Нечеткие деревья
Когда количество входных параметров к нечеткой системе увеличивается, количество правил увеличивается экспоненциально. Эта большая основа правила уменьшает вычислительный КПД нечеткой системы. Это также делает операцию нечеткой системы тяжелее, чтобы понять, и это делает настройку правила и параметров функции принадлежности более трудной. Поскольку много приложений имеют ограниченные суммы обучающих данных, большая основа правила уменьшает generalizability настроенных нечетких систем.
Чтобы преодолеть эту проблему, можно реализовать нечеткую систему вывода (FIS), когда дерево меньших соединило объекты FIS, а не как один монолитный объект FIS. Они fuzzy trees также известен как hierarchical fuzzy systems, потому что нечеткие системы располагаются в иерархических древовидных структурах. В древовидной структуре выходные параметры низкоуровневых нечетких систем используются в качестве входных параметров к высокоуровневым нечетким системам. Нечеткое дерево более в вычислительном отношении эффективно и легче понять, чем один FIS с тем же количеством входных параметров.
Типы иерархических структур
Существует несколько нечетких древовидных структур, которые можно использовать в приложении. Следующий рисунок показывает обычно используемые нечеткие древовидные структуры: инкрементная, агрегированная, или расположенная каскадом структура.
Инкрементная структура
В инкрементной структуре входные значения включены в несколько этапов, чтобы совершенствовать выходные значения на нескольких уровнях. Например, предыдущий рисунок показывает трехуровневое инкрементное нечеткое дерево, имеющее нечеткие системы вывода , где i указывает на индекс FIS в n th уровень. В инкрементном нечетком дереве, i = 1, означая, что каждый уровень имеет только одну нечеткую систему вывода. В предыдущей фигуре j th вход i th FIS в n th уровень показывается входом , тогда как k th выход i th FIS в n th уровень показывается входом . В фигуре, n = 3, j = 1 или 2, и k = 1. Если каждый вход имеет функции принадлежности m (MFS), каждый FIS имеет полный набор m 2 правила. Следовательно, общим количеством правил является nm 2 = 3 ⨉ 32 = 27.
Следующий рисунок показывает монолитное (n = 1) FIS с четырьмя входными параметрами (j =1, 2, 3, 4) и три MFS (m = 3).
В FIS этого рисунка общим количеством правил является nm 4 = 1 ⨉ 34 = 81. Следовательно, общее количество правил в инкрементном нечетком дереве линейно с количеством входных пар.
Введите выбор на разных уровнях в инкрементных нечетких входных рейтингах использования дерева на основе их вкладов в значения окончательного результата. Входные значения, которые способствуют больше всего, обычно используются на самом низком уровне, в то время как наименее влиятельные единицы используются на высшем уровне. Другими словами, входные значения низкого ранга зависят от входных значений высшего звания.
В инкрементном нечетком дереве каждое входное значение обычно способствует процессу вывода до некоторой степени, не значительно коррелируясь с другими входными параметрами. Например, нечеткая система предсказывает возможность покупки автомобиля с помощью четырех входных параметров: цвет, количество дверей, л.с. и автопилота. Входные параметры являются четырьмя отличными автомобильными функциями, которые могут независимо влиять на решение покупателя. Следовательно, входные параметры могут быть оценены с помощью существующих данных, чтобы создать нечеткое дерево как показано в следующем рисунке.
Для примера, который иллюстрирует создание инкрементного нечеткого дерева в MATLAB®, смотрите, что пример Создает Инкрементное Дерево FIS на fistree страница с описанием.
Агрегированная структура
В агрегированной структуре входные значения включены как группы на самом низком уровне, где каждая входная группа подана в FIS. Выходные параметры более низкого уровня нечеткие системы объединены (агрегированное) использование высокоуровневых нечетких систем. Например, следующее показывает двухуровневое агрегированное нечеткое дерево, имеющее нечеткие системы вывода , где in указывает на индекс FIS в n th уровень.
В этом агрегированном нечетком дереве, i 1 = 1,2 и i 2 = 1. Следовательно, каждый уровень включает различное количество FIS. j th вход in th FIS показан на рисунке, как введено , и k th выход in th FIS показывается, как выведено . В фигуре, j = 1,2 и k = 1. Другими словами, каждый FIS имеет два входных параметров и один выход. Если каждый вход имеет MFS m, то каждый FIS имеет полный набор m 2 правила. Следовательно, общее количество правил для трех нечетких систем является 3 m2 = 3 ⨉ 32 = 27, который совпадает с инкрементным FIS для подобной настройки.
