Rough neural networks

‫لب‬‫تشنه‬ ‫محمد‬ ‫دکتر‬
‫استاد‬‫خواجه‬ ‫صنعتی‬ ‫دانشگاه‬‫طوسی‬ ‫نصیرالدین‬
‫‌های‬‫ه‬‫شبک‬‌‫عصبی‬‫راف‬

‫های‬ ‫داده‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫طراحی‬
‫های‬ ‫شبکه‬ ‫های‬ ‫کننده‬ ‫کنترل‬ ‫و‬ ‫هواشناسی‬
‫ای‬ ‫بازه‬ ‫و‬ ‫مرسوم‬ ‫عصبی‬
‫لب‬ ‫تشنه‬ ‫محمد‬
‫تعالی‬ ‫بسمه‬
‫دانشکده‌برق‌و‌کامپیوتر‬
‫دانشگاه‌‌صنعتی‌خواجه‌نصیر‌الدین‌طوسی‬
2015 Workshop on Soft Computing and Big Data, ECE Dept. of K. N. Toosi University of Technology, Tehran.

o‫مقدمه‬
o‫مفاهیم‬‫راف‬ ‫عه‬ ‫مجمو‬ ‫رویکرد‬
o‫روش‬‫ای‬ ‫بازه‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬
o‫سازی‬ ‫شبیه‬

‫مقدمه‬
‫بر‬ ‫مروری‬
‫کارهای‬
‫پیشین‬
‫روش‬
‫پیشنهادی‬
‫آزمایشات‬
‫گیر‬‫نتیجه‬‫ی‬
4
Х‫شناسی‬ ‫هوا‬ ‫در‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬ ‫های‬‫چالش‬‫نقل‬ ‫و‬ ‫حمل‬ ‫و‬:
•‫پدیده‬‫هوایی‬ ‫و‬ ‫آب‬ ‫های‬‫زمان‬ ‫با‬ ‫متغیر‬ ‫و‬ ‫غیرخطی‬ ‫پیچیده‬ ‫دینامیک‬‫دارن‬‫د‬.
•‫پدیده‬‫نمی‬ ‫تبعیت‬ ‫خاص‬ ‫مدل‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫هوایی‬ ‫و‬ ‫آب‬ ‫های‬‫کنند‬.
•‫است‬ ‫آشوبگونه‬ ‫وهوائی‬ ‫آب‬ ‫سیستم‬ ‫روند‬.
•‫باالست‬ ‫سیستمها‬ ‫اینگونه‬ ‫در‬ ‫قطعیت‬ ‫عدم‬.
‫راهکار‬:
←‫پدیده‬ ‫این‬ ‫مدلسازی‬‫یک‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫ها‬‫غیرخطی‬ ‫مدل‬
‫هدف‬:‫ب‬ ‫نقل‬ ‫و‬ ‫حمل‬ ‫هواشناسی‬ ‫های‬ ‫داده‬ ‫مدلسازی‬ ‫و‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬‫ا‬
‫هوشمند‬ ‫های‬ ‫الگوریتم‬ ‫از‬ ‫استفاده‬

‫کارهای‬
‫پیشین‬
‫روش‬
‫پیشین‬ ‫کارهای‬

‫کارهای‬
‫پیشین‬
‫روش‬
6
‫سینوپتیکی‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬
‫عددی‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬
‫آماری‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫با‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬
‫هوشمند‬ ‫های‬ ‫روش‬
‫شبکه‬‫های‬‫عصبی‬‫توانایی‬‫محاسبه‬‫و‬‫تقریب‬‫هر‬‫تابع‬‫حسابی‬‫و‬‫منطقی‬‫را‬‫دارند‬‫و‬‫در‬‫مقایسه‬‫با‬
‫روش‬‫های‬،‫مرسوم‬‫این‬‫مدل‬‫به‬‫ورودی‬‫ها‬‫و‬‫نوع‬‫داده‬‫ها‬‫حساسیت‬‫کمتری‬‫دارند‬.

‫روش‬
‫کار‬ ‫روش‬

‫روش‬
8
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬
-‫ایده‬‫شببکه‬ ‫اصلی‬‫ررتتبه‬ ‫مصبنوعی‬‫کبارکرد‬ ‫شبیوه‬ ‫از‬‫عصب‬ ‫سیسبتم‬‫بی‬
‫زیستی‬‫داده‬ ‫پردازش‬ ‫برای‬ ،‫منظور‬ ‫به‬ ‫اطالعات‬ ‫و‬ ‫ها‬‫یادریری‬‫دان‬ ‫ایجاد‬ ‫و‬‫ش‬
‫است‬.
‫ـ‬‫محاسباتی‬ ‫عناصر‬ ‫تعدادی‬ ‫از‬ ‫ها‬‫شبکه‬ ‫این‬‫غیرخطی‬‫به‬ ‫که‬‫مبواز‬ ‫طبور‬‫ی‬
‫شده‬ ‫تشکیل‬ ،‫کنند‬‫می‬ ‫عمل‬‫ا‬‫ست‬.
•‫شبکه‬‫عصبی‬،‫زیستی‬‫مجموعه‬‫ا‬‫ی‬
‫از‬‫پردازشگرهای‬‫موازی‬‫به‬‫نام‬‫نورن‬
‫است‬‫که‬‫به‬‫صورت‬‫هماهنگ‬‫برای‬
‫حل‬‫مسئله‬‫عمل‬‫می‬‫کنند‬.
•‫این‬‫شبکه‬‫قادر‬‫به‬‫یادگیری‬‫اس‬‫ت‬.

