Исследование и анализ трудоемкости алгоритмов классификации на базе нечеткой логики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование и анализ трудоемкости алгоритмов классификации на базе нечеткой логики

Федюков Н.,

научный руководитель Фадеева М.В.

Волжский политехнический институт (филиал)ФГБОУ ВПО "Волгоградский государственный технический университет"

Волжский, Россия

Для классификации и параметризации дефектов предлагаются метод и алгоритмы, его реализующие, основанные на теории нечетких множеств и нечеткой логике. Развивающееся на базе этой теории научно-прикладное направление - нечеткое моделирование - оказывается особенно полезным, когда процессы, как это имеет место при классификации и параметризации сигналов, являются сложными для анализа с помощью точных количественных методов или, когда данные интерпретируются качественно, неточно или неопределенно. алгоритм мышление логический

Нечеткое моделирование позволяет описывать знания о проблемной области более естественно и более адекватно отображать различные аспекты неопределенности человеческого мышления и ход рассуждений [1].

Используемый в разных экспертных и управляющих системах механизм нечетких выводов в своей основе имеет базу знаний, формируемую специалистами предметной области в виде совокупности нечетких предикатных правил.Функции принадлежности, определенные на входных переменных, применяются к их фактическим значениям для определения степени истинности каждой предпосылки каждого правила [2, 4].

Рассмотрим адаптивную нечёткую систему с механизмом логического вывода предложенного Сугено на базе правил ЕСЛИ-ТО [5], которая получила название сети ANFIS (AdaptiveNetworkBasedFuzzyInferenceSystem). Данная система может быть успешно использована для настройки функции принадлежности и настройки базы правил в нечёткой экспертной системе.

Цель данной работы: разработка эффективных методов и алгоритмов автоматической обработки электронных сигналов, получаемых при контроле теплообменных воздуховодовгенераторов электростанций, для повышения выявляемое браков и достоверности контроля.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Рассмотреть систему нечеткой классификации NEFClass, описать её структуру, алгоритм генерации базы правил и обучения параметров функции принадлежности.

2.Сформировать правила оптимизации системы NEFClass, состоящие в рациональном выборе скорости обучения ?, рандомизации обучающей выборки.

3.Разработать новый алгоритм обучения модифицированной системы NEFClass для непрерывных функций принадлежности с целью повышения точности определения брака воздуховодов электростанций[3].

Для построения нечеткой модели используется основное понятие этой теории -- нечеткое множество, операции над элементами которого определяются законами нечеткой логики.

Разработка и применение систем нечеткого вывода включают в себя ряд этапов: формирование базы правил систем нечеткого вывода; фаззификация входных переменных; агрегирование подусловий в нечетких правилах; активизация; аккумулирование заключений нечетких правил, дефаззификация (Рис. 1).

