JPH0464132A - Learning method for neural unit with fully coupled rule part - Google Patents
Learning method for neural unit with fully coupled rule partInfo
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- JPH0464132A JPH0464132A JP2174606A JP17460690A JPH0464132A JP H0464132 A JPH0464132 A JP H0464132A JP 2174606 A JP2174606 A JP 2174606A JP 17460690 A JP17460690 A JP 17460690A JP H0464132 A JPH0464132 A JP H0464132A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要]
前件部メンバシップ関数実現部、ルール部および後件部
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
現する階層名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全結合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な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、ルール部および後件部
メンハシツブ関数実現部の各々に、予め持っている知識
の導入または乱数の利用またはその併用で重みおよび閾
値の初期値を設定した後、予め準備されたシステム学習
データを使用してルール部の重みのみを学習させるよう
に構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] A control output corresponding to an input according to a hierarchical name network structure that realizes a fuzzy control rule consisting of an antecedent membership function realization part, a rule part, and a consequent part membership function realization part. Regarding the learning method of the rule part fully connected neuron that generates, the purpose is to efficiently perform learning for controlling suitable for the target system. After setting the initial values of weights and thresholds for each section by introducing pre-existing knowledge, using random numbers, or a combination thereof, only the weights of the rule section are learned using system training data prepared in advance. Configure it as follows.
本発明は、ファジィ制御とニューラルネットワークを融
合させたルール部全結合ニューロの学習方法に関する。The present invention relates to a learning method for a fully connected rule part neuron 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
行なわせる。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 them do it. 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Zadehにより
提案され、温度が「低い」とか「高い」といった人間が
行なっている曖昧さに基づ(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表わ
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 Zadeh in 1960, and is based on the ambiguity that humans perform, such as whether the temperature is "low" or "high" (it is a theory that models the process of thinking and judgment. The theory is based mathematically 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Maqmd
ani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なわれている。As an application of fuzzy theory, in 1974 Maqmd
Ani first used 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.
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。Generally, the following procedures are 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B)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〜
」
型のルール表現で記述する。■ Quantify the meaning of the words (life B) in the control rules in the form of membership functions, and convert the control rules into rlF-THEN~
” Described using a type rule expression.
■シミュレーションや現地テストによる検査を行なう。■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
行なう。■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
、
rif x、 is big and Xg is s
+wall thenと記述される。To explain in more detail, the fuzzy control rules are, for example, rif x, is big and Xg is s
It is written as +wall then.
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。Here, the IF part is called the antecedent part, and is the control state quantity such as temperature (
This is the part that describes the conditions for (control input). Further, the THEN section is called a consequent section, and is a section that describes conditions regarding the control operation amount (control output) of the operating end, 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。(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.
例えば、
r XI is big」 の真理値=0.8’ X
2 is small」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。For example, the truth value of "r XI is big" = 0.8'
If the truth value of ``2 is small'' = 0.5, then according to the antecedent operation that selects the minimum value, the truth value = 0.
.. 5 is output as the applied value to the consequent of the fuzzy control rule.
■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(通用値)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 the output application value from the input value (common 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、’ Vr
is bigjの適用値−0,5r y、 is bi
g」の通用値−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、通用値=0.6を選択決定する
。For example, with two fuzzy control rules, ' Vr
Application value of is bigj -0,5ry, is bi
If the common value -0.6 of "g" is obtained, the common 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(または拡大)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な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 evaluate the generated fuzzy control rules through simulations and on-site tests, and to improve them through trial and error.
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、
すなわちルール部ブ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2−6
0256号「階層ネットワーク構成データ処理装置およ
びデータ処理システム」)。すなわち、ルール部ブリワ
イヤニューロは、前件部メンバシップ関数実現部、ルー
ル部およ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。Therefore, the inventors of the present application developed a hierarchical network structure that realizes fuzzy control rules by applying neurology.
In other words, we are proposing an adaptive fuzzy control system using the Briwire neuro in the rule section (Patent Application No. 2002-6).
No. 0256 "Hierarchical Network Configuration Data Processing Device and Data Processing System"). That is, the rule section Briwire Neuro has a hierarchical network configuration that realizes a fuzzy control rule consisting of an antecedent membership function realization section, a rule section, and a consequent 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化カバタ
ーンの組とを提示して学習させる。■The rule section pre-wire neuro is presented with an input pattern of the target system and a set of desirable 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.
しかしながら、ルール部全結合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なわれる学習は、前
件部メンバシップ関数部、ルール部および後件部メンバ
シップ関数実現部の重みを含め、どのようにして学習を
行なわせるかの学習方法が決まっておらず、ルール部全
結合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。However, the learning that is performed to extract fuzzy control rules for the rule part fully connected neuron involves the learning process, including the weights of the antecedent membership function part, the rule part, and the consequent part membership function realization part. There is no fixed learning method for how to perform this, and there is a need to develop an efficient learning method that can maximize the performance of fully connected rule-based neurons.
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なうための学習を効率良
く行なうことのできるルール部全結合ニューロの学習方
法を提供することを目的としている。The present invention was made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a learning method for a fully connected rule section neuron that can efficiently perform learning for controlling a target system. .
第1図は本発明の原理説明画である。 FIG. 1 is an illustration explaining the principle of the present invention.
まず本発明は、前件部メンバシンプ関数実現部10.1
または複数階層でなるルール部12および後件部メンバ
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の内部の層同士の間および前段の前件
部メンバシップ関数実現部10および後段の後件部メン
バシップ関数実現部14との間で全ユニット間を内部結
合して成り、入力される制御状態量(X、、X、、
・・・X、、)に対応する1または複数の制御操作量(
Y)を出力するルール部全結合ニューロを対象とする。First, the present invention provides antecedent member simplification function realization unit 10.1
Or, it has a hierarchical network structure consisting of the rule section 12 and the consequent membership function realization section 14 in multiple layers, and between the internal layers of the rule section 12 and the preceding antecedent membership function realization section 10 and All units are internally coupled with the consequent membership function realization unit 14 in the subsequent stage, and the input control state quantities (X, , X, ,
...X, ,) corresponding to one or more control operation amounts (
The target is a fully connected rule part neuron that outputs Y).
このようなルール部全結合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およ
び後件部メンバシップ関数実現部14の各々に重みおよ
び閾値の初期値を設定する。In the present invention, as a learning method for such a rule part fully connected neuron, <First process> Each of the antecedent part membership function realization part 10, the rule part 12, and the consequent part membership function realization part 14 is Set initial values of weights and thresholds.
〈第2過程〉
予め準備された学習データを使用してルール部12のみ
を学習させる。<Second process> Only the rule section 12 is trained using learning data prepared in advance.
とする処理過程を備えた学習方法を構成する。A learning method with a processing process is constructed.
ここで第1過程の重みおよび閾値の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Jと
して示す)に基づいて作成された初期値を設定する′。Here, as a method for setting initial values of weights and thresholds in the first process, initial values created based on knowledge held in advance (indicated as "priori knowledge J" in the figure) are set.
また第I過程の重みおよび閾値の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。Another method for setting initial values of weights and thresholds in the I-th process is to set initial weight values created using random numbers.