‫روش‬
9
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫های‬ ‫ویژری‬
‫یادگیری‬ ‫قابلیت‬
‫قطعیت‬ ‫عدم‬ ‫با‬ ‫همراه‬ ‫حجیم‬ ‫اطالعات‬ ‫پذیرش‬
‫نیاز‬ ‫حسب‬ ‫ب‬ ‫عصبی‬ ‫های‬ ‫شبکه‬ ‫ساختار‬ ‫در‬ ‫تنوع‬
‫تامین‬ ‫قابلیت‬
‫موازی‬ ‫پردازش‬
‫بودن‬ ‫مقاوم‬

‫روش‬
12
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫های‬ ‫شبکه‬ ‫در‬ ‫یادریری‬
‫تنظیما‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ ‫است‬ ‫قادر‬ ‫یادریری‬ ‫های‬ ‫ترایند‬ ‫واسطه‬ ‫به‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫یک‬‫بر‬ ‫الزم‬ ‫ت‬
‫روی‬‫سیناپسی‬ ‫های‬ ‫وزن‬‫کند‬ ‫درک‬ ‫بهتر‬ ‫را‬ ‫خود‬ ‫اطراف‬ ‫محیط‬ ،.
•‫یادگیری‬ ‫های‬ ‫الگوریتم‬ ‫انواع‬
«‫یک‬ ‫ی‬ ‫واسطه‬ ‫به‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫یک‬ ‫آزاد‬ ‫پارامترهای‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫فرایندی‬ ‫یادگیری‬
،‫است‬ ‫گرفته‬ ‫قرار‬‫آن‬ ‫در‬ ‫شبکه‬ ‫که‬ ‫محیطی‬ ‫با‬ ،‫بیرونی‬ ‫تحریکی‬ ‫فرایند‬
‫کند‬ ‫می‬ ‫پیدا‬ ‫تطبیق‬.»
‫سرپرستی‬ ‫با‬ ‫یادگیری‬
‫سرپرستی‬ ‫بدون‬ ‫یادگیری‬
‫روش‬ ‫دو‬ ‫هر‬ ‫از‬ ‫ترکیبی‬

‫روش‬
11
‫نظریه‬‫مجموعه‬‫های‬‫راف‬
•‫نظریه‬‫مجموعه‬‫های‬‫راف‬‫یک‬‫رویکرد‬‫ریاضی‬‫جدید‬‫با‬‫عدم‬
‫قطعیت‬(‫ابهام‬)‫است‬.
•‫نظریه‬‫مجموعه‬‫های‬،‫راف‬‫توسط‬‫پاوالک‬‫در‬1982‫مطرح‬،‫شده‬
•‫برخی‬‫از‬‫کاربردهای‬‫مجموعه‬‫های‬‫راف‬‫در‬‫هوش‬‫مصنوعی‬‫و‬‫مهندسی‬‫وابسته‬
‫به‬،‫دانش‬‫به‬‫ویژه‬‫در‬‫زمینه‬‫های‬‫یادگیری‬،‫ماشین‬‫آنالیز‬،‫تصمیم‬‫کشف‬
‫اطالعات‬‫از‬‫پایگاه‬‫داده‬،‫ها‬‫سیستم‬‫های‬‫عصبی‬‫و‬،‫فازی‬‫محاسبات‬‫نرم‬‫می‬
‫باشد‬.

‫روش‬
12
‫راف‬ ‫های‬ ‫مجموعه‬ ‫نظریه‬
•‫از‬ ‫سطرهایی‬ ‫با‬ ،‫اطالعات‬ ‫جدول‬ ‫یک‬ ‫ی‬ ‫وسیله‬ ‫به‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫را‬ ‫اطالعاتی‬ ‫سیستم‬ ‫هر‬
‫با‬ ‫ستونهایی‬ ‫و‬ ‫اشیا‬ ‫برچسب‬‫خصوصیات‬ ‫برچسب‬‫داد‬ ‫نمایش‬.
‫مثال‬:‫به‬ ‫مربوط‬ ‫های‬ ‫داده‬ ‫از‬ ‫اطالعات‬ ‫جدول‬ ‫یک‬6‫است‬ ‫شده‬ ‫ارائه‬ ‫بیمار‬.
‫بیماران‬ ‫باال‬ ‫جدول‬ ‫در‬p2‫و‬p3‫و‬p5‫بیماران‬ ،‫سردرد‬ ‫خصوصیت‬ ‫به‬ ‫نسبت‬p1،p3‫و‬p6
‫بیماران‬ ‫و‬ ‫آنفوالنزا‬ ‫و‬ ‫عضالنی‬ ‫درد‬ ‫خصوصیات‬ ‫به‬ ‫نسبت‬p2‫و‬p5‫خصوصیات‬ ‫به‬ ‫نسبت‬
‫بدن‬ ‫دمای‬ ‫و‬ ‫عضالنی‬ ‫درد‬ ،‫سردرد‬‫تفکیک‬ ‫قابل‬ ‫غیر‬‫هستند‬ ‫هم‬ ‫از‬.
‫خصوصیات‬‫بیمار‬‫سردرد‬‫عضالنی‬ ‫درد‬‫بدن‬ ‫دمای‬‫آنفوالنزا‬
p1‫خیر‬‫بله‬‫باال‬‫بله‬
p2‫بله‬‫خیر‬‫باال‬‫بله‬
p3‫بله‬‫بله‬‫باال‬ ‫بسیار‬‫بله‬
p4‫خیر‬‫بله‬‫نرمال‬‫خیر‬
p5‫بله‬‫خیر‬‫باال‬‫خیر‬
p6‫خیر‬‫بله‬‫باال‬ ‫بسیار‬‫بله‬
‫اشیا‬ ‫برچسب‬

