Особенности построения гибридных интеллектуальных систем обработки информации

Рисунок 6. Пример структуры нейро-нечеткой сети

Область загрузки данных

В области загрузки данных (Load data) расположены:

- меню выбора типа данных (Type), содержащее альтернативы:

Traning - обучающая выборка;

Testing - тестирующая выборка;

Checking - контрольная выборка;

Demo - демонстрационный пример;

- меню выбора источника данных (From), содержащее альтернативы:

disk – диск;

worksp. - рабочая область MatLab;

- кнопка загрузки данных Load Data…, по нажатию которой появляется диалоговое окно выбора файла, если загрузка данных происходит с диска, или окно ввода идентификатора выборки, если загрузка данных происходит из рабочей области;

- кнопка очистки данных Clear Data.

В течении одной сеанса работы ANFIS-редактора можно загружать данные одного формата, т.е. количество входных переменных в выборках должно быть одинаковым.

Область генерирования исходной системы нечеткого логического вывода

В области генерирования (Generate FIS) расположены меню выбора способа создания исходной системы нечеткого логического вывода. Меню содержит следующие альтернативы:

Load from disk – загрузка системы с диска;

Load from worksp. – загрузка системы из рабочей области MatLab;

Grid partition - генерирование системы по методу решетки (без кластеризации);

Sub. clustering – генерирование системы по методу субкластеризации.

В области также расположена кнопка Generate, по нажатию которой генерируется исходная система нечеткого логического вывода.

При выборе Load from disk появляется стандартное диалоговое окно открытия файла.

При выборе Load from worksp. появляется стандартное диалоговое окно ввода идентификатора системы нечеткого логического вывода.

При выборе Grid partition появляется окно ввода параметров метода решетки, в котором нужно указать количество термов для каждой входной переменной и тип функций принадлежности для входных и выходной переменных.

Рисунок 7. Окно ввода параметров для метода решетки

При выборе Sub. clustering появляется окно ввода следующих параметров метода субкластеризации (рис.8):

Range of influence – уровни влияния входных переменных;

Squash factor – коэффициент подавления;

Accept ratio – коэффициент, установливающий во сколько раз потенциал данной точки должен быть выше потенциала центра первого кластера для того, чтобы центром одного из кластеров была назначена рассматриваемая точка;

Reject ratio –коэффициент, установливающий во сколько раз потенциал данной точки должен быть ниже потенциала центра первого кластера, чтобы рассматриваемая точка была исключена из возможных центров кластеров.

Рисунок 8. Окно ввода параметров для метода субкластеризации

Более подробно параметры и алгоритм субкластеризации будут рассматриваться при описании функции subclust.

Область обучения:

В области обучения (Train FIS) расположены меню выбора метода оптимизации (Optim. method), поле задания требуемой точности обучения (Error tolerance), поле задания количества итераций обучения (Epochs) и кнопка Train Now, нажатие которой запускает режим обучение. Промежуточные результаты обучения выводятся в область визуализации и в рабочую област MatLab. В ANFIS-редакторе реализованы два метода обучения:

backpropa – метод обратного распространения ошибки, основанный на идеях метода наискорейшего спуска;

hybrid – гибридный метод, объединяющий метод обратного распространения ошибки с методом наименьших квадратов.

Область тестирования:

В области тестирования (Test FIS) расположены меню выбора выборки и кнопка Test Now, по нажатию по которой происходит тестирование нечеткой системы с выводом результатов в область визуализации.

Область вывода текущей информации:

В этой области выводится наиболее существенная текущая информация, например, сообщения об окончании выполнении операций, значение ошибки обучения или тестирования и т.п.

1.8.2 FIS-редактор

FIS-редактор предназначен для создания, сохранения, загрузки и вывода на печать систем нечеткого логического вывода, а также для редактирования следующих свойств:

- тип системы;

- наименование системы;

- количество входных и выходных переменных;

- наименование входных и выходных переменных;

- параметры нечеткого логического вывода.

