模糊树木

随着模糊系统的输入的数量增加,规则的数量是指数增长的。该大规模基础降低了模糊系统的计算效率。它还使模糊系统的操作更难以理解,并且它使调整规则和成员函数参数更加困难。由于许多应用程序具有有限的训练数据,因此大规则基础降低了调谐模糊系统的概括性。

为了克服这个问题,您可以实现模糊推理系统(FIS)作为较小的互联的FIS对象的树,而不是作为单一单体FIS对象。这些模糊树也被称为分层模糊系统因为模糊系统以分层树结构排列。在树结构中,低级模糊系统的输出用作高级模糊系统的输入。模糊树更加计算地高效,比具有相同数量的输入的单个FIS更容易理解。

层次结构的类型

您可以使用几种模糊的树结构,可用于您的应用程序。下图显示了常用的模糊树结构:增量,聚合或级联结构。

增量结构

在增量结构中,输入值被包含在多个阶段中,以在多个级别细化输出值。例如,上图显示了具有模糊推理系统的三级增量模糊树 F 年代 n , 在哪里表示FIS中的索引n水平。在增量模糊树中,= 1,意味着每个级别只有一个模糊推理系统。在上一个数字中,j的输入在里面nth级别显示为输入 x j n ,而这件事k产出在里面nth级别显示为输入 x k n .在图中,n= 3,j= 1或2,和k= 1。如果每个输入都有会员函数(MFS),每个FIS都有一套2规则。因此,规则的总数是纳米2= 3⨉32= 27.

下图显示了一个单片集成电路(n= 1)四输入FIS (j= 1,2,3,4)和三个MFS(= 3)。

在这个数字的FIS中,规则总数是纳米4=1¼34= 81..因此,增量式模糊树中规则的总数与输入对的数量成线性关系。

增量模糊树中不同层次的输入选择根据它们对最终输出值的贡献使用输入排名。贡献最大的输入值通常在最低级别使用,而影响最小的输入值在最高级别使用。换句话说,低阶输入值依赖于高阶输入值。

在增量式模糊树中,每个输入值通常在一定程度上对推理过程有贡献,而与其他输入没有显著相关。例如,一个模糊系统使用四种输入来预测购买汽车的可能性:颜色、门数、马力和自动驾驶。输入是四个不同的汽车特征,它们可以独立地影响购买者的决定。因此,可以利用现有数据对输入进行排序,构建模糊树,如下图所示。

有关示例,说明在MATLAB中创建增量模糊树®,请参阅示例创建增量FIS树诡称参考页面。

聚合结构

在聚合结构中,输入值作为最低级别的组结合在一起,其中每个输入组被馈入FIS。使用更高电平的模糊系统组合(聚合)较低级模糊系统的输出。例如,下面显示了具有模糊推理系统的两级聚合模糊树 F 年代 n n , 在哪里n表示FIS中的索引n水平。

在这个聚合的模糊树中,1= 1, 2,2= 1。因此,每个级别包含不同数量的FIS。的j的输入nTh FIS在图中显示为输入 x n j ,而且k产出nTH FIS显示为输出 y n k .在图中,j= 1, 2,k= 1.换句话说,每个FIS都有两个输入和一个输出。如果每个输入都有MFS,然后每个FIS都有一套2规则。因此,三个模糊系统的规则总数为32= 3÷32 = 27,与类似配置的增量FIS相同。

在一棵聚合的模糊树中,输入的值会自然地组合在一起以进行特定的决策。例如,一个自主机器人导航任务结合了避障和目标到达子任务,实现无碰撞导航。为了实现导航任务,模糊树可以使用四个输入:到最近障碍物的距离、最近障碍物的角度、到目标的距离和目标的角度。距离和角度是根据机器人当前的位置和前进方向测量的。在这种情况下,在最低级别,输入自然分组如下图所示:两个模糊系统分别处理单独的组输入,然后另一个模糊系统结合它们的输出,产生一个无碰撞的机器人航向。

有关示例,示出了在MATLAB中创建聚合模糊树的示例,请参阅该示例在“中”创建聚合的FIS树诡称参考页面。

聚合结构的变化

在称为已知为的聚合结构的变化中平行结构[1],最低级模糊系统的输出直接求和以产生最终输出值。下图显示了并行模糊树的示例,其中概括了FIS1和FIS2的输出以产生最终输出。

诡称对象不提供求和节点Σ。因此,您必须添加一个自定义聚合方法来评估并行模糊树。示例中的“创建并计算并行FIS树”诡称参考页面。

级联或组合结构

级联结构也称为组合结构,它结合了增量结构和聚合结构来构建模糊树。这种结构适用于同时包含相关和不相关输入的系统。树将相关的输入分组到聚合结构中,并在增量结构中添加不相关的输入。下图显示了一个级联树结构的示例,其中前四个输入成对地分组在一个聚合结构中,第五个输入在一个增量结构中添加。

例如,考虑讨论的机器人导航任务聚合结构.假设该任务包括另一个输入,即机器人之前的标题,考虑到防止机器人标题的大变化。您可以使用以下关系图的增量结构添加此输入。

关于在MATLAB中创建聚合模糊树的示例,请参见“创建级联FIS树”诡称参考页面。

添加或删除FIS树输出

当你评估一个诡称对象,它仅返回仅打开输出的结果,该结果未连接到模糊树中的任何FIS输入。您可以选择访问树中的其他输出。例如,在聚合模糊树的下图中,您可能希望在评估树时获取FIS2的输出。

可以将此类输出添加到诡称对象。还可以删除输出,只要模糊树始终具有至少一个输出。有关示例,请参阅“更新FIS树输出”诡称参考页面。

对FIS树的多个输入使用相同的值

一个诡称对象允许使用相同的值进行多个输入。例如,在下图中,FIS1的输入2和FIS2的输入1在评估期间使用相同的值。

有关如何以这种方式构造FIS树的示例,请参阅上的示例“对FIS树的多个输入使用相同的值”诡称参考页面。

更新FIS树中的模糊推理系统

控件中添加或删除单个FIS元素诡称对象。当你这样做时,软件会自动更新连接输入, 和输出的属性诡称对象。例如,请参阅“在FIS树中更新模糊推理系统”诡称参考页面。

调整模糊树

在模糊树中配置内部连接后,下一步是调整树的参数。例如,看到调整FIS树的油耗预测

参考

[1] Siddique,N.和H. Adeli。计算智能:模糊逻辑、神经网络和进化计算的协同.Hoboken,NJ:Wiley,2013。

另请参阅

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