In this paper, we introduce a new structure of fuzzy-neural networks Fuzzy Set-based Polynomial Neural Networks (FSPNN). The two underlying design mechanisms of such networks involve genetic optimization and information granulation. The resulting constructs are Fuzzy Polynomial Neural Networks (FPNN) with fuzzy set-based polynomial neurons (FSPNs) regarded as their generic processing elements. First, we introduce a comprehensive design methodology (viz. a genetic optimization using Genetic Algorithms) to determine the optimal structure of the FSPNNs. This methodology hinges on the extended Group Method of Data Handling (GMDH) and fuzzy set-based rules. It concerns FSPNN-related parameters such as the number of input variables, the order of the polynomial, the number of membership functions, and a collection of a specific subset of input variables realized through the mechanism of genetic optimization. Second, the fuzzy rules used in the networks exploit the notion of information granules defined over systems variables and formed through the process of information granulation. This granulation is realized with the aid of the hard C- Means clustering (HCM). The performance of the network is quantified through experimentation in which we use a number of modeling benchmarks already experimented with in the realm of fuzzy or neurofuzzy modeling.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.8
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pp.551-560
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2004
In this paper, we propose a new architecture of Self-Organizing Fuzzy Polynomial Neural Networks (SOFPNN) that is based on a genetically optimized multilayer perceptron with fuzzy polynomial neurons (FPNs) and discuss its comprehensive design methodology involving mechanisms of genetic optimization, especially genetic algorithms (GAs). The proposed SOFPNN gives rise to a structurally optimized structure and comes with a substantial level of flexibility in comparison to the one we encounter in conventional SOFPNNs. The design procedure applied in the construction of each layer of a SOFPNN deals with its structural optimization involving the selection of preferred nodes (or FPNs) with specific local characteristics (such as the number of input variables, the order of the polynomial of the consequent part of fuzzy rules, and a collection of the specific subset of input variables) and addresses specific aspects of parametric optimization. Through the consecutive process of such structural and parametric optimization, an optimized and flexible fuzzy neural network is generated in a dynamic fashion. To evaluate the performance of the genetically optimized SOFPNN, the model is experimented with using two time series data(gas furnace and chaotic time series), A comparative analysis reveals that the proposed SOFPNN exhibits higher accuracy and superb predictive capability in comparison to some previous models available in the literatures.
In this paper, we propose Neuro Fuzzy Polynomial Networks(NFPN) based on Polynomial Neural Network(PNN) and Neuro-Fuzzy(NF) for model identification of complex and nonlinear systems. The proposed NFPN is generated from the mutually combined structure of both NF and PNN. The one and the other are considered as the premise part and consequence part of NFPN structure respectively. As the premise part of NFPN, NF uses both the simplified fuzzy inference as fuzzy inference method and error back-propagation algorithm as learning rule. The parameters such as parameters of membership functions, learning rates and momentum coefficients are adjusted using genetic algorithms. As the consequence part of NFPN, PNN is based on Group Method of Data Handling(GMDH) method and its structure is similar to Neural Networks. But the structure of PNN is not fixed like in conventional Neural Networks and self-organizing networks that can be generated. NFPN is available effectively for multi-input variables and high-order polynomial according to the combination of NF with PNN. Accordingly it is possible to consider the nonlinearity characteristics of process and to get better output performance with superb predictive ability. In order to evaluate the performance of proposed models, we use the nonlinear function. The results show that the proposed FPNN can produce the model with higher accuracy and more robustness than any other method presented previously.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.2
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pp.127-136
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2005
In this paper, a new architecture and comprehensive design methodology of genetically optimized Rule-based Fuzzy Polynomial Neural Networks(gRFPNN) are introduced and a series of numeric experiments are carried out. The architecture of the resulting gRFPNN results from asynergistic usage of the hybrid system generated by combining rule-based Fuzzy Neural Networks(FNN) with polynomial neural networks (PNN). FNN contributes to the formation of the premise part of the overall rule-based structure of the gRFPNN. The consequence part of the gRFPNN is designed using PNNs. At the premise part of the gRFPNN, FNN exploits fuzzy set based approach designed by using space partitioning in terms of individual variables and comes in two fuzzy inference forms: simplified and linear. As the consequence part of the gRFPNN, the development of the genetically optimized PNN dwells on two general optimization mechanism: the structural optimization is realized via GAs whereas in case of the parametric optimization we proceed with a standard least square method-based learning. To evaluate the performance of the gRFPNN, the models are experimented with the use of several representative numerical examples. A comparative analysis shows that the proposed gRFPNN are models with higher accuracy as well as more superb predictive capability than other intelligent models presented previously.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2004.10a
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pp.429-432
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2004
