การพัฒนา AI เพื่อ Trade หุ้นไทยด้วย Machine Learning

By tharadhol in AI & Robot, Investment, Machine Learning, Sci & Tech, Trading

ปัจจุบันนั้น เทคโนโลยีทางด้าน AI หรือ Machine Learning กำลังเป็นที่สนใจในหลาย ๆ ธุรกิจ ที่จะนำมาพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ เพื่อช่วยเหลือการดำรงชีวิตของมนุษยเราให้สะดวกมากยิ่งขึ้น ในแวดวงของการลงทุน AI ก็เริ่มเข้ามามีบทบาทมาช่วงหนึ่งแล้ว ซึ่งเราจะได้เห็นโฆษณาต่าง ๆ ผ่านหน้าผ่านตากันมาบ้าง ว่ามีกองทุนที่พัฒนาโดย AI มาคอยช่วยเหลือการ trade

งานวิจัยหลาย ๆ งานที่ได้ตีพิมพ์ในต่างประเทศนั้น ก็มีความน่าสนใจ ในแง่ของผลของการทดลองที่นำ AI มาช่วยประมวลผล และช่วยเหลือในการ trade ตัวอย่าง การวิเคราะห์ Market Trend ของหุ้น โดยใช้ปัจจัยพื้นฐานด้านข่าว ที่ผมเคยเขียน blog ไปก่อนหน้านี้ก็เป็นงานที่น่าสนใจ ที่นำปัจจัยเรื่องข่าวมาช่วยประมวลผล เพื่อทำการทำนาย market trend ที่กำลังจะเกิดกับหุ้นชื่อดังอย่าง AAPL ของ บริษัท apple ซึ่งผลนั้นก็ได้ความแม่นยำในระดับสูงกว่า 80%  ซึ่งถือว่าเป็นผลที่น่าสนใจไม่ใช่น้อย

Support Vector Machine ก็เป็น algorithm หนึ่งที่น่าสนใจที่สามารถจำแนกและทำนายได้แม่นยำค่อนข้างสูงในหลาย ๆ case ตัวอย่างงานวิจัยที่ส่วนตัวเคยได้ทำ คือ Support Vector Machine กับการวิเคราะห์มะเร็งเต้านม  ซึ่งเป็นการจำแนกมะเร็งเต้านมจาก Mammogram Image ได้ ซึ่งได้ความแม่นยำค่อนข้างสูงกว่า 90%  แต่ปัจจัยหลักที่สำคัญสำหรับการจำแนกนั่นก็คือ Attribute หรือ Features ที่เป็นค่า input เพื่อให้ algorithm ทำการ train และ จำแนกนั้นก็เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความแม่นยำในการทำนายผล

ในวงการตลาดการเงิน หรือ commodity นั้นก็เริ่มมีการใช้โปรแกรมเข้ามาทำการช่วย trade มาเป็นเวลานานแล้ว ซึ่งจะเรียกว่า EA หรือ Expert Advisor ซึ่งมีหลายตัวที่น่าสนใจ และสามารถพัฒนาให้เทรดได้ดีกว่ามนุษย์ซึ่งในประเทศไทย ก็มีคนไทยได้พัฒนาอยู่มากมายในตลาด ด้วยการใช้ computer algorithm มาช่วยโดยผ่านการเขียนเงื่อนไขการทำงานแบบต่าง ๆ เพื่อทำตาม strategy การ trade ที่ตัวเองต้องการ ซึ่งสามารถใช้ภาษา mql4 ซึ่งเป็นภาษา Basic ที่สามารถเรียนรู้ได้ไม่ยาก และสามารถนำมาพัฒนา EA ได้ไม่ยาก

แต่ภาษา mql4 นั้นถูก design มาอย่างมีข้อจำกัดหลาย ๆ อย่าง ทำให้ไม่สามารถพัฒนาโปรแกรมที่ซับซ้อนได้มากเท่ากับ ภาษา mql5 ซึ่งเป็นภาษาที่ใหม่กว่า และมีการ design แบบลักษณะ Object-oriented programming สามารถที่จะเชื่อมต่อกับ interface ต่างๆ  ข้างนอกได้ง่ายกว่าทั้ง device ต่าง ๆ รวมถึง network หรือ ระบบ cloud รวมถึง รองรับ timeframe ที่มากกว่า และสามารถพัฒนาโปรแกรมที่เข้าถึงเชิงลึกของ  market ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าภาษา mql4 โดยเฉพาะการทำงานด้าน AI ที่ใช้ Machine Learning ซึ่ง MT5 จะมี library มากกว่า

MT5 กับ ตลาดหุ้นไทย

โดยส่วนตัวก็คอยดูอยู่ว่า broker เจ้าไหนจะนำ MT5 มาใช้กับหุ้นไทยได้ซักที ซึ่งก็มีประกาศกันมานานแล้วเหมือนกัน โดยบอกว่าจะเริ่มใช้ได้กันตั้งแต่ปีที่แล้ว แต่ก็เลื่อนมาตลอด ซึ่งตอนนี้ก็มี applewealth ที่รองรับการใช้งาน MT5 และได้เปิดให้ trade จริงไปแล้วก่อนหน้านี้ แต่ที่โทรถามล่าสุดคือ ตอนนี้กลับมาปิดระบบอีกครั้ง ยังไม่มีกำหนดเปิดใหม่ แต่ส่วนของ demo นั้นเรายังสามารถนำมาทดสอบได้อยู่ ซึ่งผมก็จะมาแนะนำให้เตรียมตัวให้พร้อมสำหรับการสร้าง AI ด้วย algorithm Support Vector Machine เพื่อรอวันที่ตลาดหุ้นไทยเปิดให้ใช้อย่างเป็นทางการ

 

เข้า web site applewealth ส่วนของเครื่องมือการลงทุน->ทดลองใช้งานเพื่อ download MT5

 

ทำการ click Download : Installer MetaTrader 5 เพื่อทำการ download  MT5  มา install ลงเครื่องคอมพิวเตอร์

