JPH0424737A - Learning method for prewired neuro of rule part - Google Patents
Learning method for prewired neuro of rule partInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[概要コ
前件部メンバシップ関数実現部、ルール部及び後件部メ
ンバシップ関数実現部で成るファジィ制御ルールを実現
する階層ネットワーク構造に従って入力に対応する制御
出力を生ずるルール部プリワイヤニューロの学習方法に
関し、
対象システムに適合した制御を行うための学習を効率良
く行なうことを目的とし、
前件部メンバシップ関数実現部、ルール部及び後件部メ
ンバシップ関数実現部の各々に、予め持っている知識の
導入又は乱数の利用またはその併用で重み初期値を設定
した後、予め準備されたシステム学習データを使用して
ネットワーク全体を学習させるように構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] A control output corresponding to an input is generated according to a hierarchical network structure that realizes a fuzzy control rule, which is composed of an antecedent membership function implementation unit, a rule unit, and a consequent membership function implementation unit. Regarding the learning method of the rule part pre-wired neuro, we have developed an antecedent membership function realization part, a rule part and a consequent part membership function realization part, with the aim of efficiently learning to perform control suitable for the target system. After setting the initial weight values for each of the networks by introducing pre-existing knowledge, using random numbers, or a combination thereof, the entire network is configured to learn using system learning data prepared in advance.
[産業上の利用分野コ
本発明は、ファジィ制御とニューラルネットワークを融
合させたルール部プリワイヤニュー047)学習方法に
関する。[Industrial Field of Application] The present invention relates to a rule section pre-wire learning method that combines fuzzy control and a neural network.
ニューロを用いた情報処理にあっては、対象とするシス
テムの入カバターンと、その入カバターンに対する望ま
しい出カバターンとの組でなる学習データを階層型ニュ
ーラルネットワークに提示して学習させ適応的な処理を
行わせる。この学習処理には特にパックプロパゲーショ
ン法と呼ばれる処理方式が、その実用性の高さから注目
されている。In information processing using neurons, learning data consisting of a set of input patterns of the target system and desired output patterns for that input pattern is presented to a hierarchical neural network to learn and perform adaptive processing. Let it happen. In particular, a processing method called pack propagation method is attracting attention due to its high practicality in this learning process.
一方、ファジィ理論は、1960年に2adehにより
提案され、温度が「低い」とか「高い」といった人間が
行っている曖昧さに基づく思考や判断の過程をモデル化
する理論である。このファジィ理論では曖昧さを現わす
ためにメンバシップ関数を導入したファジィ集合論を数
学的基礎としている。On the other hand, fuzzy theory was proposed by 2adeh in 1960, and is a theory that models the process of thinking and judgment based on ambiguity that humans make, such as whether the temperature is "low" or "high." This fuzzy theory is mathematically based on fuzzy set theory, which introduces membership functions to represent ambiguity.
ファジィ理論の応用としては1974年にMaq+nL
an1がスチームエンジンの制御に用いたのを最初に、
各種のファジィ制御が行われている。As an application of fuzzy theory, Maq+nL was introduced in 1974.
An1 was the first to use it to control a steam engine.
Various types of fuzzy control are performed.
このファジィ制御を実行するシステムは不確定なものを
扱うものであることから、制御アルゴリズムの調整や変
更等に対して適応的に対応できるような構成にしていく
必要がある。Since the system that performs this fuzzy control handles uncertain things, it is necessary to have a configuration that can adaptively respond to adjustments and changes in the control algorithm.
[従来の技術]
一般に、ファジィ制御システムを構築するには、以下の
ような手続きを取る。[Prior Art] Generally, the following procedure is taken to construct a fuzzy control system.
■熟練操作員の持つ「もし温度が高ければ、火を小さく
する」等の曖昧な制御規則を得る。■Obtain ambiguous control rules such as ``If the temperature is high, reduce the fire'' held by experienced operators.
■制御規則の中の言葉(命題)の意味をメンバシップ関
数という形で定量化し、制御規則をrlF−THEN部
」
型のルール表現で記述する。■The meaning of the words (propositions) in the control rule is quantified in the form of a membership function, and the control rule is described in a rule expression of the type ``rlF-THEN part''.
■シミュレーションや現地テストによる検査を行う。■Conduct inspections through simulations and on-site tests.
■検査結果を評価し、メンバシップ関数や規則の改良を
行う。■Evaluate inspection results and improve membership functions and rules.
更に詳細に説明すると、ファジィ制御ルールは、例えば
、
「目I、 is big and !2is smal
l thenh is bigJ
と記述される。ここでIF部は前件部と呼ばれ、温度等
の制御状態量(制御入力)についての条件を記述する部
分である。またTHEN部は後件部と呼ばれ、操作端等
の制御操作量(制御出力)についての条件を記述する部
分である。To explain in more detail, the fuzzy control rule is, for example, “I, is big and !2is small
It is written as l thenhis bigJ. Here, the IF section is called an antecedent section, and is a section that describes conditions regarding control state quantities (control inputs) such as temperature. Further, the THEN section is called a consequent section, and is a section that describes the conditions regarding the control operation amount (control output) of the operating terminal, etc.
ファジィ制御では、対象システムの制御論理として用意
される複数のファジィ制御ルールを管理すると共に、各
ファジィ制御ルール中に記述される「大きい」とか「小
さい」とかいうような曖昧な言語表現の意味をメンバシ
ップ関数として定量化して管理する。Fuzzy control manages multiple fuzzy control rules prepared as the control logic of the target system, and also manages the meaning of ambiguous linguistic expressions such as "large" or "small" written in each fuzzy control rule. Quantify and manage it as a ship function.
完成したファジィ制御システムの制御手順は次のように
なる。The control procedure of the completed fuzzy control system is as follows.
■制御対象から温度等の制御状態量が入力されると、設
定している前件部のメンバシップ関数に従って真理値を
算出する。■When a controlled state quantity such as temperature is input from the controlled object, the truth value is calculated according to the membership function of the antecedent part that has been set.
■次に、最小値を選択する等の前件部演算に従って、各
ファジィ制御ルールにおける後件部に対しての適用値を
決定する処理を実行する。例えば、「x、 is bi
gJ の真理値=0.8「x2it smallJの
真理値=0,5である場合には、最小値を選択する前件
部演算に従って、真理値=0.5をそのファジィ制御ル
ールの後件部に対しての適用値として出力するように処
理する。(2) Next, in accordance with the antecedent computation such as selecting the minimum value, a process is executed to determine the value to be applied to the consequent in each fuzzy control rule. For example, “x, is bi
If the truth value of gJ = 0.8 "x2it smallJ = 0,5, then according to the antecedent operation that selects the minimum value, the truth value = 0.5 is set to the consequent part of the fuzzy control rule. Process it so that it is output as the applied value for.
■続いて、同一の制御操作量となる後件部のメンバーシ
ップ関数に対する前件部からの入力値(適用値)から出
力適用値を決定する処理を実行する。(2) Next, a process is executed to determine an output application value from the input value (applied value) from the antecedent part to the membership function of the consequent part, which has the same amount of control operation.
例えば、2つのファジィ制御ルールにより、r y+
is blgJ、の適用値=0.5r T+ is b
igJの適用値=0.6が得られた場合、最大値を選択
する後件部演算に従って、適用値=0.6を選択決定す
る。For example, with two fuzzy control rules, r y+
Applied value of is blgJ = 0.5r T+ is b
When the applied value of igJ=0.6 is obtained, the applied value=0.6 is selected and determined according to the consequent operation that selects the maximum value.
■続いて、決定された適用値に従って制御操作量のメン
バーシップ関数を縮小(又は拡大)すると共に、同一の
制御操作量についてのメンバーシップ関数の関数部の図
形の重心を求める等の処理を行ってファジィ推論値であ
る制御操作量を算出して出力する。■Subsequently, the membership function of the control operation amount is reduced (or expanded) according to the determined applied value, and the center of gravity of the figure of the function part of the membership function for the same control operation amount is calculated. The control operation amount, which is a fuzzy inference value, is calculated and output.
ところで、ファジィ制御ルールは、熟練操作員の持つ知
識に従って生成されることを予定しており、最初から最
適制御を実現できるファジィ制御ルールを確立すること
は困難である。従って、生成したファジィ制御ルールを
シミュレーションや現地テストにより評価しながら試行
錯誤的に改良していくという手順をとらざるを得ない。By the way, fuzzy control rules are planned to be generated according to the knowledge possessed by a skilled operator, and it is difficult to establish fuzzy control rules that can realize optimal control from the beginning. Therefore, it is necessary to improve the generated fuzzy control rules through trial and error while evaluating them through simulations and field tests.
そこで本願発明者等にあっては、ニューロの適用により
ファジィ制御ルールを実現する階層ネットワーク構造、
即ちルール部プリワイヤニューロを使用した適用型のフ
ァジィ制御システムを提案している(特願平2−602
56号「階層ネットワーク構成データ処理装置及びデー
タ処理システム」)。Therefore, the inventors of the present application developed a hierarchical network structure that realizes fuzzy control rules by applying neurology.
In other words, we have proposed an adaptive fuzzy control system using pre-wired neuro in the rule section (Patent Application No. 2-602).
No. 56 "Hierarchical Network Configuration Data Processing Device and Data Processing System").
即ち、ルール部プリワイヤニューロは、前件部メンバシ
ップ関数実現部、ルール部及び後件部メンバシップ関数
で成るファジィ制御ルールを実現する階層ネットワーク
構成をもつ。That is, the rule part prewire neuro has a hierarchical network configuration that realizes a fuzzy control rule consisting of an antecedent part membership function realization part, a rule part, and a consequent part membership function.
このルール部プリワイヤニューロによるファジィ制御ル
ールの自動抽出を考えると、以下のような手続きを取れ
ばよい。Considering the automatic extraction of fuzzy control rules by the pre-wired neuron of the rule section, the following procedure may be taken.
■ルール部プリワイヤニューロのメンバシップ関数を設
定する。■Set the membership function of the rule section prewire neuro.
■ルール部プリワイヤニューロに、対象システムの入カ
バターンとその入カバターンに対する望ましい出カバタ
ーンの組とを提示して学習させる。■The rule section prewire neuro is presented with the input pattern of the target system and a set of desirable output patterns for that input pattern, and is made to learn.
■ルール部の結線の重みを解析することにより対象シス
テムについての最適ファジィ制御ルールを抽出する。■Extract the optimal fuzzy control rule for the target system by analyzing the weights of connections in the rule section.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、ルール部プリワイヤニューロについてフ
ァジィ制御ルールを抽出させるために行われる学習は、
前件部メンバシップ関数部、ルール部及び後件部メンバ
シップ関数実現部の重みを含め、どのようにして学習を
行わせるかの学習方法が決っておらず、ロール部プリワ
イヤニューロの性能を最大限に引き出すことのできる効
率の良い学習法の構築が必要となっている。[Problems to be Solved by the Invention] However, the learning performed for extracting fuzzy control rules for the rule section pre-wired neuron is
The learning method for learning, including the weights of the antecedent membership function part, rule part, and consequent part membership function realization part, has not been determined, and the performance of the roll part prewire neuron has not yet been determined. There is a need to develop efficient learning methods that can bring out the best in students.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、対
象システムに適合した制御を行うための学習を効率良く
行うことのできるルール部プリワイヤニューロの学習方
法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a learning method for a rule section pre-wired neuron that can efficiently perform learning for performing control suitable for a target system. .
[課題を解決するための手段] 第1図は本発明の原理説明図である。[Means to solve the problem] FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention.