Информация принимающего устройства 90 , показанного на рис. 18 имеет функцию скорости детектирования для определения скорости перемещения (Быстроходность) мобильного устройства (нап ример, мобильный блок 10 А и ли мобильный блок 10 В), а также принимающую функц ию для пр иема с разделением по времени множественного доступа информацией J МДВР от спутника связи 30, информационную функцию извлечения для извлечения и нформации, соответствующей скорости перемещения подвижного устройства с временным разделением каналов информации с множественным доступом J МДВР и функцию отображения для отображения извлеченной информации. В и нформации устройства 90 приема проявителя, секция скорости детектор 91 определяет скорость перемещения подвижного устройства. Скорость сектора секции 92 извлечения извлекает сектор скорости, к которой принадлежит скорость, из таблицы T 5 (см рис. 19 ), хранится в секции запоминающего устройства 93, используя скорость движения, обнаруженную с помощью секц ии 91, скорость обнаруживая в качестве ключа. Скорость сектора извлечения в секция 92 затем доставляет найденный результат в секции установки временной интервал 94.Таблица Т 5 показано на р ис. 19 представляет собой, которая определяет соотношение между типом подвижного устройства, диапазон скорости сектора / скорости, временного интервала, и п ри условии информации / содержание р ис. 19, низкоскоростной мобиль ный блок, среднеоборотного мобиль ное устройство, и высокоскоростной мобильный бл ок определяются для типа мобильного устройства. Для диапазона скорости сектор / скоро сти, определены низкую скорость равную или выше 0 и менее чем 40, среднюю скорость /, равную ил и выше и чем 60, и высокая скорость, равную или выше 60. Кроме того, в течение временного интервала, определены временной интервал TS A, временной интервал TS В, а также временной и нтервал TS C, показанный на рис. 17. За пред оставленную информацию / содержание, о пределены информации н изкоскоростной мобильный блок J A / классическая музыка, информацию о средней скорости мобильного блока J B / джазовой музыки, а также информацию передвижной модуль высокоскоростной J C / рок - музыки. Время раздел Установка 94 устанавливает временной, из таблицы T 5 показанной слот. 19 соответствующий сектору скорости, которая была извлечена сектором скорости секции 92 извлечения, к и нформации, блок 82. Информация приемной секци и 82 извлекает информацию временной интервал (напр имер, низкоскоростной Мобильный блок J A, информация передвижной модуль средней скорости J B, или и нформацию, передвижной модуль высокоскоростной J C) , который был установлен секция настройки временной и нтервал 94, с разделением по времени множественного-доступ к информации J TDMA. На дисплее раздел информации 48 отображает имя и содержание времени воспроизведения информации, которая была извлеченной информации б лок 82 пр иема и воспроизводит музыку содержимое. Действие пятого варианта осуществления будет описана ниже со ссылкой на блок - схему показанной на рис. 20. Во- первых, когда низкоскоростной мобильный блок информации J А, показанной на рис. 17 был введен в блок обработки 70 А, блок обработки 70 выделяет низкоскоростной моб ильный блок и нформация J к временному интервалу TS A, и выводи т множественный доступ к информации с временным разделением J A, в передающий модуль 22 A. Затем передающий блок 22 передает информацию о времени множественного доступа с разделением J А 'на спутник 30 связи через параболическую антенну 23а. Когда Мобильный блок среднеоборотном J B был введен в блок обработки 70 В, блок обработки 70 B выделяет среднеоборотном мобильный блок информация J B с временным интервалом, TS B и выводит информацию множественного доступа с временным разделением каналов J в 'в передающий модуль 22 B. Затем передающий блок 22 B передает информацию о времени множественного доступа с разделением J B 'на спутник 30 связи через параболическую антенну 23 B. Когда информация мобильный блок высокоскоростной J был введен в блок обработки 70 C, блок 70 о бработки С выделяет информацию