The inverse heat conduction problem (IHCP) is a problem of estimating boundary condition from temperature measurement at one or more interior points. Neural networks are general information processing systems inspired by the connectionist theory of human brain. By properly training the network by the learning rule, the neural network method can handle many non-linear or other complex problems. In this work, neural network is applied to complicated inverse heat conduction problems. Efficiency of the procedure is enhanced by incorporating the radial basis functions (RBF). The RBF is trained faster than other neural network and can find smooth solution. In order to demonstrate the effectiveness of the current scheme, a typical one-dimensional IHCP is considered. At one surface, the temperature as well as the heat flux is known. The unknown temperature of interest is estimated on the other side of the slab. The results from the proposed method based on RBF neural network are compared with the conventional method.
Kim, Ki-Sang;Jin, Yong-Ha;Oh, Sung-Kwun;Kim, Hyun-Ki
Proceedings of the IEEK Conference
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2009.05a
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pp.261-263
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2009
본 연구에서는 복잡한 비선형 모델링 방법인 RBF 뉴럴 네트워크(Radial Basis Function Neural Network)와 PNN(Polynomial Neural Network)을 접목한 새로운 형태의 Radial Basis Function Polynomial Neural Network(RPNN)를 제안한다. RBF 뉴럴 네트워크는 빠른 학습 시간, 일반화 그리고 단순화의 특징으로 비선형 시스템 모델링 등에 적용되고 있으며, PNN은 생성된 노드들 중에서 우수한 결과값을 가진 노드들을 선택함으로써 모델의 근사화 및 일반화에 탁월한 효과를 가진 비선형 모델링 방법이다. 제안된 RPNN모델의 기본적인 구조는 PNN의 형태를 이루고 있으며, 각각의 노드는 RBF 뉴럴 네트워크로 구성하였다. 사용된 RBF 뉴럴 네트워크에서의 커널 함수로는 FCM 클러스터링을 사용하였으며, 각 노드의 후반부는 다항식 구조로 표현하였다. 또한 각 노드의 후반부 파라미터들은 최소자승법을 이용하여 최적화 하였다. 제안한 모델의 적용 및 유용성을 비교 평가하기 위하여 비선형 데이터를 이용하여 그 우수성을 보인다.
In recent years, raising air pollutants has become as a big concern, especially in metropolitan cities such as Tehran. Therefore, forecasting the level of pollutants plays a significant role in air quality management. One of the forecasting tools that can be used is an artificial neural network which is able to model the complicated process of air pollution. In this study, we applied two different methods of artificial neural networks, the Multilayer Perceptron (MLP) and Radial Basis Function (RBF), to predict the hourly air concentrations of toluene in Tehran. Hourly temperature, wind speed, humidity and $NO_x$ were selected as inputs. Both methods had acceptable results; however, the RBF neural network produced better results. The coefficient of determination ($R^2$) between the observed and predicted data was 0.9642 and 0.99 for MLP and RBF neural networks, respectively. The results of the mean bias errors (MBE) were 0.00 and -0.014 for RBF and MLP, respectively which indicate the adequacy of the models. The index of agreement (IA) between the observed and predicted data was 0.999 and 0.994 in the RBF and the MLP, respectively which indicates the efficiency of the models. Finally, sensitivity analysis related to the MLP neural network determined that temperature was the most significant factor in air concentration of toluene in Tehran which may be due to the volatile nature of toluene.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2006.11a
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pp.19-22
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2006
Type-2 fuzzy 이론은 기존의 퍼지 이론보다 패턴의 불확실성에 대한 제어를 더 향상시킬 수 있다. 반면에 계산 량이 커지는 문제점 때문에 본 논문에서는 type-2 fuzzy set 대신에 secondary membership이 interval의 형태를 갖는 interval type-2 fuzzy set을 기존의 radial basis function(RBF) neural network에 적용시킨 interval type-2 fuzzy RBF neural network를 제안한다. 제안한 알고리즘은 interval type-2 fuzzy membership function에 의하여 패턴들의 불확실성을 좀 더 잘 제어하여 기존의 RBF neural network의 성능을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 제안한 알고리즘의 타당성을 보이기 위하여 여러 데이터 집합에 대한 분류 결과를 보인다.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.12
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pp.1249-1255
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2004
A new parameter adaptation scheme for RBF Neural Network (NN) has been developed in this paper. Even though the RBF Neural Network (NN) based controllers are robust against both un-modeled dynamics and external disturbances, the performance is not satisfactory for a fast and precise mobile robot. To improve the tracking performance as well as robustness, all the parameters of RBF NN are updated in real time. The stability of this control law is rigorously proved by following the Lyapunov stability theory and shown by the experimental simulations. The fact that all of the weighting factors, width and center of RBF NN have been updated implies that this scheme utilizes all the possibilities in RBF NN to make the controller robust and precise while the mobile robot is following un-known trajectories. The performance of this new algorithm has been compared to the conventional RBF NN controller where some of the parameters are adjusted for robustness.