まず本発明は、前件部メンバシップ関数実現部10.1
又は複数階層でなるルール部12及び後件部メンバシッ
プ関数実現部14でなる階層ネットワーク構造を有し、
ルール部12の前段の前件部メンバシップ関数実現部1
0及び又は後段の後件部メンバシップ関数実現部14と
の間で全ユニット間を内部結合せずに制御ルールに従っ
て一部を内部結合して成り、入力される制御状態量(X
、、X2. ・・・X7)に対応するl又は複数の制
御操作量(Y)を出力するルール部プリワイヤニューロ
を対象とする。First, the present invention provides antecedent membership function realization unit 10.1
Or it has a hierarchical network structure consisting of a rule part 12 and a consequent part membership function realization part 14 which are made up of multiple hierarchies,
Antecedent membership function realization unit 1 before rule unit 12
0 and/or the subsequent consequent membership function realization unit 14, some of the units are internally coupled according to the control rule without internally coupling all the units, and the input control state quantity (X
,,X2. ...X7) The target is a rule section pre-wired neuro that outputs l or a plurality of control operation amounts (Y) corresponding to X7).
このようなルール部プリワイヤニューロの学習方法とし
て本発明にあっては、
[第1過程]
前件部メンバシップ関数実現部10、ルール部12及び
後件部メンバシップ関数実現部14の各々に重み初期値
を設定する;
[第2過程]
予め準備された学習データを使用して前件部メンバシッ
プ関数実現部10、ルール部12及び後件部メンバシッ
プ関数実現部14の全てを学習させる;
とする処理過程を備えた学習方法を構成する。In the present invention, as a learning method for such a rule part pre-wired neuron, [First step] Each of the antecedent part membership function realization part 10, the rule part 12, and the consequent part membership function realization part 14 is Setting initial weight values; [Second process] All of the antecedent membership function realization unit 10, rule unit 12, and consequent membership function realization unit 14 are trained using the training data prepared in advance. Construct a learning method with a processing process that;
ここで第1過程の重み初期値の設定方法としては、予め
持っている知識(図中は「先験的知識」として示す)に
基づいて作成された重み初期値を設定する。Here, as a method for setting initial weight values in the first step, initial weight values created based on knowledge held in advance (indicated as "a priori knowledge" in the figure) are set.
また第1過程の重み初期値の他の設定方法としては、乱
数を用いて作成された重み初期値を設定する
更に第1過程の重み設定は、予め持っている知識で設定
可能な重みは該知識で初期設定し、その他は乱数を用い
て重み初期値を設定する。Another method for setting the initial weight values in the first process is to set the initial weight values created using random numbers. Initial settings are made using knowledge, and other initial weight values are set using random numbers.
更にまた、第2過程の学習開始時には、前件部メンバシ
ップ関数実現部10、ルール部12及び後件部メンバシ
ップ関数実現部14でなる階層ネットワーク構造の結線
毎に学習の有無を決める学習フラグを設定し、結線に設
定された学習フラグに基づいて重み値を学習処理により
最適化する。Furthermore, at the start of learning in the second process, a learning flag is set to determine whether or not learning is to be performed for each connection of the hierarchical network structure consisting of the antecedent membership function realization unit 10, the rule unit 12, and the consequent membership function realization unit 14. is set, and the weight value is optimized through learning processing based on the learning flag set for the connection.
[作用]
このような構成を備えた本発明のルール部プリワイヤニ
ューロの学習方法によれば次の作用が得られる。[Operations] According to the learning method of the rule section pre-wired neuron of the present invention having such a configuration, the following operations can be obtained.
まず、対象システムのファジィ制御ルールを実現する前
件部メンバシップ関数実現部、ルール部及び後件部メン
バシップ関数実現部で成る階層ネットワーク構成のルー
ル部プリワイヤニューロに対し、予め持っている知識に
基づいた重み初期値の設定又は乱数に基づいた重み初期
値の設定あるいは両者の併用を行なう。First, we need to know in advance the rule part prewire neuron, which has a hierarchical network configuration consisting of an antecedent membership function realization part, a rule part, and a consequent membership function realization part, which realize the fuzzy control rules of the target system. The initial weight values are set based on , or the initial weight values are set based on random numbers, or both are used in combination.
続いて、学習処理を起動し、学習用の入カバターンをル
ール部プリワイヤニューロに提示し、ルール部プリワイ
ヤニューロからの出カバターンがが、入カバターンに対
し望ましい出カバターンとなる学習量カバターン(教師
信号)に略一致するように初期設定した重み値を修正す
る例えばパックプロパゲーション法による学習をネット
ワーク全体について行う。Next, the learning process is started, the input cover turn for learning is presented to the rule section pre-wire neuron, and the output cover turn from the rule section pre-wire neuron is the learning amount cover turn (the teacher For example, learning using the pack propagation method is performed for the entire network, in which the initially set weight values are corrected so as to substantially match the signal).
このようにルール部プリワイヤニューロ全体を同時に学
習させることにより、ネットワークの性能を最大限に引
き出した学習ができる。By learning the entire rule section pre-wired neuron at the same time in this way, it is possible to perform learning that maximizes the performance of the network.
また予め持っている知識を導入した前件部メンバシップ
関数実現部、ルール部及び後件部メンバシップ関数実現
部の重みの初期設定により、学習効率を高めることがで
きる。Furthermore, learning efficiency can be improved by initializing the weights of the antecedent membership function realization section, the rule section, and the consequent membership function realization section into which knowledge held in advance is introduced.
更に、乱数を利用した前件部メンバシップ関数実現部、
ルール部及び後件部メンバシップ関数実現部の重みの初
期設定により、ネットワークの性能を最大限引き出すこ
とができる。Furthermore, an antecedent membership function realization part using random numbers,
By initializing the weights of the rule part and the consequent membership function realization part, the performance of the network can be maximized.
[実施例コ
第2図は本発明によるルール部プリワイヤニューロの学
習方法の第1実施例としての処理手順を示した学習動作
フロー図であ。この第2図の手順による学習方法の対象
となるルール部プリワイヤニューロは、例えば第3図に
示す前件部メンバシップ関数実現部10、ルール部12
、及び後件部メンバシップ関数実現部14(重心計算実
現部18)を含む)で成るファジィ制御ルールを実現す
るための階層ネットワーク構造を有する。ここでルール
部プリワイヤニューロとは、ルール部12が前段の前件
部メンバシップ関数実現部10及び又は後段の後件部メ
ンバシップ関数実現部14との間で全ユニット間を内部
結合せずに制御ルールに従って一部を内部結合したネッ
トワーク構造に特徴があり、内部結合を全て結線してい
るルール部全結合ニューロに対比されるものである。[Embodiment] FIG. 2 is a learning operation flowchart showing a processing procedure as a first embodiment of a learning method for a rule section pre-wire neuro according to the present invention. The rule section pre-wire neuron that is the target of the learning method according to the procedure of FIG. 2 is, for example, the antecedent membership function realization section 10 and the rule section 12 shown in FIG.
, and a consequent membership function implementation section 14 (including a centroid calculation implementation section 18)) for realizing a fuzzy control rule. Here, the rule part prewired neuro does not internally connect all units between the rule part 12 and the antecedent membership function realization part 10 in the preceding stage and/or the consequent membership function realization part 14 in the latter stage. It is characterized by a network structure in which some parts are internally connected according to control rules, and is contrasted with a rule-part fully connected neuron in which all internal connections are connected.
第2図の学習処理にあっては、次のステップS1〜S6
から成る処理を行なう。In the learning process in FIG. 2, the following steps S1 to S6
Performs processing consisting of.
[ステップS11 前件部メンバシップ関数実現部10の重みCab。[Step S11 Weight Cab of the antecedent membership function realization unit 10.
Cbcを与えられたメンバシップ関数を実現するように
予め持っている知識を導入して初期設定する。Initial settings are made by introducing knowledge that is previously held so as to realize a membership function given Cbc.
[ステップS2コ
ルール部12の重みCcd、 Cdeを与えられたフ
ァジィルールを実現するように予め持っている知識を導
入して初期設定する。[Step S2 Initial setting is performed by introducing knowledge held in advance so as to realize the fuzzy rule given the weights Ccd and Cde of the co-rule unit 12.
[ステップS3コ
後件部メンバシップ関数実現部14の重みCelを与え
られたメンバシップ関数を実現するように予め持ってい
る知識を導入して初期設定する。[Step S3] The knowledge held in advance is introduced and initialized so as to realize the membership function given the weight Cel of the consequent part membership function realization unit 14.
[ステップS4]
重心計算実現部18の重みCjgを、重心計算を実現す
るように初期設定する。尚、第3図では後件メンバシッ
プ関数実現部14に含まれている。[Step S4] The weight Cjg of the center of gravity calculation implementation unit 18 is initialized so as to realize the center of gravity calculation. Incidentally, in FIG. 3, it is included in the consequent membership function realization unit 14.
[ステップS5]
学習処理を行なうフェーズ毎のグループ対応表(学習対
象となるニューロンのグループ、即ち階層を指定するテ
ーブル)及び各グループの結線対応表(ユニットのグル
ープに入力する結線のグループを示すテーブル)の設定
を行なう。[Step S5] A group correspondence table for each phase in which the learning process is performed (a table that specifies the group of neurons to be learned, that is, a hierarchy) and a connection correspondence table for each group (a table that indicates the group of connections to be input to the group of units) ) settings.
[ステップS6]
学習スケジューラを起動してパックプロパゲーション法
により学習処理を行なう。[Step S6] Start the learning scheduler and perform learning processing using the pack propagation method.
以下、第2図の動作フローに示したステップ81〜S6
のそれぞれに分けて詳細に説明する。Hereinafter, steps 81 to S6 shown in the operation flow of FIG.
Each of these will be explained in detail.
[ルール部プリワイヤニューロの構成]本発明の対象と
なるルール部プリワイヤニューロは、例えば第3図示す
ファジィ制御ルールを実現可能な階層ネットワーク構成
を有する。[Configuration of the rule section prewire neuron] The rule section prewire neuron to which the present invention is applied has a hierarchical network configuration that can realize, for example, the fuzzy control rules shown in FIG.
第3図において、各部に示したノードは1つの基本ユニ
ットを構成しており、基本ユニットは黒丸で示すシグモ
イド関数ユニットと、白丸で示す線形関数ユニットの2
種が使用されている。In Figure 3, the nodes shown in each part constitute one basic unit, and the basic unit consists of two functions: a sigmoid function unit shown by a black circle, and a linear function unit shown by a white circle.
seeds are used.
第4図は第3図のルール部プリワイヤニューロにおける
基準ユニットの構成を取り出して示す。FIG. 4 shows the configuration of the reference unit in the rule section pre-wire neuron of FIG. 3.
第4図において、基本ユニット20は多大力1出力系を
構成しており、複数の入力に対し各々の内部結合の重み
値を乗算する乗算部22と、乗算部22の乗算結果を加
算する加算部24と、加算部24の出力に閾値処理を施
す閾値処理部26とで構成される。In FIG. 4, the basic unit 20 constitutes a multi-power single output system, and includes a multiplication section 22 that multiplies a plurality of inputs by the weight value of each internal connection, and an addition section that adds the multiplication results of the multiplication section 22. and a threshold processing section 26 that performs threshold processing on the output of the addition section 24.
ここで前段層をh層、後段層をi層とすると、乗算部2
2と加算部24は下記の(1)式の演算を実行し、また
閾値処理部26では下記の(2)式の演算を実行する。Here, if the first layer is the h layer and the second layer is the i layer, then the multiplier 2
2 and the addition unit 24 executes the calculation of equation (1) below, and the threshold processing unit 26 executes the calculation of equation (2) below.
x p、=Σy、hw、h (1
)Vol= 1/ ((1+e−′X”−”’ )
(2)但し、
h :h層のユニット番号
i :i層のユニット番号
p :入力信号のパターン番号
θ1 :i層の1番ユニットの閾値
W+h : h −i層間の内部結合の重み値X□:h
層の各ユニットからi層の1番ユニットへの入力の積和
Vph:p番目パターンの入力信号に対するh層のh番
ユニットからの出力
y、、:p番目パターンの入力信号に対する1層の1番
ユニットからの出力
ここで前記(2)式はシグモイド関数として知られてお
り、第3図のルール部プリワイヤニューロに示した黒丸
の基本ユニットの閾値処理部26が前記(2)式のシグ
モイド関数に従った閾値処理を行なう。x p, = Σy, hw, h (1
) Vol= 1/ ((1+e-'X"-"')
(2) However, h: Unit number of the h layer i: Unit number of the i layer p: Pattern number of the input signal θ1: Threshold value of the first unit of the i layer W+h: Weight value of the internal connection between h - the i layer X□ :h
Sum of products Vph of inputs from each unit of the layer to the 1st unit of the i layer: Output y from the hth unit of the h layer for the input signal of the pth pattern, , : 1 of the 1st layer for the input signal of the pth pattern Here, the above equation (2) is known as a sigmoid function, and the threshold processing section 26 of the basic unit shown in the black circle in the rule section pre-wire neuron in FIG. Performs threshold processing according to a function.