さらに第1過程の重みおよび閾値の初期値の設定は、予
め持っている知識で設定可能なものは該知識で初期設定
し、その他は乱数を用いて初期値を設定する場合もある
。Further, in setting the initial values of the weights and thresholds in the first process, those that can be set using knowledge held in advance are initialized using this knowledge, and other initial values may be set using random numbers.
このような構成を備え第3図によって定義されるような
ルール部全結合ニューロについての本発明による学習方
法によれば次の作用が得られる。According to the learning method according to the present invention for a fully connected rule part neuron having such a configuration and defined in FIG. 3, the following effects 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、ルール部および後件部メ
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
ール部全結合ニューロに対し、予め持っている知識に基
づいた重みおよび閾値の初期値の設定または乱数に基づ
いた重みおよび閾値の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 about the rule part fully connected 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. Initial values of weights and thresholds are set based on random numbers, initial values of weights and thresholds 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
ール部全結合ニューロに提示し、ルール部全結合ニュー
ロからの出カバターンが、入カバターンに対し望ましい
出カバターンとなる学習出カバターン(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
バックプロパゲーション法による学習を行なう。Next, the learning process is started, the input pattern for learning is presented to the rule part fully connected neuron, and the output pattern from the rule part fully connected neuron is a learned output pattern (teacher signal ), learning is performed using, for example, a backpropagation method.
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、および後件部メンバシップ関数実現部の
重みおよび閾値の初期設定により、学習効率を高めるこ
とができる。Furthermore, learning efficiency can be improved by initializing the weights and thresholds of the antecedent membership function realization section and the consequent membership function realization section into which knowledge held in advance is introduced.
さらに、乱数を利用した前件部メンバシップ関数実現部
、ルール部および後件部メンバシップ関数実現部の重み
および閾値の初期設定により、ネットワークの性能を最
大限引き出すことができる。Furthermore, the performance of the network can be maximized by initializing the weights and thresholds of the antecedent membership function implementation section, the rule section, and the consequent membership function implementation section using random numbers.
第2図は本発明によるルール部全結合ニューロの学習方
法の第1の実施例としての処理手順を示した学習動作フ
ロー図である。この第2図の手順による学習方法の対象
となるルール部全結合ニューロは、例えば第5図に示す
ような前件部メンバシップ関数実現部10、ルール部1
2、およ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。FIG. 2 is a learning operation flowchart showing a processing procedure as a first embodiment of the rule part fully connected neuro learning method according to the present invention. The rule part fully connected neuron that is the object of the learning method according to the procedure shown in FIG.
2, and a consequent membership function implementation unit 14 (including a centroid calculation implementation unit 18), the system has a hierarchical network structure for realizing fuzzy control rules.
第2図の学習処理にあっては、次のステ・ノブ31〜S
6から成る処理を行なう。In the learning process shown in FIG. 2, the following Ste knobs 31 to S
The process consisting of 6 is performed.
〈ステップ31> 前件部メンバシップ関数実現部10の重みCab。<Step 31> 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>
ルール部12の重みCcd、 Cdeを乱数を用いて
初期設定する。<Step S2> The weights Ccd and Cde of the rule section 12 are initialized using random numbers.
〈ステップS3>
後件部メンバシップ関数実現部140重みCef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 consequent part membership function realization unit 140 introduces and initializes the knowledge held in advance so as to realize the membership function given the weight Cef.
〈ステップS4>
重心計算実現部18の重みCfgを、重心計算を実現す
るように初期設定する。尚、第5図では後件部メンバシ
ップ関数実現部14に含まれている。<Step S4> The weight Cfg of the center of gravity calculation realization unit 18 is initially set to realize center of gravity calculation. Incidentally, in FIG. 5, 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、すなわち階層を指定す
るテーブル)およ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) )
Configure settings.
〈ステップS6>
学習スケジューラを起動してバックプロパゲーション法
により学習処理を行なう。<Step S6> The learning scheduler is activated and learning processing is performed using the backpropagation method.
以下、第2図の動作フローに示したステップ31〜S6
をそれぞれに分けて詳細に説明する。Hereinafter, steps 31 to S6 shown in the operation flow of FIG.
will be explained in detail separately.
(ルール部全結合ニューロの構成)
本発明の対象となるルール部全結合ニューロは、例えば
第5図に示すファジィ制御ルールを実現可能とするため
の階層ネットワーク構成を有する。(Configuration of rule section fully connected neuron) The rule section fully connected neuron that is the object of the present invention has a hierarchical network configuration for realizing the fuzzy control rule shown in FIG. 5, for example.
第5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 Fig. 5, the nodes shown in each part constitute one basic unit, and the basic unit consists of two units: 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5図のルール部全結合ニューロにおける基本
ユニットの構成を取り出して示したものである。FIG. 4 shows the configuration of the basic unit in the rule part fully connected neuron of FIG. 5.
第4図において、基本ユニット20は多入力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-input one-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 22 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.
x9.=ΣyいW i h (
1)但し、
h :
i :
p :
θ、:
W、h:
x、i:
h層のユニット番号
i層のユニット番号
入力信号のパターン番号
i層の1番ユニットの閾値
h−i層間の内部結合の重み値
り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
Vphj 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
)’piCP番目パターンの入力信号に対するi層のi
一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5図のルール部全結合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。x9. =ΣyW i h (
1) However, h: i: p: θ,: W, h: x, i: h layer unit number i layer unit number Input signal pattern number i layer 1st unit threshold internal between h-i layers Connection weight value Sum of products of inputs from each unit of the layer to the 1st unit of the i layer Vphj Output from the hth unit of the h layer for the input signal of the Pth pattern)'piThe i layer for the input signal of the CPth pattern i of
Output from the first unit Here, the above equation (2) is known as a sigmoid function, and the threshold processing section 26 of the basic unit indicated by a black circle in the rule part fully connected neuron in Fig. 5 calculates the above equation (2). Performs threshold processing according to the sigmoid function.
これに対し閾値処理部26に
”/ pi = X pi
となる線形関数を設定したものが第5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。On the other hand, the linear function unit with white circles in FIG. Excluding the input section which becomes the following. As the hardware constituting the basic unit shown in FIG. 4, "Network configuration data processing device" disclosed in Japanese Patent Application No. 1983-216865 can be used.
再び第5図を参照してルール部全結合ニューロの各部の
構成を説明する。Referring again to FIG. 5, the configuration of each part of the rule part fully connected neuron 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
XI、Xzを入力とし、入力変数X、〜x7のメンバシ
ップ関数のグレード値を出力する。First, the antecedent membership function realization unit 10 receives the input variables XI and Xz, and outputs the grade value of the membership function of the input variables X, to x7.
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。In the figure, each membership function is a one-variable function for simplicity, but it may be a multi-variable function. In other words, variable X1
It may be a membership function of X, &X2 (SA), where and X2 are inputs.
ルール部は階層型ニューラルネットワークである。入力
変数X1.Xzのメンバシップ関数のグレード値を入力
として、出力変数Yのメンバシップ関数のグレード値を
出力する。The rule part is a hierarchical neural network. Input variable X1. The grade value of the membership function of Xz is input, and the grade value of the membership function of output variable Y is output.
さら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) generates a membership function y (SA) of the output variable.