Загрузка FIS-редактора происходит с помощью команды fuzzy. В результате появляется интерактивное графическое окно. На этом же рисунке также указаны функциональные назначения основных полей графичекого окна. В нижней части графического окна FIS-редактора расположены кнопки Help и Close, которые позволяют вызвать окно справки и закрыть редактор, соответственно.

FIS-редактор содержит 8 меню. Это три общесистемных меню - File, Edit, View, и пять меню для выбора параметров нечеткого логического вывода – And Method, Or Method, Implication,  Aggregation и Defuzzification.

Меню File:

Это общее меню для всех GUI-модулей используемых с системами нечеткого логического вывода. Общий вид меню показан на рис. 7.1.

Рисунок 9 – Меню File

С помощью команды New FIS… пользователь имеет возможность создать новую систему нечеткого логического вывода. При выборе этой команды появятся две альтернативы: Mamdani и Sugeno, которые определяют тип создаваемой системы. Создать систему типа Mamdani можно также нажатием Ctrl+N.

С помощью команды Import пользователь имеет возможность загрузить ранее созданную систему нечеткого логического вывода. При выборе этой команды появятся две альтернативы From Workspace… и From disk, которые позволяют загрузить систему нечеткого логического вывода из рабочей области MatLab и с диска, соответственно. При выборе команды From Workspace… появится диалоговое окно, в котором необходимо указать идентификатор системы нечеткого логического вывода, находящейся в рабочей области MatLab. При выборе команды From disk появится диалоговое окно (рис. 9), в котором необходимо указать имя файла системы нечеткого логического вывода. Файлы систем нечеткого логического вывода имеют расширение .fis . Загрузить систему нечеткого логического вывода с диска можно также нажатием Ctrl+N или командой fuzzy FIS_name, где FIS_name – имя файла системы нечеткого логического вывода.

Рисунок 10 – Окно загрузки системы нечеткого логического вывода с диска

При выборе команды Export появятся две альтернативы To Workspace… и To disk, которые позволяют скопировать систему нечеткого логического вывода в рабочую область MatLab и на диск, соответственно. При выборе команды To Workspace… появится диалоговое окно, в котором необходимо указать идентификатор системы нечеткого логического вывода, под которым она будет сохранена в рабочей области MatLab. При выборе команды To disk появится диалоговое окно, в котором необходимо указать имя файла системы нечеткого логического вывода. Скопировать систему нечеткого логического вывода в рабочую область и на диск можно также нажатием Ctrl+T и Ctrl+S, соответственно.

Команда Print позволяет вывести на принтер копию графического окна. Печать возможна также по нажатию Ctrl+P.

Команда Close закрывает графическое окно. Закрытия графического окна происходит по нажатию Ctrl+W или однократного щелчка левой кнопки мыши по кнопке Close.

Меню Edit:

Общий вид меню приведен на рис. 11.

Рисунок 11 – Меню Edit

Команда Undo отменяет ранее совершенное действие. Выполняется также по нажатию Ctrl+Z.

Команда Add Variable… позволяет добавить в систему нечеткого логического вывода еще одну переменную. При выборе этой команды появятся две альтернативы Input и Output, которые позволяют добавить входную и выходную переменную, соответственно.

Команда Remove Selected Variable удаляет текущую переменную из системы. Признаком текущей переменной является красная окантовка ее прямоугольника. Назначение текущей переменной происходит с помощью однократного щелчка левой кнопки мыши по ее прямоугольнику. Удалить текущую переменную можно также с помощью нажатия Ctrl+X.

Команда Membership Function… открывает редактор функций принадлежностей. Эта команда может быть также выполнена нажатием Ctrl+2.

Команда Rules… открывает редактор базы знаний. Эта команда может быть также выполнена нажатием Ctrl+3.

