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공간탐색 진화알고리즘을 이용한 Interval Type-2 pRBF 뉴럴 네트워크의 구조적 해석
Architectural Analysis of Type-2 Interval pRBF Neural Networks Using Space Search Evolutionary Algorithm 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.21 no.1, 2011년, pp.12 - 18  

오성권 (수원대학교 전기공학과) ,  김욱동 (수원대학교 전기공학과) ,  박호성 (수원대학교 전기공학과) ,  이영일 (수원대학교 전기공학과)

초록
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본 논문에서는 RBF 뉴럴 네트워크에서 은닉층 활성함수에 Interval type-2 퍼지개념을 적용한 새로운 RBF 뉴럴 네트워크를 설계하였다. 퍼지 시스템 분야에서 불확실한 정보에 대한 Type-1 퍼지집합의 성능을 보안하고자 Type-2 퍼지집합이 제안되었으며, 멤버쉽함수 안에 다시 멤버쉽함수를 생성함으로써 불확실한 정보를 좀 더 효과적으로 다루고자 하였다. 따라서 본 논문에서는 RBF 뉴럴 네트워크의 은닉층 활성함수에 type-2 퍼지집합의 개념을 적용하여 불확실한 정보에 대한 모델 성능을 개선하고자 하였다. 나아가 연결가중치를 상수항이 아닌 1차식으로 구성된 다항식을 사용하여 최종출력을 입력-출력의 관계식으로 표현하였다. 연결가중치는 기존의 경사하강법(Gradient Descent Method; GDM) 대신 conjugate gradient method(CGM)을 사용하여 파라미터를 동조하고, 은닉층의 활성함수는 공간탐색 진화 알고리즘(Space Search Evolutionary Algorithm; SSEA)을 이용하여 가우시안 함수의 중심점 및 분포상수를 동조하여 모델의 성능을 개선시킨다. 제안된 모델의 성능을 평가하기 위해 가스로 시계열 데이터를 사용하였으며, 결과를 기존 모델과 비교하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we proposed Interval Type-2 polynomial Radial Basis Function Neural Networks. In the receptive filed of hidden layer, Interval Type-2 fuzzy set is used. The characteristic of Interval Type-2 fuzzy set has Footprint Of Uncertainly(FOU), which denotes a certain level of robustness in th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 RBF 신경회로망 은닉층 활성함수에 type-2 퍼지 개념을 적용한 Interval Type-2 pRBF 신경회로망을 제안하였다. type-2 퍼지 개념을 적용하여 주어진 정보를 좀 더 효율적으로 처리하며, 중심점 및 분포상수와, 연결가중치 계수 및 구간 계수를 공액경사법(CGM)으로 학습시킴으로써 기존의 경사하강법보다 빠른 학습속도 및 성능을 개선시켰다.
  • 이러한 연구 중에서, 선형 또는 비선형 미분 방정식에 기반을 둔 정량적인 수학적 모델과 인공지능의 영역에서 나타나는 정성적 특징을 가진 지능형 모델은 시스템 모델링을 위한 대표적인 기술이다. 시스템 모델링과 이를 위한 동정의 근본적인 목적은 물리적 현상의 특징을 적절하게 반영할 수 있는 모델을 개발하는 것이다. 기존 모델링의 대부분은 미분 또는 차분 방정식의 언어에서 표현되어진 선형 또는 비선형 함수의 형태로 수학적 모델을 이끌어 냈다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
시스템 모델링과 이를 위한 동정의 근본적인 목적은 무엇인가? 이러한 연구 중에서, 선형 또는 비선형 미분 방정식에 기반을 둔 정량적인 수학적 모델과 인공지능의 영역에서 나타나는 정성적 특징을 가진 지능형 모델은 시스템 모델링을 위한 대표적인 기술이다. 시스템 모델링과 이를 위한 동정의 근본적인 목적은 물리적 현상의 특징을 적절하게 반영할 수 있는 모델을 개발하는 것이다. 기존 모델링의 대부분은 미분 또는 차분 방정식의 언어에서 표현되어진 선형 또는 비선형 함수의 형태로 수학적 모델을 이끌어 냈다.
공간탐색 진화 알고리즘을 사용하는 목적은? 은닉층의 활성함수에 필요한 학습률과 FOU(Footprint Of Uncertain)같은 초기 파라미터를 찾기 위해 공간탐색 진화 알고리즘(Space Search Evolutionary Algorithm)을 이용한다.
미분 또는 차분 방정식의 언어에서 표현되어진 선형 또는 비선형 함수의 형태로 수학적 모델을 이끌어 낸 기존 모델링의 단점은 무엇인가? 기존 모델링의 대부분은 미분 또는 차분 방정식의 언어에서 표현되어진 선형 또는 비선형 함수의 형태로 수학적 모델을 이끌어 냈다. 그러나 정교한 수학적 모델이 거의 완벽하게 시스템을 표현할 수 있다하더라도 그것은 시스템 동작과 변수 사이의 종속관계에 대한 원하는 정보를 제공하지 못한다. 또한 모델링을 하고자 하는 시스 템이 복잡하고, 대규모 구조인 경우는 함수식으로 모델의 표현이 한정되지 않기 때문에 적용하기가 어렵다. 이러한 문제와 어려움을 해결하기 위해 퍼지 모델[3], 신경회로망 [4]과 같은 지능형 모델에 관한 연구가 진행되었으며, 최근 에는 이러한 모델들의 최적화를 통해 모델이 가지고 있는 독특한 특성을 살리면서 지능 모델의 효율과 성능 향상을 최대한 이끌어 내는 연구가 활발히 진행되어지고 있다[5].
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참고문헌 (13)