Input the grade value of ~y (LA) and output the value of the output variable Y.
第5図では各ユニットを1つのニューロンとして説明し
ているが、ルール部以外の部分についてユニットの機能
が特定できているものはニューロン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。In Figure 5, each unit is explained as one neuron, but if the function of the unit is specified for parts other than the rule section, it can be used as a gate circuit, arithmetic unit, etc. that realizes the unit function without being considered a neuron. good.
第5図においては入力X1.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、同図を参照して各部
の構成を詳細に説明すると次のようになる。In FIG. 5, input X1. Taking as an example a case where two inputs X2 are given to obtain a control output Y, the configuration of each part will be explained in detail with reference to the same figure as follows.
入力部16は分離ユニット2B−1,28−2で構成さ
れ、入力X+、Xz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つの線形関数ユニツ)32−1
〜32−3で構成される。The input section 16 is composed of separation units 2B-1 and 28-2, and divides the inputs X+ and Xz 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 the same four linear function units) 32-1 which input the outputs of each sigmoid function unit 30-1 to 30-4.
~32-3.
ルール部12はシグモイド関数ユニ・ノド34−1〜3
4−5を備え、各シグモイド関数ユニ・ント34−1〜
34−5に対する前件部メンバシ・ンプ関数実現部10
からは総てのユニ・ノドに対して結線が行なわれている
。シグモイド関数ユニ・ノド34−1〜34−5の出力
は後件部演算を行なう線形関数ユニッ)36−1〜36
−2との間で各ユニット間が総て結線されている。The rule part 12 is a sigmoid function Uni-node 34-1 to 3
4-5, each sigmoid function unit 34-1~
34-5 Antecedent Membership Function Realization Unit 10
From there, connections are made to all Uni nodes. The outputs of the sigmoid function units 34-1 to 34-5 are linear function units 36-1 to 36 that perform consequent part operations.
-2, all the units are connected.
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.
さらに重心計算実現部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)40−
1.40−2のそれぞれで演算して2つの重心算出要素
Y、、Y!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+ 、Yz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 unit 18 is configured to output device 40 for determining the center of gravity.
The weighting of the output from the consequent membership function realization unit 14 is performed by two linear function units (40-) provided in the center-of-gravity determining element output device 40.
1.40-2 to calculate the two centroid calculation elements Y,, Y! Finally, the center of gravity calculation device 42 calculates the center of gravity from the two center of gravity calculation elements Y+ and Yz to generate the control output Y.
第6図は第5図のルール部全結合ニューロについて、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. 6 shows neuron groups and connection groups for realizing the learning method according to the present invention for the rule section fully connected neuron of FIG. 5.
第6図において、ニューロングループはGa−Ggの7
つであるが、この内、入力部のニューロングループGa
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および加算合成を行なうにすぎな
いことから、学習対象からは除いており、また本発明が
ルール部のみを学習させるものであることから本発明の
学習対象に入るニューロングループはGd、Geの2つ
となる。In Figure 6, the neuron group is Ga-Gg 7
However, among these, the input neuron group Ga
and the neuron group Gg of the center of gravity calculation implementation unit 18 are excluded from the learning target because they merely perform separation and addition/synthesis, and the present invention learns only the rule part. There are two neuron groups, Gd and Ge, which are the learning targets of the present invention.
一方、各ニューロングループを結ぶ結線グループはCa
b=Cfg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バックプロ
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Ccd、 Cdeが本発明による学習処
理の対象となる。On the other hand, the connection group connecting each neuron group is Ca
b=Cfg, and learning is performed to correct the weight value of the input connection located before the neuron group to be learned by the back propagation method.
Connection groups Ccd and Cde are the targets of the learning process according to the present invention.
この第5.第6図に示した構成のルール部全結合ニュー
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。This fifth. Regarding the learning process according to the operation flow shown in FIG. 2 for the fully connected rule section neuron having the configuration shown in FIG. 6, 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
部メンハシツブ関数実現部10に対する重み値の初期設
定は第6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および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 setting of the antecedent membership function realization unit) The initial setting of the weight value for the antecedent membership function realization unit 10 is for each of the connection groups Cab and Cbc of the antecedent membership function realization unit shown in FIG. The weight of the connection,
Initialize to implement the given membership function.
第7図は第5図の前件部メンバシップ関数実現部10に
おける制御入力Xl側を取り出して示したものである。FIG. 7 shows the control input Xl side of the antecedent membership function realizing section 10 of FIG. 5.
第7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−’
″”−” ) (3)で表わされる。In FIG. 7, the sigmoid function unit 30-1.3
The output value y output from 0-2 is y=1/(1+e-'
""-") (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ト30−1の入力結線
に重み値Wとして、W=−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−−lO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, based on knowledge that is available in advance, for example, the weight value W is set to the input connection of the sigmoid function unit 30-1, so that W=− 20 is set, and θ--IO is set as the threshold 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3〇−2の入力
結線には重み値Wとして、
W=20
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)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 30-2 is set to W=20 as the weight value W, and at the same time, the threshold value θ is set to θ=10 in the sigmoid function unit 30-2. In addition, linear function unit) 32-1゜32-2
The weight value of the input connection is set to an initial weight value of 1.
このようにシグモイド関数ユニット30−1に、W<Q
θ〈0
となる重み値および閾値を初期設定した場合には、第8
図の特性曲線44に示す制御人力X、に対するユニット
出力値X、(SS)、すなわち制御人力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 to θ〈0, the eighth
Calculation of the truth value of a membership function with a function shape such that the unit output value X, (SS) for the control human power X shown in the characteristic curve 44 in the figure, that is, the unit output value X, (SS) decreases as the control human power X increases. Functions can be set.
またシグモイド関数ユニット30−2に、W〉0
θ〉0
となる重み値および閾値を初期設定することで第8図の
特性曲線46に示す制御人力X、に対するユニット出力
値X、(LA) 、すなわち制御人力Xが大きい程ユニ
ット出力値XI (LA)が太き(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。Also, 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 X shown in the characteristic curve 46 in FIG. It is possible to realize a function that calculates the truth value of a membership function with a function shape such that LA) is thick.
この第7図に示すシグモイド関数ユニット30−1 3
0−2に対する重み値およ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30−2゜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。Sigmoid function unit 30-1 3 shown in FIG.
The initial setting of the weight value and threshold for 0-2 is such that the desired antecedent membership function is also realized for the remaining sigmoid function units 30-2 and 30-4 in the antecedent membership function realizing unit 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
6図に示すルール部に含まれる結線グループCcdおよ
びCdeに属する各結線の重み値を、一定の条件の基で
発生した乱数(例えば+1〜−1の範囲)を用いて初期
設定する。(Initial setting of rule section) Initial setting of the weight value for the rule section 12 shown in FIG. 3 is to set the weight value of each connection belonging to the connection groups Ccd and Cde included in the rule section shown in FIG. Initial settings are made using randomly generated numbers (for example, in the range of +1 to -1).
ルール部12におけるシグモイド関数ユニット34−1
〜34−5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を
説明すると次のようになる。Sigmoid function unit 34-1 in the rule section 12
The function of the fuzzy logic operation based on the weight value initially set to the input connection of ~34-5 and the threshold value set to the unit itself will be explained as follows.