これに対し閾値処理部26に yp + = X 。In contrast, the threshold processing unit 26 yp + = X.
となる線形関数を設定したものが第3図における白丸の
線形関数ユニットとなる。但し、前件部メンバシップ関
数実現部10の最初のユニットとなる入力部は除く。こ
の第4図の基本ユニットを構成するハードウェアとして
は特願昭63−216865号の「ネットワーク構成デ
ータ処理装置」が使用できる。The linear function unit set as follows becomes the white circle linear function unit in FIG. However, the input section, which is the first unit of the antecedent membership function implementation section 10, is excluded. As the hardware constituting the basic unit shown in FIG. 4, "Network configuration data processing device" disclosed in Japanese Patent Application No. 63-216865 can be used.
再び第3図を参照してルール部プリワイヤニューロの各
部の構成を説明する。Referring again to FIG. 3, the configuration of each part of the rule section pre-wire neuro will be explained.
まず前件部メンバシップ関数実現部10は、各入力変数
X、、X2. ・・・Xnを入力とし、入力変数X1
〜Xnのメンバシップ関数のグレード値を出力する。図
では簡単のため各メンバシップ関数は1変数関数として
いるが、多変数関数であってもよい。つまり変数X1と
X2を入力としてX、&X2 (SA)
というメンバシップ関数であっても良い。First, the antecedent membership function realization unit 10 processes each input variable X, , X2 . ...Xn is input, input variable X1
Output the grade value of the membership function of ~Xn. In the figure, each membership function is a one-variable function for simplicity, but it may be a multi-variable function. In other words, it may be a membership function of X, &X2 (SA) with variables X1 and X2 as inputs.
ルール部12は前件部ルール部12−1と後件部ルール
部12−2で構成される。前件部ルール部12−1は、
入力変数X、〜Xnのメンバシップ関数X 1(S A
) 〜X n (L A )のグレード値を入力とし
て、各ルールのグレード値を出力する。The rule section 12 includes an antecedent section rule section 12-1 and a consequent section rule section 12-2. The antecedent part rule part 12-1 is
Membership function X1(S A
) to X n (LA) as input, and outputs the grade value of each rule.
また後件部ルール部12−2は、ルールのグレード値L
H8−1〜LH8−nを入力として出力変数のメンバシ
ップ関数y (SA)〜y (LA)のグレード値を出
力する。Further, the consequent part rule part 12-2 contains the grade value L of the rule.
H8-1 to LH8-n are input, and grade values of membership functions y (SA) to y (LA) of output variables are output.
更に後件部メンバシップ関数実現部14(重心決定部を
含む)は、出力変数のメンバシップ関数y (SA)〜
y (LA)のグレード値を入力して、出力変数Yの値
を出力する。Further, the consequent membership function realization unit 14 (including the centroid determination unit) calculates the membership function y (SA) of the output variable.
Input the grade value of y (LA) and output the value of the output variable Y.
ここで、前件部ルール部12−1と後件部ルール部12
−2を合わせたルール部12は、入力も出力もメンバシ
ップ関数のグレード値であるので、これをカスケード結
合することができ、多段推論が可能である。Here, the antecedent part rule part 12-1 and the consequent part rule part 12
Since both the input and output of the rule unit 12 including -2 are the grade values of the membership function, these can be cascaded and multi-stage inference is possible.
また、各モジュール10.12−1.12−2゜14間
を結ぶニューロンは共用できる。例えば前件部メンバシ
ップ関数実現部10の出力ニューロンと前件部ルール部
12−1の入力ニューロンは実際には同じものでよい。Further, the neurons connecting each module 10.12-1.12-2.14 can be shared. For example, the output neuron of the antecedent membership function implementation unit 10 and the input neuron of the antecedent rule unit 12-1 may actually be the same.
更に第3図では各ユニットを1つのニューロとして説明
しているが、ユニットの機能が特定できているものはニ
ューロとせずにユニット機能を実現するゲート回路、演
算器等としてもよい。Further, in FIG. 3, each unit is described as one neuron, but if the function of the unit can be specified, it may be a gate circuit, an arithmetic unit, etc. that realizes the unit function instead of a neuron.
第5A図は本発明のルール部プリワイヤニューロの具体
的実施例を示したもので、入力X、、X2の2つを与え
て制御出力Yを得る場合を例にとっており、この第5A
図を参照して各部の構成を詳細に説明すると次のように
なる。FIG. 5A shows a specific embodiment of the rule section pre-wired neuron of the present invention, taking as an example a case where two inputs, X, , and X2 are given to obtain a control output Y.
The configuration of each part will be explained in detail with reference to the drawings as follows.
入力部16は分離ユニット28−1.28−2で構成さ
れ、入力XI、X2を2つに分けて前件部メンバシップ
関数実現部10に与える。前件部メンバシップ関数実現
部10は4つのシグモイド関数ユニット30−1〜30
−4と各シグモイド関数ユニット30−1〜30−4の
出力を入力した同じく4つの線形関数ユニット32−1
〜32−3で構成される。The input section 16 is composed of separation units 28-1 and 28-2, which divides the inputs XI and X2 into two and supplies them to the antecedent membership function realization section 10. The antecedent membership function realization unit 10 includes four sigmoid function units 30-1 to 30.
-4 and four linear function units 32-1 inputting the outputs of each sigmoid function unit 30-1 to 30-4.
~32-3.
ルール部12は8つのファジィルールを実現するシグモ
イド関数ユニット34−1〜34−8を備え、各シグモ
イド関数ユニット34−1〜34−8に対する前件部メ
ンバシップ関数実現部10からは各ファジィルールの記
述に従った結線が行なわれている。シグモイド関数ユニ
ット34−1〜34−8の出力はファジィルールに従っ
て後件部演算を行なう線形関数ユニット36−1〜36
2にファジィルールに従って結線されている。The rule section 12 includes sigmoid function units 34-1 to 34-8 that realize eight fuzzy rules, and the antecedent membership function realization section 10 for each sigmoid function unit 34-1 to 34-8 implements each fuzzy rule. Wiring is done according to the description. The outputs of the sigmoid function units 34-1 to 34-8 are outputted to the linear function units 36-1 to 36-3, which perform consequent operations according to fuzzy rules.
2 are connected according to fuzzy rules.
後件部メンバシップ関数実現部14は9つの線形関数ユ
ニット38−1〜38−9で構成されており、ルール部
12から出力される2種の出力値(グレード値)に基づ
いてメンバシップ関数を縮小(または拡大)すると共に
縮小した2種のメンバシップ関数の関数和を算出する。The consequent membership function realization unit 14 is composed of nine linear function units 38-1 to 38-9, and generates membership functions based on two types of output values (grade values) output from the rule unit 12. is reduced (or enlarged) and the function sum of the two reduced membership functions is calculated.
更に重心計算実現部18は重心決定要素出力装置40と
重心算出装置42で構成され、後件部メンバシップ関数
実現部14からの出力の重付は総和を重心決定要素出力
装置40に設けられた2つの線形関数ユニット40−1
.40−2のそれぞれで演算して2つの重心算出要素Y
、、Y2を求め、最終的に重心算出装置42で2つの重
心算出要素Y、、Y2から重心を算出して制御出力Yを
生ずる。Furthermore, the center of gravity calculation realization section 18 is composed of a center of gravity determining element output device 40 and a center of gravity calculation device 42, and the weighting of the output from the consequent part membership function realizing section 14 is provided in the center of gravity determining element output device 40. two linear function units 40-1
.. 40-2 to calculate the two centroid calculation elements Y
, , Y2 are determined, and finally the center of gravity is calculated from the two center of gravity calculation elements Y, , Y2 by the center of gravity calculation device 42 to generate the control output Y.
第5B図は第5A図のルール部プリワイヤニューロにつ
いて、本発明による学習方法を実現するためのニューロ
ングループと結線グループを示す。FIG. 5B shows neuron groups and connection groups for implementing the learning method according to the present invention regarding the rule section pre-wire neuron of FIG. 5A.
第5B図において、ニューロングループはGa−Ggの
7っであるが、この内、入力部のニューロングループG
aと重心計算実現部18のニューロングループGgの2
つについては単なる分離及び加算合成を行なうにすぎな
いことから、本発明による学習対象からは除いており、
従って本発明の学習対象に入るニューロングループはG
b、Gc、Gd、Ge及びGfの5つとなる。一方、各
二ニーロングループを結ぶ結線グループはCab〜C1
gの6つであり、学習対象となるニューロングループの
前段に位置する入力結線の重み値をツク・ツクプロパゲ
ーション法により修正する学習を行なうことから、結線
グループCab−Celが本発明による学習処理の対象
となる。In Fig. 5B, there are seven neuron groups Ga-Gg, among which neuron group G in the input section
a and 2 of neuron group Gg of center of gravity calculation realization unit 18
Since these are merely separation and addition/synthesis, they are excluded from the learning targets of the present invention.
Therefore, the neuron group included in the learning target of the present invention is G
There are five: b, Gc, Gd, Ge, and Gf. On the other hand, the connection groups connecting each two knee long groups are Cab to C1.
Since learning is performed to correct the weight value of the input connection located in the previous stage of the neuron group to be learned by the Tsuk-Tsuku propagation method, the connection group Cab-Cel is subject to the learning processing according to the present invention. subject to.
この第5A、5B図に示した構成のルール部プリワイヤ
ニューロを対象とした第2図の動作フローによる学習処
理につき、まず各部に対する重み値の初期設定を説明す
ると次のようになる。Regarding the learning process according to the operation flow of FIG. 2 for the rule section pre-wired neuron having the configuration shown in FIGS. 5A and 5B, the initial setting of weight values for each section will be explained first as follows.
[前件部メンバシップ関数実現部の初期設定]この前件
部メンバシップ関数実現部10に対する重み値の初期設
定は第5B図に示す前件部メンバシップ関数実現部の結
線グループCab及びCbcにおける各結線の重みを、
与えられたメンバシップ関数を実現するように初期設定
する。[Initial settings of the antecedent membership function realization unit] The initial settings of the weight values for the antecedent membership function realization unit 10 are as follows in the connection groups Cab and Cbc of the antecedent membership function realization unit shown in FIG. 5B. The weight of each connection is
Initialize to implement the given membership function.
第6図は第5A図の前件部メンバシップ関数実現部10
における制御人力X1側を取り出して示す。FIG. 6 shows the antecedent membership function realization unit 10 of FIG. 5A.
The control human power X1 side is extracted and shown.
第6図において、シグモイド関数ユニット30−1.3
0−2より出力される出力値yはy=1/ (1+e−
(W′t−111) (3)で表わされる。In FIG. 6, the sigmoid function unit 30-1.3
The output value y output from 0-2 is y=1/ (1+e-
(W't-111) (3)
本発明の前件部メンバシップ関数実現部10に対する重
み値の初期設定にあっては、予め持っている知識に基づ
き、例えばシグモイド関数ユニッh30−1の入力結線
に重み値Wとして、Wに−20
を設定し、且つシグモイド関数ユニット30−1に閾値
θとして、θ=−10を設定する。In the initial setting of the weight value for the antecedent membership function realization unit 10 of the present invention, for example, the weight value W is set to the input connection of the sigmoid function unit h30-1, and - 20 is set, and θ=-10 is set as the threshold value θ in the sigmoid function unit 30-1.
