BCNCKH: Xác định quan hệ mở bằng mạng Nơron nhân tạo

1. Tên đề tài Xác định quan hệ mờ bằng mạng nơron nhân tạo. 2. Lý do chọn đề tài Từ 20 năm nay, lý thuyết tập mờ và mạng nơron nhân tạo đã phát triển rất nhanh và đa dạng. Công nghệ mờ và công nghệ mạng nơron đã cung cấp những công nghệ mới cho các ngành công nghiệp làm ra nhiều sản phẩm thông minh, đáp ứng nhu cầu thị trường cần có những bộ điều khiển linh hoạt hơn. Hệ mờ và mạng nơron được kết hợp với nhau để cùng phát huy những ưu điểm....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
BCNCKH: Xác định quan hệ mở bằng mạng Nơron nhân tạo TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN --------------------- BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: XÁC ĐỊNH QUAN HỆ MỜ BẰNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO Giáo viên hướng dẫn : T.S Nguyễn Tân Ân Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Thuý Chinh. Lớp : C-K54-CNTT. Hà Nội 4/2008 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài Xác định quan hệ mờ bằng mạng nơron nhân tạo. 2. Lý do chọn đề tài Từ 20 năm nay, lý thuyết tập mờ và mạng nơron nhân tạo đã phát triển rất nhanh và đa dạng. Công nghệ mờ và công nghệ mạng nơron đã cung cấp những công nghệ mới cho các ngành công nghiệp làm ra nhiều sản phẩm thông minh, đáp ứng nhu cầu thị trường cần có những bộ điều khiển linh hoạt hơn. Hệ mờ và mạng nơron được kết hợp với nhau để cùng phát huy những ưu điểm của chúng. Một trong những dạng kết hợp đó là mạng nơron mờ, nhờ có nó mà chúng ta đã giải quyết được rất nhiều bài toán khó mà với thuật giải thông thì không thực hiện được hoặc nếu có thì cũng rất phức tạp và mất nhiều thời gian. Với bài toán xác định quan hệ giữa không gian vào và không gian ra dựa trên các cặp phần tử vào ra đã biết. Cụ thể cho không gian vào X , không gian ra Y và các cặp phần tử vào ra (x, y)đã biết , tức là cho một phần tử x Î X thì có một phần tử ra tương ứng y Î Y . Yêu cầu bài toán đặt ra là xác định quan hệ R giữa X và Y . Một trong những phương pháp thường được sử dụng để giải quyết bài toán trên đó là phương pháp bình phương bé nhất. Để giảm độ phức tạp và thời gian tính toán trong báo cào này tôi sử dụng một phương pháp mới đó là dùng mạng nơron nhân tạo. Và quan hệ giữa không gian vào và ra xác định được không phải là quan hệ bình thường mà là quan hệ mờ. Bài nghiên cứu gồm những phần sau: I. Tổng quan lý thuyết tập mờ và quan hệ mờ Giới thiệu về khái niệm tập mờ, các phép toán trên tập mờ, quan hệ mờ. II. Giới thiệu về mạng nơron nhân tạo. Giới thiệu cấu trúc của một nơron, định nghĩa và phân loại mạng nơron, các thủ học mạng nơron, thuật toán lan truyền ngược. 2 Sinh viªn: NguyÔn ThÞ Thuý Chinh – K54C - CNTT B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc III. Bài toán xác định quan hệ mờ bằng mạng nơron nhân tạo Ánh xạ bài toán xác định quan hệ mờ lên mạng nơron nhân tạo, đưa ra cách huấn luyện mạng. Cuối cùng là demo thuật toán xác định quan hệ mờ bằng mạng nơron nhân tạo. I. Tổng quan lý thuyết tập mờ và quan hệ mờ 1.1 Khái niệm tập mờ Tập mờ được xem là sự mở rộng trực tiếp của tập kinh điển. Bây giờ ta xét khái niệm hàm thuộc của tập kinh điển. Định nghĩa 1.1 Cho một tập hợp A . Ánh xạ m: U ® { } được định nghĩa như sau: 0,1 ì 1 nÕu x Î A ï mA (x )= ï (1.1) í ï 0 nÕu x Ï A ï î được gọi là hàm thuộc của tập A . Tập A là tập kinh điển, U là không gian nền. Như vậy hàm thuộc của tập cổ điển chỉ nhận hai giá trị là 0 hoặc 1. Giá trị 1 của hàm thuộc mA (x ) còn được gọi là giá trị đúng, ngược lại 0 là giá trị sai của mA (x ). Một tập U luôn có mU (x )= 1 , với mọi x được gọi là không gian nền (tập nền). A có dạng Một tập A = {x Î U x tho¶ m·n mét sè tÝnh chÊt nµo ®ã} thì được gọi là có tập nền U , hay được định nghĩa trên tập nền U . Ví dụ tập A = {x Î ¥ 9 < x < 12} có tập nền là tập các số tự nhiên ¥ . 3 Sinh viªn: NguyÔn ThÞ Thuý Chinh – K54C - CNTT B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc Hàm thuộc mA (x ) định nghĩa trên tập A , trong khái niệm kinh điển chỉ có hai giá trị là 1 nếu x Î A hoặc 0 nếu x Ï A . Hình 1.1 mô tả hàm thuộc của hàm mA (x ), trong đó tập A được định nghĩa như sau: A = {x Î ¡ 2 < x < 6}. (1.2)  A ( x) 1 2 6 x 0 Hình 1.1. Hàm thuộc mA (x ) của tập kinh điển A . Cách biểu diễn hàm phụ thuộc như vậy không phù hợp với những tập được mô tả “mờ” như tập B gồm các số thực dương nhỏ hơn nhiều so với 6 B = {x Î ¡ x = 6}, (1.3) có tập nền là ¡ , hoặc tập C gồm các số thực gần bằng 3 cũng có tập nền ¡ C = {x Î ¡ x » 3} (1.4) Tập B , C như vậy được gọi là các tập mờ. Lý do là với những định nghĩa “ mờ” như vậy chưa đủ để xác định được một số chẳng hạn như x = 4,5 có thuộc B hoặc x = 2,5 có thuộc C hay không. Nên chúng ta không thể dùng hàm thuộc của tập cổ điển chỉ có hai giá trị 1 và 0 để định nghĩa tập B và C trong trường hợp này. Vì vậy người ta nghĩ rằng: tại sao lại không mở rộng miền giá trị cho hàm thuộc của tập cổ điển, tức là hàm thuộc sẽ có nhiều hơn hai giá trị. Khi đó thay vì việc trả lời câu hỏi x = 4,5 có thuộc B hay không, ngưòi ta sẽ trả lời câu hỏi là: vậy thì x = 4,5 thuộc B bao nhiêu phần trăm? Giả sử rằng có 4 Sinh viªn: NguyÔn ThÞ Thuý Chinh – K54C - CNTT B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc câu trả lời thì lúc này hàm thuộc mB (x ) tại điểm x = 4,5 phải có một giá trị trong đoạn [0,1], tức là 0 £ mB (x )£ 1 (1.5) Nói cách khác hàm mB (x ) không còn là hàm hai giá trị như đối với tập kinh điển nữa mà là một ánh xạ (hình 1.2) mB : ...