‫روش‬
13
‫مثال‬:
‫فوق‬ ‫مثال‬ ‫در‬‫کند‬ ‫می‬ ‫تولید‬ ‫را‬ ‫زیر‬ ‫مقدماتی‬ ‫های‬ ‫مجموعه‬ ‫سردرد‬ ‫خصوصیت‬:
{p6‫و‬p4‫و‬p1}‫و‬{p5‫و‬p3‫و‬p2}
‫خصوصیات‬‫مجموعه‬ ‫عضالنی‬ ‫درد‬ ‫و‬ ‫سردرد‬‫کند‬ ‫می‬ ‫تولید‬ ‫را‬ ‫زیر‬ ‫مقدماتی‬ ‫های‬:
{p3}‫و‬{p5‫و‬p2}‫و‬{p6‫و‬p4‫و‬p1}
‫بدن‬ ‫دمای‬ ‫و‬ ‫عضالنی‬ ‫درد‬ ،‫سردرد‬ ‫خصوصیات‬‫مجموعه‬‫ک‬ ‫می‬ ‫تولید‬ ‫را‬ ‫زیر‬ ‫مقدماتی‬ ‫های‬‫ند‬:
{p6}‫و‬{p4}‫و‬{p3}‫و‬{p5‫و‬p2}‫و‬{p1}

‫روش‬
14
‫تعریف‬:‫کنیم‬ ‫فرض‬‫های‬ ‫مجموعه‬
‫برای‬ ‫باال‬ ‫تقریب‬ ‫و‬ ‫پایین‬ ‫تقریب‬ ‫ترتیب‬ ‫به‬ ‫که‬X‫گویند‬ ‫می‬.‫ی‬ ‫مجموعه‬ ‫چنین‬ ‫هم‬
‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬BN‫برای‬ ‫مرزی‬ ‫ناحیه‬X‫شود‬ ‫می‬ ‫گفته‬.
‫طبق‬،‫تعریف‬‫تقریب‬‫پایین‬X‫نسبت‬‫به‬B‫مجموعه‬‫ی‬‫همه‬‫ی‬‫اشیائی‬‫است‬‫که‬‫با‬‫توجه‬‫به‬B
ً‫ا‬‫مطمئن‬‫در‬X‫هستند‬.‫تقریب‬‫باالی‬X‫نسبت‬‫به‬B‫مجموعه‬‫ی‬‫همه‬‫ی‬‫اشیائی‬‫است‬‫که‬‫با‬
‫توجه‬‫به‬B‫ممکن‬‫است‬‫در‬X‫باشند‬.‫ناحیه‬‫مرزی‬‫مجموعه‬X‫نسبت‬‫به‬B‫مجموعه‬‫ی‬‫همه‬‫ی‬
‫اشیائی‬‫است‬‫که‬‫با‬‫توجه‬‫به‬B‫نمی‬‫توان‬‫آنها‬‫را‬‫در‬X‫یا‬‫در‬‫خارج‬X‫دسته‬‫بندی‬‫کرد‬.(‫طبق‬
‫شکل‬1)

‫روش‬
15
‫مثال‬:
‫تعریف‬
‫مرزی‬ ‫ناحیه‬ ‫چه‬ ‫چنان‬X‫یعنیی‬ ،‫باشد‬ ‫تهی‬𝑩𝑵 𝑩(X)=0‫مجموعیه‬ ،X‫بیه‬ ‫نسیبت‬B‫ییک‬
‫ناحیه‬ ‫چنانچه‬ ،‫برعکس‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫گفته‬ ‫قطعی‬ ‫ی‬ ‫مجموعه‬‫میرزی‬X‫نیاتهی‬‫یعنیی‬ ،‫باشید‬
𝑩𝑵 𝑩(X)≠0‫مجموعه‬ ،X‫به‬ ‫نسبت‬B‫راف‬(‫نادقیق‬)‫شود‬ ‫می‬ ‫گفته‬.
‫شکل‬1.‫یک‬‫مجموعه‬‫راف‬.‫درون‬‫بیضی‬‫مجموعه‬‫مورد‬‫نظر‬‫است‬.‫مستطیل‬‫های‬
‫سیاه‬‫کران‬،‫پایین‬‫مستطیل‬‫های‬‫سیاه‬‫و‬‫خاکستری‬‫کران‬‫باال‬‫و‬‫مستطی‬‫ل‬‫های‬
‫خاکستری‬‫ناحیه‬‫مرزی‬‫را‬‫تشکیل‬‫می‬‫دهند‬.