высокоскоростной мобильный блок J к временному интервалу TS C, и выводит множественный доступ к информации с временным разделением J с 'в передающий модуль 22 C. Затем передающий блок 22 передает информацию с временным разделением каналов множественного доступа с J C 'на спутник 30 связи через параболическую антенну 23 C. Информация с временным разделением каналов множественного доступа с J A ', J B' и J C, которые были переданы на спутник 30 связи с временным множественного деления доступ в небе, и результат передается спутником 30 связи как с временным разделением множественным доступ к информации J TDMA. Таким образом, с временным разделением каналов с множественным доступ информация J МДВР передается на поверхности земли с помощью спутниковой связи. Предполагается, что подвижный блок 10 А, который д вижется вдоль движущегося маршрута R, показанного на чертеже, движется со скоростью движения 20 км / час, и, что подвижное устройство 10 Б движется со скоростью движения 8 0 км / час. В этом случае, на этапе SF 1, скорость секция 91 обнаружения обнаруживает скорость движения (20 км / час) подвижного устройства 10 А, и поставляет это к сектору скорости секции 92 извлечения. На этапе S F 2, скорость сектор секции 92 извлечения извлекает сектор скорости, относящуюся к мобильному модулю 10 А из таблицы T 5, показанного на р ис. 19, с помощью с корости движения (20 км / час), который был обнаружен при скорости секции 91 обнаружения в качестве ключа. В этом случае скорость сектор секции 92 извлечения извлекает "низкую скорость", как сектор скорости из таблицы T 5, и доставляет его на блок 94 установки временного интервала. На этапе SF 3, блок 9 4 настройки временного интервала при нимает решение относительно того, действительно ли сектор скорости, которые были извлечены в этот раз сектором скорости извлечения статьи 92, совпадает с сектором скорости, которая была извлеченного в последний раз. Когда два сектора скорости не совпадают друг с другом, то временной интервал настройки раздела 94 комплектов в результате решения, принятого на этапе SF 3, а затем переходит к этапу SF 4. Когда сектор скорости извлекается последний раз совпадает с сектором скорости извлекается на этот раз, временной интервал настройки раздела 94 комплектов "Да" в результате решения, принятого на этапе SF 3. Раздел 94 Установка временной и нтервал не устанавливает новый временной интервал, соответствующий сектору скорости, извлекается в этот раз сектором скорости секции 92 извлечения, информации, блок 82 приема проявителя. На этапе SF 4 , слот секции установки времени 94 устанавливает временной интервал , TS A (см рис. 19 ) , соответствующий сектору скорость ( "низкой скорости") извлечена сектором скорости секции 92 на этот раз при получении, к и нформации приемную секцию 82, посредством обращения к таблице T 5 , показанной на р ис. 19. Далее, на этапе SF 5, информация пр иемной секции 82 экстрактов мобильных информацион ных блок низкоскоростных J A (см рис. 17) временного интервала TS A ,который был установлен в секции 94 установки временного интервала с момента -запрашиваемая информация J МДВР , который был получен с помощью антенны 81. Затем информация блок 82 приема выводит информацию низкоскоростной мобильный блок J A (см рис. 17) в секции 4 8 отображения информации. Затем на дисплее раздел информации 48 отображает имя содержание (название классической музыки) и время воспроизведения информации мобильного устройства низкоскоростного J A, и воспроизводит информацию передвижной модуль малой скорости J A Таким образом, классическая музыка что создает атмосферу, подходящую для вождения потоков низкоскоростных в мобильном блоке 10 A. В то же время, параллельно с работой устройства 90 информации , получающего установленный на мобильном блоке 10 A, скорость раздел 91 информации устройства 90 , получающего обнаружения , установлен ный на мобильном блоке 10 В ,показанной на р ис. 17 выполняет обработку на этапе SF 1. Другими словами, на этапе SF 1, скорость секция 91 обнаружения обнаруживает скорость движения (8 0 км / час) от