 

หลังจากนั้นก็ให้ทำการ install program ลงเครื่อง เมื่อ install เสร็จ ก็จะเข้าสู่ส่วนของการเลือก server ซึ่ง default ก็จะเป็น applewealth อยู่แล้ว ให้กด next และมาสู่ส่วนของการเลือก account ซึ่ง การทดสอบเราสามารถใช้ demo account ด้วยการเลือกที่ new demo account ได้

 

 

จากนั้นก็จะเข้าสู่ในส่วนของ Personal Details ซึ่งเราก็กรอกข้อมูลทั้งหมดเข้าไป account type ก็ทำการเลือก SET  ส่วน Deposit นั้นคือเงินที่จะใช้ในการทดสอบ ซึ่งคล้าย ๆ demo ของ streaming pro ซึ่งหลาย ๆ ท่านน่าจะคุ้นชินกันอยู่แล้ว หลังจากนั้นให้ทำการกด next

 

หลังจากเลือก new demo account เสร็จก็จะเข้าสู่หน้าจอ Main หลักของโปรแกรม ซึ่งจะประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังรูปข้างต้น ซึ่งจะประกอบไปด้วย ส่วนของ list รายการหุ้นไทยทั้งหมด ส่วนของ chart windows ซึ่งเราสามารถเลือกหุ้นที่ต้องการ monitor ได้ สามารถปรับ time frame รวมถึงรูปแบบของกราฟได้ และส่วนของ Navigator ซึ่งจะประกอบไปด้วย Indicators ต่าง ๆ รวมถึง Expert Advisors ซึ่งเป็นส่วนของ EA ที่จะใช้ในการ auto trade ซึ่งเราสามารถหา indicators รวมถึง EA ได้จาก Market ซึ่งมีให้เลือกใช้จำนวนมากมาย

 

สำหรับ Support Vector Machine Library นั้นเราจะสามารถซื้อได้จาก Buy from the Market ซึ่งจะเป็น online market ที่มีการจำหน่าย หรือ แจก indicators หรือ EA ต่าง ๆ ที่น่าสนใจอยู่มากมายตาม startegy การ trade ของท่านซึ่งท่านสามารถเลือกได้ตามใจชอบ เราสามารถที่จะนำตัว demo version เพื่อมาทดสอบดูผลการ trade ผ่าน strategy tester ได้ ซึ่งส่วนนี้ผมจะ focus ในการใช้ Machine Learning Library ของ Support Vector Machine เป็นหลัก

 

ให้เราเข้าในส่วนการค้นหาและพิมพ์คำว่า svm เข้าไป ก็จะได้ผลการค้นหาเป็น Library ของ Support Vector Machine ซึ่งขายอยู่ที่ราคา 20 USD ซึ่งหากเราอยากทดลองใช้เราก็สามารถเลือกที่ demo เพื่อนำมาทดสอบก่อนได้ แต่เนื่องจากผมได้ซื้อมาเป็นที่เรียบร้อยแล้ว จึงสามารถนำมาเขียน code และนำไปใช้งานใน graph จริง ๆ ได้

 

จากรูปข้างบน นั้นจะแสดงรายละเอียดของ Library Support Vector Machine ซึ่ง เราสามารถกดที่ปุมสีเหลืองด้านขวาบน เพื่อนำตัว demo มาทำการทดสอบผ่าน Strategy Tester ได้ แต่จะไม่สามารถนำไปใช้ทดลองใน graph จริง  ๆ ได้

 

สำหรับการใช้งาน EA ตัวอย่างสำหรับการใช้งาน Support Vector Machine นั้นผมได้ทำการสร้างตัวอย่างไว้ให้สามารถ download ได้จาก svm_thai_stock  ซึ่งประกอบด้วย 2 file คือ svm_thai_stock.ex5 และ svm_thai_stock.mq5  โดยสามารถ copy ไปยัง folder ของ Data Folder ซึ่งสามารถดูได้จากรูปด้านบน หรือเข้า menu File-> Open Data Folder และทำการ copy ทั้ง 2 file ไปยัง \MQL5\Experts ซึ่งจะเป็น folder ที่ใช้เก็บ EA ทั้งหมดเพื่อนำมาใช้งาน

 

Support Vector Machine คืออะไร

Support Vector Machine เป็นตัวแบบที่ใช้ในการระบุตัวบุคคลหรือ object  โดย SVM จะทำการแบ่งชั้นของข้อมูลด้วยระนาบหลายมิติ  จากข้อมูล 2 กลุ่มชุดข้อมูล  โดยตัวแบบของ SVM เกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียม ซึ่งโดยอันที่จริงแล้วตัวแบบของ SVM ใช้ Sigmoid Kernel Function ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้ง 2 เลเยอร์เป็นตัวแบบที่ใช้ในการระบุตัวบุคคล  โดย SVM จะทำการแบ่งชั้นของข้อมูลด้วยระนาบหลายมิติ  จากข้อมูล 2 กลุ่มชุดข้อมูล  โดยตัวแบบของ SVM เกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียม

ซึ่งโดยอันที่จริงแล้วตัวแบบของ SVM ใช้ Sigmoid Kernel Function ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้ง 2 เลเยอร์ ตัวแบบของ SVM มีความคล้ายคลึงกับเพอร์เซฟตรอนซึ่งเป็นข่ายงานประสาทเทียมแบบง่ายมีหน่วยเดียวที่จำลองลักษณะของเซลล์ประสาท  ด้วยการใช้ Kernal Function