‫خودرو‬

‫خودروها‬‫باعث‬
‫در‬ ‫در‬ ‫بیشتری‬ ‫دانش‬
‫دارنده‬‫خودرو‬‫شود‬ ‫می‬

‫خودروها‬
‫دارای‬
‫ای‬ ‫بازه‬ ‫دانش‬

‫ماهیها‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫گیری‬ ‫یاد‬ ‫فضای‬

‫فضای‬ ‫ادامه‬‫ماهیها‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫گیری‬ ‫یاد‬

‫ماهیها‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫گیری‬ ‫یاد‬ ‫فضای‬ ‫ادامه‬

‫روش‬
22
‫راف‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬
‫اساس‬ ‫بر‬ ‫راف‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫های‬ ‫مدل‬‫لینگراس‬ ‫مدل‬‫مقادی‬ ‫با‬ ‫توابع‬ ‫تخمین‬ ‫برای‬‫ر‬
‫خروجی‬ ‫مقادیر‬ ‫و‬ ‫حقیقی‬ ‫ورودی‬‫حقیقی‬..
‫اساس‬ ‫بر‬ ‫عصبی‬ ‫های‬ ‫شبکه‬ ‫ساختار‬ ‫طراحی‬‫راف‬ ‫های‬ ‫نورن‬..
‫ت‬ ‫پشتیبان‬ ‫تصاویر،سیستم‬ ‫بندی‬ ‫کالس‬ ‫برای‬ ‫شبکه‬ ‫این‬‫کاربردهای‬‫شخیص‬
‫و‬ ‫ها‬ ‫بیماری‬ ‫و‬ ‫بینی‬ ‫پیش‬ ‫و‬ ‫پزشکی‬..‫عدم‬ ‫با‬ ‫همراه‬ ‫که‬ ‫حجیم‬ ‫های‬ ‫داده‬ ‫و‬
‫کرد‬ ‫اشاره‬ ،‫است‬ ‫قطعیت‬.
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬‫راف‬

‫روش‬
23
•‫راف‬ ‫نورن‬ ‫مدل‬
‫حسب‬ ‫بر‬ ،‫راف‬ ‫نورن‬ ‫یک‬‫باالی‬ ‫و‬ ‫پایین‬ ‫های‬ ‫کرانه‬‫ب‬ ‫مقادیر‬ ‫معموال‬ ‫که‬ ‫الگوهایی‬‫ای‬ ‫ازه‬
‫شوند‬ ‫می‬ ‫دارند،تعریف‬.‫نامند‬ ‫می‬ ‫ای‬ ‫بازه‬ ‫یا‬ ‫راف‬ ‫های‬ ‫نورن‬ ‫را‬ ‫ها‬ ‫نورن‬ ‫این‬.
‫رویکرد‬‫نورن‬‫از‬ ‫استفاده‬ ،‫راف‬‫ای‬ ‫بازه‬ ‫محاسبات‬‫پذیر‬ ‫امکان‬ ‫را‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫در‬‫می‬
‫سازد‬.

‫روش‬
24
•‫راف‬ ‫نورن‬ ‫مدل‬
‫مدل‬‫نورن‬‫میانگین‬ ‫خروجی‬ ‫با‬ ‫راف‬(‫میانگی‬ ‫مدل‬‫ن‬)
‫مدل‬‫نورن‬‫دار‬ ‫وزن‬ ‫خروجی‬ ‫با‬ ‫راف‬(‫دار‬ ‫وزن‬ ‫مدل‬)

‫روش‬
25
‫ساختار‬‫مدل‬1
x1
x2
xn0
xi

‫روش‬
26
‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫پیشرو‬ ‫الگوریتم‬‫مدل‬ ‫راف‬1
     
0
1 1
1
j j i
n
L L i
i
net k w k x k

 
     
0
1 1
1
j j i
n
U U i
i
net k w k x k

 
      1 1 1 1 1
min ,j j jL j L j Uo k f net f net
      1 1 1 1 1
max ,j j jU j L j Uo k f net f net
.
 
   1 1
1
2
j j
j
U Lo k o k
o k


‫بطوریکه‬1j=1,2, ,n‫برای‬ ‫پیشرو‬ ‫الگوریتم‬ ،‫خروجی‬ ‫الیه‬ ،‫دوم‬ ‫ساز‬ ‫تعال‬ ‫الیه‬ ‫برای‬ .‫باشد‬ ‫می‬
‫نرون‬k.‫شود‬ ‫می‬ ‫محاسبه‬ ‫زیر‬ ‫بصورت‬ ‫-ام‬
     
1
2 2 1
1
n
k k j j
j
net k w k o k

 
    2 2 2
k k ko k f net k

‫روش‬
27
‫مدل‬ ‫خطای‬ ‫انتشار‬ ‫پس‬ ‫آموزش‬ ‫الگوریتم‬1
             
2 2
2 2
2 22 2 2 2
1 1 1 1 1 1
1 1 1
2 2 2
T n n
k k k
n n k k
E k e k e k e k d k o k
    
 
     
 
 
     
      