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よりグレードX
、 (SS)〜X2 (LA)が入力し、積和演算お
よび閾値処理により出力値yのグレード値y (SS)
〜y (LA)を生ずる。FIG. 9 shows one sigmoid function unit 34 provided in the rule section 12, in which the grade
, (SS) ~
~y (LA).
上記X+ (SS)=X+ 、X+ (LA)=X
2 。Above X+ (SS)=X+, X+ (LA)=X
2.
X2 (SS) −X3.Xz (LA) =X<
としたとき、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=WX1・X1+WX□・X2+Wxff・X3+W
X4・X3−θ (4)y=1/ (
1+e−”) (5)として算出さ
れる。この(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WXI〜Wx4および閾値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
。X2 (SS) -X3. Xz (LA) =X<
Then, the output value y output from the sigmoid function unit 34 in FIG. 9 is as follows: 5=WX1・X1+WX□・X2+Wxff・X3+W
X4・X3−θ (4)y=1/ (
1+e-”) (5) The unit output value y given by this equation (5) is
By arbitrarily setting the weight values WXI to Wx4 and the threshold value θ of the input connections, an appropriate function shape can be realized.
尚、ルール部の最終段に設けられた線形関数ユニット3
6−1.36−2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 3 provided at the final stage of the rule section
The weight value of the connection for 6-1.36-2 is initially set to 1, and the threshold processing is a linear function,
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5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6図の結線グループCef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 setting of consequent part membership function realization part) Initial setting of the weight value for the consequent part membership function realization part 14 in FIG. Initial settings are made to realize the given membership function based on the knowledge of the given membership function.
第10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. 10 is an explanatory diagram specifically showing the initial setting of weight values for the consequent membership function realization unit 14.
第10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つのユニット3B−1〜38−9は、
制御出力Yの線直線上の0〜1の範囲の点に等間隔に対
応じている。In FIG. 10, 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 3B-1 to 38-9 are
They correspond to points in the range of 0 to 1 on the straight line of the control output Y at equal intervals.
この線形関数ユニッ)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Y、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3
B−1側からユニット38−9側に重み値、
1、 1. 1. 0.75. 0.5. 0.25.
O,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 as follows: unit 3 according to the characteristic curve 46 of the graph where is the control output Y and the vertical axis is the unit output value.
Weight values from the B-1 side to the unit 38-9 side: 1, 1. 1. 0.75. 0.5. 0.25.
Initialize O, 0, 0.
逆に、ユニット出力y (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381から38−9に向け
て重み値、
0、 O,0,0,25,0,5,0,75,1,1
,1を初期設定する。Conversely, the rule section 12 that produces the unit output y (LA)
For the connection from the linear function unit 36-2, the weight values from the unit 381 to the unit 38-9 according to the characteristic curve 48 are 0, O, 0, 0, 25, 0, 5, 0, 75, 1, 1
, 1 are initialized.
さらに、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−〇に設定する。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-〇.
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)
36−1.36−2から出力されたユニット8力値y
(SS)および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 part membership function realization part 14, the linear function unit of the rule part
Unit 8 force value y output from 36-1.36-2
(SS) and y (LA) are reduced by multiplication by initial weight values, added, and output to the next centroid calculation implementation unit 18.
尚、第10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. 10, 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5図の重心計算実現部18に対する重み値の初期設定
は、第6図に示す結線グループCfg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. 5 are initialized so as to realize center of gravity calculation for the connection group Cfg shown in FIG. 6.
第11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. 11 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
メンバシップ間数実現部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Y、、Y、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- provided in the consequent membership interval realization unit 14 of the preceding stage are Each of 1 to 38-9 is connected. Then, as shown in the figure, weight values for calculating two gravity center derived values Y, , Y, used in the gravity center calculation are set for this input connection.
ファジィ制御にあっては、次式に従って同一制御出力に
ついての縮小されたメンバシッ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ことが多い。In fuzzy control, a method is often adopted in which the control output Y, which is a fuzzy inference value, is calculated by finding the center of gravity of the figure of the sum of functions of reduced membership functions for the same control output according to the following formula: .
Y = S grade(y)ydy / S gra
de(y)dy (6)この(6)式を実現する
ため、線形関数ユニ・7ト40−1に対する後件部メン
バシップ関数実現部14に設けた線形関数ユニッ)3B
−1〜389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=O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 = S grade(y)ydy / S grade
de(y)dy (6) In order to realize this formula (6), the linear function unit 3B provided in the consequent membership function realization unit 14 for the linear function unit 7 40-1
As weight values for the connections from -1 to 389, weight values that increase from 0 at equal intervals starting from the minimum value Y=O 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(arY=0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 (arY = 0). 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
3B−1〜38−9のユニット出力値を01〜C3とす
ると、線形関数ユニット40−1は、
Yl = I C,+0.875 Cm +0.75C
3十0.625 C,+0.5 Cs +0.375
C6十0.25C,+0.1.25C1l十〇C9(7
)を出力し、また線形関数ユニット40−2は、YZ
=OC,−0,125Cz −0,25C。By weighting the input connections to the linear function unit 40-1, 40-2, if the unit output values of the preceding stage linear function units 3B-1 to 38-9 are 01 to C3, the linear function unit 40-1 becomes , Yl = I C, +0.875 Cm +0.75C
300.625 C, +0.5 Cs +0.375
C6 0.25C, +0.1.25C1l 0C9 (7
), and the linear function unit 40-2 outputs YZ
=OC, -0,125Cz -0,25C.
0.375 C= 0.5 Cs O,625C6
−0,75C,−0,875cs +IC,(8)を出
力する。0.375 C= 0.5 Cs O,625C6
Output -0,75C, -0,875cs +IC, (8).
i形量数ユニッ)40−1.40−2から出力される重
心導出値Yl、Y2は重心算出装置42に与えられ、
Y=Yz / (’yz −Yl )
(9)を使用して重心、すなわちファジィ推論値である
制御出力Yが算出される。The gravity center derived values Yl and Y2 output from the i-type quantity unit) 40-1.40-2 are given to the gravity center calculation device 42, and Y=Yz / ('yz - Yl)
Using (9), the center of gravity, that is, the control output Y, which is a fuzzy inference value, is calculated.
前記(9)式に前記(7)式および(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31〜S4に示したルール部全結
合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 part fully connected neurons shown in 31 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
いてルール部全結合ニューロに学習処理を行なわせるた
めの学習計画、すなわち、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12図(a)に
示すフェーズ・グループ対応表の設定と、同図ら)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 fully connected neuron to perform a learning process is set. This learning schedule is set by two steps: setting the phase/group correspondence table shown in FIG. 12(a) and setting the group/connection correspondence table shown in FIG. 12(a).
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
ルール部12のみの学習を行なうことから、第12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6図に示すニューロングループGd、Geの2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, since only the rule section 12 is trained after setting the initial weight values, as shown in FIG.
As shown in a), two neuron groups Gd and Ge shown in FIG. 6 are set as learning target groups in phase 1.
