搜索，并通過藐視準(zhǔn)則來赦免一些被禁忌的優(yōu)良狀態(tài)

3、，進而保證多樣化的有效探索以最終實現(xiàn)全局優(yōu)化。近年來的研究表明，禁忌搜索算法具有與遺傳算法、模擬退火算法相當(dāng)?shù)男阅埽踔粮鼉?yōu)越。作為一種性能良好的優(yōu)化方法，禁忌搜索算法已經(jīng)成功應(yīng)用于組合優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、特征選擇等領(lǐng)域。然而，目前將禁忌搜索算法用于情感識別的研究卻未見報道。 論文針對傳統(tǒng)的生理信號特征選擇的局限性，采用禁忌搜索算法作為情感的特征選擇方法，以日常生活中最常見的四種情感狀態(tài)：高興、憤怒、悲傷和喜悅狀態(tài)為例，對基于生理信

4、號的情感識別進行了研究，主要工作內(nèi)容如下： (1)針對生理信號自身的特點，對心電(Electrocardiogram，ECG)、皮膚電(Skin Conductance，SC)、肌電(Electromyography，EMG)和呼吸作用(Respiration Rate，RSP)四種生理信號進行差分、濾波、頻域變換等操作，提取出193種統(tǒng)計特征。 (2)將禁忌搜索算法和近鄰法結(jié)合，以近鄰法分類的正確率作為禁忌搜索算法的評

5、價準(zhǔn)則函數(shù)，對高興(Joy)、憤怒(Anger)、悲傷(Sadness)和喜悅(Pleasure)四種情感進行識別，即生理信號特征選擇和情感分類是相互交叉進行運算的。將單一生理信號和四種生理信號的情感總體識別率對比，可以看出生理信號越多，情感的識別效果越好。單一生理信號情感的正確識別率均達到50％以上，四種生理信號的總體情感識別率達到80％以上。在單一情感識別的實驗中，憤怒是最易被識別的情感，識別正確率通常可以達到100％。 (