2 2 2
2 2 2
2 2 2 2 2
2 2 2 2 1
. . .
. 1. ' .
k k k
k j
k j k k k k j
k k k j
e o netE E
w k k k
w e o net w
e k f net k o k
 

   
    
    
  
     2 2 2 1
k j k jw k k o k  
‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬21,2, ,k n.‫نوشت‬ ‫نی‬ ‫برداری‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫را‬ ‫تو‬ ‫رابطه‬ .‫باشد‬‫می‬
            
22
22
2
2 2 2 2 2 1 2 2 1
11 11 1 1 1 11
' .j j j
nn nn n
w k e k f net k o k k o k  
   
 
       
 
( ‫اول‬ ‫ساز‬ ‫تعال‬ ‫الیه‬ ‫در‬ ‫ای‬‫بازه‬ ‫پارامترهای‬ ‫بودن‬ ‫پایین‬ ‫حد‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫حد‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ 1 1
Lf net‫و‬
 1 1
Uf net‫الیه‬ ‫های‬‫وزن‬ ‫آموزش‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫حالت‬ ‫دو‬ ‫توان‬‫می‬ ،)‫تعال‬.‫ررتت‬ ‫نظر‬ ‫در‬ )‫(میانی‬ ‫اول‬ ‫ساز‬

‫روش‬
28
‫الگوریتم‬ ‫ادامه‬‫مدل‬ ‫خطای‬ ‫انتشار‬ ‫پس‬ ‫آموزش‬1
:‫اول‬ ‫حالت‬‫نرون‬ ‫در‬ ‫ارر‬j‫دوم‬ ‫الیه‬ ‫-ام‬   1 1 1 1
j jj L j Uf net f net:‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫آنگاه‬ ،‫باشد‬
        1 1 1 1 1 1 1
min ,j j j jL j L j U j Lo k f net f net f net 
        1 1 1 1 1 1 1
max ,j j j jU j L j U j Uo k f net f net f net 
‫ورودی‬ ‫و‬ ‫نرون‬ ‫این‬ ‫بین‬ ‫وزن‬ ‫پارامتر‬ ‫آموزش‬i.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫زیر‬ ‫ترم‬ ‫به‬ ‫-ام‬
   
           
2
22
2
1 112 22
1 1 1
1 2 2 2 1 1 1 1
1 2 2 2 2 1 1
1 11
1
1
1 * ' '
2
j j
j i
j i j j j i
j
L Lj
L
L j L L L
T
j j L i
n nn
n
o netoo netE E e
w k k
w e o net o o net w
w k e k f net k f net k x k
 

 

      
          
         
  
             
    
     1 1 1
j i jL L iw k k x k    
   
           
2
22
2
1 112 22
1 1 1
1 2 2 2 1 1 1 1
1 2 2 2 2 1 1
1 11
1
1
1 * ' '
2
j j
j i
j j j j i
j
U Uj
U
U j U U U
T
j j U i
n nn
n
o netoo netE E e
w k k
w e o net o o net w
 

 

      
          
         
  
             
    
     1 1 1
j i jU U iw k k x k    
‫باال‬ ‫حد‬ ‫ای‬ ‫بازه‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫نی‬ ‫حساسیت‬ ‫تابع‬ ،‫پایین‬ ‫حد‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫حد‬ ‫ای‬‫بازه‬ ‫های‬‫وزن‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬
1
( )U‫پایین‬ ‫حد‬ ‫و‬1
( )L.‫شود‬‫می‬ ‫حاصل‬

‫روش‬
29
:‫دوم‬ ‫حالت‬‫نرون‬ ‫در‬ ‫ارر‬j‫دوم‬ ‫الیه‬ ‫-ام‬   1 1 1 1
j jj L j Uf net f net:‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫آنگاه‬ ،‫باشد‬
        1 1 1 1 1 1 1
min ,j j j jL j L j U j Uo k f net f net f net 
        1 1 1 1 1 1 1
max ,j j j jU j L j U j Lo k f net f net f net 
‫ورودی‬ ‫و‬ ‫نرون‬ ‫این‬ ‫بین‬ ‫وزن‬ ‫پارامتر‬ ‫آموزش‬i.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫زیر‬ ‫ترم‬ ‫به‬ ‫-ام‬
   
           
2
22
2
1 112 22
1 1 1
1 2 2 2 1 1 1 1
1 2 2 2 2 1 1
1 11
1
1
1 * ' '
2
j j
j i
j i j j j i
j
U Lj
L
L j U L L
T
j j L i
n nn
n
o netoo netE E e
w k k
w e o net o o net w
 

 

      
          
         
  
             
    
     1 1 1
j i jL L iw k k x k    
   
           
2
22
2
1 112 22
1 1 1
1 2 2 2 1 1 1 1
1 2 2 2 2 1 1
1 11
1
1
1 * ' '
2
j j
j i
j j j j i
j
L Uj
U
U j L U U
T
j j U i
n nn
n
o netoo netE E e
w k k
w e o net o o net w
 

 

      
          
         
  
             
    