โดยใน paper ที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับ SVM นั้นจะเรียกตัวแปรในการตัดสินใจว่า คุณสมบัติและตัวแปรที่เปลี่ยนแปลงใช้ในการกำหนดระนาบหลายมิติ ซึ่งเรียกว่า โครงสร้าง (feature)  ส่วนการเลือกที่มีความเหมาะสมที่สุดเรียกว่า โครงสร้างในการคัดเลือก (feature selection)  จำนวนเซตของโครงสร้างที่ใช้อธิบายในกรณีหนึ่ง (เช่น แถวของการค่าที่เราคาดการณ์)  เรียกว่า  เวกเตอร์ (vector)  ดังนั้นจุดมุ่งหมายของตัวแบบ SVM คือการประโยชน์สูงสุดจากระนาบหลายมิติที่แบ่งแยกกลุ่มของเวกเตอร์ในกรณีนี้ด้วยหนึ่งกลุ่มของตัวแปรเป้าหมายที่อยู่ข้างหนึ่งของระนาบ  และกรณีของกลุ่มอื่นที่อยู่ทางระนาบต่างกัน  ซึ่งเวกเตอร์ที่อยู่ข้างระนาบหลายมิติทั้งหมดนี้เราจะเรียกว่า  ซัพพอร์ตเวกเตอร์ (Support Vectors)

 

เราใช้ Support Vector Machine ในตลาดหุ้นอย่างไร

การวิเคราะห์ทางด้านเทคนิคนั้นอยู่บนพื้นฐานของการใช้ข้อมูลที่ผ่านมาเพื่อคาดการณ์การเคลื่อนไหวของราคาในอนาคต อย่างไรก็ดี ตลาดหุ้นนั้นมีความผันผวนมาก และ การใช้เพียงแค่ indicator อย่างเดียวนั้นอาจจะเกิดข้อผิดพลาดทางด้านสถิติได้ ซึ่งการนำ Machine Learning มาใช้งานร่วมกับ indicators ต่าง ๆ เหล่านี้นั้นทำให้เพิ่มในส่วนของการ training data เพื่อให้ SVM ได้ทำการเรียนรู้ และ ประเมินความแม่นยำของการเข้า trade ซึ่งการประเมินในเรื่องความแม่นยำในการ trade ผ่านการ training ก่อนนั้น ทำให้เราสามารถวิเคราะห์ได้ว่า ควรเข้า trade ใน strategy นั้น ๆ หรือไม่

สำหรับ process การทำงานของ SVM Library มีดังนี้

 

วิธีการ Generated Training Inputs

สำหรับตัว indicators หรือค่า Features ที่เราต้องการนำมาใช้เป็น input นั้น ใช้วิธีการ initial ค่าจาก period ที่คุณต้องการ

 

จากตัวอย่าง code แสดงค่า indicators  iBearsPower , iBullsPower , iATR , iMomentum , iMACD , iStochastic , iForce สำหรับเป็น input ที่ใช้ในการ training โดยจะใช้ function ตามตัวอย่าง code คือ genInputs(handleB)  สำหรับการ generate ค่าตั้งต้นของ indicators ต่าง ๆ ที่เราสนใจ

 

 

สำหรับค่า offset และ ค่า N_Datapoints นั้นจะแสดงตามตัวอย่างรูปข้างบน โดยจะพิจารณาตามแทงเทียนของ timeframe นั้น ๆ เช่น Offset = 4 คือ เราใช้ input ก่อนหน้าแท่งเทียนปัจจุบัน จำนวน 4 แท่งเทียน ส่วน N_Datapoints ตามตัวอย่างในรูป = 6 เราจะนำค่าจากแท่งเทียนอีก 6 แท่งเทียนก่อนหน้าค่า offset ไปทำการ generate input ซึ่งจำนวน N_Datapoints นั้นยิ่งมากก็จะใช้เวลาในการ training เพิ่มมากขึ้นไปด้วย ซึ่งจะมีผลต่อความแม่นยำหรือไม่นั้น ก็อาจจะตอบได้ทั้งสองคำตอบ คือ มี หรือ ไม่มีเลยก็ได้ ซึ่งเราต้องหาค่า N_Datapoints ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการ training เพื่อให้ความแม่นยำเกิดขึ้นสูงสุด

 

สำหรับส่วนของ onbar function นั้น คือ เมื่อเกิดแท่งเทียนใหม่ตาม timeframe ระบบก็จำค่า indicator ณ เวลานั้น ๆ มาทำการ classify หาว่าควรที่จะเข้าทำการซื้อหุ้น ณ ขณะนั้นหรือไม่ หาก Opn_B = true คือ ระบบ predict ให้ซื้อ

 

จาก onbar function หากระบบได้รับสัญญาณการเข้าซื้อก็จะเข้าสู่ function Open_Order เพื่อทำการซื้อผ่าน mt5 โดย Vol ก็คือจำนวนเงินที่จะใช้ในการเข้าซื้อ ซึ่งเราสามารถ set ในส่วนของ input data

 

สำหรับส่วนของ Insert_Stops นั้น เป็นการกำหนดจุด stopLoss และ จุดที่เราจะ takeProfit ซึ่ง จะมีหน่วยเป็น Pips  ซึ่งจะใช้กันในการ trade พวก currency หรือ commodity ซึ่งในหุ้นไทยนั้น ส่วนใหญ่จะหมายถึงการเคลื่อนของราคาที่ 0.01  ซึ่งหากเรา set ค่า takeProfit ไว้ที่ 100 pips คือ 0.01 * 100 = 1  ก็คือระบบจะปิดที่ ราคาปัจจุบัน + 1 บาท ถือเป็นจุด tp ของระบบ เช่นเดียวกับการ stoploss ก็ใช้หลักการเดียวกัน

 

ผลการทดสอบ

ผมได้ทำการทดสอบกับหุ้นไทยจำนวน 4 ตัวประกอบด้วย BDMS , BEAUTY , BH และ BMCL  ด้วย timeframe 15m  โดยใช้ offset ที่ 0 และ  N_DataPoints = 100 จุด takeprofit ที่ 100 pip และ stoploss ที่ 150 pip ด้วย indicators พื้นฐานตามที่ได้กล่าวข้างต้น ได้ผลการทดสอบดังนี้

