人工智能的大一論文(2)
人工智能的大一論文
人工智能的大一論文篇二
摘要：在實際工程中的信號處理問題中，模糊控制一向被廣泛應用;而在模糊理論的應用中，最為重要的步驟之一就是建立模糊集的隸屬函數(shù)，如何客觀而準確地選取隸屬函數(shù)也一直是一個重要的話題。在這個問題上，人工智能扮演了重要的角色，為隸屬函數(shù)的求解問題提供了許多非傳統(tǒng)的途徑。
關鍵詞：信號處理 模糊控制 隸屬函數(shù) 人工智能 神經網(wǎng)絡 遺傳算法 小波分析
1、引言
在實際工程上的信號處理問題中，模糊控制一向被廣泛應用;而在模糊理論的應用中，最為重要的步驟之一就是建立模糊集的隸屬函數(shù)。確定隸屬函數(shù)不僅在性質上可以進一步確定模糊系統(tǒng)的特點，并且也是通過量化方法來實現(xiàn)數(shù)學計算的橋梁。然而，隸屬函數(shù)的選取與建立在很大程度上是取決于人的主觀心理的，這導致學者們很難總結出比較系統(tǒng)的求解隸屬函數(shù)的方法。雖然目前已總結出統(tǒng)計法、例證法、專家經驗法等應用較廣的隸屬函數(shù)建立方法，但仍無法滿足在許多領域的需求。
自1956年Dartmouth會議上人工智能概念被提出后，這門科學迅速成為上世紀發(fā)展最快的學科之一，衍生出神經網(wǎng)絡、蟻群算法、遺傳算法等多種算法，并被廣泛應用到各個技術領域?，F(xiàn)在，人工智能方法也被應用到求取及優(yōu)化模糊推理系統(tǒng)的隸屬函數(shù)當中，它們在解決非典型的、較復雜的問題上有著不小的優(yōu)勢。以下便是幾種人工智能方法在模糊系統(tǒng)中的典型應用。
2、神經網(wǎng)絡
2.1 利用BP神經網(wǎng)絡推斷隸屬函數(shù)
建立隸屬函數(shù)比較經典的方法有專家經驗法和試湊法，這兩種方法也有著傳統(tǒng)的弊病，那就是主觀性太強以及浪費人力。而目前比較流行的基于神經網(wǎng)絡的方法，比起前兩者，卻能大大地提高函數(shù)的客觀性和精確性，并不需要大量的專家經驗，還可節(jié)約人力。
前饋式神經網(wǎng)絡，即BP神經網(wǎng)絡是目前應用比較廣泛的一種神經網(wǎng)絡模型，它可以通過梯度下降法令誤差反向傳播，通過多層修正使誤差趨向最小，也就是使隸屬函數(shù)趨向于最精確值。將前饋式神經網(wǎng)絡與模糊邏輯結合起來形成神經模糊推理系統(tǒng)是一個多層系統(tǒng)，每一層都有各自不同的功能。
利用這種方法求解隸屬函數(shù)，首先要確定一個初步的輸入和輸出隸屬函數(shù)，具體來說，就是要通過聚類在輸入和輸出空間中發(fā)現(xiàn)隸屬函數(shù)，常用聚類方法有逐步聚類法和傳統(tǒng)聚類法兩種;第二步是要用學習算法發(fā)現(xiàn)模糊規(guī)則，從原理上講同樣是要通過對輸入模式進行聚類獲得，建立模糊規(guī)則后便確立了此網(wǎng)絡的模型;最后，利用反向傳播功能對隸屬函數(shù)進行進一步的優(yōu)化，即運用BP網(wǎng)絡將輸出的隸屬函數(shù)的誤差進行反向傳播，將誤差最小化，從而得到最精確的隸屬函數(shù)。
2.2 多目標優(yōu)化模型的模糊解法
需要使多個目標在限定條件內同時達到最優(yōu)解的問題，被稱為多目標優(yōu)化問題。多目標優(yōu)化問題在現(xiàn)實中隨處存在，解法也是多種多樣，比較常用的解法有目標規(guī)劃法等，后來，科學家們又將遺傳算法應用到了多目標優(yōu)化問題的求解中。但因為多目標最優(yōu)解中，各目標之間常常有模糊相關關系，不考慮模糊關系而去求解有可能得不到真正的最優(yōu)解，因此后來多目標優(yōu)化的模糊求解又登上了討論的舞臺。其中，基于神經網(wǎng)絡的多目標模型模糊求解就是較為突出的一種。