подвижного устройства 10 B На этапе SF 2, скорость сектор секции 92об наружения извлекает "высокой скорости" , как скорость сектор в связи с мобильным узлом 10 B из таблицы T 5 , показанного на рис. 19, с помощью скорости движения (80 км / час) , который был обнаружен при скорости секц ии 91 об наружения в качестве ключа. Затем скорость сектор секции 92 обнаружения обеспечивает эту "высокую скорость" в секции 94 установки временного интервала. На этапе SF 3, слот секции установки времени 94 комплектов "Нет" в результате принятого решения, а затем переходит к этапу SF 4. На этапе SF 4, слот установка временного интервала 94 устанавливает временной интервал, Т. С. С (см рис. 19), что соответствует сектору скорость ("высокоскоростной"), которые были извлечены в этот раз сектором скорости секции 92. Определение, к информации, блок 82 приема проявителя. Далее, на этапе SF 5, информация приемной секци и 82 экстрактов мобильных информационных блок высокоскоростной J C (см рис. 17) для временного и нтервала TS C, который был установлен с помощью секц ии 94 установки временного и нтервала с момента-запрашиваемая информация J МДВ, который был получен с помощью антенны 81. Затем информация блок 82 приема выводит с временным разделением каналов с несколькими запрашиваемая информация J TDMA в секции 48отображения информации. На дисплее раздел информации 48 отображает имя содержимого (название рок - музыки) и время воспроизведения еди ницы информации высокоскоростного мобильного J C, и воспро изводит информацию передвижно й модуль высокоскоростной J C. Таким образом, рок - музыка высокого темпа, который делает живее атмосфера подходит для высокой скорости движения потоков в мобильный блок 10 B. Когда скорость перемещения подвижного блока 10А было ускорено от 20 км / ч до 50 км / ч, скоро сть сектора показан на рис. 19 изменения по сравнению с "низкой скорости" к "средней скорости". Таким образом, блок 94 настройки временной интервал вновь устанавливает временной интервал TSB, который соответствует "средней скорости" к информации, блок 82 приема проявителя. В этом случае информация приемной секции 82 экстрактов мобильной и нформации о модуле средней скорости JB (см рис. 17) временного интервала TS B, который был установлен с помощью секц ии 94 установки, с временным разделением временного интервала Много луче- запрашиваемая информация J МДВР, который был получен с помощью антенны 81. Раздел отображения информации 48 отображает имя содержимого (имя джазовой музыки) и время воспроизведения информации средней скорости мобильного блока J B вместо информации мобильного устройства низкоскоростного J A, и воспроизводит средней скорости мобильный блок J B. Таким образом, джаз музыка, которая делает элегантной атмосферой подходит для вождения средней скорости потоков в мобильном блоке 10 A. Как было объяснено выше, в соответствии с пятым вариантом осуществления, сектора скорость и временные интервалы соответствуют таблице T 5 заранее. Наряду с изменением скорости перемещения подвижного устройства, информация (информация мобильный блок низкоскоростной J А, и т.д.), который был извлечен из J МДВР автоматически изменяется. Таким образом, пользователь может работать с системой информационного обеспечения этого варианта осуществления существенно лучше, чем в традиционно й системе по требованию информацию типа, обеспечивающ ие. В результате, становится возможным улучшить качество сервиса предоставления информации. В пятом варианте осуществления описание было приведено для случая, когда используется система множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA). Вместо этой системы доступа (CDMA), системы с кодовым разделением множественного (см рис. 9), описанный в третьем варианте осуществления также могут быть использованы. Этот случай будет объяснено ниже в качестве шестого варианта осуществления настоящего изобретения. представляет собой вид, показывающий структуру шестого варианта осуществления изобретения, относящегося к настоящему изобретению. На рис. 21, части, соответствующие тем, которые на рис.

