We introduce an optimization of fuzzy set-fuzzy systems based on IG (Information Granules). The proposed fuzzy model implements system structure and parameter identification by means of IG and GAs. The concept of information granulation was coped with to enhance the abilities of structural optimization of the fuzzy model. Granulation of information realized with C-Means clustering helps determine the initial parameters of the fuzzy model such as the initial apexes of the membership functions in the premise part and the initial values of polynomial functions in the consequence part of the fuzzy rules. The initial parameters are adjusted effectively with the help of the GAs and the standard least square method. To optimally identify the structure and the parameters of the fuzzy model we exploit GAs with successive tuning method to simultaneously search the structure and the parameters within one individual. We also consider the variant generation-based evolution to adjust the rate of identification of the structure and the parameters in successive tuning method. The proposed model is evaluated with the performance of the conventional fuzzy model.
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.
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.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.1
no.2
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pp.194-202
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2003
In this paper, we introduce a category of Multi-FNN (Fuzzy-Neural Networks) models, analyze the underlying architectures and propose a comprehensive identification framework. The proposed Multi-FNNs dwell on a concept of fuzzy rule-based FNNs based on HCM clustering and evolutionary fuzzy granulation, and exploit linear inference being treated as a generic inference mechanism. By this nature, this FNN model is geared toward capturing relationships between information granules known as fuzzy sets. The form of the information granules themselves (in particular their distribution and a type of membership function) becomes an important design feature of the FNN model contributing to its structural as well as parametric optimization. The identification environment uses clustering techniques (Hard C - Means, HCM) and exploits genetic optimization as a vehicle of global optimization. The global optimization is augmented by more refined gradient-based learning mechanisms such as standard back-propagation. The HCM algorithm, whose role is to carry out preprocessing of the process data for system modeling, is utilized to determine the structure of Multi-FNNs. The detailed parameters of the Multi-FNN (such as apexes of membership functions, learning rates and momentum coefficients) are adjusted using genetic algorithms. An aggregate performance index with a weighting factor is proposed in order to achieve a sound balance between approximation and generalization (predictive) abilities of the model. To evaluate the performance of the proposed model, two numeric data sets are experimented with. One is the numerical data coming from a description of a certain nonlinear function and the other is NOx emission process data from a gas turbine power plant.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.15
no.2
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pp.87-95
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2015
In this study, we pursue a new direction for system modeling by introducing the concept of granular models, which produce results in the form of information granules (such as intervals, fuzzy sets, and rough sets). We present a rationale and several key motivating arguments behind the use of granular models and discuss their underlying design processes. The development of the granular model includes optimal allocation of information granularity through optimizing the criteria of coverage and specificity. The emergence and construction of granular models of type-2 and type-n (in general) is discussed. It is shown that achieving a suitable coverage-specificity tradeoff (compromise) is essential for developing granular models.
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.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.6
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pp.415-424
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2004
In this paper, we introduce and investigate a new category of rule-based fuzzy inference system based on Information Granulation(IG). The proposed rule-based fuzzy modeling implements system structure and parameter identification in the efficient form of “If..., then...” statements, and exploits the theory of system optimization and fuzzy implication rules. The form of the fuzzy rules comes with three types of fuzzy inferences: a simplified one that involves conclusions that are fixed numeric values, a linear one where the conclusion part is viewed as a linear function of inputs, and a regression polynomial one as the extended type of the linear one. By the nature of the rule-based fuzzy systems, these fuzzy models are geared toward capturing relationships between information granules. The form of the information granules themselves becomes an important design features of the fuzzy model. Information granulation with the aid of HCM(Hard C-Means) clustering algorithm hell)s determine the initial parameters of rule-based fuzzy model such as the initial apexes of the membership functions and the initial values of polynomial function being used in the Premise and consequence Part of the fuzzy rules. And then the initial Parameters are tuned (adjusted) effectively with the aid of the improved complex method(ICM) and the standard least square method(LSM). In the sequel, the ICM and LSM lead to fine-tuning of the parameters of premise membership functions and consequent polynomial functions in the rules of fuzzy model. An aggregate objective function with a weighting factor is proposed in order to achieve a balance between performance of the fuzzy model. Numerical examples are included to evaluate the performance of the proposed model. They are also contrasted with the performance of the fuzzy models existing in the literature.
In this paper, we introduce a genetic optimization of fuzzy set-fuzzy model using successive tuning method to carry out the model identification of complex and nonlinear systems. To identity we use genetic alrogithrt1 (GA) sand C-Means clustering. GA is used for determination the number of input, the seleced input variables, the number of membership function, and the conclusion inference type. Information Granules (IG) with the aid of C-Means clustering algorithm help determine the initial paramters of fuzzy model such as the initial apexes of the, membership functions in the premise part and the initial values of polyminial functions in the consequence part of the fuzzy rules. The overall design arises as a hybrid structural and parametric optimization. Genetic algorithms and C-Means clustering are used to generate the structurally as well as parametrically optimized fuzzy model. To identify the structure and estimate parameters of the fuzzy model we introduce the successive tuning method with variant generation-based evolution by means of GA. Numerical example is included to evaluate the performance of the proposed model.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.6
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pp.1230-1237
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2009
In this paper, we develop a design methodology of Granular-based Radial Basis Function Neural Networks(GRBFNN) by context-based clustering. In contrast with the plethora of existing approaches, here we promote a development strategy in which a topology of the network is predominantly based upon a collection of information granules formed on a basis of available experimental data. The output space is granulated making use of the K-Means clustering while the input space is clustered with the aid of a so-called context-based fuzzy clustering. The number of information granules produced for each context is adjusted so that we satisfy a certain reconstructability criterion that helps us minimize an error between the original data and the ones resulting from their reconstruction involving prototypes of the clusters and the corresponding membership values. In contrast to "standard" Radial Basis Function neural networks, the output neuron of the network exhibits a certain functional nature as its connections are realized as local linear whose location is determined by the values of the context and the prototypes in the input space. The other parameters of these local functions are subject to further parametric optimization. Numeric examples involve some low dimensional synthetic data and selected data coming from the Machine Learning repository.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.5
no.3
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pp.253-258
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2005
In this study, we introduce a new category of fuzzy inference systems based on information granulation to carry out the model identification of complex and nonlinear systems. Informal speaking, information granules are viewed as linked collections of objects (data, in particular) drawn together by the criteria of proximity, similarity, or functionality. To identify the structure of fuzzy rules we use genetic algorithms (GAs). Granulation of information with the aid of Hard C-Means (HCM) clustering algorithm help determine the initial parameters of fuzzy model such as the initial apexes of the membership functions and the initial values of polynomial functions being used in the premise and consequence part of the fuzzy rules. And the initial parameters are tuned effectively with the aid of the genetic algorithms and the least square method (LSM). The proposed model is contrasted with the performance of the conventional fuzzy models in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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