본 논문은 기존의 퍼지 다항식 뉴럴 네트워크 (Fuzzy Polynomial Neural Networks ; FPNN) 모델을 이용하여 비선형성 데이터에 대한 추론을 제안한다. 복잡한 비선형 시스템의 모델동정을 위하여 생성된 GMDH 방법에 기초한 FPNN의 각 노드는 퍼지 규칙을 기반으로 구축되었으며, 층이 진행되는 동안 모델 스스로 노드의 선택과 제거를 통해 최적의 네트워크 구조를 생성할 수 있는 유연성을 가지고 있다. FPNN 각각의 활성노드를 퍼지다항식 뉴론(Fuzzy Polynomial Neuron ; FPN)이라고 표현한다. FPNN의 후반부 구조는 입출력 변수 사이 의 간략과 회귀다항식 (1차, 2차, 변형된 2차식) 함수에 의해 구현된다. 규칙의 전반부 멤버쉽 함수는 삼각형과 가우시안형의 멤버쉽 함수가 사용된다. 또한 유전자 알고리즘을 사용하여 각노드의 부분표현식을 구성하는 입력변수의 수, 입력변수와 차수의 선택 동조를 통하여 최적의 Genetic Algorithms(GAs)을 이용한 FPNN모델을 설계하는 것이 유용하고 효과적임을 보인다.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2005.11a
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pp.483-487
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2005
We introduce a new architecture of hetero-hybridized feed-forward neural networks composed of fuzzy set-based polynomial neural networks (FSPNN) and polynomial neural networks (PM) that are based on a genetically optimized multi-layer perceptron and develop their comprehensive design methodology involving mechanisms of genetic optimization and Information Granulation. The construction of Information Granulation based HFSPNN (IG-HFSPNN) exploits fundamental technologies of Computational Intelligence(Cl), namely fuzzy sets, neural networks, and genetic algorithms(GAs) and Information Granulation. The architecture of the resulting genetically optimized Information Granulation based HFSPNN (namely IG-gHFSPNN) results from a synergistic usage of the hybrid system generated by combining new fuzzy set based polynomial neurons (FPNs)-based Fuzzy Neural Networks(PM) with polynomial neurons (PNs)-based Polynomial Neural Networks(PM). The design of the conventional genetically optimized HFPNN exploits the extended Group Method of Data Handling(GMDH) with some essential parameters of the network being tuned by using Genetie Algorithms throughout the overall development process. However, the new proposed IG-HFSPNN adopts a new method called as Information Granulation to deal with Information Granules which are included in the real system, and a new type of fuzzy polynomial neuron called as fuzzy set based polynomial neuron. The performance of the IG-gHFPNN is quantified through experimentation.
In this paper, we present forecasting ozone concentration with decision support system. Since the mechanism of ozone concentration is highly complex, nonlinear, and nonstationary, modeling of ozone prediction system has many problems and results of prediction are not good performance so far. Forecasting ozone concentration with decision support system is acquired to information from human knowledge and experiment data. Fuzzy clustering method uses the acquisition and dynamic polynomial neural network gives us a good performance for ozone prediction with ability of superior data approximation and self-organization.
Park, Byoung-Jun;Park, Keon-Jun;Lee, Dong-Yoon;Oh, Sung-Kwun
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.14
no.5
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pp.660-665
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2004
In this study, a new architecture and comprehensive design methodology of genetically optimized Multi-layer Fuzzy Neural Networks (gMFNN) are introduced and a series of numeric experiments are carried out. The gMFNN architecture results from a synergistic usage of the hybrid system generated by combining Fuzzy Neural Networks (FNN) with Polynomial Neural Networks (PNN). FNN contributes to the formation of the premise part of the overall network structure of the gMFNN. The consequence part of the gMFNN is designed using PNN. The optimization of the FNN is realized with the aid of a standard back-propagation learning algorithm and genetic optimization. The development of the PNN dwells on the extended Group Method of Data Handling (GMDH) method and Genetic Algorithms (GAs). To evaluate the performance of the gMFNN, the models are experimented with the use of a numerical example.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2005.04a
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pp.305-308
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2005
본 논문은 유전자 알고리즘 기반 퍼지 다항식 뉴럴네트워크(Genetic Algorithm-based Fuzzy Polynomial Neural Networks ; GAs-based FPNN)를 이용하여 비선형 데이터의 최적화 추론 알고리즘을 제안한다. FPNN의 각 노드는 GMDH와 퍼지규칙을 기초로 만들었다. FPNN의 각 노드는 퍼지 다항식 뉴론(Fuzzy Polynomial Neuron : FPN)이라고 표현하다. 제안된 모델은 구조 선택에 있어서 유전자 알고리즘(Genetic Algorithms : GAs)을 이용하였다. 유전자 알고리즘을 사용하여 입력의 차수와 입력의 개수 그리고 후반부 추론의 형태를 최적 선택하였다. 비선형 데이터에 대한 모델 설계를 위해 최적화 알고리즘인 유전자 알고리즘 기반 FPNN 모델 설계가 유용하고 효과적임을 보인다.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.2
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pp.126-135
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2002
The study is concerned with an approach to the design of new architectures of fuzzy neural networks and the discussion of comprehensive design methodology supporting their development. We propose an Adaptive Fuzzy Polynomial Neural Networks(APFNN) based on Fuzzy Neural Networks(FNN) and Self-organizing Networks(SON) for model identification of complex and nonlinear systems. The proposed AFPNN is generated from the mutually combined structure of both FNN and SON. The one and the other are considered as the premise and the consequence part of AFPNN, respectively. As the premise structure of AFPNN, FNN uses both the simplified fuzzy inference and error back-propagation teaming rule. The parameters of FNN are refined(optimized) using genetic algorithms(GAs). As the consequence structure of AFPNN, SON is realized by a polynomial type of mapping(linear, quadratic and modified quadratic) between input and output variables. In this study, we introduce two kinds of AFPNN architectures, namely the basic and the modified one. The basic and the modified architectures depend on the number of input variables and the order of polynomial in each layer of consequence structure. Owing to the specific features of two combined architectures, it is possible to consider the nonlinear characteristics of process system and to obtain the better output performance with superb predictive ability. The availability and feasibility of the AFPNN are discussed and illustrated with the aid of two representative numerical examples. The results show that the proposed AFPNN can produce the model with higher accuracy and predictive ability than any other method presented previously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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