一方、グループ・結線対応表は、ルール部全結合ニュー
ロにおけるニューロングループGa〜cgと入力結線グ
ループの対応関係を設定するもので、第12図(b)に
示すようにニューロングループcb−Ggに対し入力結
線グループCat+−Cgfのそれぞれが対応付けられ
る(第6図参照)。On the other hand, the group/connection correspondence table sets the correspondence between neuron groups Ga to cg and input connection groups in the rule part fully connected neuron, and as shown in FIG. 12(b), for neuron groups cb to Gg. The input connection groups Cat+-Cgf are associated with each other (see FIG. 6).
このようなフェーズ・グループ対応表およびグループ・
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、実際にルール部全結合ニュ
ーロに対し学習データを与えて、バックプロパゲーショ
ン法により入力結線の重み値を変更する学習を行なわせ
る。This kind of phase group correspondence table and group
When the setting of the connection correspondence table is completed, proceed to S6 in Fig. 2, start the learning scheduler, actually give the learning data to the rule part fully connected neuron, and change the weight value of the input connection using the back propagation method. Have students learn how to do things.
(学習スケジューラの処理と構成)
第13図は本発明のルール部全結合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14図に
示す装置構成により実現することができる。(Processing and configuration of learning scheduler) FIG. 13 shows a learning processing flow diagram of the rule part fully connected neuron of the present invention. This operation flow diagram can be realized, for example, by the device configuration shown in FIG.
まず、学習処理のための装置構成を説明すると、第14
図において、ルール部全結合ニューロ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
。First, to explain the device configuration for learning processing, the 14th
In the figure, a learning instruction unit 50 and a learning unit 70 are provided for the rule part fully connected 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12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
ーブル56、およびグループ・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 section 54 that stores learning signals consisting of pairs of control inputs and desired control outputs for the control inputs, and a phase group storage section 54 that stores the phase group correspondence table shown in FIG. A correspondence table 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およ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が設けられる。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.
さらに、第14図における装置構成の特徴は、ルール部
全結合ニューロ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. 14 is that a learning regulator 80 is provided in the connection connecting each unit in the rule section fully connected neuron 100.
学習調整器80は第15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、重み変更情報読
取部84およ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にはバ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およ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 using a backpropagation method, and a weight storage unit 9.
0 and a weight change amount storage section 92 are provided.
このように、ルール部全結合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によりルール部全結合ニューロ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、すな
わ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、すなわち学習を行なうことが可能となる。In this way, by providing the learning regulator 80 for each connection of the rule section fully connected neuron, the learning scheduler 52 of the learning instruction unit 50 can control the rule section fully connected neuron 100.
A learning flag can be set to determine whether or not to change the weight value of a connection, and the weight can be changed, that is, learning can only be performed for connections for which the learning flag is valid, that is, the flag is on. becomes possible.
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およ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
状態でハックプロパゲーション法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 the hack propagation method with a hierarchical network conforming to fuzzy rules configured is performed as follows.
第15図において、学習調整器800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
!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. 15, the weight change information reading unit 84 of the learning adjuster 800 monitors whether the weight change amount is written in the weight change amount storage unit 92 of the weight change unit 76 by the weight calculation unit 88. 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, change the weights! The adjustment unit 86 is a 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13図の学習処理フローを参照して、第14図
の装置構成に従ったルール部ブ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. 13, the learning processing of the rule section Briwire Neuro according to the device configuration shown in FIG. 14 will be described.
まず学習指示ユニッ1−50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=l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にルール部全結合ニューロ100のルール部12の
ニューロングループGd、Geが設定されている。First, when the learning scheduler 52 of the learning instruction unit 1-50 is activated, it first sets the phase counter i, which indicates the progress of the learning phase, to i=1 in sl, proceeds to S2, and stores the data in the phase/group correspondence table 56. The neuron group number corresponding to the learning phase i=l is read out with reference to the correspondence table. In the present invention, the neuron groups Gd and Ge of the rule section 12 of the rule section fully connected neuron 100 are set in phase 1.
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)50の学習スケジューラ
52から学習ユニッ1−70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8
o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 1-70, and the learning instruction reading section 72 reads the connection group number and sets a learning flag. Section 74. The learning flag setting unit 74 sets the learning adjuster 8 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 of o 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条。この学習処理は学
習指示ユニット5o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
全結合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および学習収束判定部60に与える。そ
して、学習人力Xによりルール部全結合ニューロ100
から出力される制御出力Yを重み変更部76および学習
収束判定部60に取り込み、重み変更部76にあっては
バ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 5o and the teacher signal d that is a desirable control output for the control human power 100, and the teacher signal d is given to the weight change section 76 and the learning convergence determination section 60. Then, by learning human power X, the rule part fully connected neuron 100
The control output Y outputted from the control output Y is taken into the weight change unit 76 and the learning convergence determination unit 60, the weight change unit 76 changes the weight value according to the back propagation method, and the learning convergence determination unit 60 converts the teacher signal d. When the error in the control output Y becomes equal to or less than a specified value, it is determined that learning has ended, and the learning process is ended.
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、S
7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,
Increment the phase counter I by one in S6, and
Check the end of the learning phase at 7. Since the learning process of the present invention ends at phase 1, the series of processes ends as is.
(バックプロパゲーション法による学習原理)次に本発
明のバ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 backpropagation method) Next, the principle of learning by the backpropagation method of the present invention will be explained together with the hierarchical network.
第16図は一般的な階層型ニューラルネットワークを示
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. 16 shows a general hierarchical neural network, which is composed of a type of node called a unit and internal connections with weights.
第16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」層を示している。ここでは、中間
層としての1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22と、乗算部22の全乗算結果を加算する加算部2
4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。バックプロバゲー・ジョン法では階層ネ
ットワークの重み値W i h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θiを重み値として扱うことかできるバックプロ
パゲーション法を提案している(特願昭62−3334
84号)。In Figure 16, the h layer is the input device, and the i layer is the intermediate layer.
layer, as the output layer. Here, one layer as an intermediate layer is one layer, but it is the same even if there are a plurality of intermediate layers. As shown in FIG. 4, each unit includes a multiplier 22 that multiplies a plurality of inputs by the weight of each internal connection, and an adder 2 that adds all the multiplication results of the multiplier 22.
4, and a threshold processing section 26 that performs threshold processing on the addition result and outputs one output. The calculations performed in this unit are shown in (1) above regarding the basic unit 20 (
2) Equation becomes. In the backpropagation method, the weight value W i h and the threshold value θi of the hierarchical network are adaptively and automatically adjusted and learned using error feedback. As is clear from equations (1) and (2) above, it is necessary to adjust the weight value Wih and the threshold value θi at the same time, but this work is a difficult work that interferes with each other. Therefore, in addition to the normal unit, the applicant of this application has
By providing a unit whose output value is always 1 in the layer and assigning a threshold value θi as a weight value to the output of this unit with an output value of 1, the threshold value θi is incorporated into the weight value Wih and the threshold value θi is used as the weight value. We have proposed a backpropagation method that can handle
No. 84).
