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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,19,模糊神经网络,模糊神经网络,是一种集模糊逻辑推理的强大结构性知识表达能力与神经网络强大自学习能力于一体的新技术。,（,1,）神,经元、模糊模型,以模糊控制为主体，用神经元网络实现模糊控制决策，以模糊控制方法为“样本”，对神经网络进行离线训练学习。“样本”就是学习的“教师”。,所有样本学习完后，这个神经元网络，就是一个聪明、灵活的模糊规则表，具有自学习、自适应功能。,1,、,神经元网络与模糊技术的几种结合方式,（,2,）模糊、神经模型,以神经网络为主体，将输入空间分割成若干不同型式的模糊推论组合，对系统先进行模糊逻辑判断，以模糊控制器输出作为神经元网络的输入,（串）,。,后者具有自学习的智能控制特性。,模糊神经网络,模糊神经网络,（,3,）神经与模糊模型,根据输入量的不同性质分别由神经网络与模糊控制直接处理输入信息，并作用于控制对象,（并）,，更能发挥各自的控制特点。,（,4,）在结构上将二者融为一体,构成模糊神经网络，利用神经网络来实现模糊推理，,在本质上是模糊系统的实现。,模糊神经网络,1,）,模糊神经网络虽然也是局部逼近网络，但是它是按照模糊系统模型建立的，网络中的各个结点及所有参数均,有明显的物理意义，,因此这些参数的初值可根据模糊系统的定性知识加以确定，经过上述学习算法的训练，收敛后的网络能够满足系统所要求的输入输出关系，这是模糊神经网络,同单纯神经网络相比其优点所在。,优点：,模糊神经网络,2,）,模糊系统的模糊集、隶属函数和模糊规则设计是建立在经验知识基础上的，这种设计方法存在很大的主观性。,神经网络所具有的强大自学习能力，使得传统模糊控制系统中的主观性信息在很大程度上得以削弱，从而使得模糊控制更加贴近实际情况，这是它,同单纯的模糊逻辑系统相比其优点所在。,模糊神经网络,3,）模糊神经网络将,定性的知识表达,和,定量的数值运算,很好地结合了起来，具有很好的控制效果。,在模糊神经网络中，神经网络的输入、输出节点用来表示模糊系统的输入、输出信号，神经网络的隐含节点用来表示隶属函数和模糊规则，,利用神经网络的并行处理能力使得模糊推理能力大大提高,。,模糊神经网络,2,、模糊神经网络的分类,基于标准模型（,Mamdani,）,的模糊神经网络,模糊规则的后件是输出量的某一模糊集合。,基于,T-S,的模糊神经网络,模糊规则的后件是输入语言变量的函数（线,性组合）。,1,、结构,输入层,模糊化,模糊推理,去模糊化,第,1,层（输入层）：,将输入（系统误差，,误差变化率）引入网络,：,基于标准模型的模糊神经网络,第,2,层（模糊化层）：,对输入进行模糊化。假设在每个输入论域上定义,3,个模糊语言词集,N,，,Z,，,P=“,负”，“零”，“正”,，隶属函数采用高斯基函数，与,N,，,Z,，,P,对应的中心值分别为,-1,，,0,，,1,，宽度为,0.5,，,0.5,，,0.5,。隶属函数的形状与分布如下图所示。,基于标准模型的模糊神经网络,输入层,模糊化,模糊推理,去模糊化,第,3,层（模糊推理）：,代表,“,and,”,操作，,在此网络中用乘法代替,取小运算。,基于标准模型的模糊神经网络,输入层,模糊化,模糊推理,去模糊化,第,4,层：,代表去模糊化过,程，在这里采用权值平,均判决法。,w,ij,为网络的权值，其物理意义是各控制规则的输出对应的语言词集的中心值。,基于标准模型的模糊神经网络,2,、网络学习算法,学习仍采用,BP,算法，定义目标函数,则,基于标准模型的模糊神经网络,在此模糊神经网络中，,可调参数有三类：,一类为规则的权系数 ；第二类和第三类为高斯函数的均值 和标准差,，即输入隶属函数的参数。,基于标准模型的模糊神经网络,（,1,）模糊神经网络的结构,图中所示为,MIMO,系统。该网络由,前件网络,和,后件网络,两部分组成。,1.,前件网络,前件网络由,4,层组成，每一层的结构以及功能和标准模型（,Mamdani,模型）模糊神经网络完全相同，这里不再赘述。,基于,T-S,的模糊神经网络,2.,后件网络,后件网络是由,r,个结构相同的并列子网络组成，每个子网络产生一个输出量（图中只画出了一个）。,子网络的第一层是输入层，它将输入变量传送到第二层。输入层中的第,0,个结点的输入值,x,0,=1,，它的作用是提供模糊规则后件中的常数项。,基于,T-S,的模糊神经网络,输入层，第,0,个结点的输入值是,1,，用于提供模糊规则后件中的常数项,子网络的第二层共有,m,个结点，每个结点代表一条规则，该层的作用是计算每条规则的后件，即：,基于,T-S,的模糊神经网络,每个结点代表一条规则，用于计算每条规则的后件,子网络第三层的输出为：,可见，,y,k,是各规则后件的加权和，加权系数为各模糊规则经归一化处理后的激活度（或匹配度），即,前件网络的输出用作后件网络第三层的连接权值。,基于,T-S,的模糊神经网络,计算系统的输出,3,、 学习算法,仍取误差函数为：,其中，,y,id,和,y,i,分别表示被控对象的期望输出和实际输出。,则各参数调整的算法为（具体推导过程从略）。,其中，,i,=0, 1, ,n,；,j,=1, 2, ,m,；,k,=1, 2, ,r,。,为学习率。,基于,T-S,的模糊神经网络,
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