またもう1つのシグモイド関数ユニット302の入力結
線には重み値Wとして、
を設定し、同時にシグモイド関数ユニット3〇−2に閾
値θとして、
θ=10
を設定する。尚、線形関数ユニット32−1. 32−
2の入力結線の重み値は重み初期値−1を設定している
。Further, the input connection of the other sigmoid function unit 302 is set as the weight value W, and at the same time, the threshold value θ is set as θ=10 in the sigmoid function unit 30-2. Note that the linear function unit 32-1. 32-
The weight value of the input connection No. 2 is set to the initial weight value -1.
このようにシグモイド関数ユニット30−1に、W<Q
θ〈0
となる重み値及び閾値を初期設定した場合には、第7図
の特性曲線44に示す制御出力X1に対するユニット出
力値XI (SS)、即ち制御人力Xが大きくなると
ユニット出力値x、(SS)が小さくなるという関数形
状のメンバシップ関数の真理値算出機能を設定すること
ができる。In this way, in the sigmoid function unit 30-1, W<Q
When the weight value and threshold value are initially set such that θ<0, the unit output value XI (SS) for the control output X1 shown in the characteristic curve 44 in FIG. 7, that is, as the control human power X increases, the unit output value It is possible to set a truth value calculation function for a membership function having a function shape such that (SS) becomes small.
またシグモイド関数ユニット30−2に、W〉0 、
θ〉0
となる重み値及び閾値を初期設定することで第7図の特
性曲線46に示す制御人力X1に対するユニット出力値
x、(LA) 、即ち制御人力Xが大きい程ユニット出
力値X1 (LA)が大きくなるという関数形状のメン
バシップ関数の真理値を算出する機能が実現できる。Furthermore, in the sigmoid function unit 30-2, W〉0,
By initially setting the weight value and threshold value such that θ>0, the unit output value x, (LA) for the control human power X1 shown in the characteristic curve 46 in FIG. ) can be realized to calculate the truth value of a membership function with a function shape in which the function becomes large.
この第6図に示すシグモイド関数ユニ・ント30−1.
30−2に対する重み値及び閾値の初期設定は、前件部
メンバシップ関数実現部10における残りのシグモイド
関数ユニット3C1−2,30−4側についても所望の
前件部メンバシップ関数を実現するように予め持ってい
る知識に基づいて初期設定する。The sigmoid function unit 30-1 shown in FIG.
The initial setting of the weight value and threshold for 30-2 is such that the desired antecedent membership function is also realized for the remaining sigmoid function units 3C1-2 and 30-4 in the antecedent membership function realizing section 10. Initial settings are made based on prior knowledge.
[ルール部の初期設定]
第3図のルール部12に対する重み値の初期設定は、第
5B図に示すルール部12に含まれる結線グループCc
d及びCdeに属する各結線の重み値を、与えられたフ
ァジィルールを実現するように予め持っている知識を導
入して初期設定する。[Initial Setting of Rule Section] The initial setting of the weight value for the rule section 12 shown in FIG. 3 is based on the connection group Cc included in the rule section 12 shown in FIG. 5B.
The weight values of each connection belonging to d and Cde are initialized by introducing knowledge held in advance so as to realize a given fuzzy rule.
第8図はルール部12に対する重み値の初期設定の具体
例をファジィルールと共に示した説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a specific example of initial setting of weight values for the rule section 12 together with fuzzy rules.
第8図において、8つのシグモイド関数ユニット34−
1〜34−8 (第3図参照)は、右側に取り出して示
すファジィルールし1〜L8のそれぞれに対応している
。従って、8つのシグモイド関数ユニット34−1〜3
4−8のそれぞれに対してはファジィルールし1〜L8
に従った前段に位置する前件部メンバシップ関数実現部
10に設けられた線形関数ユニット32−1〜32−4
からの結線が行なわれている。また8つのシグモイド関
数ユニット34−1〜34−8に続いて設けられた2つ
の線形関数ユニット36−1.36−2に対してもファ
ジィルールし1〜L8の後件部(T HE N)に従っ
た結線が行なわれている。In FIG. 8, eight sigmoid function units 34-
1 to 34-8 (see FIG. 3) correspond to fuzzy rules 1 to L8, respectively, which are extracted and shown on the right side. Therefore, eight sigmoid function units 34-1 to 34-3
For each of 4-8, use fuzzy rules 1 to L8.
The linear function units 32-1 to 32-4 provided in the antecedent membership function realization unit 10 located at the previous stage according to the
Connections are being made from. Fuzzy rules are also applied to the two linear function units 36-1 and 36-2 provided following the eight sigmoid function units 34-1 to 34-8, and the consequent part (T HE N) of 1 to L8 is applied. Wiring is done according to the following.
ここで第8図のルール部12におけるシグモイド関数ユ
ニット34−1〜34−8の入力結線に初期設定する重
み値とユニット自体に設定する閾値に基づくファジィ論
理演算の関数形状を説明すると次のようになる。Here, the function shape of the fuzzy logic operation based on the weight values initially set for the input connections of the sigmoid function units 34-1 to 34-8 in the rule section 12 of FIG. 8 and the threshold values set for the units themselves will be explained as follows. become.
第9図はルール部12に設けられる1つのシグモイド関
数ユニット34を取り出して示したもので、前段に位置
する前件部メンバシップ関数実現部10より真理値X、
、X2が入力し、積和演算及び閾値処理により出力値y
を生ずる。FIG. 9 shows one sigmoid function unit 34 provided in the rule section 12, in which the truth value X,
,
will occur.
第9図のシグモイド関数ユニット34より出力される出
力値yは、
5−Wx+ ・X+ +Wx、・X2−〇 (4)
y=1/ (1+e−S) (5)
として算出される。この前記(5)式で与えられるユニ
ット出力値yは、入力結線の重み値Wx、。The output value y output from the sigmoid function unit 34 in FIG. 9 is 5-Wx+ ・X+ +Wx, ・X2-〇 (4)
y=1/ (1+e-S) (5)
It is calculated as The unit output value y given by the above equation (5) is the weight value Wx of the input connection.
W!2及び閾値θを任意に設定することで適宜の関数形
状を実現することができる。W! By arbitrarily setting 2 and the threshold value θ, an appropriate function shape can be realized.
具体的には第8図のシグモイド関数ユニット34−1〜
34−8に対する入力結線に示す数値が重み初期値とし
て設定され、またシグモイド関数ユニット34−1〜3
4−8の下側に示す数値が閾値θを示す。Specifically, the sigmoid function units 34-1 to 34-1 in FIG.
The numerical value shown in the input connection for 34-8 is set as the initial weight value, and the sigmoid function units 34-1 to 34-3
The numerical value shown below 4-8 indicates the threshold value θ.
例えばファジィルールL1を設定したシグモイド関数ユ
ニット34−1にあっては、
が設定されており、これら初期値の設定によりファジィ
ルールL1を実現するシグモイド関数ユニット34−1
は第10図の三次元座標で示される関数形状の閾値処理
を行なうことになる。For example, in the sigmoid function unit 34-1 in which the fuzzy rule L1 is set, the following is set, and the sigmoid function unit 34-1 realizes the fuzzy rule L1 by setting these initial values.
will perform threshold processing of the function shape shown by the three-dimensional coordinates in FIG.
以下、同様にシグモイド関数ユニット34−2〜34−
8の各ファジィルールし2〜L8に対する重み及び閾値
の初期値設定により第11〜17図に示す関数形状を得
ることができる。Hereinafter, similarly, sigmoid function units 34-2 to 34-
By setting initial values of weights and thresholds for each of the fuzzy rules 2 to L8 of 8, the function shapes shown in FIGS. 11 to 17 can be obtained.
尚、第8図の出力段に設けられた線形関数ユニット36
−1.36−2に対する結線の重み値は1に初期設定さ
れており、また閾値処理については線形関数であり、閾
値θ=0が設定される。Note that the linear function unit 36 provided at the output stage in FIG.
The weight value of the connection for -1.36-2 is initially set to 1, and the threshold value processing is a linear function, and the threshold value θ=0 is set.
[後件部メンバシップ関数実現部の初期設定]第5A図
の後件部メンバシップ関数実現部14に対する重み値の
初期設定は、第5B図の結線グループCe4に属する結
線の重み値を予め持っている知識に基づき、与えられた
メンバシップ関数を実現するように初期設定する。[Initial settings of the consequent membership function realizing unit] The initial setting of the weight values for the consequent membership function realizing unit 14 in FIG. 5A is such that the weight values of the connections belonging to the connection group Ce4 in FIG. 5B are set in advance. Initial settings are made to realize the given membership function based on the knowledge of the given membership function.
第18図は後件部メンバシップ関数実現部14に対する
重み値の初期設定を具体的に示した説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram specifically showing the initial setting of weight values for the consequent membership function realization unit 14.
第18図において、後件部メンバシップ関数実現部14
に設けられた9つの線形関数ユニット38−1〜38−
9に対しては、前段のルール部12の線形関数ユニット
36−1〜36−2より図示のように結線入力が行なわ
れている。この9のユニット38−1〜38−9は、の
制御出力yの練直線上のO〜1の範囲の点に等間隔に対
応している。In FIG. 18, the consequent membership function realization unit 14
Nine linear function units 38-1 to 38- provided in
9, a connection input is performed from the linear function units 36-1 to 36-2 of the rule section 12 at the previous stage as shown in the figure. These nine units 38-1 to 38-9 correspond to points in the range O to 1 on the training line of the control output y at equal intervals.
この線形関数ユニット38−1〜38−9に対する入力
結線に対する重み値の初期設定は、ルール部12のユニ
ット36−1からの出力y(SS)の結線重み値につい
ては右側に示す横軸を制御出力Y1縦軸をユニット出力
値としたグラフの特性曲線46に従ってユニット38−
1側からユニ・ン)38−9側に重み値、
1、 1. 1.0.75.0.5.0.25. 0.
0. 0を初期設定する。The initial setting of the weight values for the input connections to the linear function units 38-1 to 38-9 is performed by controlling the horizontal axis shown on the right side for the connection weight values of the output y (SS) from the unit 36-1 of the rule section 12. The unit 38- according to the characteristic curve 46 of the graph with the output Y1 vertical axis as the unit output value.
From the 1 side to the weight value on the 38-9 side, 1, 1. 1.0.75.0.5.0.25. 0.
0. Initialize 0.
逆にユニット出力V (LA)を生ずるルール部12の
線形関数ユニット36−2からの結線については、特性
曲線48に従ってユニット38−1から38−9に向け
て重み値、
0、 0. 0.0.25.0.5.0.75. 1.
1. 1を初期設定する。Conversely, for the connection from the linear function unit 36-2 of the rule section 12 that produces the unit output V (LA), the weight values 0, 0. 0.0.25.0.5.0.75. 1.
1. Initialize 1.
更に線形関数ユニット38−1〜38−9は非線形閾値
処理を行なわず、閾値θはθ=0に設定する。Furthermore, the linear function units 38-1 to 38-9 do not perform nonlinear threshold processing, and the threshold value θ is set to θ=0.
このような後件部メンバシップ関数実現部14における
重み値の初期設定により、ルール部の線形関数ユニット
36−1.36−2から出力されたユニット出力値y(
SS)及びy (LA)は、重み初期値の乗算により縮
小された後に加算され、次の重心計算実現部18に出力
される。Due to the initial setting of the weight values in the consequent membership function realization unit 14, the unit output value y(
SS) and y (LA) are reduced by multiplication by initial weight values, added together, and output to the next center-of-gravity calculation implementation unit 18.
尚、第18図にあっては、ユニット出力を縮小するよう
に1以下の重み値を初期設定しているが、1以上の重み
値を設定して拡大することも有り得る。In FIG. 18, a weight value of 1 or less is initially set so as to reduce the unit output, but it is also possible to set a weight value of 1 or more to enlarge it.
[重心計算実現部の初期設定]
第5A図の重心計算実現部18に対する重み値の初期設
定は、第5B図に示す結線グループC1gに対し重心計
算を実現するように初期設定する。[Initial Setting of Center of Gravity Calculation Implementation Unit] The weight values for the center of gravity calculation implementation unit 18 shown in FIG. 5A are initialized so as to realize center of gravity calculation for the connection group C1g shown in FIG. 5B.
