In this paper, we propose Genetic Algorithms(GAs)-based Optimal Polynomial Neural Networks(PNN). The proposed algorithm is based on Group Method of Data Handling(GMDH) method and its structure is similar to feedforward Neural Networks. But the structure of PNN is not fixed like in conventional Neural Networks and can be generated. The each node of PNN structure uses several types of high-order polynomial such as linear, quadratic and modified quadratic, and is connected as various kinds of multi-variable inputs. The conventional PNN depends on experience of a designer that select No. of input variable, input variable and polynomial type. Therefore it is very difficult a organizing of optimized network. The proposed algorithm identified and selected No. of input variable, input variable and polynomial type by using Genetic Algorithms(GAs). In the sequel the proposed model shows not only superior results to the existing models, but also pliability in organizing of optimal network. The study is illustrated with the ACI Distance Relay Data for application to power systems.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.52
no.7
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pp.424-433
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2003
Evolutionary design related to the optimal design of Polynomial Neural Networks (PNNs) structure for model identification of complex and nonlinear system is studied in this paper. The PNN structure is consisted of layers and nodes like conventional neural networks but is not fixed and can be changable according to the system environments. three types of polynomials such as linear, quadratic, and modified quadratic is used in each node that is connected with various kinds of multi-variable inputs. Inputs and order of polynomials in each node are very important element for the performance of model. In most cases these factors are decided by the background information and trial and error of designer. For the high reliability and good performance of the PNN, the factors must be decided according to a logical and systematic way. In the paper evolutionary algorithm is applied to choose the optimal input variables and order. Evolutionary (genetic) algorithm is a random search optimization technique. The evolved PNN with optimally chosen input variables and order is not fixed in advance but becomes fully optimized automatically during the identification process. Gas furnace and pH neutralization processes are used in conventional PNN version are modeled. It shows that the designed PNN architecture with evolutionary structure optimization can produce the model with higher accuracy than previous PNN and other works.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.7
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pp.424-424
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2003
Evolutionary design related to the optimal design of Polynomial Neural Networks (PNNs) structure for model identification of complex and nonlinear system is studied in this paper. The PNN structure is consisted of layers and nodes like conventional neural networks but is not fixed and can be changable according to the system environments. three types of polynomials such as linear, quadratic, and modified quadratic is used in each node that is connected with various kinds of multi-variable inputs. Inputs and order of polynomials in each node are very important element for the performance of model. In most cases these factors are decided by the background information and trial and error of designer. For the high reliability and good performance of the PNN, the factors must be decided according to a logical and systematic way. In the paper evolutionary algorithm is applied to choose the optimal input variables and order. Evolutionary (genetic) algorithm is a random search optimization technique. The evolved PNN with optimally chosen input variables and order is not fixed in advance but becomes fully optimized automatically during the identification process. Gas furnace and pH neutralization processes are used in conventional PNN version are modeled. It shows that the designed PNN architecture with evolutionary structure optimization can produce the model with higher accuracy than previous PNN and other works.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.1
no.3
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pp.321-331
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2003
Experimental software datasets describing software projects in terms of their complexity and development time have been the subject of intensive modeling. A number of various modeling methodologies and modeling designs have been proposed including such approaches as neural networks, fuzzy, and fuzzy neural network models. In this study, we introduce the concept of the Rule-based fuzzy polynomial neural networks (RFPNN) as a hybrid modeling architecture and discuss its comprehensive design methodology. The development of the RFPNN dwells on the technologies of Computational Intelligence (CI), namely fuzzy sets, neural networks, and genetic algorithms. The architecture of the RFPNN results from a synergistic usage of RFNN and PNN. RFNN contribute to the formation of the premise part of the rule-based structure of the RFPNN. The consequence part of the RFPNN is designed using PNN. We discuss two kinds of RFPNN architectures and propose a comprehensive learning algorithm. In particular, it is shown that this network exhibits a dynamic structure. The experimental results include well-known software data such as the NASA dataset concerning software cost estimation and the one describing software modules of the Medical Imaging System (MIS).
