JPH0464183A - Weighted majority decision device by neural network and its manufacture - Google Patents
Weighted majority decision device by neural network and its manufactureInfo
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- JPH0464183A JPH0464183A JP2175694A JP17569490A JPH0464183A JP H0464183 A JPH0464183 A JP H0464183A JP 2175694 A JP2175694 A JP 2175694A JP 17569490 A JP17569490 A JP 17569490A JP H0464183 A JPH0464183 A JP H0464183A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔目次〕
概要
産業上の利用分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段(第1図)
作用
実施例(第2図〜第7図)
発明の効果
〔概要〕
ニューラル・ネットワークによる重み付き多数決装置及
びその製造方法に関し、
複数の入力に対して、その重み値がわかってし)ない場
合でも、重み付き多数決演算ができる装置の提供を目的
とし、
前段層からの入力を中間層に送出して演算を行うネット
ワーク構成データ処理装置におし1て、ニューロ・ユニ
ットで構成される複数の中間層ユニットと、前段層ユニ
ットの出力と、中間層ユニ・ノドの出力にもとづき割算
処理を行う前段割算部と、前段割算部の出力と、中間層
ユニットの出力Gこもとづき割算処理を行う後段割算部
を設け、前段層ユニットの出力を前記中間層ユニットと
前段割算部に伝達し、前記中間層ユニットの出力は重み
付けされて前記前段割算部と後段割算部に伝達され、複
数の入力信号に対して重み付き多数決演算を行うように
構成する。[Detailed description of the invention] [Table of contents] Overview Industrial field of application Conventional technology Problems to be solved by the invention Means for solving the problems (Fig. 1) Working examples (Figs. 2 to 7) Effects of the invention [Summary] Regarding a weighted majority voting device using a neural network and a method for manufacturing the same, the purpose of the present invention is to provide a device that can perform weighted majority voting calculations even when the weight values of multiple inputs are not known. A network-configured data processing device that sends input from the previous layer to the middle layer and performs calculations has a plurality of middle layer units composed of neuro units, the output of the first layer unit, and the middle layer. There is a front-stage division section that performs division processing based on the output of the layer unit node, and a rear-stage division section that performs division processing based on the output of the front-stage division section and the output of the middle layer unit. The output of the intermediate layer unit is transmitted to the intermediate layer unit and the preceding division section, and the output of the intermediate layer unit is weighted and transmitted to the preceding division section and the subsequent division section, and a weighted majority decision is performed on a plurality of input signals. Configure to perform calculations.
また前段割算部と後段割算部を個別に構成し、これらを
前段層ユニットと中間層ユニ・ントに接続し、この装置
を製造する。Further, the device is manufactured by separately constructing the front-stage division section and the rear-stage division section, and connecting these to the front-stage unit and the intermediate-layer unit.
本発明はニューラル・ネットワークによる重み付き多数
決回路に関する。The present invention relates to a weighted majority voting circuit using a neural network.
近年、プラントなど多入力、多出力系の制御にIF−T
HEN型ルールに基づくエキスパートシステムやファジ
ィシステムを適用する例が出ている。In recent years, IF-T has been used to control multi-input, multi-output systems such as plants.
There are examples of applying expert systems and fuzzy systems based on HEN-type rules.
特にプラント制御では、入力変数間の重み付け(重要度
)が大切であり、それを基にして作った制御規則による
制御が行われている。本発明は、このような制御システ
ムの構築に必要な重み付き多数決回路をニューラル・ネ
・ントワークを使用して行うものである。Particularly in plant control, the weighting (level of importance) between input variables is important, and control is performed based on control rules created based on this. The present invention uses a neural network to implement a weighted majority circuit necessary for constructing such a control system.
プラント制御システムを構築するとき、通常はIF−T
HENルールで構築する。例えば圧力がどのような状態
のとき、どのような操作を行うとか、温度がどのような
状態のとき、どのような操作を行うべきかというような
ことを決定することが必要となる。プラントの種類にも
よるが、例えば圧力とか、温度といっても圧力も複数個
所のチエツクポイントがあり、温度もこれまた複数個所
のチエツクポイントがあるので、これらの変数は数10
個を超えるようなときもある。When building a plant control system, IF-T is usually
Constructed using HEN rules. For example, it is necessary to determine what kind of operation should be performed under what pressure and temperature conditions. Depending on the type of plant, for example, there are multiple checkpoints for pressure and temperature, and there are also multiple checkpoints for temperature, so there are dozens of these variables.
There are times when it exceeds the individual.
したがって各変数間の重み付けが大切であるが、このよ
うなプラント制御システムを構築するとき、現場のオペ
レータに間合わせ、各変数の状態に応じてどのような処
理を行っているのか具体的に解析することが必要である
。Therefore, it is important to weight each variable, but when constructing a plant control system like this, it is necessary to specifically analyze what processing is being performed depending on the state of each variable in time with the on-site operator. It is necessary to.