     1 1 1
j i jU U iw k k x k    

‫روش‬
30
‫غیر‬ ‫ساز‬‫تعال‬ ‫تابع‬ ‫آنکه‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ،‫دهند‬‫می‬ ‫نشان‬ ‫تو‬ ‫حالت‬ ‫دو‬ ‫به‬ ‫مربو‬ ‫های‬‫رابطه‬ ‫که‬ ‫همانطور‬
‫حد‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫حد‬ ‫حساسیت‬ ‫تابع‬ ‫مقدار‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬ ،‫است‬ ‫یکی‬ ‫پایین‬ ‫حد‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫حد‬ ‫های‬‫نرون‬ ‫درون‬ ‫خطی‬
.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫برابر‬ ‫حالت‬ ‫دو‬ ‫هر‬ ‫در‬ ‫پایین‬
           2
22
2
1 2 2 2 2 1 1
1 11
1
1
* ' '
2j j
T
U j j U
n nn
n
k w k e k f net k f net k
 

  
         
    
           2
22
2
1 2 2 2 2 1 1
1 11
1
1
* ' '
2j j
T
L j j L
n nn
n
k w k e k f net k f net k
 

  
         
    
‫به‬ ‫توان‬‫می‬ ‫دلیل‬ ‫همین‬ ‫به‬ .‫باشد‬‫می‬ ‫یکسان‬ ‫حالت‬ ‫دو‬ ‫هر‬ ‫در‬ ‫ها‬‫وزن‬ ‫رسانی‬ ‫روز‬ ‫به‬ ‫رابطه‬ ‫نتیجه‬ ‫در‬
‫الیه‬ ‫و‬ ‫ورودی‬ ‫الیه‬ ‫بین‬ ‫های‬‫وزن‬ ‫آموزش‬ ‫به‬ ‫مربو‬ ‫روابط‬ ،‫میانی‬ ‫الیه‬ ‫در‬ ‫نرون‬ ‫به‬ ‫نرون‬ ‫بررسی‬ ‫جای‬
:‫داشت‬ ‫خواهیم‬ ‫صورت‬ ‫این‬ ‫در‬ .‫نوشت‬ ‫برداری‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫اول‬ ‫ساز‬ ‫تعال‬
            
1 111 1
1 1 1 1 1 1 1
1 11 1 1 1 11 1
1
'
2iL L i L i
n nnn n
w k e k f net k x k k x k  
    
 
          
 
            
1 111 1
1 1 1 1 1 1 1
1 11 1 1 1 11 1
1
'
2iU U i U i
n nnn n
w k e k f net k x k k x k  
    
 
          
 
‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬01, 2, ,i n‫و‬ 
1
1
1
iL
n
w k

‫و‬ 
1
1
1
iU
n
w k

‫بین‬ ‫باالی‬ ‫حد‬ ‫و‬ ‫پایین‬ ‫حد‬ ‫های‬‫وزن‬ ‫ترتیب‬ ‫به‬
‫ورودی‬i‫و‬ ‫اول‬ ‫ساز‬ ‫تعال‬ ‫الیه‬ ‫و‬ ‫-ام‬ 
1
1
1n
e k

)‫(میانی‬ ‫اول‬ ‫ساز‬ ‫تعال‬ ‫الیه‬ ‫در‬ ‫خطا‬ ‫انتشار‬ ‫پ‬ ‫حاصل‬
.‫است‬
        1 22 1 2
2
1 2 2 2 2
1 1 1 1
'
T
n nn n n n
e k w k e k f net k
   
  
       
   

‫روش‬
31
‫ساختار‬‫مدل‬2
x1
x2
xn0
xi

‫روش‬
32
‫مدل‬ ‫ساختار‬3
‫در‬‫از‬ ‫میانی‬ ‫الیه‬ ‫برای‬ ‫ساختار‬ ‫این‬‫نورن‬‫در‬ ‫خطی‬ ‫ترکیب‬ ‫بدون‬ ،‫مستقل‬ ‫راف‬،‫ها‬‫خروجی‬‫ش‬ ‫مطابق‬‫کل‬
1‫استفاده‬‫است‬ ‫شده‬.‫خروجی‬ ‫آن‬ ‫در‬‫های‬‫نورن‬‫به‬ ‫مستقیما‬ ‫راف‬ ‫پنهان‬ ‫الیه‬‫نورن‬‫میانگی‬ ‫مدل‬ ‫راف‬‫ن‬
‫شود‬‫می‬ ‫متصل‬ ‫خروجی‬ ‫الیه‬.
‫شکل‬1:‫ساختار‬‫مدل‬‫نورن‬‫مستقل‬ ‫راف‬

‫روش‬
33
‫مدل‬ ‫ساختار‬3
x1
x2
xn0
xi
W1
L
W1
U
W2
LL
W2
UU
W2
LU
W2
UL

‫روش‬
34
‫مدل‬ ‫ساختار‬1‫عاطفی‬
‫مدل‬ ‫مشابه‬ ‫ساختار‬ ‫نظر‬‫از‬ ‫مدل‬ ‫این‬1‫باشد‬‫می‬ ‫آموزش‬ ‫نوع‬ ‫در‬ ‫آنها‬ ‫تفاوت‬ ‫تنها‬ ‫و‬ ‫بوده‬.‫خطی‬‫ترکیب‬ ‫از‬ ‫مدل‬ ‫این‬ ‫در‬
‫شود‬‫می‬ ‫استفاده‬ ‫ها‬‫وزن‬‫آموزش‬‫جهت‬‫خطا‬‫مشتق‬ ‫و‬ ‫خطا‬.‫مدل‬ ‫همانند‬‫نیز‬‫آن‬‫پیشروی‬ ‫الگوریتم‬ ‫همچنین‬1،‫است‬
x1
x2
xn0
xi