多目標模糊求解首先要按照慣常步驟求出各子目標的約束最優(yōu)解，利用這些最優(yōu)解將這些子目標函數(shù)模糊化之后，最后所求出的使交集的隸屬函數(shù)取最大值的解便是該模型的模糊最優(yōu)解。這其中，最重要的步驟就是選取恰當?shù)碾`屬函數(shù)。但是人為選取的隸屬函數(shù)總是欠缺一定的客觀性。由于函數(shù)聯(lián)接網(wǎng)絡具有很強的插值能力和非線性映射能力，因此它的學習速度非?？?，很適合應用于模糊處理問題中。利用函數(shù)聯(lián)接網(wǎng)絡，便可將多目標問題轉換為單目標優(yōu)化問題，從而找出非主觀的、最為恰當?shù)碾`屬函數(shù)，來實現(xiàn)理想的多目標模型模糊求解。
3、小波分析理論：運用小波分析優(yōu)化模糊推理規(guī)則
小波變換是時間、空間頻域的局部化分析，它可以做到低頻出頻率細分，高頻出時間細分，在時域和
頻域均具有良好的局部化性質，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)。
構建隸屬函數(shù)時最大的問題就在于無法系統(tǒng)性地去尋找一個精確的隸屬函數(shù)。通過將小波基函數(shù)與模糊集隸屬函數(shù)相結合，即可建立小波隸屬函數(shù)，這種函數(shù)有助于彌補以上缺點，然而仍無法去除根據(jù)固有的推理規(guī)則進行推理所帶來的問題。遺傳算法是一種全局優(yōu)化搜索算法，利用它將小波函數(shù)進行優(yōu)化，可以改進該函數(shù)缺乏自學習功能的弊病，完善對小波隸屬函數(shù)的優(yōu)化，使隸屬函數(shù)的尋找能夠進一步精確化。
4、遺傳算法
遺傳算法是一種以生物界優(yōu)勝劣汰遺傳規(guī)律為原理的隨機化搜索方法，它可以直接對結構對象進行操作，對于復雜的優(yōu)化問題無需建模即可運算;具有良好的全局尋優(yōu)能力，采用概率化的尋優(yōu)方法，能自動調整尋優(yōu)方向。這些優(yōu)點可以對模糊系統(tǒng)的隸屬函數(shù)起到良好的優(yōu)化作用。
根據(jù)遺傳算法的原理，要運用此算法進行優(yōu)化，首先要將問題的某些部分與基因片段相對應，按照遺傳規(guī)則進行選擇、交叉、變異后，選取其中優(yōu)秀的個體保留下來組成下一代的族群，從而完成優(yōu)化。運用遺傳算法對模糊系統(tǒng)的隸屬函數(shù)進行優(yōu)化主要是調整參數(shù)，如位置、形狀等。進行優(yōu)化后，往往能夠達到使整個系統(tǒng)穩(wěn)定精度提高、更加逼近隸屬度的全局最優(yōu)解的效果。
5、結語
因為模糊理論的現(xiàn)實意義，模糊控制系統(tǒng)在實際生產生活中有著極其廣泛的應用。以往隸屬度函數(shù)的建立一般是通過經驗得來的，然而現(xiàn)在人們已經發(fā)掘出越來越多系統(tǒng)性的建立方法，在這之中人工智能的應用占據(jù)著相當重要的一席，這里介紹的方法僅僅是其中非常小的一部分。多方面的實踐經驗證明，這些方法均可達到系統(tǒng)化地建立和優(yōu)化隸屬函數(shù)的效果。
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