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.12
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pp.1772-1781
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2017
In this study, the design methodology for alleviating the overfitting problem of Polynomial Neural Networks(PNN) is realized with the aid of two kinds techniques such as L2 regularization and Sum of Squared Coefficients (SSC). The PNN is widely used as a kind of mathematical modeling methods such as the identification of linear system by input/output data and the regression analysis modeling method for prediction problem. PNN is an algorithm that obtains preferred network structure by generating consecutive layers as well as nodes by using a multivariate polynomial subexpression. It has much fewer nodes and more flexible adaptability than existing neural network algorithms. However, such algorithms lead to overfitting problems due to noise sensitivity as well as excessive trainning while generation of successive network layers. To alleviate such overfitting problem and also effectively design its ensuing deep network structure, two techniques are introduced. That is we use the two techniques of both SSC(Sum of Squared Coefficients) and $L_2$ regularization for consecutive generation of each layer's nodes as well as each layer in order to construct the deep PNN structure. The technique of $L_2$ regularization is used for the minimum coefficient estimation by adding penalty term to cost function. $L_2$ regularization is a kind of representative methods of reducing the influence of noise by flattening the solution space and also lessening coefficient size. The technique for the SSC is implemented for the minimization of Sum of Squared Coefficients of polynomial instead of using the square of errors. In the sequel, the overfitting problem of the deep PNN structure is stabilized by the proposed method. This study leads to the possibility of deep network structure design as well as big data processing and also the superiority of the network performance through experiments is shown.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.3
no.3
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pp.309-330
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2009
In this paper, we introduce the architecture of Genetic Algorithm(GA) based Feed-forward Polynomial Neural Networks(PNNs) and discuss a comprehensive design methodology. A conventional PNN consists of Polynomial Neurons, or nodes, located in several layers through a network growth process. In order to generate structurally optimized PNNs, a GA-based design procedure for each layer of the PNN leads to the selection of preferred nodes(PNs) with optimal parameters available within the PNN. To evaluate the performance of the GA-based PNN, experiments are done on a model by applying Medical Imaging System(MIS) data to a multi-variable software process. A comparative analysis shows that the proposed GA-based PNN is modeled with higher accuracy and more superb predictive capability than previously presented intelligent models.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.4
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pp.534-540
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2014
In this paper, we propose a fuzzy combined Polynomial Neural Network(PNN) for pattern classification. The fuzzy combined PNN comes from the generic TSK fuzzy model with several linear polynomial as the consequent part and is the expanded version of the fuzzy model. The proposed pattern classifier has the polynomial neural networks as the consequent part, instead of the general linear polynomial. PNNs are implemented by stacking the simple polynomials dynamically. To implement one layer of PNNs, the various types of simple polynomials are used so that PNNs have flexibility and versatility. Although the structural complexity of the implemented PNNs is high, the PNNs become a high order-multi input polynomial finally. To estimate the coefficients of a polynomial neuron, The weighted linear discriminant analysis. The output of fuzzy rule system with PNNs as the consequent part is the linear combination of the output of several PNNs. To evaluate the classification ability of the proposed pattern classifier, we make some experiments with several machine learning data sets.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.50
no.9
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pp.430-438
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2001
In this study, we introduce the adaptive Polynomial Neuro-Fuzzy Networks(PNFN) architecture generated from the fusion of fuzzy inference system and PNN algorithm. The PNFN dwells on the ideas of fuzzy rule-based computing and neural networks. Fuzzy inference system is applied in the 1st layer of PNFN and PNN algorithm is employed in the 2nd layer or higher. From these the multilayer structure of the PNFN is constructed. In order words, in the Fuzzy Inference System(FIS) used in the nodes of the 1st layer of PNFN, either the simplified or regression polynomial inference method is utilized. And as the premise part of the rules, both triangular and Gaussian like membership function are studied. In the 2nd layer or higher, PNN based on GMDH and regression polynomial is generated in a dynamic way, unlike in the case of the popular multilayer perceptron structure. That is, the PNN is an analytic technique for identifying nonlinear relationships between system's inputs and outputs and is a flexible network structure constructed through the successive generation of layers from nodes represented in partial descriptions of I/O relatio of data. The experiment part of the study involves representative time series such as Box-Jenkins gas furnace data used across various neurofuzzy systems and a comparative analysis is included as well.
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.
Park, Ho-Sung;Park, Byoung-Jun;Ahn, Tae-Chon;Oh, Sung-Kwun
Proceedings of the KIEE Conference
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1999.07g
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pp.2856-2858
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1999
In this paper, the FPNN(Fuzzy Polynomial Neural Networks) algorithm with multi-layer fuzzy inference structure is proposed for the model identification of a complex nonlinear system. The FPNN structure is generated from the mutual combination of PNN (Polynomial Neural Network) structure and fuzzy inference method. The PNN extended from the GMDH(Group Method of Data Handling) uses several types of polynomials such as linear, quadratic and modifled quadratic besides the biquadratic polynomial used in the GMDH. In the fuzzy inference method, simplified and regression polynomial inference method which is based on the consequence of fuzzy rule expressed with a polynomial such as linear, quadratic and modified quadratic equation are used Each node of the FPNN is defined as a fuzzy rule and its structure is a kind of fuzzy-neural networks. Gas furnace data used to evaluate the performance of our proposed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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