Меню View:

Это общее меню для всех GUI-модулей, используемых с системами нечеткого логического вывода. Общий вид меню показан на рис. 12. Это меню позволяет открыть окно визуализауии нечеткого логического вывода (команда Rules или нажатие клавиш Ctrl+5) и окно вывода поверхности “входы-выход”, соответствующей системе нечеткого логического вывода (команда Surface или нажатие клавиш Ctrl+6).

Рисунок 12 – Меню View

Меню And Method:

Это меню позволяет установить следующие реализации логической операции И:

- min – минимум;

- prod – умножение.

Пользователь также имеет возможность установить собственную реализацию операции И. Для этого необходимо выбрать команду Custom… и в появившемся графическом окне напечатать имя функции, реализующей эту операцию.

Меню Or Method:

Это меню позволяет установить следующие реализации логической операции ИЛИ:

- max – умножение;

- probor - вероятностное ИЛИ.

Пользователь также имеет возможность установить собственную реализацию операции ИЛИ. Для этого необходимо выбрать команду Custom… и в появившемся графическом окне напечатать имя функции, реализующей эту операцию.

Меню Implication:

Это меню позволяет установить следующие реализации импликации:

- min – минимум;

- prod – умножение.

Пользователь также имеет возможность установить собственную реализацию импликации. Для этого необходимо выбрать команду Custom… и в появившемся графическом окне напечатать имя функции, реализующей эту операцию.

Меню Aggregation:

Это меню позволяет установить следующие реализации операции объединения функций принадлежности выходной переменной:

- max – максимум;

- sum – сумма;

- probor - вероятностное ИЛИ.

Пользователь также имеет возможность установить собственную реализацию этой операции. Для этого необходимо выбрать команду Custom… и в появившемся графическом окне напечатать имя функции, реализующей эту операцию.

Меню Defuzzification:

Это меню позволяет выбрать метод дефаззификации. Для систем типа Мамдани запрограммированы следующие методы:

- centroid – центр тяжести;

- bisector –медиана;

- lom – наибольший из максимумов;

- som – наименьший из максимумов;

- mom – среднее из максимумов.

Для систем типа Сугэно запрограммированы следующие методы:

- wtaver – взвешенное среднее;

- wtsum – взвешенная сумма.

Пользователь также имеет возможность установить собственный метод деффазификации. Для этого необходимо выбрать команду Custom… и в появившемся графическом окне напечатать имя функции, реализующей эту операцию.

1.8.3 Редактор функций принадлежности

Редактор функций принадлежности-(Membership Function Editor) редактор предназначен для задания следующей информации о терм-множествах входных и выходных переменных:

                    количество термов;

                    наименования термов;

                    тип и параметры функций принадлежности, которые необходимы для представления лингвистических термов в виде нечетких множеств.

Редактор функций принадлежности может быть вызван из любого GUI-модуля, используемого с системами нечеткого логического вывода, командой Membership Functions… меню Edit или нажатием клавиш Ctrl+2. В FIS-редакторе открыть редактор функций принадлежности можно также двойным щелчком левой кнопкой мыши по полю входной или выходной переменных. Общий вид редактора функций принадлежности с указанием функционального назначения основных полей графичекого окна приведен на рис. 7.5. В нижней части графического окна расположены кнопки Help и Close, которые позволяют вызвать окно справки и закрыть редактор, соответственно.

Редактор функций принадлежности содержит четыре меню - File, Edit, View, Type и четыре окна ввода информации –Range, Display Range, Name и Params. Эти четыре окно предназначенны для задания диапазона изменения текущей переменной, диапазона вывода функций принадлежности, наименования текущего лингвистического терма и параметров его функции принадлежности, соответственно. Параметры функции принадлежности можно подбирать и в графическом режиме, путем изменения формы функции принадлежности с помощью технологии “Drug and drop”. Для этого необходимо позиционировать курсор мыши на знаке режима “Drug and drop” (см. рис. 13), нажать на левую кнопку мыши и не отпуская ее изменять форму функции принадлежности. Параметры функции принадлежности будут пересчитываться автоматически.