1.BDMS

จากการ training นั้นได้ผลความแม่นยำที่ 78.0%

2.ฺBEAUTY

จากการ training ได้ผลความแม่นยำที่ 63.0%

3.ฺBMCL

จากการ training ได้ผลความแม่นยำที่ 50% ซึ่งถือว่าเทียบเท่าการโยนเหรียญ หัว-ก้อย

4.ฺBH

ถือว่าน่า surprise สำหรับ BH ที่ได้ค่าความแม่นยำจากการ training สูงถึง 87%

 

สรุป

จาก blog นี้นั้นเป็นการ guide ให้เห็นถึงแนวทางสำหรับการพัฒนา AI ที่ใช้ Machine Learning จริง ๆ เพื่อใช้ทดสอบความแม่นยำในการ prediction market trend ที่จะเกิดในอนาคต ซึ่ง จากตัวอย่างนั้นผมใช้เพียง indicators พื้นฐานเท่านั้นในการทดสอบความแม่นยำของ Support Vector Machine ซึ่งผลในหุ้นบางตัวอย่าง BH นั้นก็ถือว่าน่าสนใจไม่ใช่น้อยสำหรับควาแม่นยำที่สูงถึงระดับ 87% ซึ่ง ผมคิดว่าส่วนนี้เป็นแนวทางที่จะนำไปใช้พัฒนาต่อ สำหรับนักเทรดสายเทคนิคอล ที่มี strategy ที่ตัวเองนั้นถนัดอยู่แล้ว น่าจะลองมาใช้ machine learning เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการ trade ดู ซึ่งผมคิดว่าน่าจะได้ผลที่ดีขึ้น

ซึ่งในส่วนของ Library ของ Support Vector Machine ใน MT5 นั้น ก็ได้ทำการปรับมาเพื่อใช้กับการ trade โดยเฉพาะ ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างไม่ยาก แต่เราอาจจะ customise ได้ดั่งใจเราไม่มากเท่าที่ควร แต่หากต้องการการทำงานในระดับ Advance นั้นผมก็แนะนำให้ใช้เทคนิค การ call LIBSVM โดยอาจจะเรียกผ่าน Web Service หรือ http protocol  ซึ่งเราอาจจะสามารถ customise ได้มากกว่า และอาจจะให้ผลความแม่นยำที่สูงกว่า เหมือนงานวิจัยหลาย ๆ ชิ้นที่ผ่านมา

ส่วนค่า features หรือ input นั้น เราอาจจะไม่ได้ใช่แค่ indicators มาตรฐานมาใช้ในการ train เท่านั้น เราอาจจะสามารถกำหนด features ที่ต้องการเอง ตาม Strategy การเทรดของเรา ซึ่งคิดว่าหลาย ๆ ท่านนั้นก็น่าจะมี strategy การเทรดที่แตกต่างกัน หรือมีการพลิกแพลงค่าต่าง ๆ เช่นเส้น trend line หรือ เส้นแนวรับ แนวต้าน ก็เป็นสิ่งที่สามารถนำมาเป็น input ได้ ส่วนเรื่องข่าวก็เป็นสิ่งที่น่าสนใจที่จะสามารถนำมาใช้เป็น features ได้ ดังตัวอย่าง การวิเคราะห์ Market Trend ของหุ้น โดยใช้ปัจจัยพื้นฐานด้านข่าว ซึ่งผมคิดว่า AI ที่ใช้ Machine Learning นั้นจะมีบทบาทต่อวงการเทรดหุ้นของประเทศไทยอย่างแน่นอน อย่างที่หลาย ๆ บริษัทได้เริ่มพัฒนา AI ที่ใช้ในการ trade แล้ว ซึ่งต่อไปนั้น เราอาจจะไม่ได้แข่งกับแค่ ต่างชาติ หรือ นักลงทุนสถาบันเท่านั้น เหล่าเม่าตัวน้อย ๆ อย่างพวกเรา  อาจจะต้องสู้รบปรบมือกับกองทัพ AI ในเร็ววันนี้ก็เป็นไปได้

 

References : www.mql5.com,www.dailynews.co.th

 

ติดตาม ด.ดล Blog เพิ่มเติมได้ที่
Fanpage : facebook.com/tharadhol.blog
Blockdit : blockdit.com/tharadhol.blog
Twitter : twitter.com/tharadhol
Instragram : instragram.com/tharadhol

Support Vector Machine กับการวิเคราะห์มะเร็งเต้านม

By tharadhol in AI & Robot, Healthcare, Machine Learning, Sci & Tech

เนื่องจากในตอนเรียนปริญญาโท ผมได้มีโอกาสที่จะทำงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้ machine learning ในการวิเคราะห์การตรวจหามะเร็งเต้านมของผู้หญิง รวมถึงในปัจจุบันผมงานของตัวผมเองก็อยู่ใน domain นี้โดยตรง ซึ่งแม้จะเป็นเวลาหลายปีมาแล้ว แต่ช่วงนี้กระแสของ AI รวมถึง Machine Learning กำลังมาแรง จึงขอจะกล่าวถึงซักหน่อย รวมถึง algorithm ที่ผมเลือกใช้คือ Support Vector Machine เริ่มถูกพูดถึงในหลาย ๆ  วงการแม้กระทั่งวงการ trading  เนื่องจากมีความแม่นยำในการจำแนกค่อนข้างสูง

ปัจจุบันนั้นโรคมะเร็งเต้านมกำลังเป็นปัญหาทางสาธารณสุขของทุกประเทศทั่วโลก เนื่องจากโรคมะเร็งเป็นโรงที่ร้ายแรงที่คุกคามชีวิตมนุษย์โดยไม่เลือกเพศและวัยนอกจากนี้โรคมะเร็งเป็นโรคเรื้อรัง ที่ต้องใช้เวลาในการรักษานาน ทำให้ผู้ป่วยเกิดความทุกข์ทรมาน มีค่าใช้จ่ายสูง และยังคุกคามความเป็นอยู่ของครอบครัว ในปัจจุบันนั้นโรคมะเร็งจึงเป็นสาเหตุการตายอันดับต้น ๆ ของประชากรโลก ซึ่งรวมถึงประชากรในประเทศไทย มะเร็งเป็นโรคที่เกิดขึ้นกับเซลหลายชนิด หลายอวัยวะ