第19図は重心計算実現部18の重心決定要素出力装置
40に対して行なわれる重心計算を実現するための重み
値の初期設定の具体例を示す。FIG. 19 shows a specific example of initial setting of weight values for realizing the center of gravity calculation performed on the center of gravity determining element output device 40 of the center of gravity calculation implementation unit 18.
重心決定要素出力装置40に設けられた2つの線形関数
ユニット40−1.40−2に対しては、前段の後件部
メンバシップ関数実現部14に設けられた9つの線形関
数ユニット38−1〜38−9のそれぞれが結線される
。そして、この入力結線に対し図示のように重心計算に
使用する2つの重心導出値Y1.Y2を算出するための
重み値が設定される。For the two linear function units 40-1 and 40-2 provided in the centroid determining element output device 40, the nine linear function units 38-1 provided in the consequent membership function realization unit 14 of the preceding stage ~38-9 are connected. Then, for this input connection, as shown in the figure, two centroid derived values Y1. A weight value for calculating Y2 is set.
ファジィ制御にあっては一般的に次式に従って同一制御
出力についての縮小されたメンノ(シ・ンプ関数の関数
和の図形の重心を求めることでファジィ推論値である制
御出力Yを算出する方法を採用する。In fuzzy control, there is generally a method of calculating the control output Y, which is a fuzzy inference value, by finding the center of gravity of the reduced function sum figure of the same control output according to the following formula. adopt.
Y= f g「ade(y)ydy / f g+ad
e(y)dy (6)この(6)式を実現するた
め、線形関数ユニ・ン)40−1に対する後件部メンバ
シ・ツブ関数実現部14に設けた線形関数ユニット38
−1〜38−9からの結線に対する重み値として、制御
出力Yの最小値Y=0を起点に最大値Y=1まで等間隔
をもって0から増加する重み値を割り付ける。Y= f g'ade(y)ydy / f g+ad
e(y)dy (6) In order to realize this formula (6), the linear function unit 38 provided in the consequent part membership function realization unit 14 for the linear function unit 40-1
As weight values for the connections from -1 to 38-9, weight values that increase from 0 at equal intervals starting from the minimum value Y=0 of the control output Y and reaching the maximum value Y=1 are assigned.
一方、線形関数ユニット40−2に対しては、制御出力
Yの最大値Y=1を起点に最小値Y=Oまでの間に0か
ら上記と同じ等間隔をもって、例えば−1に減少する重
み値を割り付ける。On the other hand, for the linear function unit 40-2, the weight decreases from 0 to -1, for example, at the same equal intervals as above, from the maximum value Y = 1 of the control output Y to the minimum value Y = O. Assign a value.
このような線形関数ユニット40−1.40−2に対す
る入力結線の重み付けにより、前段の線形関数ユニット
38−1〜38−9のユニ・ソト出力値をC7〜C9と
すると、線形関数ユニット40−1は、
Yl=IC+ +0.875 C2+(]、75C3+
0.625 C4+0.5 C5+0J75 C
6+0.25C,+O,I25 C,+OC9(7)
を出力し、また線形関数ユニット40−2は、Y1=O
C,−0,+25 C2−0,25C30,375C4
0,5C60,625C6−0,75C,−0,875
C8+IC9(8)を出力する。By weighting the input connections to the linear function units 40-1 and 40-2, assuming that the uni-soto output values of the preceding linear function units 38-1 to 38-9 are C7 to C9, the linear function units 40- 1 is Yl=IC+ +0.875 C2+(], 75C3+
0.625 C4+0.5 C5+0J75 C
6+0.25C,+O,I25C,+OC9(7)
and the linear function unit 40-2 outputs Y1=O
C, -0, +25 C2-0, 25C30, 375C4
0,5C60,625C6-0,75C,-0,875
Output C8+IC9 (8).
線形関数ユニット40−1.40−2から出力される重
心導出値Y、、Y2は重心算出装置42に与えられ、
Y=Y2 / (Y2 Yl ) (
9)を使用して重心、即ちファジィ推論値である制御出
力Yが算出される。The centroid derived values Y, Y2 output from the linear function unit 40-1, 40-2 are given to the centroid calculation device 42, and are calculated as follows: Y=Y2/(Y2 Yl) (
9) is used to calculate the center of gravity, that is, the control output Y, which is a fuzzy inference value.
前記(9)式に前記(7)式及び(8)式を代入すると
、(9)式のYは、(6)式のYと一致することがわか
る。By substituting the above equations (7) and (8) into the above equation (9), it can be seen that Y in the equation (9) matches Y in the equation (6).
以上の処理で第2図のS1〜S4に示したルール部ブリ
ワイヤニューロに対する重み値の初期設定が終了し、ス
テップS5に進む。With the above processing, the initial setting of the weight values for the rule section wire neuron shown in S1 to S4 in FIG. 2 is completed, and the process proceeds to step S5.
[学習スケジュールの設定]
第2図のステップS5にあっては、初期設定の終了に続
いてルール部プリワイヤニューロに学習処理を行なわせ
るための学習計画、即ち、学習スケジュールの設定を行
なう。この学習スケジュールの設定は第20図(a)に
示すフェーズ・グループ対応表の設定と、同図(b)に
示すグループ・結線対応表の設定の2つを行なう。[Setting of learning schedule] In step S5 of FIG. 2, following the completion of the initial settings, a learning plan, ie, a learning schedule, for causing the rule section pre-wire neuro to perform learning processing is set. This learning schedule is set by setting the phase/group correspondence table shown in FIG. 20(a) and setting the group/connection correspondence table shown in FIG. 20(b).
まず、フェーズ・グループ対応表は学習フェーズの進行
に対し各フェーズで学習対象となるニューロングループ
を指定する。本発明にあっては、重み初期値の設定後に
前件部メンバシップ関数実現部10.ルール部12.後
件部メンバシップ関数実現部14、全体の学習を行なう
ことから、第20図(a)に示すように、フェーズ1に
学習対象グループとして第5B図に示すニューロングル
ープGb、Gc、Gd、Ge、’ Gfの5つを設定す
る。First, the phase-group correspondence table specifies the neuron groups to be learned in each phase as the learning phase progresses. In the present invention, after setting the initial weight values, the antecedent membership function realizing section 10. Rule section 12. Since the consequent membership function realizing unit 14 performs overall learning, as shown in FIG. 20(a), in phase 1, the neuron groups Gb, Gc, Gd, Ge shown in FIG. , ' Set five Gf.
一方、グループ・結線対応表は、ルール部プリワイヤニ
ューロにおけるニューロングループGa〜Ggと入力結
線グループの対応関係を設定するもので、第20図(b
)に示すようにニューロングループGb−Ggに対し入
力結線グループCab〜Cglのそれぞれが対応付けら
れる(第5B図参照)。On the other hand, the group/connection correspondence table sets the correspondence between the neuron groups Ga to Gg in the rule section prewire neuron and the input connection group, and is shown in FIG.
), the input connection groups Cab to Cgl are associated with the neuron groups Gb to Gg (see FIG. 5B).
このようなフェーズ・グループ対応表及びグループ・結
線対応表の設定が終了すると、第2図のS6に進んで学
習スケジューラを起動し、実際にルール部プリワイヤニ
ューロに対し学習データを与えて、パックプロパゲーシ
ョン法により大刀結線の重み値を変更する学習を行なわ
せる。When the setting of the phase/group correspondence table and the group/connection correspondence table is completed, proceed to S6 in Fig. 2, start the learning scheduler, and actually give the learning data to the rule section pre-wire neuron to perform the packing. The propagation method is used to perform learning to change the weight value of the long sword connection.
[学習スケジューラの処理と構成]
第21図は本発明のルール部プリワイヤニューロの学習
処理フロー図を示す。この動作フロー図は例えば第22
図に示す装置構成により実現することができる
ます、学習処理のための装置構成を説明すると、第22
図において、ルーレ部プリワイヤニューロ100に対し
ては学習指示ユニット50と学習ユニット70が設けら
れる。[Processing and Configuration of Learning Scheduler] FIG. 21 shows a flowchart of the learning process of the rule section pre-wire neuro of the present invention. This operation flow diagram is, for example, the 22nd
To explain the device configuration for learning processing that can be realized by the device configuration shown in the figure, the 22nd
In the figure, a learning instruction unit 50 and a learning unit 70 are provided for the roulet section pre-wire neuron 100.
学習指示ユニット50は学習スケジューラ52を有し、
学習スケジューラ52に対しては制御入力とその制御入
力に対する望ましい制御出力との対でなる学習信号を格
納した学習信号格納部54、第20図に示したフェーズ
・グループ対応表を格納したフェーズ・グループ対応テ
ープ56、及びグループ・結線対応表を格納したグルー
プ・結線対応テーブル58が接続される。また、学習ス
ケジューラ52に対しては学習収束判定部60が設けら
れる。The learning instruction unit 50 has a learning scheduler 52,
For the learning scheduler 52, there is a learning signal storage unit 54 that stores learning signals consisting of pairs of control inputs and desired control outputs for the control inputs, and a phase group storage unit 54 that stores the phase group correspondence table shown in FIG. A correspondence tape 56 and a group/connection correspondence table 58 storing a group/connection correspondence table are connected. Further, a learning convergence determination section 60 is provided for the learning scheduler 52.
一方、学習ユニット70には学習指示読取部72、学習
フラグ設定部74及びパックプロパゲーション法により
重み値を変更する重み変更部76か設けられる。On the other hand, the learning unit 70 is provided with a learning instruction reading section 72, a learning flag setting section 74, and a weight changing section 76 that changes weight values using the pack propagation method.
更に、第22図における装置構成の特徴は、ルール部プ
リワイヤニューロ100における各ユニットを結ぶ結線
に学習調整器80が設けられている点である。Furthermore, a feature of the device configuration in FIG. 22 is that a learning adjuster 80 is provided in the connection connecting each unit in the rule section prewire neuron 100.
学習調整器80は第23図に示す構成を有する。The learning adjuster 80 has the configuration shown in FIG.
尚、学習調整器80と共に重み変更部76を示している
。Note that the weight change unit 76 is shown together with the learning adjuster 80.
学習調整器80にはフラグ保存部82、重の変更情報読
取部84及び重み変更量調整部86が設けられる。The learning adjuster 80 is provided with a flag storage section 82, a weight change information reading section 84, and a weight change amount adjustment section 86.
一方、重み変更部76にはパックプロパゲーション法に
よる重み演算を実行する重み演算部88、重み保存部9
0及び重み変更量保存部92が設けられる。On the other hand, the weight change unit 76 includes a weight calculation unit 88 that performs weight calculation based on the pack propagation method, and a weight storage unit 9.
0 and a weight change amount storage section 92 are provided.
このように、ルール部プリワイヤニューロの結線毎に学
習調整器80を設けることで、学習指示ユニット50の
学習スケジューラ52によりルール部プリワイヤニュー
ロ100に対し結線の重み値を変更するか否かを決定す
る学習フラグを設定することができ、学習フラグが有効
、即ちフラグオンとなっている結線に対してのみ重みの
変更、即ち学習を行なうことが可能となる。In this way, by providing the learning adjuster 80 for each connection of the rule section pre-wire neuro, the learning scheduler 52 of the learning instruction unit 50 can determine whether or not to change the weight value of the connection for the rule section pre-wire neuro 100. It is possible to set a learning flag to be determined, and it is possible to change the weight, that is, perform learning, only for connections for which the learning flag is valid, that is, the flag is turned on.
また、学習調整器80に対するフラグセットは、第2図
に示したようなファジィルールを実現可能なネットワー
ク構造をもたない一般的な階層ネットワークに対し、フ
ァジィルールを実行可能な前件部メンバシップ関数実現
部10、ルール部12及び後件部メンバシップ関数実現
部14で成る階層ネットワークを特定する際にも使用さ
れる。Furthermore, the flag set for the learning coordinator 80 sets the antecedent membership that can execute fuzzy rules for a general hierarchical network that does not have a network structure that can implement fuzzy rules as shown in FIG. It is also used when specifying a hierarchical network consisting of the function realization section 10, the rule section 12, and the consequent membership function realization section 14.