‫روش‬
35
‫ساختار‬‫مدل‬1‫دار‬ ‫وزن‬ ‫مجموع‬ ‫نورن‬ ‫با‬
x1
x2
xn0
xi

‫روش‬
36
‫برد‬ ‫کار‬‫راف‬ ‫عصبی‬ ‫های‬ ‫شبکه‬ ‫های‬ ‫مدل‬
Y=f(x:𝑥1,𝑥2, … ,𝑥 𝑛 )
X= 𝑥1 ,𝑥2, … ,𝑥 𝑛
𝑇
•‫اول‬ ‫مدل‬ ‫راف‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬
•‫مدل‬ ‫راف‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬‫دوم‬
•‫مدل‬ ‫راف‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬‫سوم‬

‫روش‬
37
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬‫راف‬–‫اول‬ ‫مدل‬

‫روش‬
38
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬‫راف‬–‫دوم‬ ‫مدل‬

‫روش‬
39
‫مصنوعی‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬‫راف‬-‫سوم‬ ‫مدل‬

‫و‬ ‫ارزیابی‬

41
‫بین‬ ‫پیش‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫کلی‬ ‫بلوک‬:

•‫نوع‬ ‫دیابت‬ ‫بیماری‬ ‫بر‬ ‫ای‬ ‫مقدمه‬1
•‫برگمن‬ ‫مینیمال‬ ‫مدل‬(Bergman)
•‫کننده‬ ‫کنترل‬PID‫عصبی‬ ‫تنظیم‬ ‫خود‬
•‫شبکه‬ ‫مبنای‬ ‫بر‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫نتایج‬MLP
•‫شبکه‬ ‫مبنای‬ ‫بر‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫نتایج‬Rough
•‫گیری‬ ‫نتیجه‬
•‫مراجع‬
2015 Wor kshop on Soft Computing and Big Data, ECE Dept. of K. N. Toosi University of Technology, Tehr an.

‫اول‬ ‫بخش‬:

‫نمی‬ ‫مصرف‬ ‫یا‬ ‫تولید‬ ‫مناسب‬ ‫طور‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫انسولین‬ ‫بدن‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫بیماری‬ ،‫دیابت‬‫کن‬‫قادر‬ ‫موجود‬ ‫انسولین‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫د‬
‫دهد‬ ‫انجام‬ ‫خوبی‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫خود‬ ‫وظایف‬ ‫نیست‬.‫ترشح‬ ‫لوزالمعده‬ ‫در‬ ‫واقع‬ ‫بتا‬ ‫های‬ ‫سلول‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫هورمونی‬ ‫انسولین‬
‫است‬ ‫خون‬ ‫گلوکز‬ ‫سطح‬ ‫کاهش‬ ‫آن‬ ‫اصلی‬‫وظیفه‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬.
‫نوع‬ ‫دیابت‬ ‫به‬ ‫مبتال‬ ‫فرد‬1‫دارد‬ ‫نیاز‬ ‫انسولین‬‫خارجی‬ ‫تزریق‬ ‫به‬ ‫نرمالش‬ ‫مقدار‬ ‫در‬ ‫خود‬ ‫خون‬ ‫قند‬ ‫میزان‬ ‫حفظ‬ ‫برای‬.
‫نوع‬ ‫دیابت‬ ‫زیرا‬1‫دارد‬ ‫انسولین‬‫تزریق‬ ‫به‬ ‫نیاز‬ ‫عمر‬ ‫تمام‬ ‫برای‬ ‫مبتال‬ ‫فرد‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫درمان‬ ‫غیرقابل‬.
‫خون‬ ‫قند‬ ‫سطح‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ،‫دیابت‬ ‫نوع‬ ‫این‬‫در‬ ‫رایج‬ ‫درمان‬3‫تا‬4‫هر‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫روز‬ ‫در‬ ‫بار‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫تزریق‬ ‫بیمار‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫تعیین‬ ‫پزشک‬ ‫توسط‬ ‫بیمار‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫انسولین‬ ‫میزان‬ ‫مرتبه‬.‫تعیین‬ ‫برای‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫در‬
‫آیند‬ ‫نمی‬ ‫شمار‬ ‫به‬ ‫دقیقی‬ ‫و‬ ‫کارآمد‬ ‫روش‬ ‫علت‬ ‫همین‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫تخمین‬ ‫از‬‫تزریقی‬ ‫انسولین‬.
‫سال‬ ‫از‬1970،‫مرسوم‬ ‫درمان‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫جایگزینی‬ ‫برای‬ ‫حلی‬ ‫راه‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫ایده‬
‫گرفت‬ ‫قرار‬ ‫بررسی‬ ‫مورد‬.‫و‬ ‫کرده‬ ‫عمل‬ ‫مصنوعی‬ ‫لوزالمعده‬ ‫یک‬ ‫مانند‬ ‫واقع‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬

