본 연구는 뉴로퍼지 네트워크와 다항식 뉴럴네트워크를 합성한 하이브리드 모델링 구조인 고급 뉴로퍼지 다항식 네트워크(Advanced neurofuzzy polynomial networks ; ANFPN)를 제안한다. 제안된 네트워크 구조는 높은 비선형 규칙 기반 모델로, CI(Computational Intelligence)의 기술, 즉 퍼지집합, 뉴럴네트워크, 유전자 알고리즘에 의해 설계되어진다. 뉴로퍼지 네트워크는 ANFPN 구조의 전반부를, 다항식 뉴럴네트워크는 후반부를 구성한다. ANFPN의 전반부에서, 뉴로퍼지 네트워크는 간략추론, 오류역전파 학습 규칙을 이용한다. 멤버쉽함수의 파라미터, 학습율, 모멘텀 계수는 유전자 최적화를 이용하여 조절된다. ANFPN의 후반부 구조로서 다항식 뉴럴네트워크는 학습을 통해 생성되는(전개되는) 유연한 네트워크 구조이다. 특히 다항식 뉴럴네트워크의 층과 노드 수는 고정되어 있지 않고 동적으로 생성된다. 본 연구에서는, 2가지 형태의 ANFPN 구조를 제안한다. 즉 기본 구조와 변형된 구조이다. 여기서 기본 구조와 변형된 구조는 다항식 뉴럴네트워크 구조의 각 층에서 입력변수의 수와 회귀다항식의 차수에 의존한다. 두 결합 구조의 특징 때문에 공정 시스템의 비선형적인 특성을 고려할 수 있고 보다 우수한 예측능력을 가진 좋은 출력선응을 얻을 수 있게 한다. ANFPN의 유용성과 실용성은 2개의 수치 예제를 통해 논의된다. 제안된 ANFPN은 기존의 모델보다 높은 정밀도와 예측능력을 가진 모델을 생성함을 보인다.
A new design methology is proposed to identify the structure and parameters of fuzzy model using PNN and a fuzzy inference method. The PNN is the extended structure of the GMDH(Group Method of Data Handling), and uses several types of polynomials such as linear, quadratic and cubic besides the biquadratic polynomial used in the GMDH. The FPNN(Fuzzy Polynomial Neural Networks) algorithm uses PNN(Polynomial Neural networks) structure and a fuzzy inference method. In the fuzzy inference method, the simplified and regression polynomial inference methods are used. Here a regression polynomial inference is based on consequence of fuzzy rules with a polynomial equations such as linear, quadratic and cubic equation. Each node of the FPNN is defined as fuzzy rules and its structure is a kind of neuro-fuzzy architecture. In this paper, we will consider a model that combines the advantage of both FPNN and PNN. Also we use the training and testing data set to obtain a balance between the approximation and generalization of process model. Several numerical examples are used to evaluate the performance of the our proposed model.
Kim, Dongwon;Huh, Sung-Hoe;Seo, Sam-Jun;Park, Gwi-Tae
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제2권2호
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pp.189-200
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2004
In this paper, we introduce a new soft computing technique that dwells on the ideas of combining fuzzy rules in a fuzzy system with polynomial neural networks (PNN). The PNN is a flexible neural architecture whose structure is developed through the modeling process. Unfortunately, the PNN has a fatal drawback in that it cannot be constructed for nonlinear systems with only a small amount of input variables. To overcome this limitation in the conventional PNN, we employed one of three principal soft computing components such as a fuzzy system. As such, a space of input variables is partitioned into several subspaces by the fuzzy system and these subspaces are utilized as new input variables to the PNN architecture. The proposed soft computing technique is achieved by merging the fuzzy system and the PNN into one unified framework. As a result, we can find a workable synergistic environment and the main characteristics of the two modeling techniques are harmonized. Thus, the proposed method alleviates the problems of PNN while providing superb performance. Identification results of the three-input nonlinear static function and nonlinear system with two inputs will be demonstrated to demonstrate the performance of the proposed approach.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제5권4호
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pp.327-332
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2005
We investigatea new fuzzy-neural networks-Hybrid Fuzzy set based polynomial Neural Networks (HFSPNN). These networks consist of genetically optimized multi-layer with two kinds of heterogeneous neurons thatare fuzzy set based polynomial neurons (FSPNs) and polynomial neurons (PNs). We have developed a comprehensive design methodology to determine the optimal structure of networks dynamically. The augmented genetically optimized HFSPNN (namely gHFSPNN) results in a structurally optimized structure and comes with a higher level of flexibility in comparison to the one we encounter in the conventional HFPNN. The GA-based design procedure being applied at each layer of gHFSPNN leads to the selection leads to the selection of preferred nodes (FSPNs or PNs) available within the HFSPNN. In the sequel, the structural optimization is realized via GAs, whereas the ensuing detailed parametric optimization is carried out in the setting of a standard least square method-based learning. The performance of the gHFSPNN is quantified through experimentation where we use a number of modeling benchmarks synthetic and experimental data already experimented with in fuzzy or neurofuzzy modeling.