ファジィルールに適合した階層ネットワークを構成した
状態でバックプロパゲーションにより実際に学習させる
際の重み値の調整は次のように行なわれる。Adjustment of weight values when actually learning by backpropagation with a hierarchical network that conforms to fuzzy rules configured is performed as follows.
第23図において、学習調整器80の重み変更情報読取
部84が重み変更部76の重み変更量保存部92に対し
重み演算部88より重みの変更量が書き込まれているこ
とを監視している。重み変更情報読取部84で重みの変
更があったことを検知すると、その旨を重み変更量調整
部86に伝える。重み変更量調整部86はフラグ保存部
82の学習フラグを調べ、学習フラグがオンであれば何
もしない。一方、学習フラグがオフであれば、重み変更
量調整部86は重み変更部76の重み変更量保存部92
にゼロを設定し、重み変更を無効とする。この学習スケ
ジューラを構成するハードウェアは特願昭63−227
825号の「ネットワーク構成データ処理装置の学習方
式」に示される。In FIG. 23, the weight change information reading unit 84 of the learning adjuster 80 monitors whether the weight change amount is written by the weight calculation unit 88 in the weight change amount storage unit 92 of the weight change unit 76. . When the weight change information reading unit 84 detects that the weight has changed, it notifies the weight change amount adjustment unit 86 of the fact. The weight change amount adjustment unit 86 checks the learning flag in the flag storage unit 82, and does nothing if the learning flag is on. On the other hand, if the learning flag is off, the weight change amount adjustment unit 86 is stored in the weight change amount storage unit 92 of the weight change unit 76.
Set to zero to disable weight changes. The hardware constituting this learning scheduler is patent application No. 63-227.
No. 825, "Learning method for network configuration data processing device".
次に、第21図の学習処理フローを参照して、第22図
の装置構成に従ったルール部プリワイヤニューロの学習
処理を説明する。Next, with reference to the learning processing flow shown in FIG. 21, the learning processing of the rule section pre-wired neuron according to the device configuration shown in FIG. 22 will be described.
まず学習指示ユニット50の学習スケジューラ52が起
動されると、まずSlで学習フェーズの進行を示すフェ
ーズカウンタiをi=1にセットしてS2に進み、フェ
ーズ・グループ対応テーブル56に格納されている対応
表を参照して学習フェーズi=1に対応するニューロン
グループ番号を読み出す。本発明にあっては、フェーズ
1にルール部プリワイヤニューロ100の前件部メンバ
シップ関数実現部10.ルール部12及び後件部メンバ
シップ関数実現部14の全てのニューロングループGb
−Gfが設定されている。First, when the learning scheduler 52 of the learning instruction unit 50 is activated, it first sets the phase counter i, which indicates the progress of the learning phase, to i=1 in Sl, and proceeds to S2, where the phase counter i is stored in the phase/group correspondence table 56. The neuron group number corresponding to learning phase i=1 is read out with reference to the correspondence table. In the present invention, in phase 1, the antecedent membership function realizing section 10 of the rule section prewire neuron 100. All neuron groups Gb of the rule part 12 and the consequent part membership function realization part 14
-Gf is set.
続いてS3に進み、ニューロングループ番号に対応した
結線番号をグループ・結線対応テーブル58を参照して
読み出す。Next, the process advances to S3, and the connection number corresponding to the neuron group number is read out with reference to the group/connection correspondence table 58.
続いてS4に進み、結線グループ番号を出力して結線グ
ループ番号に属する結線に設けられた学習調整器80の
学習フラグをオンする。Next, the process proceeds to S4, where the connection group number is output and the learning flag of the learning adjuster 80 provided to the connection belonging to the connection group number is turned on.
具体的には、学習指示ユニット50の学習スケジューラ
52から学習ユニット70の学習指示読取部72に対し
結線グループ番号を出力し、学習指示読取部72で結線
グループ番号を読み取って学習フラグ設定部74に与え
る。学習フラグ設定部74は学習指示を受けた結線グル
ープ番号に属する結線に設けられている学習調整器80
のフラグ保存部82に対しフラグオンを指令して学習フ
ラグをセットする。Specifically, the learning scheduler 52 of the learning instruction unit 50 outputs a connection group number to the learning instruction reading section 72 of the learning unit 70, and the learning instruction reading section 72 reads the connection group number and sends it to the learning flag setting section 74. give. The learning flag setting unit 74 selects a learning adjuster 80 provided in the connection belonging to the connection group number that received the learning instruction.
The learning flag is set by instructing the flag storage unit 82 to turn on the flag.
続いてS5に進んで、学習スケジューラ52は学習実行
指令を出して学習処理を開始させる。この学習処理は学
習指示ユニット50の学習信号格納部54に準備されて
いる制御人力Xと、制御人力Xに対する望ましい制御出
力となる教師信号dを読み出し、制御人力Xをルール部
プリワイヤニューロ100に与え、教師信号dは重み変
更部76及び学習収束判定部60に与える。そして、学
習人力Xによりルール部プリワイヤニューロ100から
出力される制御出力Yを重み変更部7C及び学習収束判
定部60に取り込み、重み変更部76にあってはパック
プロパゲーション法に従って重み値の変更を行ない、学
習収束判定部60で教師信号dに対する制御出力Yの誤
差が規定値以下となったとき学習終了を判定して学習処
理を終了する。Next, the process proceeds to S5, where the learning scheduler 52 issues a learning execution command to start the learning process. This learning process reads the control human power X prepared in the learning signal storage section 54 of the learning instruction unit 50 and the teacher signal d that is a desirable control output for the control human power X, and sends the control human power X to the rule section prewire neuro 100. The teacher signal d is given to the weight change section 76 and the learning convergence determination section 60. Then, the control output Y outputted from the rule section pre-wire neuro 100 by the learning human power The learning convergence determining section 60 determines that learning is complete when the error of the control output Y with respect to the teacher signal d becomes equal to or less than a specified value, and ends the learning process.
S5の学習実行指令に基づいて学習処理が終了すると、
S6でフェーズカウンタiを1.つインクリメントし、
S7で学習フェーズの終わりをチエツクする。本発明の
学習処理にあっては、フェーズ1で終了することから、
そのまま一連の処理を終了する。When the learning process ends based on the learning execution command in S5,
In S6, phase counter i is set to 1. increment by
Check the end of the learning phase at S7. Since the learning process of the present invention ends in phase 1,
The series of processing ends immediately.
[パックプロパゲーション法による学習原理コ次に本発
明のパックプロパゲーション法による学習原理を階層型
ネットワークと共に説明する。[Principle of learning by pack propagation method] Next, the principle of learning by the pack propagation method of the present invention will be explained together with the hierarchical network.
第24図は一般的な階層型ニューロンネットワークを示
したもので、ユニットと呼ばれる一種のノードと重みを
もつ内部結合とから構成される。FIG. 24 shows a general hierarchical neuron network, which is composed of a type of node called a unit and internal connections with weights.
第24図では入力装置としてのh層、中間層としてのi
層、出力層としてのj層を示している。勿論、中間層と
してのi層は1層であるが、複数の中間層があっても同
じである。各ユニットは第4図に示したように複数の各
々の入力に対し各々の内部結合の重みを乗する乗算部2
2と、乗算部22の全乗算結果を加算する加算部24と
、加算結果に閾値処理を施して1つの出力を出す閾値処
理部26とをもっている。このユニットで行なわれる演
算は基本ユニット20について示した前記(1)(2)
式となる。パックプロパゲーション法では階層ネットワ
ークの重み値Wihと閾値θiとを誤差のフィードバッ
クにより適応的に自動調整して学習する。前記(1)(
2)式から明らかなように、重み値Wihと閾値θiと
の調節は同時に実行される必要があるが、この作業は相
互に干渉する難しい作業となる。そこで、本願出願人に
あっては通常のユニット以外に、入力側のh層に常に出
力値が1であるユニットを設け、この出力値1のユニッ
トの出力に対し閾値θiを重み値として割り付けること
で、閾値θiを重み値Wihの中に組み込んで閾値θj
を重み値として扱うことができるパックプロパゲーショ
ン法を提案している(特願昭62−333484号)。In Figure 24, the h layer is the input device, and the i layer is the intermediate layer.
layer, and the j layer as the output layer. Of course, there is only one i-layer as the intermediate layer, but the same is true even if there are a plurality of intermediate layers. As shown in FIG. 4, each unit includes a multiplier 2 that multiplies each of the plurality of inputs by the weight of each internal connection.
2, an addition section 24 that adds all the multiplication results of the multiplication section 22, and a threshold processing section 26 that performs threshold processing on the addition results and outputs one output. The operations performed in this unit are as described in (1) and (2) above for the basic unit 20.
The formula becomes In the pack propagation method, the weight value Wih and threshold value θi of the hierarchical network are adaptively and automatically adjusted and learned using error feedback. (1) (
As is clear from equation 2), it is necessary to adjust the weight value Wih and the threshold value θi at the same time, but this task is difficult as they interfere with each other. Therefore, in addition to the normal unit, the applicant of the present application provides a unit whose output value is always 1 in the h layer on the input side, and assigns a threshold value θi as a weight value to the output of this unit with an output value of 1. Then, by incorporating the threshold value θi into the weight value Wih, the threshold value θj
has proposed a pack propagation method that can handle the weight value as a weight value (Japanese Patent Application No. 333484/1984).
このようにすることで、前記(1)(2)式はxp1°
Σyphw+h (IIJに
yp+=1/ (1+exp(xp+) )
(12)で表わされることとなり、閾値θiは表われて
こない。By doing this, the above equations (1) and (2) become xp1°
Σyphw+h (yp+=1/ (1+exp(xp+)) in IIJ
(12), and the threshold value θi does not appear.
前記(11)(12)式からの展開によって次の(13
)(14)式が得られる。By expanding from equations (11) and (12) above, we get the following (13)
) (14) is obtained.
X p+= ’F; ’l DIWII
(13)Vp+=1/ (1+exp(xH)
) (14)但し、
j :j層のユニット番号
Wl、:i−j層間の内部結合の重み値X2,1層の各
ユニットからj層の3番ユニットへの入力の積和
V、i:I)番目のパターンC)入力信号に対 る3層
の3番ユニットからの出力
第22図の重み変更部76では学習用の入カバターンX
が提示されたときに出力層jから出力される出カバター
ンVp+と出カバターンY+++のとるべき信号である
教師パターンd□を受けると、両者の差分値
((L+−Vp+)
を算出し、次に
δp+−V++ (1)’DI) (d。+ 5’
−1) (15)を算出する。続いて、
ΔW、、(+)=εΣδpjy++++ζΔWu(1−
1)但し、ε:学習定数
ζ:モーメンタム
t・学習回数
に従ってi層とj層間の重み値の更新量ΔW(1)を算
出する。ここで、前記(16)式右辺第2項で前回の更
新サイクル時に決定された重み値の更新量にかかるもの
を加算するのは、学習の高速化を図るためである。X p+= 'F;'l DIWII
(13) Vp+=1/ (1+exp(xH)
) (14) where, j : unit number Wl of the j layer, : weight value X2 of the internal connection between the i-j layers, sum of products V of inputs from each unit of the first layer to the third unit of the j layer, i: I)th pattern C) Output from the third unit of the third layer for the input signal The weight changing unit 76 in FIG.
When receiving the teacher pattern d□, which is the signal to be taken by the output cover turn Vp+ and the output cover turn Y+++ output from the output layer j when δp+-V++ (1)'DI) (d.+5'
-1) Calculate (15). Subsequently, ΔW,, (+)=εΣδpjy++++ζΔWu(1-
1) However, ε: Learning constant ζ: Momentum t · Calculate the update amount ΔW(1) of the weight value between the i layer and the j layer according to the number of learning times. Here, the reason for adding the weight value update amount determined in the previous update cycle in the second term on the right side of equation (16) is to speed up learning.