ซึ่งเต้านมเป็นอวัยวะหนึ่งในอวัยวะเพศหญิงที่มีอัตราการเป็นมะเร็งได้ค่อนข้างสูง ในประเทศไทยก็พบว่ามีผู้ป่วยมะเร็งเต้านมในอัตราที่สูง และมีแนวโน้มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งอัตราการเติบโตของมะเร็งเต้านมในไทยนั้นได้มีการเพิ่มปริมาณขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งสอดคล้องกับการเติบโตของโรคนี้ในประชากรทั่วโลก และเป็นโรคมะเร็งที่เกิดขึ้นมากที่สุดในเพศหญิง และอัตราการเสียชีวิตก็เพิ่มขึ้นในอัตราที่รวดเร็วเช่นกัน

ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีการใดที่สามารถรักษาโรคนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอ ซึ่งการตรวจหาผ่านการ X-Ray จึงเป็นปัจจัยสำคัญในการรักษาโรค และปรับปรุงอัตราการรอดตายที่เกิดขึ้นจากโรคมะเร็งเต้านม ซึ่งในปัจจุบันนั้นวิธีการที่มีความน่าเชื่อถือที่สุดในการตรวจหามะเร็งเต้านมนั้น คือ การวินิจฉัยผ่านคลังข้อมูลภาพทางการแพทย์ ที่มีการเก็บอย่างมีประสิทธิภาพ จากคลังข้อมูลที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งระเบียบวิธีขั้นตอนดังกล่าวนั้นสามารถช่วยเร่งกระบวนการในการวินิจฉัยโรคได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังมี limit อยู่กับความสามารถของแพทย์ที่ไม่เท่าเทียมกัน รวมถึง แพทย์ที่ expert จริงๆ  ด้านนี้ยังมีอยู่น้อยมาก รวมถึงความแม่นยำในการวินิจฉัยนั้นยังมีข้อจำกัดอยู่ถ้าเทียบกับประสิทธิภาพของ AI

 

Support Vector Machine คืออะไร

Support Vector Machine  เป็นตัวแบบที่ใช้ในการระบุตัวบุคคลหรือ object  โดย SVM จะทำการแบ่งชั้นของข้อมูลด้วยระนาบหลายมิติ  จากข้อมูล 2 กลุ่มชุดข้อมูล  โดยตัวแบบของ SVM เกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียม ซึ่งโดยอันที่จริงแล้วตัวแบบของ SVM ใช้ Sigmoid Kernel Function ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้ง 2 เลเยอร์เป็นตัวแบบที่ใช้ในการระบุตัวบุคคล  โดย SVM จะทำการแบ่งชั้นของข้อมูลด้วยระนาบหลายมิติ  จากข้อมูล 2 กลุ่มชุดข้อมูล  โดยตัวแบบของ SVM เกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียม

ซึ่งโดยอันที่จริงแล้วตัวแบบของ SVM ใช้ Sigmoid Kernel Function ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้ง 2 เลเยอร์ ตัวแบบของ SVM มีความคล้ายคลึงกับเพอร์เซฟตรอนซึ่งเป็นข่ายงานประสาทเทียมแบบง่ายมีหน่วยเดียวที่จำลองลักษณะของเซลล์ประสาท  ด้วยการใช้ Kernal Function

โดยใน paper ที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับ SVM นั้นจะเรียกตัวแปรในการตัดสินใจว่า คุณสมบัติและตัวแปรที่เปลี่ยนแปลงใช้ในการกำหนดระนาบหลายมิติ ซึ่งเรียกว่า โครงสร้าง (feature)  ส่วนการเลือกที่มีความเหมาะสมที่สุดเรียกว่า โครงสร้างในการคัดเลือก (feature selection)  จำนวนเซตของโครงสร้างที่ใช้อธิบายในกรณีหนึ่ง (เช่น แถวของการค่าที่เราคาดการณ์)  เรียกว่า  เวกเตอร์ (vector)  ดังนั้นจุดมุ่งหมายของตัวแบบ SVM คือการประโยชน์สูงสุดจากระนาบหลายมิติที่แบ่งแยกกลุ่มของเวกเตอร์ในกรณีนี้ด้วยหนึ่งกลุ่มของตัวแปรเป้าหมายที่อยู่ข้างหนึ่งของระนาบ  และกรณีของกลุ่มอื่นที่อยู่ทางระนาบต่างกัน  ซึ่งเวกเตอร์ที่อยู่ข้างระนาบหลายมิติทั้งหมดนี้เราจะเรียกว่า  ซัพพอร์ตเวกเตอร์ (Support Vectors)

 

Atrribute Reduction based on Atribute Importance Function

มี paper หลายตัวที่นำเสนอการใช้ Support Vector Machine ในการวิเคราะห์ มะเร็งเต้านม ซึ่งให้ค่าความแม่นยำไม่ต่างกันเท่าไหร่ในหลากหลายวิธี แต่ในตอนนั้นผมสนใจในเรื่องการ Improve Attribute base on Inportance Function ซึ่งเป็นการกรองคุณสมบัติ หรือ features ที่เป็นขยะออกไปให้มากที่สุด เนื่องจากเราใช้ค่าทางสถิติหลายอย่างในการจำแนก ซึ่งบางค่านั้นแทบจะไม่มีผลต่อความแม่นยำในการจำแนกผลเลยด้วยซ้ำ เทคนิค นี้ก็ทำเพื่อแยก คุณสมบัติที่มีผลต่อความแม่นยำจริง ๆ ให้ได้มากที่สุด ก่อนนำไป training