본 연구에서는 퍼지관계 및 진화론적 최적 다층 퍼셉트론에 기초한 퍼지다항식 뉴럴네트워크(FPNN)의 새로운 구조를 소개하고, 포괄적인 설계방법론을 토의하며, 그리고 일련의 수치적인 실험이 수행된다. 진화론적 최적 FPNN(EFPNN)의 구축을 위해 컴퓨터지능(CI)의 기반 기술을 이용한다. EFPNN의 구조는 규칙베이스 퍼지뉴럴네트워크와 다항식 뉴럴네트워크의 결합에 의한 유전자 최적 구동 하이브리드 시스템의 시너지 이용으로 얻어진다. 퍼지뉴럴네트워크는 EFPNN의 전체규칙 구조의 전반부에 기여하고, EFPNN의 후반부는 다항식 뉴럴네트워크를 사용하여 설계된다. EFPNN의 후반부를 위한 유전론적 최적 다항식 뉴럴네트워크의 개발은 두 최적화 기법에 의해 수행된다. 즉 구조적 최적화는 유전자알고리즘에 의해 수행되고, 파라미터 최적화는 최소자승법 기반의 학습을 통해 행하여진다. EFPNN의 성능 평가를 위해, 모델은 몇 가지 수치 예제를 이용한다. 비교에 의한 해석은 제안된 EFPNN이 이전에 제시된 다른 지능형 모델보다 높은 정확도 뿐만 아니라 좀 더 우수한 예측능력을 가지는 모델임을 보여준다.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제7권2호
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pp.132-137
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2007
Experimental software data capturing the essence of software projects (expressed e.g., in terms of their complexity and development time) have been a subject of intensive modeling. In this study, we introduce a new category of Hybrid Fuzzy Neural Networks (gHFNN) and discuss their comprehensive design methodology. The gHFNN architecture results from highly synergistic linkages between Fuzzy Neural Networks (FNN) and Polynomial Neural Networks (PNN). We develop a rule-based model consisting of a number of "if-then" statements whose antecedents are formed in the input space and linked with the consequents (conclusion pats) formed in the output space. In this framework, FNNs contribute to the formation of the premise part of the overall network structure of the gHFNN. The consequences of the rules are designed with the aid of genetically endowed PNNs. The experiments reported in this study deal with well-known software data such as the NASA dataset. In comparison with the previously discussed approaches, the proposed self-organizing networks are more accurate and yield significant generalization abilities.
In this paper, a new design methodology named FNNN(Fuzzy Polynomial Neural Network) algorithm is proposed to identify the structure and parameters of fuzzy model using PNN(Polynomial Neural Network) structure and a fuzzy inference method. The PNN is the extended structure of the GMDH(Group Method of Data Handling), and uses several types of polynomials such as linear, quadratic and modified quadratic besides the biquadratic polynomial used in the GMDH. The premise of fuzzy inference rules defines by triangular and gaussian type membership function. The fuzzy inference method uses 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 fuzzy rules and its structure is a kind of neuro-fuzzy architecture Several numerical example are used to evaluate the performance of out proposed model. Also we used the training data and testing data set to obtain a balance between the approximation and generalization of proposed model.
In this paper, Polynomial Neural Networks(PNN) is proposed to overcome some problems, such as the conflict between overfitting and good generation, and low reliability and to control nonlinearity and unknown parameter of complex system. PNN structure is consisted of layers and nodes like conventional neural networks but is not fixed and can be generated according to the system environments. The performances depend on two factors, number of inputs and order of polynomials in each node directly. In most cases these factors are decided by the trial and error of designer so optimization is needed in deciding procedure of the factors. Evolutionary algorithm is applied to decide the factors in PNN. The study is illustrated with the aid of representative time series data for gas furnace process used widely for performance comparison, and shows the designed PNN architecture with evolutionary algorithm.
Since the neural network was introduced, significant progress has been made on data handling and learning algorithms. Currently, the most popular learning algorithm in neural network training is feed forward error back-propagation (FFEBP) algorithm. Aside from the success of the FFEBP algorithm, polynomial neural networks (PNN) learning has been proposed as a new learning method. The PNN learning is a self-organizing process designed to determine an appropriate set of Ivakhnenko polynomials that allow the activation of many neurons to achieve a desired state of activation that mimics a given set of sampled patterns. These neurons are interconnected in such a way that the knowledge is stored in Ivakhnenko coefficients. In this paper, the PNN model has been developed using the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) experimental data. To characterize the PECVD process using PNN, SiO$_2$films deposited under varying conditions were analyzed using fractional factorial experimental design with three center points. Parameters varied in these experiments included substrate temperature, pressure, RF power, silane flow rate and nitrous oxide flow rate. Approximately five microns of SiO$_2$were deposited on (100) silicon wafers in a Plasma-Therm 700 series PECVD system at 13.56 MHz.
In this paper, we proposed the Fuzzy Polynomial Neural Networks(FPNN) model with fuzzy activation node. The proposed FPNN structure is generated from the mutual combination of PNN(Polynomial Neural Networks) structure and fuzzy inference system. The premise of fuzzy inference rules defines by triangular and gaussian type membership function. The fuzzy inference method uses 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. The structure of FPNN is not fixed like in conventional Neural Networks and can be generated. The design procedure to obtain an optimal model structure utilizing FPNN algorithm is shown in each stage. Gas furnace time series data used to evaluate the performance of our proposed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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