‫م‬ ‫به‬ ‫مناسب‬ ‫کنترلی‬ ‫الگوریتم‬‫و‬ ‫انسولین‬‫خودکار‬ ‫تزریق‬ ‫پمپ‬ ،‫خون‬ ‫قند‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫سنسور‬ ‫شامل‬‫تعیین‬ ‫نظور‬
‫باشد‬ ‫می‬ ‫بیمار‬ ‫برای‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫انسولین‬ ‫مقدار‬.‫سط‬ ‫سنسور‬ ‫طریق‬ ‫از‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫در‬‫خون‬ ‫قند‬ ‫ح‬
‫ر‬ ‫در‬ ‫خون‬ ‫قند‬ ‫سطح‬ ‫داشتن‬ ‫نگه‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫انسولین‬ ‫میزان‬ ‫آن‬ ‫با‬ ‫متناسب‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬‫نج‬60-
120mg/dL‫کند‬ ‫می‬ ‫خون‬ ‫وارد‬ ‫میکانیکی‬ ‫پمپ‬ ‫توسط‬.
‫دهد‬ ‫می‬ ‫نشان‬ ‫دیابتی‬ ‫بیماران‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫بلوکی‬ ‫دیاگرام‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬.

‫ب‬ ‫به‬ ‫مبتال‬ ‫بیماران‬ ‫در‬ ‫دیابت‬ ‫بیماری‬ ‫دینامیکی‬ ‫ساختار‬ ‫توصیف‬ ‫برای‬ ‫متفاوتی‬ ‫های‬ ‫مدل‬‫دیابت‬ ‫یماری‬
‫نوع‬1‫است‬ ‫شده‬ ‫ارائه‬.‫کرد‬ ‫اشاره‬ ‫برگمن‬ ‫مدل‬ ‫به‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫آنها‬ ‫پرکاربردترین‬‫از‬.
‫ارائه‬ ‫موجب‬ ‫که‬ ‫گردد‬ ‫برمی‬ ‫هشتاد‬ ‫دهه‬ ‫اوایل‬ ‫به‬ ‫گلوکز‬ ‫سیستم‬ ‫مدل‬ ‫یافتن‬ ‫برای‬ ‫جدی‬ ‫فعالیت‬ ‫اولین‬
‫شد‬ ‫برگمن‬ ‫مینیمال‬ ‫مدل‬ ‫نام‬ ‫به‬ ‫مدلی‬.‫است‬ ‫شده‬ ‫آورده‬ ‫زیر‬ ‫در‬ ‫آن‬ ‫معادالت‬:
1
2 3
( ) ( ( ) ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ( ) )
( ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( )
b
b
b
G t P G t G X t G t D t
X t P X t P I t I
I t n I t I G t h t u t 
    
   
     

‫خانواده‬ ‫از‬ ‫کنترلرهای‬ ،‫صنعتی‬ ‫فرآیندهای‬ ‫در‬ ‫کننده‬ ‫کنترل‬ ‫کاربردترین‬ ‫پر‬PID‫است‬.‫آن‬ ‫کلی‬ ‫دیاگرام‬ ‫بلوک‬
‫در‬
‫است‬‫شده‬ ‫داده‬ ‫نشان‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬.
y(k)u(k)r(k)
-
‫کننده‬ ‫کنترل‬ ‫یک‬ ‫کلی‬ ‫رابطه‬PID‫پارامترهای‬ ‫تنظیم‬ ‫هدف‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬Kp،Ki‫و‬Kd‫بدست‬ ‫برای‬
‫است‬ ‫مطلوب‬ ‫مشخصات‬ ‫با‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫پاسخ‬ ‫آوردن‬.
‫کنترل‬ ‫تحت‬ ‫سیستم‬∑
Kp
Ki
Kd
∑
e
e
e
0
( ) ( ) ( ) ( )
t
p i du t K e t K e d K e t   

‫اما‬PID‫شکل‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫زده‬ ‫تخمین‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫توسط‬ ‫آن‬ ‫ضرایب‬ ‫که‬ ‫تنظیم‬ ‫خود‬ ‫کنترلر‬‫است‬ ‫زیر‬.
KdKiKp
y(k)u(k)r(k)
-
‫شود‬ ‫می‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬ ‫به‬ ‫آن‬ ‫کنترلی‬ ‫سیگنال‬ ‫صورت‬ ‫این‬‫در‬:
‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬‫باشد‬ ‫می‬ ‫عصبی‬ ‫شبکه‬ ‫خروجی‬.
‫کنترل‬ ‫تحت‬ ‫سیستم‬∑ ‫کنترلر‬ PID
NN
( )e t
2 2 2
1 2 3( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )p p i i d d p i du k K k e k K k e k K k e k o k e k o k e k o k e k     
2
o

‫دوم‬ ‫بخش‬:

‫مرجع‬ ‫در‬‫شده‬ ‫داده‬‫پارامترهای‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬[2]‫است‬ ‫آمده‬‫بدست‬‫زیر‬ ‫بصورت‬‫نتایج‬ ،.

‫مرجع‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫پارامترهای‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬[2]‫است‬ ‫آمده‬ ‫بدست‬ ‫زیر‬ ‫بصورت‬ ‫نتایج‬ ،.

‫سوم‬ ‫بخش‬:

Rough neural networks

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

Similar to Rough neural networks

Similar to Rough neural networks (20)

Rough neural networks