ซึ่งผมได้สนใจเป็นพิเศษในงานวิจัย  An Improved Attribute Reduction Algorithm  based on Attribute Importance function  ได้นำเสนอวิธีในการลดคุณลักษณะของข้อมูลโดยปรับปรุงส่วนของ Discernibility Matrix ของ Attribute โดยจะพิจารณาจากฟังก์ชั่นที่สำคัญ เมื่อนำข้อมูลมาแปลงในรูปแบบของ Binary Discernibility Matrix รวมกับการคุณสมบัติการลดคุณลักษณะโดยใช้ Rough Set Theory โดยจะลดคุณลักษณะที่ไม่จำเป็นออกโดยใช้ฟังก์ชันสำคัญของคุณลักษณะที่ได้ทำการปรับปรุงผ่าน ของ Matrix ซึ่งจะสามารถทำให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

โดยการพิสูจน์ทำโดยวิเคราะห์ความเปรียบต่าง (contrast)  ซึ่งเมื่อมองใน time complexity นั้นจะมีประสิทธิภาพกว่างานวิจัยพื้นฐานของการใช้ Rough Set Theory ในการลดคุณลักษณะของข้อมูล วิธีการลดคุณลักษณะของ Matrix Binary Discernibility ซึ่งแม้ว่าคุณลักษณะที่ตรงกับคอลัมน์ใน Matrix ที่มีค่า “1” จำนวนมากนั้น ซึ่งในหลาย ๆ งานวิจัย  แสดงให้เห็นว่าสามารถลดส่วนที่ไม่จำเป็นออกไปได้โดยมองจาก Importance Function ซึ่งมองที่ จำนวนการเกิดของคุณลักษณะ และ ความยาวขององค์ประกอบของ Discernibility Binary Matrix ซึ่งจะได้ค่าฟังก์ชั่นดังนี้

 

เมื่อ mij คือ Binary Discernibility Matrix ซึ่งได้จากการแปลงข้อมูลที่เราสนใจโดยใช้การDicretizationซึ่งจากสมการนั้น Count(c) หมายถึงจำนวนรวมของ c attribute ที่ปรากฏใน matrix  Len c (mij) คือความยาวขององค์ประกอบใน matrix ที่มีคุณสมบัติ c

จากสมการจะได้ค่าตามอัตราส่วนของจำนวนลักษณะที่ปรากฏ และความยาวเฉลี่ยของ matrix ที่มีคุณสมบัติ c ซึ่งหมายความว่าถ้าการเกิดขึ้นของสองลักษณะที่แตกต่างกันจำนวนมาก ทำให้คุณลักษณะนั้นปรากฏมากขึ้น  ซึ่งส่วนที่สำคัญในการลดคุณลักษณะคือ คุณสมบัติที่มีจำนวนการเกิดที่โดดเด่นของข้อมูลที่มีคุณลักษณะ c

 

Feature extraction and Selection

คุณสมบัติด้าน Texture ได้รับการพิสูจน์จากงานวิจัยหลาย ๆ ชิ้น แล้วว่ามีประโยชน์ในเรื่องการจำแนกความแตกต่างของมวลและเนื้อเยื่อของเต้านมปกติใน digital mammograms ซึ่งสามารถแยกความปกติและผิดปรกติของเนื้อเยื่อรวมถึง microcalcifications  ซึ่งคุณสมบัติด้าน Texture นั้นจะทำการจำแนกโดยใช้ Gray level co-occurrence matrices (GLCM)  ซึ่ง matrices นั้นจะถูกสร้างจากระยะทาง d=1 และทิศทางของθให้เป็น 0 °, 45 °, 90 ° และ 135 °

ซึ่งการใช้เพียงทิศทางเดียวอาจจะไม่เพียงพอและทำให้ข้อมูลที่จำแนกมีความน่าเชื่อถือได้ด้วยเหตุนี้การใช้สี่ทิศทางจะใช้ในการจำแนกข้อมูล Texture ของแต่ละพื้นที่ใน digital mammograms ซึ่งการอธิบายค่าของ Texture จาก GLCM นั้นจะมีค่าที่เกี่ยวข้องคือ Contrast , energy , homogeneity และ correlation ของค่า gray scale  ซึ่งค่า energy ที่อยู่ในบาง element ของ GLCM นั้น สามารถอ้างได้ถึงรูปแบบของการเกิดก้อนเนื้อ ส่วนค่าของ Homogeneity นั้นจะสามารถอ้างได้ถึงการกระจายตัวขององค์ประกอบใน GLCM  ส่วนค่า Correlation นั้น จะแสดงถึงความสัมพันธ์ของ pixel ที่อยู่ใกล้เคียงกันของ image ซึ่งจากงานวิจัยส่วนใหญ่ นั้นใช้ฐานข้อมูลส่วนใหญ่ในขนาด 32*32  และใช้ขนาดเล็กสุดที่ 8*8  ซึ่งสามาถแสดงรายละเอียดดังนี้

 

Gray-level co-occurrence matrix (GLCM)

Gray-level co-occurrence matrix (GLCM) นิยมใช้เป็นอย่างมากในการวิเคราะห์โครงร่างของภาพ เนื่องจากโครงร่างของภาพเป็นคุณลักษณะที่สามารถมองเห็นได้โดยตรงจากภาพ ดังนั้น ในการพิจารณาโครงร่างของภาพจากค่าระดับเทาจะต้องใช้เมตริกซ์ ขนาด 2 มิติ gray-level co-occurrence matrix เป็นเมตริกซ์ 2 มิติ ซึ่งพิจารณาได้ จากการเกิดค่าระดับเทาซํ้าๆ กันในโครงร่างของภาพ (คุณสมบัติดังกล่าวเปลี่ยนแปลงตามระยะทางอย่างรวดเร็วในโครงร่างที่ละเอียด และเปลี่ยนแปงอย่างช้าๆ ในโครงร่างที่หยาบ) สำหรับการวิเคราะห์ส่วนที่เป็นโครงร่างของภาพจะใช้เมตริกซ์จัตุรัสที่มีขนาด M×M (M เป็นจำนวนค่าระดับเทาของภาพ) มาคํานวณ การเกิดค่าระดับเทาซํ้าๆ กันสามารถอธิบายได้ด้วยเมตริกซ์ที่มีความถี่ที่ สัมพันธ์กันซึ่งเขียนแทนได้ด้วย Pd,r(i,j) ซึ่งแทนความถี่ในการเกิดค่าระดับเทาที่ i และ j ในวินโดวส์ที่พิจารณา ด้วยระยะห่างเท่ากับ d ที่ทิศทาง r ความถี่ ของ gray-level co-occurrence matrix สามารถเขียนเป็นฟังก์ชันใน 4 ทิศทางที่ระยะทาง d ใดๆได้ดังนี้