続いて、重み値変更部76は前記(15)式で算出した
δ1.を用いて
δ。+−Yp+(I Yp+)Σδ。+W+6(1−
1) (17)を算出し、次に
ΔW+h(1) =εΣδplyDh+ζΔWlh(t
−1)に従ってh層とi層の重み値の更新量△w+h(
+)を算出する。Subsequently, the weight value changing unit 76 changes δ1. calculated using the above equation (15). using δ. +−Yp+(I Yp+)Σδ. +W+6(1-
1) Calculate (17), then ΔW+h(1) =εΣδplyDh+ζΔWlh(t
-1), update amount of weight values of h layer and i layer △w+h(
+) is calculated.
続いて重み変更部76は前記(16)式及び(18)式
で算出した更新量に従って次の更新サイクルのための重
み値を
として決定する。以上の重み値の更新を学習用の入カバ
ターンに対する出カバターンVp+が教師パターンd+
+Iに一致する重み値が得られるように学習処理を繰り
返す。Subsequently, the weight change unit 76 determines the weight value for the next update cycle according to the update amounts calculated by the equations (16) and (18). The output pattern Vp+ for the input pattern pattern for learning the update of the above weight values is the teacher pattern d+.
The learning process is repeated so that a weight value matching +I is obtained.
一方、第24図の階層ネットワークを構成するユニット
が線形ユニットであった場合には、前記(14)式は
V 、、= X +1 ’
(20)と表わされる。この線形関数ユニットにおけ
る前記(15)式及び(17)式は
δ、、= d p+ 3’ −+
(21)δ、l=写む+W+1(t 1 )
(22)と表わされる。On the other hand, if the units constituting the hierarchical network in FIG. 24 are linear units, the above equation (14) becomes V , , =
(20). The above equations (15) and (17) in this linear function unit are δ,, = d p+ 3' −+
(21) δ, l=photograph+W+1(t 1 )
(22).
[本発明の重み学習処理]
第25図は第3図に示した本発明のルール部プリワイヤ
ニューロに対しパックプロパゲーション法により行なう
重み学習の処理フロー図である。[Weight Learning Process of the Present Invention] FIG. 25 is a processing flow diagram of weight learning performed by the pack propagation method for the rule section pre-wire neuron of the present invention shown in FIG.
この学習処理フローにおける各部のパラメータは第26
図に示すように定めている。The parameters of each part in this learning process flow are the 26th
It is defined as shown in the figure.
第26図は第5A図のルール部プリワイヤニューロの階
層構造を概略的に示したもので、図示のように第1層か
ら第6層までの6層構造をもっており、第1層及び第3
層がシグモイド関数ユニットで構成され、残りは線形関
数ユニットで構成されている。また、学習対象となるの
は第1層から第5層までであり、最終段の重心計算実現
部18における第6層は重み学習の対象から外される。FIG. 26 schematically shows the hierarchical structure of the rule section pre-wire neuron in FIG. 5A. As shown, it has a six-layer structure from the first layer to the sixth layer.
The layer is made up of sigmoid function units, and the rest are made up of linear function units. Furthermore, the learning targets are the first to fifth layers, and the sixth layer in the final stage centroid calculation implementation unit 18 is excluded from the weight learning target.
ここで、ルール部プリワイヤニューロによるファジィル
ールの実現で出力されるファジィ制御値、即ち制御出力
値をy6としており、学習処理は第6層から第5層、第
4層、第3層、第2層、第1層というように順次行なう
。この階層毎の学習の進行はiカウンタで示される。即
ち、初期状態でiカウンタはi=6にセットされている
。更に説明を簡単にするため、W、、、、とΔW1.I
−1はマトリックスを示し、大きさは(i層目のニュー
ロン数) X (i−1層目のニューロン数)となる。Here, the fuzzy control value outputted by realizing the fuzzy rule by the rule part prewire neuron, that is, the control output value, is y6, and the learning process is performed from the 6th layer to the 5th layer, the 4th layer, the 3rd layer, and Perform the second layer, first layer, and so on sequentially. The progress of learning for each layer is indicated by an i counter. That is, in the initial state, the i counter is set to i=6. To further simplify the explanation, W, , , and ΔW1. I
-1 indicates a matrix, and the size is (number of neurons in the i-th layer) x (number of neurons in the i-1st layer).
更にまたδiとyiはベクトルを示し、大きさはi番目
の層のニューロン数と同じになる。Furthermore, δi and yi represent vectors whose size is the same as the number of neurons in the i-th layer.
この第26図に示す各部のパラメータを前提に第25図
の重み学習処理フローを説明すると次のようになる。The weight learning process flow shown in FIG. 25 will be explained as follows based on the parameters of each part shown in FIG. 26.
まず、ステップ81(以下「ステップ」は省略)で学習
対象層を設定するカウンタiをイニシャライズする。具
体的には第26図に示したように6層構成であることか
ら、カウンタ1をi=6に初期設定する。この初期設定
により第6層目が学習対象として指定される。First, in step 81 (hereinafter "step" will be omitted), a counter i for setting a learning target layer is initialized. Specifically, since there is a six-layer configuration as shown in FIG. 26, counter 1 is initially set to i=6. With this initial setting, the sixth layer is designated as the learning target.
次に82に進み、シグモイド関数ユニットか否か判定す
る。この場合、線形関数ユニットであることからS14
に進み最終段の階層か否か判定し、6層目が最終段であ
ることから815に進み、そのとき得られている教師信
号dと制御出力y6を使用して差分値δ6を求める。Next, the process proceeds to 82, where it is determined whether the unit is a sigmoid function unit. In this case, since it is a linear function unit, S14
The process proceeds to step 815, where it is determined whether the layer is the final level, and since the sixth layer is the final level, the process proceeds to step 815, where the difference value δ6 is determined using the teacher signal d and control output y6 obtained at that time.
次に86に進み、重みを学習するユニットか否か判定す
る。このとき第6層は学習対象から外されているため、
具体的には結線に設けられた学習調整器80の学習フラ
グがオフとなっているため、S8に進んで重み値更新量
ΔW6.をΔW65=0としてS9に進み、この場合、
6w6.=0であることから重み値W65の更新は行な
わない。続いてS12に進んでカウンタi=1か否か、
即ち全ての階層の学習が終了したか否か判定し、このと
きi6であることから313に進んでカウンタiを1つ
デクリメントしてj=5とし、S2に戻って次の第5層
の学習に入る。Next, the process proceeds to 86, where it is determined whether the unit is to learn weights. At this time, the 6th layer is excluded from the learning target, so
Specifically, since the learning flag of the learning adjuster 80 provided in the connection is off, the process advances to S8 and the weight value update amount ΔW6. Set ΔW65=0 and proceed to S9, in this case,
6w6. = 0, the weight value W65 is not updated. Next, proceed to S12 and check whether the counter i=1 or not.
That is, it is determined whether learning of all layers has been completed, and since it is i6 at this time, the process proceeds to 313, decrements the counter i by 1 to set j=5, and returns to S2 to start learning the next 5th layer. to go into.
第5層についても線形関数ユニットであることからS2
から814に進むが、最終段階層でないことから316
に進み、1つ前の6層の学習処理で得られた差分値δ6
と重み値W6.とから前記(22)式と同様の式に従っ
て差分値δ、を求める。Since the fifth layer is also a linear function unit, S2
The process proceeds to 814, but since it is not the final stage layer, the process proceeds to 316.
Proceed to step 6 and calculate the difference value δ6 obtained in the learning process of the previous 6 layers.
and weight value W6. Then, the difference value δ is determined according to a formula similar to the formula (22) above.
次に86に進んで学習対象となっているか否か判定し、
第5層は後件部メンバシップ関数実現部14であること
から本発明にあっては学習対象となっており、従って8
7に進み、S7にあっては816で求められた差分値δ
6を使用して前記(16) 、 (18)式と同様の
式に従って重み値更新量ΔW、4を算出する。続いてS
9に進んで算出した重み更新量ΔW、4を加算して重み
値W、4を更新する。Next, proceed to 86 to determine whether or not it is a learning target,
Since the fifth layer is the consequent membership function realization unit 14, it is the learning target in the present invention, and therefore 8
7, and in S7, the difference value δ obtained in 816 is
6, the weight value update amount ΔW, 4 is calculated according to equations similar to equations (16) and (18) above. followed by S
Proceeding to step 9, the calculated weight update amount ΔW,4 is added to update the weight value W,4.
以下同様に、5層の全ユニットについて処理を繰り返し
、5層の処理が終了すると4層に進む。Similarly, the process is repeated for all units in the 5th layer, and when the process for the 5th layer is completed, the process proceeds to the 4th layer.
4層も線形関数ユニットであることから5層と同じ処理
を繰り返す。Since the fourth layer is also a linear function unit, the same process as for the fifth layer is repeated.
更に第3層の処理に進むと、第3層にシグモイド関数ユ
ニットを使用していることから82から83に進み、最
終段の階層ユニットでないことから、S5でシグモイド
関数ユニット固有の差分値δ3を前記(17)式と同様
の演算式により求める。この第3層も学習対象となって
いることから86から87に進んでS5で算出した差分
値δ3を使用して重み更新量ΔW32を算出し、S9で
更新する。Further, when processing the third layer, since a sigmoid function unit is used in the third layer, the process proceeds from 82 to 83, and since it is not the final layer unit, the difference value δ3 unique to the sigmoid function unit is calculated in S5. It is determined using the same arithmetic expression as the above-mentioned equation (17). Since this third layer is also a learning target, the process proceeds from 86 to 87, uses the difference value δ3 calculated in S5 to calculate the weight update amount ΔW32, and updates it in S9.
この3層の最終ユニットまで同様な処理を繰り返し、2
層に進んで線形関数ユニットに関する学習処理を行ない
、更に第1層に進んでシグモイド関数ユニットに関する
学習処理を繰り返す。そして、第1層の最終ユニットの
処理が終了してS10から812に進むと、このときカ
ウンタiはi=1となっていることから全ての階層の学
習が終了したことを判定して一連の処理を終了する。Repeat the same process up to the final unit of these three layers, and
Proceeding to the first layer, learning processing regarding linear function units is performed, and further advancing to the first layer, learning processing regarding sigmoid function units is repeated. Then, when the processing of the final unit of the first layer is completed and the process proceeds from S10 to 812, since the counter i is i=1 at this time, it is determined that the learning of all the layers has been completed, and a series of Finish the process.
[乱数を用いた重み初期設定コ
次に、第27図の動作フロー図を参照して本発明の学習
方法の他の実施例を説明する。[Weight Initial Setting Using Random Numbers Next, another embodiment of the learning method of the present invention will be described with reference to the operation flow diagram of FIG. 27.
第27図の動作フロー図に示す学習処理にあっては、S
L、S2.S3で行なうルール部プリワイヤニューロの
前件部メンバシップ関数実現部JO、ルール部12及び
後件部メンバシップ関数実現部14に対する重み値の初
期設定として、乱数を使用したことを特徴とする。それ
以外の84゜S5.S6の処理は第2図の第1実施例と
同じになる。In the learning process shown in the operation flow diagram of FIG.
L, S2. The present invention is characterized in that random numbers are used as the initial setting of weight values for the antecedent membership function realization unit JO, the rule unit 12, and the consequent membership function realization unit 14 of the rule unit pre-wire neuro in S3. Other 84°S5. The processing in S6 is the same as in the first embodiment shown in FIG.
具体的には、前件部メ、ンバシップ関数実現部10につ
いては第6図に示したように、またルール部12につい
ては第8図に示したように、更に後件部メンバシップ関
数実現部14については第18図に示したように、乱数
を用いてランダムに重みを初期設定する。勿論、シグモ
イド関数ユニットについては入力結線の重み値及び閾値
を乱数に基づいて設定し、線形関数ユニットについては
入力結線の重み値を乱数を用いて設定するようになる。Specifically, as shown in FIG. 6 for the antecedent part membership function realization part 10 and as shown in FIG. 8 for the rule part 12, the consequent membership function realization part As for No. 14, as shown in FIG. 18, the weights are randomly initialized using random numbers. Of course, for the sigmoid function unit, the weight value and threshold value of the input connection are set based on random numbers, and for the linear function unit, the weight value of the input connection is set using random numbers.