このようにすることで、前記(1)(2)式は)[p、
=Σ)’phW=h (11)y
pi=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) are converted to )[p,
=Σ)'phW=h (11)y
pi=1/(1+exp(-xp=)) (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) Equation (14) is obtained.
x、J=Σ3’piWJi (1
3))’p=−1/ (1+exp(XpJ) )
(14)但し、
j :j層のユニット番号
WJi:i−j層間の内部結合の重み値X、jei層の
各ユニットからj層の1番ユニットへの入力の積和
Ypj’p番目のパターンの入力信号に対するj層の1
番ユニットからの出力
第14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ypJと出カバターンypJのとるべき信号である教
師パターンd pjを受けると、両者の差分値
(dpJ)’pj)
を算出し、次に
δpJ=VpJ(1−ypJ) (dpJ−)’p=
) (15)を算出する。続いて、
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△W j 1(
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を
加算するのは、学習の高速化を図るためである。x, J=Σ3'piWJi (1
3))'p=-1/ (1+exp(XpJ))
(14) However, j: unit number of layer j, WJi: weight value X of internal connection between layers i-j, sum of products Ypj'p-th pattern of inputs from each unit of layer jei to the first unit of layer j 1 of layer j for the input signal of
The weight changing unit 76 in FIG. 14 outputs the input cover turn X for learning.
When receiving the output cover turn ypJ output from the output layer j when presented with the teacher pattern dpj, which is the signal that the output cover turn ypJ should take, calculate the difference value (dpJ)'pj) between the two, and then δpJ=VpJ(1-ypJ) (dpJ-)'p=
) Calculate (15). Subsequently, ε: Learning constant ζ: Momentum t: Update amount of weight values between i layer and j layer according to the number of learning times △W j 1(
1) Calculate. Here, the reason why the update amount of the weight value determined in the previous update cycle is added in the second term on the right side of the equation (16) is to speed up the learning.
続いて、重み値変更部76は前記(15)式で算出した
δ9.を用いて
δpi=3’p、(1yet) ΣδpJWJt(t
−1) (17)を算出し、次に
に従ってh層とi層の重み値の更新量△W、h(t)を
算出する。Subsequently, the weight value changing unit 76 changes δ9. calculated using the above equation (15). Using δpi=3'p, (1yet) ΣδpJWJt(t
-1) Calculate (17), and then calculate the update amount ΔW, h(t) of the weight values of the h layer and the i layer.
続いて重み変更部76は前記(16)式および(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
W==(t) =Wji(t−1)+△Wji(t)
(19)Wzh(t) = Wzh(t l
)十へW=h(t)として決定する。Next, the weight change unit 76 uses the above equation (16) and (18).
The weight value for the next update cycle is determined according to the update amount calculated using the formula W==(t) =Wji(t-1)+△Wji(t)
(19) Wzh(t) = Wzh(t l
) to 10 as W=h(t).
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y、Jが教師パターンd□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。The above learning process is repeated so that a weight value is obtained in which the output cover turn y, J for the input cover turn for learning matches the teacher pattern d□.
一方、第16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
y 、J= x p;
(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
δpj = d 9j−y pj
(21)δ2.−Σδp、w、 (t−1)
(22)と表わされる。On the other hand, if the units constituting the hierarchical network in FIG. 16 are linear units, the above formula (14) is y, J= x p;
(20). The above equations (15) and (17) in this linear function unit are δpj = d9j-y pj
(21) δ2. -Σδp, w, (t-1)
(22).
(本発明の重み学習処理)
第17図は第5図に示した本発明のルール部全結合ニュ
ーロに対しハ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. 17 is a process flow diagram of weight learning performed by the hack propagation method on the rule section fully connected 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18
図に示すように定めている。The parameters of each part in this learning process flow are the 18th
It is defined as shown in the figure.
第18図は第5図のルール部全結合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層および第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本
発明がルール部のみを学習させるものであるところから
第3層と第4層である。また、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。Figure 18 schematically shows the hierarchical structure of the rule section fully connected neuron in Figure 5, with layers 1 to 6 as shown.
It has a six-layer structure, with the first and third layers made up of sigmoid function units, and the rest made up of linear function units. Furthermore, since the present invention learns only the rule part, the learning targets are the third and fourth layers. Furthermore, the sixth layer in the final stage centroid calculation implementation unit 18 is excluded from weight learning.
ここで、ルール部全結合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、すなわち制御出力
値をy、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。す
なわち、初期状態でiカウンタはi層6にセットされて
いる。Here, the fuzzy control value output by realizing the fuzzy rule by the fully connected neuron of the rule part, that is, the control output value, is y, and the learning process is performed from the 6th layer to the 5th layer, the 4th layer, the 3rd layer, The process is performed sequentially such as the second layer and the first layer. The progress of learning for each layer is indicated by an i counter. That is, the i counter is set in the i layer 6 in the initial state.
さらに説明を簡単にするため、W i + i −1と
ΔW□1.−I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。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。To further simplify the explanation, W i + i −1 and ΔW□1. -I indicates a matrix, and the size is (number of neurons in the i-th layer) x (number of neurons in the i-1th layer). Furthermore, δi and yi represent vectors whose size is the same as the number of neurons in the i-th layer.
この第18図に示す各部のパラメータを前提に第17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. 17 will be explained based on the parameters of each part shown in FIG. 18 as follows.
まず、ステップ31(以下「ステップ」は省略して31
として記述する)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18図に示したよう
に6層構成であることから、カウンタiをi層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, step 31 (hereinafter "step" is omitted)
(described as ), initialize the counter i that sets the learning target layer. Specifically, since there is a six-layer configuration as shown in FIG. 18, the counter i is initially set in the i-layer 6. With this initial setting, the sixth layer is designated as the learning target.
次に32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314
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315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 step 32, where it is determined whether the unit is a sigmoid function unit. In this case, since it is a linear function unit, 314
The process proceeds to step 315, where it is determined whether the layer is the final layer, and since the sixth layer is the final layer, the process proceeds to step 315, where the difference value δ6 is obtained using the teacher signal d and control output y6 obtained at that time.
次に36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=OとしてS9に進み、この場合
、ΔWbs=Oであることから重み値W6.の更新は行
なわない。Next, the process proceeds to step 36, where it is determined whether the unit is to learn weights. At this time, the 6th layer is excluded from the learning target (
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. is set as ΔW65=O, and the process proceeds to S9. In this case, since ΔWbs=O, the weight value W6. will not be updated.
続いてS12に進んでカウンタi=1か否か、すなわち
全ての階層の学習が終了したか否か判定し、このときi
−6であることから513に進んでカウンタiを1つデ
クリメントしてi=5とし、S2に戻って次の第5層の
学習に進む。Next, the process proceeds to S12, where it is determined whether the counter i = 1, that is, whether learning of all layers has been completed, and at this time, i
-6, the process proceeds to step 513, where the counter i is decremented by one to set i=5, and the process returns to S2 to proceed to learning the next fifth layer.
第5層についても線形関数ユニットであることから82
から314に進むが、最終段階層でないことから516
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δ5を求める。Since the fifth layer is also a linear function unit, 82
Proceeds to 314, but since it is not the final stage layer, it goes to 516
Proceed to step 6 and calculate the difference value δ6 obtained in the learning process of the previous 6 layers.
and weight value W6. The difference value δ5 is calculated from the equation (22) and the same equation as 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層は学習対象でないから重みの更新は行なわない(
38→S9→512→513)。Next, proceed to 86 to determine whether it is a learning target,
Since the fifth layer is not the learning target, the weights are not updated (
38→S9→512→513).
