Übersicht zu Verfahren des Soft Computing © INFORM 1990-1996Slide 1 Tutorium © Bernhard Krause INFORM GmbH Aachen Pascalstraße 23 D-52076 Aachen - Tel.:

Übersicht zu Verfahren des Soft ComputingÜbersicht zu Verfahren des Soft Computing

© INFORM 1990-1996 Slide 1

Tutorium

© Bernhard Krause

INFORM GmbH Aachen

Pascalstraße 23

D-52076 Aachen

-

Tel.: 02408-9456-80

Fax: 02408-9456-85

Email: [email protected]

Internet: www.fuzzytech.com

Optimiert für 1024x768 /256 Farben

Tutorium

© Bernhard Krause

INFORM GmbH Aachen

Pascalstraße 23

D-52076 Aachen

-

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Technologien des “Soft Computing”

Adaptive Verfahren

Fuzzy Logik

Neuronale Netze

NeuroFuzzy

Fuzzy Clustering

Genetische Optimierung

Technologien des “Soft Computing”

Adaptive Verfahren

Fuzzy Logik

Neuronale Netze

NeuroFuzzy

Fuzzy Clustering

Genetische Optimierung

Entwicklung intelligenter TechnologienEntwicklung intelligenter Technologien


1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

Künstliche IntelligenzKünstliche Intelligenz

Lernende SystemeLernende Systeme

Operations ResearchOperations Research

Künstliche Neuron. NetzeKünstliche Neuron. Netze

ProzeßbeobachterProzeßbeobachter

Fuzzy ControlFuzzy Control

ExpertensystemeExpertensysteme

Chaos TheorieChaos Theorie

NeuroFuzzyNeuroFuzzy

Soft ComputingSoft Computing

TechnikTechnik TechnikTechnik

AnwendungAnwendung AnwendungAnwendung

Anwendungen intelligenter TechnologienAnwendungen intelligenter Technologien


Regeln / SteuernRegeln / Steuern

Embedded ControlEmbedded Control AutomatisierungAutomatisierung ProzeßtechnikProzeßtechnik

ModellierenModellieren

SimulationSimulation ProzeßmodellProzeßmodell ReglermodellReglermodell

EntscheidenEntscheiden

DiagnoseDiagnose SteuerungSteuerung KlassifizierungKlassifizierung

AuswertenAuswerten

VisualisierungVisualisierung AggregationAggregation OptimierungOptimierung

Intelligentes Regeln und SteuernIntelligentes Regeln und Steuern


ReglerRegler

Regeln /SteuernRegeln /Steuern

Embedded ControlEmbedded Control ProzeßtechnikProzeßtechnikAutomatisierungAutomatisierung

Zustandsregler / Filter Zustandsregler / Filter

ExpertensystemExpertensystem


Intelligentes Regeln mit Fuzzy ControlIntelligentes Regeln mit Fuzzy Control


MessenMessen

StellenStellen

FuzzifizierungFuzzifizierung

InferenzInferenz

DefuzzifizierungDefuzzifizierung

ya=ya= (xe)(xe)

Aufbau eines Regler-Aufbau eines Regler-Kennfelds durch ExpertiseKennfelds durch Expertise

Adaptives Regeln und SteuernAdaptives Regeln und Steuern


ReglerRegler




Zustandsregler / Filter Zustandsregler / Filter


ParametriererParametrierer

ProzeßbeobachterProzeßbeobachter

ParameteroptimierungParameteroptimierung

Fuzzy LogikFuzzy Logik

Adaptives Regeln mit Fuzzy ControlAdaptives Regeln mit Fuzzy Control


Fuzzy Fuzzy ControlControl

Fuzzy Fuzzy LogikLogik

Adaptive Anforderungen an den Regler beschreibbar Durch gemeinsame Struktur Vernetzung von Regler und Parametrierer

Lösung durch Aufbau von Mehrgrößenreglern

Adaptive Anforderungen an den Regler beschreibbar Durch gemeinsame Struktur Vernetzung von Regler und Parametrierer

Lösung durch Aufbau von Mehrgrößenreglern

Einfache Struktur := Komplexe RegelformulierungEinfache Struktur := Komplexe Regelformulierung

Komplexe Struktur := Einfache RegelformulierungKomplexe Struktur := Einfache Regelformulierung

Selbstkonfigurierendes Regeln und SteuernSelbstkonfigurierendes Regeln und Steuern


ReglerRegler



ParametriererParametrierer

DatenDaten

Künstliche Neuronale NetzeKünstliche Neuronale Netze


Selbstkonfigurierendes Regeln durch KNNSelbstkonfigurierendes Regeln durch KNN


ReglerRegler



ParametriererParametriererLernverfahrenLernverfahren

Künstliches Künstliches Neuronales Neuronales

NetzNetz

DatenDaten

ya=ya= (xe)(xe)

Selbstkonfigurierendes Regeln durch NeuroFuzzySelbstkonfigurierendes Regeln durch NeuroFuzzy


ReglerRegler

Regeln /SteuernRegeln /Steuern


ParametriererParametriererLernverfahrenLernverfahren

Fuzzy Fuzzy ControlControl

DatenDaten

0

1

µ

-10 -5 0 +5 +10yyaa== (x(xe e ,p,p ))





SimulationSimulation ReglermodellReglermodellProzeßmodellProzeßmodell

MathematikMathematik


KNNKNNDatenDaten


Modellieren mit Fuzzy LogikModellieren mit Fuzzy Logik




0

1

µ

-10 -5 0 +5 +10

µ

Modellieren mit KNNModellieren mit KNN




DatenDaten





DiagnoseDiagnose KlassifizierungKlassifizierungSteuerungSteuerung



Fuzzy EntscheiderFuzzy Entscheider

KNNKNN

Regelbasierte Klassifikation durch ExpertensystemeRegelbasierte Klassifikation durch Expertensysteme


konventionelle konventionelle ProgramierungProgramierung

ClassificationPrepro-

cessing

A B C

If feature_1 < 0.5Then obj_1 is class A


Eigenschaften Feste Schwellen zur Entscheidung Ergebnis ist Zuordnung zu vorgegebener Klasse