В агрегированном нечетком дереве входные значения естественно группируются для определенного принятия решений. Например, автономная задача навигации робота комбинирует предотвращение препятствия и целевые подзадачи достижения для навигации без коллизий. Чтобы достигнуть задачи навигации, нечеткое дерево может использовать четыре входных параметров: расстояние до самого близкого препятствия, угла самого близкого препятствия, расстояния до цели и угла цели. Расстояния и углы измеряются относительно текущего положения и направляющегося направления робота. В этом случае, на самом низком уровне, входные параметры естественно группа как показано в следующем рисунке: расстояние препятствия и угол препятствия (группа 1) и целевое расстояние и целевой угол (группа 2). Две нечетких системы отдельно входные параметры группы индивидуума процесса и затем другая нечеткая система комбинируют свои выходные параметры, чтобы произвести достижение без коллизий робота.
Для примера, который иллюстрирует создание агрегированного нечеткого дерева в MATLAB, смотрите, что пример Создает Агрегированное Дерево FIS на fistree страница с описанием.
Изменение на агрегированной структуре
В изменении агрегированной структуры, известной как parallel structure [1], выходные параметры самого низкого уровня, нечеткие системы непосредственно суммированы, чтобы сгенерировать значение окончательного результата. Следующий рисунок показывает пример параллельного нечеткого дерева, где выходные параметры fis1 и fis2 суммированы, чтобы произвести окончательный результат.
fistree объект не обеспечивает узел подведения итогов Σ. Поэтому необходимо добавить пользовательский метод агрегации, чтобы оценить параллельное нечеткое дерево. Для примера см., "Создают и Оценивают Параллельное Дерево FIS" на fistree страница с описанием.
Расположенная каскадом или объединенная структура
Каскадная структура, также известная как объединенную структуру, комбинирует и инкрементные и агрегированные структуры, чтобы создать нечеткое дерево. Эта структура подходит для системы, которая включает и коррелируемые и некоррелированые входные параметры. Древовидные группы коррелированые входные параметры в агрегированной структуре, и добавляют некоррелированые входные параметры в инкрементной структуре. Следующий рисунок показывает пример каскадной древовидной структуры, где первые четыре входных параметров сгруппированы попарно в агрегированной структуре, и пятый вход добавляется в инкрементной структуре.
Например, считайте задачу навигации робота обсужденной в Агрегированной Структуре. Предположим, что задача включает другой вход, предыдущий заголовок робота, учтенного, чтобы предотвратить большие изменения в заголовке робота. Можно добавить этот вход с помощью инкрементной структуры следующей схемы.
Для примера, который иллюстрирует создание агрегированного нечеткого дерева в MATLAB, смотрите, что пример "Создает Каскадное Дерево FIS" на fistree страница с описанием.
Добавьте или удалите дерево FIS Выходные параметры
Когда вы оцениваете fistree объект, это возвращает результаты только для открытых выходных параметров, которые не соединяются ни с какими входными параметрами FIS в нечетком дереве. Можно опционально получить доступ к другим выходным параметрам в дереве. Например, в следующей схеме агрегированного нечеткого дерева, вы можете хотеть получить выход fis2, когда вы оцениваете дерево.
Можно добавить такие выходные параметры в fistree объект. Можно также удалить выходные параметры, при условии, что нечеткое дерево всегда имеет по крайней мере один выход. Для примера см. "Обновление Дерево FIS Выходные параметры" на fistree страница с описанием.
Используйте То же Значение в Нескольких входных параметрах Дерева FIS
fistree объект позволяет использовать то же значение в нескольких входных параметрах. Например, в следующем рисунке, input2 fis1 и входа 1 из fis2 используют то же значение во время оценки.
Для примера, показывающего, как создать дерево FIS таким образом, смотрите, что пример "Использует То же Значение в Нескольких Входных параметрах Дерева FIS" на fistree страница с описанием.
Обновите нечеткие системы вывода в дереве FIS
Можно добавить или удалить отдельные элементы FIS из fistree объект. Когда вы делаете так, программное обеспечение автоматически обновляет Connections, Inputs, и Outputs свойства fistree объект. Для примера см. "Обновление Нечеткие Системы Вывода в Дереве FIS" в fistree страница с описанием.
Настройте нечеткое дерево
Если вы сконфигурировали внутренние связи в своем нечетком дереве, следующий шаг должен настроить параметры дерева. Для примера смотрите Мелодию Дерево FIS для Прогноза Расхода бензина.
Ссылки
[1] Siddique, N. и Х. Адели. Вычислительный интеллект: совместные действия нечеткой логики, нейронных сетей и эволюционного вычисления. Хобокен, NJ: Вайли, 2013.