以下同様に、4層の全ユニットについて処理を繰り返し
、4層の処理が終了すると3層に進む。Similarly, the process is repeated for all units in the 4th layer, and when the process for the 4th layer is completed, the process proceeds to the 3rd layer.
4層も線形関数ユニットであることからS16→S6→
S7→Sσ→S12→513によって、重み更新を行な
う。Since the 4th layer is also a linear function unit, S16→S6→
The weight is updated by S7→Sσ→S12→513.
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32からS3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36から37に進んでS5で算出した差分
値δ。Further, when processing the third layer, since a sigmoid function unit is used in the third layer, the process proceeds from 32 to S3, 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 36 to 37 and the difference value δ calculated in S5.
を使用して重み更新量ΔW3□を算出し、S9で更新す
る。The weight update amount ΔW3□ is calculated using , and updated 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
学習処理を実施しようとする(本発明では学習を行なわ
せるのは第3層と第4層のユニットのみであるので、他
の層は前記学習フラグがオフとなっているため学習は行
なわれない)。そして、第1層の最終ユニットの処理が
終了してSIOから312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
It proceeds to the first layer and performs learning processing on linear function units, and then proceeds to the first layer to perform learning processing on sigmoid function units (in the present invention, learning is performed on units in the third and fourth layers). (Since the learning flag is off for the other layers, no learning is performed.) Then, when the processing of the final unit of the first layer is completed and the process proceeds from SIO to 312, since the counter i has become i-1 at this time, it is determined that learning of all layers has been completed, and the process continues. Terminates the process.
(乱数を用いた重み初期設定)
次に、第19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。(Initial Setting of Weights 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. 19.
第19図の動作フロー図に示す学習処理にあっては、S
L、S2.S3で行なうルール部全結合ニューロの前件
部メンバシップ関数実現部10、ルール部12および後
件部メンバシップ関数実現部14に対する重み値(閾値
を含む)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34.S5.S6の処理は第2図の
第1の実施例と同じである。In the learning process shown in the operation flow diagram of FIG.
L, S2. Random numbers were used as the initial setting of weight values (including thresholds) for the antecedent membership function realization unit 10, rule unit 12, and consequent membership function realization unit 14 of the rule unit fully connected neuro in S3. It is characterized by Other 34. S5. The processing at S6 is the same as the first embodiment shown in FIG.
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なってもよい。Furthermore, if there is some knowledge that is previously held, settings may be made based on this knowledge.
ある。be.
また、上記の実施例にあっては第7.8図に示した
y=1/ (1+e−”’ ) (
23)となるメンバシップ関数を例にとるものであった
が、第20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9
6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=1/ (1−e−”に、+1) l/(1、−W
ZX−#2)と表現することができる。In addition, in the above embodiment, y=1/ (1+e-"') (
23), the unit outputs of the two sigmoid function units 94-1 and 94-2 are subtracted by the unit 9
6 to realize the sigmoid function shown in FIG. 6(b). In this case, the unit output y is y=1/(1-e-", +1) l/(1,-W
ZX-#2).
(その他)
尚、上記の具体的な実施例は第5図に示したように、2
つの制御人力XI、X2を対象としたファジィルールを
実現するルール部全結合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〔発明の効果]
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全結合ニューロのルール部のみを学
習させることで、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。(Others) The above-mentioned specific example is as shown in FIG.
In this example, a fully connected neuron in the rule section that realizes a fuzzy rule targeting two control human forces XI and X2 is taken as an example, but it goes without saying that the number of control inputs may be 1 or 3 or more as appropriate. [Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, initial settings or random numbers based on knowledge held in advance in each of the antecedent membership function realization unit, the rule unit, and the consequent membership function realization unit are By learning only the rule part of the fully connected neuron after initial setting using or a combination thereof, efficient learning is possible, and it is possible to realize fuzzy rules that can be used in any fuzzy control adaptive system. A more efficient connection weight analysis can be realized.
第1図は本発明の原理説明図、第2図は本発明学習動作
フロー図、第3図はルール部全結合ニューロの定義の説
明図、第4図は基本ユニット説明図、第5図は本発明の
ルール部全結合ニューロの実施例の具体的構成を示す図
、第6図は第5図のニューロングループおよび結線グル
ープの説明図、第7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8図は前件部のメンバシ
ップ関数説明図、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11図は本発明の重心計算実現
部の初期設定説明図、第12図は本発明のフェーズ・グ
ループ対応表およびグループ・結線対応表の設定説明図
、第13図は本発明の学習処理フロー図、第14図は本
発明による学習処理の装置構成図、第15図は第14図
の結線毎に設けた学習調整器構成図、第16図は一般的
な階層ニューラル・ネットワーク説明図、第17図は本
発明の重み学習処理フロー図、第18図は第17図の各
部のパラメータ説明図、第19図は本発明の他の実施例
を示した動作フロー図、第20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。
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、16・・・・・・入力部、18・・
・・・・重心計算実現部、20・・・・・・基本ユニッ
ト、22・・・・・・乗算部、24・・・・・・加算部
、26・・・・・・閾値処理部、28−1゜28−2.
31−1〜32−4.38−1〜38−9.40−1.
40−2・・・・・・線形関数ユニット、30−1〜3
0−2.34−1〜34−5.941 94−2・・・
・−・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、5
0・・・・・・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、5
6・・・・・・フェーズ・グループ対応テーブル、58
・・・・・・グループ・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・
・・・・・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、1
00・・・・・・ルール部全結合ニューロ。
代理人 弁理士 本 間 崇
水先朗の学習力作フロー回
第 2 図
ホ発ヌ月の前件部メレパシ・ツブg数奥堤部の、ネ刀期
設定R”月図第
図
ユニットの出カイ直
前件部メンバシップ関数説明図
第
図
水発朗)ルール韻ユニット説朗図
第
図
水発期のtに計算炙*部の初期設定説朗閘悴
11図
フニーズ:グループク寸穴表
(a)
(b)
本発明のフェーズ・グループ対人表
及びグループ・絡線対応表め設更説胴図第
グ2
図
本発明の$1処理フロー図
沸 13 図
水発期の檜の笑施稠を示した動作フロー目早
/q
図
94−/
〈
θ2
(a)
(b)
本発朗l;用いろ他のメンバシップ関数の説明目早
図Fig. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is a flowchart of the learning operation of the present invention, Fig. 3 is an explanatory diagram of the definition of the rule section fully connected neuron, Fig. 4 is an explanatory diagram of the basic unit, and Fig. 5 is an explanatory diagram of the definition of the rule section fully connected neuron. A diagram showing a specific configuration of an embodiment of the rule section fully connected neuron of the present invention, FIG. 6 is an explanatory diagram of the neuron group and connection group of FIG. 5, and FIG. 7 is an implementation of the antecedent section membership function of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram of the membership function of the antecedent part, FIG. 9 is an explanatory diagram of the rule part unit of the present invention, and FIG. 10 is an explanatory diagram of the membership function realization part of the consequent part of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of the initial settings of the center of gravity calculation implementation unit of the present invention. FIG. 12 is an explanatory diagram of the settings of the phase/group correspondence table and group/connection correspondence table of the present invention. FIG. 14 is a diagram of a learning process flowchart according to the present invention. FIG. 15 is a diagram of a learning adjuster provided for each connection in FIG. 14. FIG. 16 is a diagram of a general hierarchical neural system. 17 is a flow diagram of the weight learning process of the present invention, FIG. 18 is an explanatory diagram of parameters of each part of FIG. 17, and FIG. 19 is an operation flow diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 20 is an explanatory diagram of another membership function used in the present invention. 10...Antecedent part membership function realization part, 12
...Rule part, 14...Consequent part Membership function realization part, 16...Input part, 18...