9 и рис. 17 пр икреплены с одинаковыми легендами, и их подро бное описан ие будет опущено. На рис. 21 , вместо блоки обработки 70А до 70 ° С, показанной на рис. 17, б локи обработки 2А до 21 С (см рис. 9 ) выполнены. Бл ок обработки 21 А представляет собой блок, который умножает низкоскоростной мобильный блок информации J А с PN кода C А, тем самым спектр диффузного информации мобильный блок малой скорости J A, и передает этот результат в передающий модуль 22 A в качестве информации множественного доступа с кодовым разделением каналов с J а "передающий блок 22 а передает информацию с кодовым разделением множественного доступа J A" на спутник 30 связи через параболическую антенну 23 A. Блок обработки 21 B представляет собой блок , который умножает средней скорости мобильного блока информации J B с PN кода C B, тем самым спектр диффузного информации подвижный блок на средней скорости J B, и передает этот результат в передающий модуль 22 B в качестве информации множественного доступа с кодовым разделением каналов с J B ". Передающий модуль 22 B передает информацию с кодовым разделением множественного доступа с J B "на спутник 30 связи через параболическую антенну 23 B. Блок обработки 21С представляет собой блок, который умножает высокоскоростной Мобильный блок J C с PN кода CC, тем самым спектр диффузного информации передвижной модуль высокоскоростной J C, и передает этот результат в передающий модуль 22 C в качестве информации множественного доступа с кодовым разделением каналов с J C ". Передающий модуль 22 C передает информацию с кодовым разделением множественного доступа с J C "на спутник 30 связи с помощью параболической антенны 23 C. С кодовым разделением множественного доступа к информации J A ", J B", и J С "кодовым разделением каналов доступны в пространстве, а с кодовым разделением множественного доступ результат передается спутником связи. Другими словами, спутник 30 связи передает множество информации о доступе с кодовым разделением каналов J A ", J B", и J C, который был кодовым разделением каналов доступ (мультиплексированные), то есть, с кодовым разделением каналов с несколькими запрашиваемая информация J CDMA, на поверхности земли. В шестом варианте осуществления, каждый из подвижного блока 10 и мобильна 10В, был установлен с помощью PN секци и 104 установки кода. Таким образом, информация секция 103 приема извлекает информацию (например, низкоскоростной Моби льный блок J A, информация о средней скорости мобиль ный блок J B, или и нформацию, высокоскоростной мобильный блок J C) от разделения кода Много луче- д оступ к информации J CDMA. Действие шестого варианта осуществления изобретения будет объяснена ниже со ссылкой на блок - схему показанной на р ис. 24. Во- первых, когда низкоскоростной моб ильный блок информации J А , п оказанной на рис. 21 был введен в блок обработки21 А , блок обработки 2 1 А генерирует информацию с кодовым разделением множественного доступа с J А "с использованием информации , мобильный блок малой скорости J A и PN кода C A. Блок обработки 2 1 А , затем передает сформированную информацию с кодовым разделением множественного доступа , J A "в передающий модуль 22а. Затем передающий блок 22 А передает информацию с кодовым разделением множественного доступа с J А "на спутник 30 связи через параболическую антенну 23а. Когда Мобильный блок среднеоборотном J B был введен в блок обработки 21 В, блок обработки 21 В генерирует множество информации доступа с кодовым разделением каналов J B "с использованием информации , мобильный блок среднеоборот ном J B код PN C B обработка блок 21В затем передает сформированную информацию с кодовым разделением множественного доступа , J B "в передающий модуль 22 B. Затем передающий блок 22 B передает информацию с кодовым разделением множественного доступа с J B "на спутник 30 связи через параболическую антенну 23 B. Когда ин формация мобильный блок высокоскоростной J С был введен в блок обработки 2 1 C, блок 21 о бработки С генерирует множество информации доступа с кодовым разделением каналов J C "с использованием информации , мобильный блок высокоскоростной J C , и код PN CC. Блок обработки дан ных 21 С затем передает сформированную информацию с кодовым разделением множественного доступа , J С "в передающем блоке 22 C. Затем передающий блок 22 С передает информацию с кодовым разделением множественного доступа с J C "на спутник 30 связи через параболическую антенну 23 C. И нформация с кодовым разделением множественного доступа с J А ", J Б", и J С " , которые были переданы на спутник 30 связи с кодовым разделением множественного доступ в небе, а результат передается спутником 30 связи как с кодовым разделением каналов множественным доступ к информации J CDMA. Таким образом, с кодовым разделением множественного доступ информация J CDMA передается на поверхности земли со спутника 30 связи. Предполагается, что подвижное устройство 10 А, который дв ижется вдоль движущегося маршрута R, показанного на рис. 21 дви жется со скоростью движения 20 км / час, что подвижное устройство 10 Б движется со скоростью движения 80 км / час. В этом случае, на этапе SG 1, скорость секция 91 обнаружения об наруживает скорость движения (20 км / час) мобильного узла 10 A. На этапе SG 2, скорость сектор секции 92 извлечения извлекает сектор скорости, относящуюся к мобильному модулю 10 А из таблицы T 6, показанно й на рис. 23, с помощью скорости движения (20 км / час), который был обнаружен пр и скорости секции 9 1 обнаружения в качестве ключа. В этом случае скорость сектор секции 92 извлечения извлекает "низкую скорость", как сектор скорости из таблицы Т 6, и передает это к PN секци и 104 установки кода. На этапе SG 3, PN секц ии 104 установка кода принимает решение относительно того, действительно л и сектор скорости, которые были извлечены в этот раз сектором скорости извлечения статьи 92 совпадает с сектором скорости, которая была извлеченного в последний раз. Когда два сектора скорости не совпадают друг с другом, ПШ код раздел Установка 104 комплектов «Нет» в результате решения, принятого на этапе SG 3, а затем переходит к этапу 4 SG. Когда сектор скорости извлекается последний раз совпадает с сектором скорости извлекается на этот раз, PN код настройки секции 104 наборов "Да" в результате решения, принятого на этапе SG 3. PN раздел 104 установка не устанавливает новый PN код, соответствующий извлекается на этот раз сектором скорости секции 92 извлечения.