  1. L. Zhao, Y. Yang, and Y. Zeng, “Eliciting Compact T-S Fuzzy Models Using Subtractive Clustering and Coevolutionary Particle Swarm Optimization,” Neurocomputing, Vol. 72, No. 10-12, pp. 2569-2575, 2009. 

  2. B. Niu, Y. Zhu, X. He, and H. Shen, “A Multi-Swarm Optimizer Based Fuzzy Modeling Approach for Dynamic Systems Processing,” Neurocomputing, Vol. 71, No. 7-9, pp. 1436-1448, 2008. 

  3. A. Kandal, L. Li, and Z. Cao, “Fuzzy Inference and Its Application to Control Systems,” Fuzzy Sets and Systems, Vol. 48, No. 1, pp. 99-111, 1992. 

  4. Z-B. Xu, H. Q, J. Peng, and B. Zhang, “A Comparative Study of Two Modeling Approaches in Neural Network,” Neural Networks, Vol. 17, No. 1, pp. 73-85, 2004. 

  5. L. Sanchez, I. Couso, and J. Casillas, “Genetic Learning of Fuzzy Rules Based on Low Quality Data,” Fuzzy Sets and Systems, Vol. 160, No. 17, pp. 2524-2552, 2009. 

  6. N. N. Karnik and J. M. Mendel, “Centroid of a type-2 fuzzy set,” Information science, Vol. 132, pp. 195-220, 2001. 

  7. Y. Y. Fu, C. J. Wu, J. T. Jeng, and C. N. Ko, “Identification of MIMO systems using radial basis function networks with hybrid learning algorithm,” Applied Mathematics and Computation, Vol. 213, pp. 184-196, 2009. 

  8. A. Y. Al Bayati, N. A. Sulaiman, and G. W. Sadiq “A Modified Conjugate Gradient Formula for Back Propagation Neural Network Algorithm,” Journal of Computer Science, Vol. 5, No. 11, pp. 849-856, 2009. 

  9. W. huang, L. Ding, S. K. Oh, C. W. Jeong, and S. C. Joo, “Identification of Fuzzy Inference System Based on Information Granulation,” KSII Trans. on Internet and Information systems, Vol. 4, No. 4, pp. 575-593, 2010. 

  10. S. K. Oh, and W. Pedrycz, “Identification of fuzzy systems by means of and auto-tuning algorithm and its application to nonlinear systems,” Fuzzy Set and Systems, Vol. 115, No. 2, pp. 205-230, 2000. 

  11. B. J. Park, W. Pedrycz and S. K. Oh, “Identification of fuzzy models with the aid of evolutionary data granulation,” In : IEE Proc. Control Theory and Applications, Vol. 148, No.5, pp. 406-418, 2001. 

  12. G. E. Tsekouras, “On the use of the weighted fuzzy C-Means in fuzzy modeling,” adv. Eng, software, Vol. 36, 287-300, 2005. 

  13. J. N. Choi, S. K. Oh, and W. Pedrycz, “Identification of fuzzy models using a successive tuning method with a variant identification ratio,” Fuzzy Set and Systems, Vol. 159. No. 21, pp. 2873-2889, 2008. 

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