... Center of gravity calculation realization section, 20 ... Basic unit, 22 ... Multiplication section, 24 ... Addition section, 26 ... Threshold processing section, 28-1°28-2.
31-1 to 32-4.38-1 to 38-9.40-1.
40-2...Linear function unit, 30-1 to 3
0-2.34-1 to 34-5.941 94-2...
... Sigmoid function unit, 40 ... Center of gravity determining element output device, 42 ... Center of gravity calculation device, 5
0...Learning instruction unit, 52...Learning scheduler, 54...Learning signal storage unit, 5
6... Phase group correspondence table, 58
...Group phase correspondence table, 60.
...Learning convergence determination unit, 70...Learning unit, 72...Learning instruction reading unit, 74...
. . . Learning flag setting section, 76 . . . Weight changing section,
80... Learning adjuster, 82... Flag storage unit, 84... Weight change information reading unit, 86...
... Weight change amount adjustment section, 88 ... Weight calculation section, 90 ... Weight storage section, 92 ...
Weight change amount storage unit, 96...Subtraction unit, 1
00...Rule part fully connected neuro. Agent Patent Attorney Sakimi Honma's learning masterpiece flow episode 2 The antecedent part of the month from Figure E, Merepashi, Tsubu G number, back bank part, the sword period setting R'' Just before the exit of the month figure unit Part membership function explanatory diagram (Figure 1) Rule rhyme unit explanation (Figure 1) Calculate the t of the unit (Figure 1) ) Phase/group interpersonal table and group/connection correspondence table of the present invention. Flow chart/q Figure 94-/ 〈 θ2 (a) (b) Quick explanation of other membership functions to use
Claims (5)
出力する基本ユニットを複数設けることにより構成され
る前件部メンバシップ関数実現部(10)と、 前段の処理層の出力する演算結果値と該演算結果値に対
応付けられる内部結合の重み値との乗算値を入力として
、割り付けられる演算に従って演算結果値を算出して出
力する少なくとも一つの基本ユニットにより構成される
処理層を1段または複数段備え、かつ、隣接する前後段
の処理層の基本ユニットの間と、最前段の処理層の基本
ユニットと上記前件部メンバシップ関数実現部(10)
の基本ユニットとの間で相互に内部結合する構成を採る
ことにより構成されるルール部(12)と、該ルール部
(12)の最後段の処理層の対応する基本ユニットの出
力する演算結果値を入力として、出力信号のメンバーシ
ップ関数値に応じて導出される出力信号値を算出して出
力する少なくとも一つの基本ユニットにより構成される
後件部メンバシップ関数実現部(14)とより成る階層
ネットワークを有し、入力される制御状態量(X_1〜
X_n)に対応する制御操作量(Y_1〜Y_m)を出
力するルール部全結合ニューロにおいて、 前記前件部メンバシップ関数実現部(10)、ルール部
(12)、および後件部メンバシップ関数実現部(14
)の各々に重みおよび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ルール部の重
みを学習させる第2過程と、 を備えたことを特徴とするルール部全結合ニューロの学
習方法。1. An antecedent membership function realization unit (10) configured by providing a plurality of basic units that calculate and output membership function values of input signals, and calculation result values output from the preceding processing layer and the calculations. Equipped with one or more processing layers consisting of at least one basic unit that calculates and outputs a calculation result value according to the assigned operation, using as input the multiplication value of the weight value of the internal connection associated with the result value. , and between the basic units of the adjacent processing layers, the basic unit of the first processing layer, and the antecedent membership function realization unit (10).
A rule section (12) configured by adopting a configuration in which the basic units are mutually connected internally, and a calculation result value output by the corresponding basic unit of the last processing layer of the rule section (12). a hierarchy consisting of a consequent membership function realization unit (14) constituted by at least one basic unit that calculates and outputs an output signal value derived according to the membership function value of the output signal with input as input; It has a network and input control state quantity (X_1~
In the rule part fully connected neuron that outputs the control operation amount (Y_1 to Y_m) corresponding to Part (14
), and a second step of learning the weights of the rule section using training data prepared in advance. How to learn connective neurons.
よび後件部メンバシップ関数実現部の重みおよび閾値の
初期値の設定は、予め持っている知識に基づいて作成さ
れた重みおよび閾値の初期値を設定することにより行な
い、ルール部の重みおよび閾値は乱数を用いて設定する
ことを特徴とする請求項1記載のルール部全結合ニュー
ロの学習方法。2. The initial values of the weights and thresholds of the antecedent membership function realization unit and the consequent membership function realization unit of the first process are set using initial values of weights and thresholds created based on knowledge held in advance. 2. The learning method of a fully connected rule part neuron according to claim 1, wherein the learning method is performed by setting the rule part, and the weight and threshold value of the rule part are set using random numbers.
、乱数を用いて作成された初期値を設定することを特徴
とする請求項1記載のルール部全結合ニューロの学習方
法。3. 2. The method for learning a fully connected rule part neuron according to claim 1, wherein initial values of the weights and thresholds in the first step are set using random numbers.
、予め持っている知識で設定可能な重みおよび閾値は該
知識で初期設定し、その他は乱数を用いて重みおよび閾
値の初期値を設定することを特徴とする請求項1記載の
ルール部全結合ニューロの学習方法。4. In setting the initial values of the weights and thresholds in the first process, the weights and thresholds that can be set using prior knowledge are initialized using this knowledge, and the initial values of the other weights and thresholds are set using random numbers. 2. The method of learning rule part fully connected neurons according to claim 1.
(12)の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記載のルール部全結合ニューロの学
習方法。5. At the start of learning in the second step, a learning flag is set for each connection of the hierarchical network in the rule section (12) to determine whether or not learning is to be performed, and a weight value is determined by a learning process based on the learning flag set for the connection. 2. The method of learning a fully connected rule part neuron according to claim 1, wherein the learning method comprises optimizing the rule part fully connected neuron.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174606A JPH0464132A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Learning method for neural unit with fully coupled rule part |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2174606A JPH0464132A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Learning method for neural unit with fully coupled rule part |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0464132A true JPH0464132A (en) | 1992-02-28 |
Family
ID=15981524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2174606A Pending JPH0464132A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Learning method for neural unit with fully coupled rule part |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0464132A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11418219B2 (en) | 2020-01-30 | 2022-08-16 | Kioxia Corporation | Learning device |
-
1990
- 1990-07-03 JP JP2174606A patent/JPH0464132A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11418219B2 (en) | 2020-01-30 | 2022-08-16 | Kioxia Corporation | Learning device |
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