เมื่อ |{…}| แทนเซตของค่าที่เป็นไปได้ตามเงื่อนไข

การจําแนกโครงร่างสามารถทําได้ด้วยการใช้เกณฑ์ในการพิจารณาลักษณะโครงร่างของพื้นผิวภาพ บางประการที่ได้จาก co-occurrence matrix ดังต่อไปนี้

ในหลาย ๆ งานวิจัย นั้นใช้การทำ pre-processing image ก่อนที่จะนำมาใช้ในการจำแนก โดยคุณสมบัติของการจำแนกนั้นจะมาจากฐานข้อมูล ซึ่งฐานข้อมูลดังกล่าวนั้นสามารถสร้างโดยการรวบรวมคุณลักษณะที่มีอยู่แล้วบางชนิด เช่น ชนิดของเนื้อเยื่อ (ความหนาแน่นของไขมัน และ ต่อมไขมัน ) และตำแหน่งที่มีความผิดปรกติ ( เช่น จุดศูนย์กลางของวงกลมรอบเนื้องอก) ที่ทำการจำแนกโดยคุณสมบัติ 4 อย่างทางสถิติ คือ mean, variance, skewnessและ kurtosis ซึ่งใช้สูตรสำหรับการคำนวณค่าทางสถิติแต่ละค่าดังนี้

ซึ่ง N หมายถึงจำนวน Gray Level ในภาพเต้านมโดย fk เป็นระดับสีเทา   ที่  nk คือจำนวน pixel ที่ fk เป็น Gray Level  และ n คือ จำนวน pixel ทั้งหมด

ซึ่งคุณสมบัติการจำแนกนั้นจะมีการคำนวณใน windows ที่มีขนาดเล็กของรูปต้นฉบับ โดยที่จะนำรูปต้นฉบับนั้นมาแบ่งเป็นสี่ส่วน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจำแนกผล ซึ่งค่าสถิติต่าง ๆ ที่ได้ทำการคำนวณใน 16 ส่วนย่อยนั้น จะได้ค่าคุณสมบัติทั้งหมด 64 ค่าของแต่ละ image โดยจะนำค่าดังกล่าวไปประมวลผลกับเทคนิค Support Vector Machine เป็นลำดับต่อไป

 

Experiment

 โดยในการทดลอง ก็จะนำเทคนิคและงานวิจัยที่เกี่ยวข้องดังกล่าวมาพัฒนาและปรับปรุง ในด้านประสิทธิภาพการทำงานทั้งในเรื่องของความแม่นยำของการจำแนก และรวมถึงประสิทธิภาพในการประมวลผลข้อมูลให้ดียิ่งขึ้น โดยการทดลองจะเน้นที่การปรับปรุงส่วนของการคัดเลือกคุณลักษณะที่เหมาะสม เพื่อให้ SVM algorithm ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจากงานวิจัย ก่อนหน้านั้นจะเห็นได้ถึงแนวทางในการปรับปรุงการคัดเลือกคุณลักษณะที่เหมาะสมโดยมองที่ฟังก์ชั่นสำคัญ ซึ่งจะเป็นการลดคุณลักษณะของข้อมูล และเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ Rough Set Theory แบบ General Model หรือ การใช้ Genetic algorithm ร่วมกับเทคนิคของ Decision Tree นั้น ก็เป็นแนวทางที่สามารถทำให้ได้ผลการทดลองมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

ซึ่งเมื่อทำการศึกษาจุดอ่อนและจุดแข็งของแต่ละงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการจำแนกภาพดิจิตอลแมมโมแกรมนั้น เราสามารถใช้เทคนิค ที่มีอยู่มาปรับใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงเป็นจุดที่ผมสนใจที่จะนำเทคนิคต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องมาปรับและเพิ่มเติมในส่วนที่เป็นข้อบกพร่องกับการทดลองให้มีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้น และสามารถใช้กับข้อมูลจริง ที่ได้จากการทำงานจริงกับโรงพยาบาลที่มีเครื่องมือประเภท Digital Mammogram เพื่อใช้ในการวิเคราะห์รักษาและช่วยจำแนกประเภทของข้อมูลภาพเต้านม ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญที่เป็นแพทย์ทางด้านรังสีวิทยาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
ซึ่งจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องนั้นสามารถนำมาปรับปรุงการคัดเลือกคุณลักษณะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยใช้เทคนิคของ Reduction Attribute based on important function เพื่อปรับปรุงความแม่นยำและประสิทธิภาพการทำงานของการคัดเลือกและจำแนกโดยใช้ SVM Algorithm กับภาพประเภทดิจิตอลแมมโมแกรมซึ่งมี วิธีการดังนี้

 

ส่วนของ input data นั้นผมจะใช้ภาพดิจิตอลแมมโมแกรมจาก MIAS ( Mammogram Image Analysis Society) ซึ่งเป็นข้อมูลที่ใช้เป็นมาตรฐานของงานวิจัยที่ยอมรับในปัจจุบันและจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการทำ Feature Extraction ของดิจิตอลแมมโมแกรมนั้น จะใช้เทคนิคของ GLCM  ในการ extract features ซึ่งจะได้ค่า features ที่มีประสิทธิภาพในการจำแนกผลที่ให้ความแม่นยำสูง