また部分的に予め持っている知識があるときには、この
知識に基づいた設定を行ってもよい。Furthermore, if there is some knowledge that is previously held, settings may be made based on this knowledge.
[その他コ
尚、上記の具体的な実施例は第5A図に示したように2
つの制御人力X、、X2を対象としたファジィルールを
実現するルール部プリワイヤニューロを例にとるもので
あったが、制御入力は1または3以上の適宜の入力数と
してもよいことは勿論である。[Others] The above specific embodiment is as shown in FIG. 5A.
In this example, the pre-wired neuron rule section that realizes fuzzy rules for two control human forces be.
また、上記の実施例にあっては第6.7図に示した
y”i/(1+e−wx” ) (2
3)となるメンバシップ関数を例にとるものであったが
、第28図に示すように2つのシグモイド関数ユニット
94−1.94−2のユニット出力を減算ユニット96
に与えて同図(b)のシグモイド関数を実現するように
してもよい。この場合のユニット出力yは、
y =I/(1−e ″”x−” ) −1/(1−
e−w2”e2)と表現することができる。In addition, in the above embodiment, y"i/(1+e-wx") (2
3), as shown in FIG. 28, the unit outputs of the two sigmoid function units 94-1 and 94-2 are subtracted by the
may be given to realize the sigmoid function shown in FIG. The unit output y in this case is y = I/(1-e ″”x-” ) −1/(1-
It can be expressed as e−w2”e2).
[発明の効果コ
以上説明してきたように本発明によれば、前件部メンバ
シップ関数実現部、ルール部、後件部メンバシップ関数
実現部のそれぞれに予め持っている知識に基づく初期設
定または乱数を用いた初期設定またはその複合設定を行
なった後にルール部プリワイヤニューロ全体を学習させ
ることで、ネットワーク性能を最大限に引き出した効率
の良い学習が可能となり、任意のファジィ制御適応シス
テムに使用するファジィルール実現のためのより効率的
な結線の重み解析を実現することができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the initial setting or the By training the entire rule section pre-wired neuron after initial setting using random numbers or a combination thereof, efficient learning that maximizes network performance is possible, and can be used in any fuzzy control adaptive system. It is possible to realize more efficient connection weight analysis for realizing fuzzy rules.
第1図は本発明の原理説明図;
第2図は本発明の学習動作フロー図;
第3図は本発明のルール部プリワイヤニューロの基本構
成を示した実施例構成図;
第4図は基本ユニット説明図;
第5A図は本発明のルール部プリワイヤニューロの具体
的実施例を示した構成図;
第5B図は第5A図のニューロングループ及び結線グル
ープの説明図;
第6図は本発明の前件部メンバシップ関数実現部の初期
設定説明図;
第7図は前件部のメンバシップ関数説明図;第8図は本
発明のルール部初期設定説明図;第9図は本発明のルー
ル部ユニット説明図;第10図は第9図のファジィルー
ルL1説明図;第11図は第9図のファジィルールL2
説明図;第12図は第9図のファジィルールL3説明図
;第13図は第9図のファジィルール上4説明図;第1
4図は第9図のファジィルールL5説明図;第15図は
第9図のファジィルールL6説明図;第16図は第9図
のファジィルールヒフ説明図;第17図は第9図のファ
ジィルール上8説明図:第18図は本発明の後件部メン
バシップ関数実現部の初期設定説明図;
第19図は本発明の重心計算実現部の初期設定説明図;
第20図は本発明のフェーズ・グループ対応表及びグル
ープ・結線対応表の設定説明図:第21図は本発明の学
習処理フロー図;第22図は本発明による学習処理の装
置構成図;第23図は第22図の結線毎に設けた学習調
整器構成図;
第24図は一般的な階層ニューラル・ネットワーク説明
図;
第25図は本発明の重み学習処理フロー図;第26図は
第25図の各部のパラメータ説明図;第27図は本発明
の他の実施例を示した動作フロー図;
第28図は本発明に用いる他のメンバシップ関数の説明
図である。
図中、
10:前件部メンバシップ関数実現部
12:ルール部
14:後件部メンバシップ関数実現部
1−6二人力部
18:重心計算実現部
20:基本ユニット
22:乗算部
24:加算部
26二閾値処理部
28−128−2.32−1〜32−4.38−1〜3
8−9.40−1.40−2 :線形関数ユニット
30−1〜30−234−1〜34−8.94−1.9
4−2 :シグモイド関数ユニット
40:重心決定要素出力装置
42:重心算出装置
50:学習指示ユニット
52:学習スケジューラ
54:学習信号格納部
56:フェーズ・グループ対応テーブル58ニゲループ
・フェーズ対応テーブル60:学習収束判定部
70:学習ユニット
72、学習指示読取部
74:学習フラグ設定部
76・重み変更部
80:学習調整器
82:フラグ保存部
84、重み変更情報読取部
86二重み変更量調整部
88 重み演算部
90、重み保存部
92:重み変更量保存部
96:減算ユニットFig. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention; Fig. 2 is a learning operation flow diagram of the present invention; Fig. 3 is an embodiment configuration diagram showing the basic configuration of the rule section pre-wired neuron of the present invention; An explanatory diagram of the basic unit; Fig. 5A is a configuration diagram showing a specific embodiment of the rule section pre-wired neuron of the present invention; Fig. 5B is an explanatory diagram of the neuron group and connection group in Fig. 5A; An explanatory diagram of the initial settings of the antecedent part membership function realization part of the invention; FIG. 7 is an explanatory diagram of the membership function of the antecedent part; FIG. 8 is an explanatory diagram of the initial settings of the rule part of the invention; 10 is an explanatory diagram of the fuzzy rule L1 of FIG. 9; FIG. 11 is an explanatory diagram of the fuzzy rule L2 of FIG. 9
Explanatory diagram; Fig. 12 is an explanatory diagram of fuzzy rule L3 in Fig. 9; Fig. 13 is an explanatory diagram of fuzzy rule Upper 4 in Fig. 9;
4 is an explanatory diagram of fuzzy rule L5 in FIG. 9; FIG. 15 is an explanatory diagram of fuzzy rule L6 in FIG. 9; FIG. 16 is an explanatory diagram of fuzzy rule HIF in FIG. 9; 8 explanatory diagrams on the rules: Fig. 18 is an explanatory diagram of the initial settings of the consequent membership function implementation unit of the present invention; Figure 19 is an explanatory diagram of the initial settings of the center of gravity calculation implementation unit of the invention; An explanatory diagram of the settings of the phase/group correspondence table and group/connection correspondence table: Fig. 21 is a learning processing flow diagram of the present invention; Fig. 22 is a device configuration diagram of the learning processing according to the present invention; Fig. 23 is a diagram showing the configuration of the learning processing according to the present invention; Fig. 24 is an explanatory diagram of a general hierarchical neural network; Fig. 25 is a weight learning process flow diagram of the present invention; Fig. 26 shows the parameters of each part in Fig. 25. Explanatory diagram; FIG. 27 is an operation flow diagram showing another embodiment of the present invention; FIG. 28 is an explanatory diagram of another membership function used in the present invention. In the figure, 10: Antecedent part membership function realization part 12: Rule part 14: Consequent part membership function realization part 1-6 Two-man power part 18: Center of gravity calculation realization part 20: Basic unit 22: Multiplication part 24: Addition Section 26 Two threshold processing sections 28-128-2.32-1 to 32-4.38-1 to 3
8-9.40-1.40-2: Linear function unit 30-1 to 30-234-1 to 34-8.94-1.9
4-2: Sigmoid function unit 40: Center of gravity determining element output device 42: Center of gravity calculation device 50: Learning instruction unit 52: Learning scheduler 54: Learning signal storage unit 56: Phase/group correspondence table 58 Niger loop/phase correspondence table 60: Learning Convergence determination section 70: learning unit 72, learning instruction reading section 74: learning flag setting section 76/weight changing section 80: learning adjuster 82: flag storage section 84, weight change information reading section 86 duplex change amount adjustment section 88 weight Arithmetic unit 90, weight storage unit 92: weight change amount storage unit 96: subtraction unit
Claims (5)
複数階層でなるルール部(12)、及び後件部メンバシ
ップ関数実現部(14)でなる階層ネットワークを有し
、前記ルール部(12)の前段の前件部メンバシップ関
数実現部(10)及び又は後段の後件部メンバシップ関
数実現部(14)との間で全ユニット間を内部結合せず
に制御ルールに従って一部を内部結合して成り、入力さ
れる制御状態量(X_1、X_2、・・・X_n)に対
応する1又は複数の制御操作量(Y)を出力するルール
部プリワイヤニューロの学習方法に於いて、 前記前件部メンバシップ関数実現部(10)、ルール部
(12)、及び後件部メンバシップ関数実現部(14)
の各々に重み初期値を設定する第1過程と;予め準備さ
れた学習データを使用して前記前件部メンバシップ関数
実現部(10)、ルール部(12)、及び後件部メンバ
シップ関数実現部(14)の全てを学習させる第2過程
と; を備えたことを特徴とするルール部プリワイヤニューロ
の学習方法。(1) It has a hierarchical network consisting of an antecedent part membership function realization part (10), a rule part (12) consisting of one or more layers, and a consequent part membership function realization part (14), and the rule part (12) between the antecedent membership function realization unit (10) in the previous stage and/or the consequent membership function realization unit (14) in the subsequent stage according to the control rule without internally connecting all units. In a learning method of a rule section pre-wired neuro that outputs one or more control operation quantities (Y) corresponding to input control state quantities (X_1, X_2, ... X_n). , the antecedent membership function realization unit (10), the rule unit (12), and the consequent membership function realization unit (14).
a first step of setting initial weight values for each of the antecedent membership function realization unit (10), rule unit (12), and consequent membership function using pre-prepared learning data; A learning method for a rule section pre-wired neuro, comprising: a second step of learning all of the realization section (14);
いる知識に基づいて作成された重み初期値を設定するこ
とを特徴とする請求項1記載のルール部プリワイヤニュ
ーロの学習方法。(2) The learning method of the rule unit pre-wired neuron according to claim 1, wherein the setting of the initial weight values in the first step is performed by setting initial weight values created based on knowledge held in advance. .
て作成された重み初期値を設定することを特徴とする請
求項1記載のルール部プリワイヤニューロの学習方法。(3) The learning method of the rule section pre-wired neuron according to claim 1, wherein the initial weight values in the first step are set using random numbers.
で設定可能な重みは該知識で初期設定し、その他は乱数
を用いて重み初期値を設定することを特徴とする請求項
1記載のルール部プリワイヤニューロの学習方法。(4) In the weight setting in the first step, weights that can be set based on knowledge held in advance are initially set using this knowledge, and other weight initial values are set using random numbers. How to learn the rules section pre-wired neuro.
ンバシップ関数実現部(10)、ルール部(12)、及
び後件部メンバシップ関数実現部(14)でなる階層ネ
ットワークの結線毎に学習の有無を決める学習フラグを
設定し、該結線に設定された学習フラグに基づいて重み
値を学習処理により最適化することを特徴とする請求項
1記載のルール部プリワイヤニューロの学習方法。(5) At the start of learning in the second process, each connection of the hierarchical network consisting of the antecedent membership function realization unit (10), the rule unit (12), and the consequent membership function realization unit (14) 2. A learning method for a rule section pre-wired neuro according to claim 1, characterized in that a learning flag is set for determining whether or not learning is to be performed for the connection, and the weight value is optimized by a learning process based on the learning flag set for the connection. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2124701A JPH0424737A (en) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | Learning method for prewired neuro of rule part |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2124701A JPH0424737A (en) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | Learning method for prewired neuro of rule part |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0424737A true JPH0424737A (en) | 1992-01-28 |
Family
ID=14891955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2124701A Pending JPH0424737A (en) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | Learning method for prewired neuro of rule part |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0424737A (en) |
-
1990
- 1990-05-15 JP JP2124701A patent/JPH0424737A/en active Pending
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