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  • 利用机器学习设计个性化健身计划:Altair® RapidMiner®数据分析平台的应用

    机器学习和人工智能 (AI) 已融入我们的日常生活,影响着我们使用技术、做出决策和获取信息的方式。如果您没有私人教练,技术可以是一个很好的帮手。通过先进的机器学习和人工智能技术,您可以更智能地规划您的健身计划。于是,我们开始思考:机器学习能否设计出适合普通人健身需求的锻炼计划?

    为了找到答案,我们可以求助于 Altair® RapidMiner® 数据分析和人工智能平台的解决方案。

    01

    使用机器学习设计可靠的健身计划

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    为了探索机器学习(尤其是决策树算法)是否可以优化非专业健身房用户的训练计划设计,我们的团队研究了 3350 名健身房会员的数据集。该数据集是我们决策树模型的基础。决策树是一种简单直观的算法,用于明确决策标准,通过一致的逻辑得出预期结果,使体育科学分析更加系统化。

    我们使用蒙特卡罗模拟(利用随机性解决确定性问题的模拟)来生成包含两个关键变量的数据集:

    健身房会员在不同健身器材上锻炼的平均时长(以分钟为单位)

    每台机器的组数及对应的重量/阻力

    通过这个过程,我们多次运行模拟并取平均值来估计预期结果。虽然每个人的健身目标都不同,但一般来说,健身房会员通常追求以下一个或多个目标:减肥、提高耐力、增强力量和改善整体健康。数据集中还包含反映会员在六个月后实现这些目标的程度的变量(图 1)。

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    图 1:实现既定目标的结果(六个月)

    使用机器学习来优化锻炼程序的工作流程如下:

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    通过分析这些数据,您可以确定制定最佳锻炼计划所需的锻炼。

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    图 2:使用机器学习和决策树的工作流程图

    该过程首先将平均锻炼持续时间和组数的原始数据(图 3)与会员六个月后的结果(图 4)进行整合。然后,这些数据被用来开发四个决策树模型,用于预测和解释每个训练目标的成功群体。决策树模型生成两组结果:一组是识别成功率较高的群体,另一组是识别帮助这些群体实现目标的关键变量。

    图 3:平均每周健身时间和每项运动/机器的组数的原始数据

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    图 4:六个月后将活动信息与会员结果相结合的增强数据

    例如,如果用户希望通过增加耐力来提高马拉松成绩,或者通过增加力量来实现举重目标,决策树可以为他们提供实现这些目标的清晰路径。下面的决策树显示了创建锻炼计划所需的具体锻炼,该锻炼计划旨在实现四个核心目标:减肥、增强耐力、增强力量和改善整体健康。 (图5-8)。

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    图5:减肥决策树模型

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    图 6:提高耐用性的决策树模型

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    图 7:构建强度决策树模型

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    图 8:改善整体健康状况的决策树模型

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    结果的实际应用

    根据决策树的结果,个人可以创建培训计划设计矩阵。它是一个帮助用户、私人教练和教练共同制定锻炼计划的工具。决策树改变了我们对健身的思考方式,提供了一种更加结构化的分析方法。模型结果确定了实现目标所需的关键练习和重要要素。下面的矩阵(图 9)显示了根据健身房会员数据生成的结果。

    例如,如果您的目标是减肥,该模型会建议将有氧运动和力量训练相结合。将跑步机跑步、游泳与深蹲、哑铃训练相结合,是最有效的减肥方法。如果您的目标是增强力量,决策树模型建议使用更多的自由重量器械和绳索器械。

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    图 9:训练计划设计矩阵结果

    这些模型最好的一点是,它们可以帮助你摆脱制定锻炼计划时的盲目犹豫。借助数据驱动的见解,您可以更加专注于让自己更健康、更有活力,而不用担心选择什么以及如何做。许多人在做出与健身相关的决定时都会遇到困难——情绪、偏见、不完整的信息,甚至太多相互矛盾的建议都会让他们难以做出决定。

    幸运的是,现在我们有一个强大的工具,可以帮助您更轻松地实现目标,无论您的目标是减肥、增加肌肉还是提高耐力。换句话说,答案很明确——是的,机器学习和决策树确实可以为你规划一条可靠的健身路线,让你根据数据制定更科学的锻炼计划。

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