Air pollution is a challenging issue in some of the large cities in developing countries. In this regard, data interpretation is one of the most important parts of air quality management. Several methods exist to analyze air quality; among these, we applied the Multilayer Perceptron (MLP) and Radial Basis Function (RBF) methods to predict the hourly air concentration of benzene in 14 districts in the municipality of Tehran. Input data were hourly temperature, wind speed and relative humidity. Both methods determined reliable results. However, the RBF neural network performance was much closer to observed benzene data than the MLP neural network. The correlation determination resulted in 0.868 for MLP and 0.907 for RBF, while the Index of Agreement (IA) was 0.889 for MLP and 0.937 for RBF. The sensitivity analysis related to the MLP neural network indicated that the temperature had the greatest effect on prediction of benzene in comparison with the wind speed and humidity in the study area. The temperature was the most significant factor in benzene production because benzene is a volatile liquid.
본 연구에서는 복잡한 비선형 모델링 방법인 RBF 뉴럴 네트워크(Radial Basis Function Neural Network)와 PNN(Polynomial Neural Network)을 접목한 새로운 형태의 Radial Basis Function Polynomial Neural Network(RPNN)를 제안한다. RBF 뉴럴 네트워크는 빠른 학습 시간, 일반화 그리고 단순화의 특징으로 비선형 시스템 모델링 등에 적용되고 있으며, PNN은 생성된 노드들 중에서 우수한 결과값을 가진 노드들을 선택함으로써 모델의 근사화 및 일반화에 탁월한 효과를 가진 비선형 모델링 방법이다. 제안된 RPNN모델의 기본적인 구조는 PNN의 형태를 이루고 있으며, 각각의 노드는 RBF 뉴럴 네트워크로 구성하였다. 사용된 RBF 뉴럴 네트워크에서의 커널 함수로는 FCM 클러스터링을 사용하였으며, 각 노드의 후반부는 다항식 구조로 표현하였다. 또한 입력개수, 입력변수, 클러스터의 개수를 PSO알고리즘(Particle Swarm Optimization)을 사용하여 최적화 시켰다. 제안한 모델의 적용 및 유용성을 비교 평가하기 위하여 비선형 데이터를 이용하여 그 우수성을 보인다.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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1999.11a
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pp.214-217
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1999
In this paper we proposed a heterogeneous hidden layer consisting of both sigmoid functions and RBFs(Radial Basis Function) in multi-layered neural networks. Focusing on the orthogonal relationship between the sigmoid function and its derivative, a derived RBF that is a derivative of the sigmoid function is used as the RBF in the neural network. so the proposed neural network is called ONN's feasibility Neural Network). Identification results using a nonlinear. function confirm both the ONN's feasibility and characteristics by comparing with those obtained using a conventional neural network which has sigmoid function or RBF in hidden layer.
We applied multilayer perceptron (MLP) and radial basis function (RBF) neural network in upstream and downstream water quality stations of the Karaj Reservoir in Iran. For both neural networks, inputs were pH, turbidity, temperature, chlorophyll-a, biochemical oxygen demand (BOD) and nitrate, and the output was dissolved oxygen (DO). We used an MLP neural network with two hidden layers, for upstream station 15 and 33 neurons in the first and second layers respectively, and for the downstream station, 16 and 21 neurons in the first and second hidden layer were used which had minimum amount of errors. For learning process 6-fold cross validation were applied to avoid over fitting. The best results acquired from RBF model, in which the mean bias error (MBE) and root mean squared error (RMSE) were 0.063 and 0.10 for the upstream station. The MBE and RSME were 0.0126 and 0.099 for the downstream station. The coefficient of determination ($R^2$) between the observed data and the predicted data for upstream and downstream stations in the MLP was 0.801 and 0.904, respectively, and in the RBF network were 0.962 and 0.97, respectively. The MLP neural network had acceptable results; however, the results of RBF network were more accurate. A sensitivity analysis for the MLP neural network indicated that temperature was the first parameter, pH the second and nitrate was the last factor affecting the prediction of DO concentrations. The results proved the workability and accuracy of the RBF model in the prediction of the DO.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.39
no.1
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pp.35-47
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2002
This paper proposes a self organizing RBF neural network equalizer for the equalization of digital communications. It is the most important for the equalizer using the RBF neural network to estimate the RBF centers correctly and quickly, which are the desired channel states. However, the previous RBF equalizers are not used in the actual communication system because of some drawbacks that the number of channel states has to be known in advance and many centers are necessary. Self organizing neural network equalizer proposed in this paper can implement the equalization without prior information regarding the number of channel states because it selects RBF centers among the signals that are transmitted to the equalizer by the new addition and removal criteria. Furthermore, the proposed equalizer has a merit that is able to make a equalization with fewer centers than those of prior one by the course of the training using LMS and clustering algorithm. In the linear, nonlinear and standard telephone channel, the proposed equalizer is compared with the optimal Bayesian equalizer for the BER performance, the symbol decision boundary and the number of centers. As a result of the comparison, we can confirm that the proposed equalizer has almost similar performance with the Bavesian enualizer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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