รวมถึงค่า features ทางด้านสถิติต่าง ๆ เพื่อเข้าสู่กระบวนการ Features Selection  โดยใช้พื้นฐานของงานวิจัยในด้านการลดคุณลักษณะ ( Reduction Attribute based on important function) โดยจะมีการแก้ไขข้อจำกัดในเรื่องของ significant weight ที่จากงานวิจัยตัวอย่าง นั้นจะมีข้อจำกัดในข้อมูลที่ทำการ discretization ออกมาแล้ว Matrix เหลือขนาดเล็กเกินไปทำให้การคำนวณค่า significant weight

จากงานวิจัยตัวอย่าง  นั้นจะมีการเลือกค่า Attribute ที่ตัดไปนั้นอาจจะมีผลต่อความแม่นยำในการจำแนก เพราะ สาเหตุของการเลือกค่า significant weight ที่มีค่ามากที่สุด ที่มีหลายค่านั้นทำให้ต้องมีการเลือกเพียง attribute เพียงตัวเดียว และ หากมีการเลือกตัวใดตัวหนึ่ง ก็จะมีผลต่อการเลือกในตัวต่อไป ซึ่งจะได้ผลการจำแนกที่แตกต่างกันเนื่องจากการเลือกลด Attribute ตัวใดไปแล้วจะมีผลต่อการเลือก Attribute ตัวถัดไปทันทีซึ่งถือเป็นจุดอ่อนของงานวิจัยชิ้นดังกล่าว

 

Experiment Results

ผมใช้เทคนิคการตรวจสอบ 10 fold cross validation techniques  เพื่อประเมินประสิทธิภาพของอัลกอริทึม และได้ทำการแบ่งฐานข้อมูลคุณลักษณะใน 10 แบบ สำหรับการแบ่งแต่ละครั้งที่เราเลือกไว้ประมาณ 90% ของชุดข้อมูลสำหรับการ training  และส่วนที่เหลือสำหรับการทดสอบ นั่นคือ 288 ภาพสำหรับชุด training  และ 34 ภาพสำหรับชุดทดสอบ ซึ่งฐานข้อมูลคุณสมบัติประกอบด้วยคุณสมบัติที่สกัดได้และข้อมูลที่มีอยู่ของภาพ 322 ภาพใน MIAS แอตทริบิวต์ที่เป็นตัวเลขทั้งหมดใช้วิธีการ extract features จากที่นำเสนอในหัวข้อข้างบน ผมขอเรียกการทดลองนี้เป็น ISVM เพื่อเปรียบเทียบกับ SVM แบบปรกติ  ซึ่งในขั้นตอนการ training  ISVM ถูกนำมาใช้กับข้อมูลการ training

จากนั้นสำหรับการจัดหมวดหมู่ในช่วงเวลาเดียวกันจำนวนของการเลือก Attributes  ต่าง ๆ  จะถูกบันทึกไว้โปรแกรม SVM ซึ่งมาจาก LIBSVM  ซึ่งเราได้ผลการทดลองดังนี้

จากตาราง แสดงการเปรียบเทียบในแง่ของจำนวน Attributes ที่เลือก และการจำแนกความถูกต้องของอัลกอริทึมที่ทำการทดลองคือ ISVM และอัลกอริทึมของ SVM คอลัมน์แรกคือ 10 fold cross validation ของ MIAS คอลัมน์ที่สองและสี่คือความถูกต้องที่แยกได้ของ SVM และ ISVM โดยพิจารณาจาก 10 fold ส่วนคอลัมน์ที่สาม Attributes number  คือจำนวนของการเลือกคุณลักษณะของ ISVM ที่ด้านล่างของ ตารางค่าเฉลี่ยของแต่ละคอลัมน์จะปรากฏขึ้น จากตารางสามารถสรุปได้ว่า  ISVM นั้นมีประสิทธิภาพ ดีกว่าอัลกอริธึม SVM เพียงอย่างเดียวในแง่ของความถูกต้องในการจำแนกประเภท ที่เวลาเดียวกัน แต่ต้องแลกด้วยเวลาที่เพิ่มขึ้นในการทำ Reduction base on Importance function แต่เราจะได้ Attributes จริงๆ ที่มีผลต่อการจำแนกมากกว่าการใช้ SVM ร่วมกับ Attributes ทั้งหมดที่เราสามารถ Extract ออกมาได้จริง

อย่างไรก็ดี การทดสอบนี้นั้นใช้ข้อมูลจาก MIAS เท่านั้นเพื่อนำมาทดสอบจึงทำให้ประสิทธิภาพในการจำแนกสูงถึงกว่า 90% แต่ในโลกของความจริงใน real world นั้น เราไม่สามารถได้รูปที่สมบูรณ์แบบเพื่อมาทำ Features Extraction ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องด้วยปัจจัยหลายอย่างที่ไม่สามารถควบคุมได้เช่น Technician ที่ทำงานที่เราไม่สามารถ control ในส่วน Quality ได้อย่างมีประสิทธิภาพ  รวมถึงเครื่องไม้เครื่องมือต่างๆ  ซึ่งมีผลต่อคุณภาพของ Image ที่จะนำมาทดสอบ แต่ก็เป็นการทดลองที่เห็นแนวโน้มของการใช้ AI หรือ Machine Learning มาใช้กับ Healthcare ซึ่งน่าจะมีบทบาทสำคัญต่อไปในอนาคตอันใกล้นี้อย่างแน่นอน

 

ติดตาม ด.ดล Blog เพิ่มเติมได้ที่
Fanpage : facebook.com/tharadhol.blog
Blockdit : blockdit.com/tharadhol.blog
Twitter : twitter.com/tharadhol
Instragram : instragram.com/tharadhol

 

 

References : 

  1.      https://www.bedfordbreastcenter.com/mammogram-los-angeles/
  2.      http://ieeexplore.ieee.org/document/4731868/
  3.      http://www.mammoimage.org/databases/
  4.      https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-73451-2_80
  5.      http://ieeexplore.ieee.org/document/1040110/
  6.      https://www.researchgate.net/publication/284700306_Medical_image_feature_extraction_selection_and_classification
  7.      https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21611053
  8.      http://elcvia.cvc.uab.es/article/view/216