На этапе ИК4 ПШ секции 104 Установка кода устанавливает PN кода C A (см рис. 23), соответствующий сектору скорость ( "н изкая скорость") извлечена сектором скорости секции 92 на этот раз при получении, к информации секц ию 103 пр иема, посредством обращения к таблице T 6 , показанной на рис. 23. Далее, на этапе SG 5, информация секция 103 приема извлекает информацию низкоскоростной мобильный блок J A (см рис. 21) из кодовым разделением каналов, доступ к информации, J CDMA, путем соотнесения с кодовым разделением множественного запрашиваемая информация J CDMA , который был получен с помощью антенны 102 , с PN кода C A. Затем информация секция 103 приема выводит низкоскоростной мобильный.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Диаграмма нечеткого вывода

Рассмотренные выше этапы нечеткого вывода включают в себя отдельные параметры, которые должны быть фиксированы. Таким образом выбор конкретных вариантов параметров на каждом этапе определяет некоторый алгоритм, который в полном объеме реализует систему нечеткого вывода.

В процессе обучения сети NEFCLASS на новой выборке данных зачастую неизвестно, какое количество правил классификации и количество нечетких множеств на переменную (т.е. число значений лингвистической переменной) является оптимальным. Так, для набора WisconsinBreastCancer [6] хорошие результаты настройки сети достигаются уже при двух “лучших на класс” правилах и при двух множествах на каждую из девяти переменных. Вполне, однако, возможна ситуация (особенно для нового набора данных), что подобная информация неизвестна заранее, и поэтому обучение начинается с другими параметрами. Здесь и кроется еще один недостаток NEFCLASS.

Анализ приведенных недостатков показывает, что их причиной в значительной мере является несовершенство алгоритма обучения нечетких множеств NEFCLASS. Поэтому естественным подходом, призванным исправить ситуацию, явилась замена эмпирического алгоритма обучения на строгий алгоритм численной оптимизации со всеми вытекающими отсюда последствиями для архитектуры и алгоритмов сети. Дальнейшие эксперименты подтвердили верность такого решения.

Список литературы

1.Белоглазов, Д.А. Разработка адаптивного эволюционногоалгоритмаоптимизации на основеаппаратанечеткойлогики / Белоглазов Д.А., Коберси И.С., Финаев В.И. // ИзвестияЮжного федерального университета. Технические науки. - 2013. - № 4 (ч. 141). - С. 169-175.

2.Мищенко, В.А. Принципынечеткойлогики на примеренечеткихнейронныхсетей / Мищенко В.А., Коробкин А.А. // Современныепроблемы науки и образования. - 2012. - № 1.

3.Семененко, М.Г. Моделированиесложныхтехническихобъектов на основеформализманечеткойлогики / Семененко М.Г., Черняев С.И. // Фундаментальныеисследования. - 2013. - № 6 (ч. 2). - С. 291-294.

4.Целых, А.Н. Методынечеткойлогики в управлениипроизводственнымипроцессами / Целых А.Н., Целых Л.А., Причина О.С. //ИзвестияЮжного федерального университета. Технические науки. - 2014. - № 1 (ч. 150). - С. 111-119.

5.Ismagilov, I. Short-termfuzzyforecastingofbrentoilprices / Ismagilov I., Khasanova S. // Asiansocialscience. - 2015. - Vol. 11, No. 11, - P. 60-67.

6.Lee, S. Designof a fuzzycompensatorforbalancingcontrolof a one-wheelrobot / Lee S., Jung S. // Internationaljournaloffuzzylogicandintelligentsystems. - 2016. - Vol. 16, No. 3, - P. 188-196.

Размещено на Allbest.ru