Eigenschaften Feste Schwellen zur Entscheidung Ergebnis ist Zuordnung zu vorgegebener Klasse


ClassificationPrepro-

cessing

A B C

Eigenschaften Fuzzy Regeln erlauben natürlichsprachliche

Formulierung von Klassifikationsregeln Zustandsorientierte Sichtweise für

transparenten Aufbau komplexer Systeme Überwachung des Klassifikationsraums Ergebnis ist Zuordnung zu vorgegebener Klasse

Eigenschaften Fuzzy Regeln erlauben natürlichsprachliche

Formulierung von Klassifikationsregeln Zustandsorientierte Sichtweise für

transparenten Aufbau komplexer Systeme Überwachung des Klassifikationsraums Ergebnis ist Zuordnung zu vorgegebener Klasse

Regelbasierte Klassifikation durch Fuzzy LogikRegelbasierte Klassifikation durch Fuzzy Logik


Fuzzy DatenanalyseFuzzy Datenanalyse


A B C

Eigenschaften Klassifikation wird durch repräsentative Beispiele trainiert Durch Interpolation Funktion im gesamten Zustandsraum Ergebnis ist Zuordnung zu vorgegebener Klasse

Eigenschaften Klassifikation wird durch repräsentative Beispiele trainiert Durch Interpolation Funktion im gesamten Zustandsraum Ergebnis ist Zuordnung zu vorgegebener Klasse

Klassifikation durch künstliche neuronale NetzeKlassifikation durch künstliche neuronale Netze



KNNKNN

EntscheidenEntscheidenEntscheidenEntscheiden

Auswerten durch DatenanalyseAuswerten durch Datenanalyse


ProzeßProzeß

DatenDaten

DatenerfassungDatenerfassung

FilterFilter


Daten-raum

Daten-raum

X1X1X2X2

X3X3X4X4

ExtraktionExtraktion

Merkmal Merkmal

StatistikStatistik

ClusternClustern

Fuzzy ClusternFuzzy Clustern

Merkmals-raum

Merkmals-raum

StrukturensucheStrukturensuche

KNNKNN


NeuroFuzzyNeuroFuzzyEntsc

heid

en

Entsc

heid

en

AuswertenAuswerten

VisualisierungVisualisierung AggregationAggregation OptimierungOptimierungAggregationAggregation OptimierungOptimierung

Anwendung von Clusterverfahren Reduktion von Datenmengen Auffinden typischer Muster Ergebnis des Clustering sind

Merkmale, keine Analyse

Anwendung von Clusterverfahren Reduktion von Datenmengen Auffinden typischer Muster Ergebnis des Clustering sind

Merkmale, keine Analyse

Aggregation durch ClusternAggregation durch Clustern


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Cluster 2

Cluster 11

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Cluster 2

Cluster 1

Aggregation durch Fuzzy ClusteringAggregation durch Fuzzy Clustering


Konventionelle und Fuzzy Clusterverfahren

Konventionelle und Fuzzy Clusterverfahren

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Konventionelles Clustern Elemente genau in eine Klasse Unsinnige Klassenbildung möglich

Konventionelles Clustern Elemente genau in eine Klasse Unsinnige Klassenbildung möglich

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Fuzzy Clustern Zugehörigkeitsgrad zu Cluster Lösung von Problemen, die durch

starre Klassen nicht lösbar sind Mit weniger Klassen bessere

Klassifizierungen

Fuzzy Clustern Zugehörigkeitsgrad zu Cluster Lösung von Problemen, die durch

starre Klassen nicht lösbar sind Mit weniger Klassen bessere

Klassifizierungen

Fuzzy Clustering Fuzzy Clustering löst die Aufgabelöst die Aufgabe

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.2.5

AggregationAggregation

OptimierungOptimierung


SystemSystem

GüteGüte

f(x)f(x)

Suchen eines Optimums zu einem Gütekriterium Gütefunktion oder Daten? Minimum oder Maximum? Stetiger Lösungsraum? (Lokale Minima/Maxima) Dimension des Lösungsraums? Dimension des Parameterraums?

Suchen eines Optimums zu einem Gütekriterium Gütefunktion oder Daten? Minimum oder Maximum? Stetiger Lösungsraum? (Lokale Minima/Maxima) Dimension des Lösungsraums? Dimension des Parameterraums?



Genetische VerfahrenGenetische Verfahren

Bolzmann Bolzmann

Tabu Tabu

Lernende SystemeLernende Systeme


KNNKNN

Optimierung durch Genetische VerfahrenOptimierung durch Genetische Verfahren


ParameterParameter

SystemSystem

MutationMutation

Optimierung durch Mutation: Veränderung der Parameter

Optimierung durch Mutation: Veränderung der Parameter Selektion der besten Lösung(en) Selektion der besten Lösung(en)

SelektionSelektion

SystemSystem

Genetische Optimierung eines Fuzzy SystemsGenetische Optimierung eines Fuzzy Systems


MutationMutation SelektionSelektion

ParameterParameter

SystemSystem

SystemSystem

Optimierung von Fuzzy System Parametern Mutation: Veränderung der Parameter

Optimierung von Fuzzy System Parametern Mutation: Veränderung der Parameter

Selektion der besten Lösung(en) Selektion der besten Lösung(en)

OptimierungOptimierung

Documents

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