しかし、変数に応じて重要度が異なるので、各変数の状
態に応じ、どの変数に重点をおいて操作を行っていたの
かということは、経験的な要素が多く、多数の変数の重
みを具体的にオペレータから答を得ることは不可能であ
る。しかもそれを聞き取る方でもこれらの複数の変数間
の重要度を矛盾なく正確に理解することが困難であった
。However, since the degree of importance differs depending on the variable, determining which variable to focus on in operations depends on the state of each variable. It is impossible to get an answer from the operator. Moreover, it was difficult for even the listeners to accurately and consistently understand the importance of these multiple variables.
例えばプラント制御システムを構築する場合、対象プロ
セスに関する知識が全く無いか、あるいはあったとして
も非常に乏しい時は制御ルールの決定にあたって試行錯
誤的方法に転らざるを得す、効率よくその設計を行うこ
とが不可能であった。For example, when building a plant control system, if you have no knowledge of the target process, or if you have very little knowledge, you will have to resort to a trial-and-error approach to determining control rules, making it difficult to efficiently design the system. It was impossible to do.
しかもこのようにして決定した制御ルールでは、システ
ム稼動後のチューニング作業つまり入力変数間の重みの
調整に非常な手間をかけることが必要となる。Moreover, the control rules determined in this way require a great deal of effort in tuning work after the system is in operation, that is, adjusting the weights between input variables.
したがって本発明は、これらの問題点を解決し、プラン
ト制御の如き、入力変数間の関係即ち、重み付けをニュ
ーラル・ネットワークを使用して学習により行うことを
可能にし、この重み付は多数決を実現することを目的と
する。Therefore, the present invention solves these problems and makes it possible to use a neural network to learn the relationship between input variables, such as in plant control, that is, weighting, and this weighting realizes majority voting. The purpose is to
前記目的を達成するため、本発明では、第1図に示す如
く、割算部1.2.3・・−n及び5と、ニューロ・ユ
ニット6−1〜6−n、7−1〜7nでニューラル・ネ
ットワークを構成し、重み付は多数決回路を得るもので
ある。In order to achieve the above object, in the present invention, as shown in FIG. A neural network is constructed, and weighting is used to obtain a majority voting circuit.
入力部であるニューロ・ユニット6−1は入力信号X1
をそのまま中間層のニューロ・ユニット7−1及び割算
部1の入力部であるニューロ・ユニッl−1−2に出力
スル。ニューロ・ユニ・ット71ではこの入力信号X1
に重みWlを乗じたXIWIをそれぞれ割算部lの入力
部であるニューロ・ユニット1−1及び、割算部5の入
力部であるニューロ・ユニット5−1に出力する。Neuro unit 6-1, which is an input section, receives input signal X1
is directly output to the neuro unit 7-1 of the intermediate layer and the neuro unit l-1-2 which is the input section of the division section 1. In the neuro unit 71, this input signal
XIWI multiplied by the weight Wl is output to the neuro unit 1-1, which is the input part of the divider l, and the neuro unit 5-1, which is the input part of the divider 5, respectively.
同様に、入力部であるニューロ・ユニット62.6−3
−6− nは、それぞれ入力信号X2、X 3−X n
をそれぞれ出力する。そして中間層のニューロ・ユニッ
ト7−2.7−3−4− nは入力信号X2、X s−
X nにそれぞれ重みWn、W3−Wnを乗じたX2W
2、X 3 W 3−X n W nを出力する。Similarly, the input unit neuro unit 62.6-3
-6-n are input signals X2, X3-Xn, respectively
Output each. And the middle layer neuro unit 7-2.7-3-4-n receives input signals X2, Xs-
X2W, which is Xn multiplied by weight Wn and W3-Wn, respectively
2, output X 3 W 3-X n W n.
割算部lは入力部のニューロ・ユニットi−tの入力信
号を同じくニューロ・ユニット1−2の入力信号で割算
した値を出力部のニューロ・ユニット1−3から出力す
るものであり、前記の場合にはXIWI:X1=W1か
出力される。The divider l divides the input signal of the neuro unit it of the input part by the input signal of the neuro unit 1-2 and outputs the value from the neuro unit 1-3 of the output part, In the above case, XIWI:X1=W1 is output.
同様に割算部2.3−・−nは、入力部のニューロ・ユ
ニット2−1.3−1−n −1の入力信号を同じくニ
ューロ・ユニット2−2.3−2−n −2の入力信号
で割算した値を出力部のニューロ・ユニット2−3.3
−3・・−n−3から出力するものであり、前記の場合
には、それぞれWnI、Ws−−−Wnが出力される。Similarly, the dividing sections 2.3-...-n divide the input signal of the neuro unit 2-1.3-1-n-1 of the input section into the neuro-unit 2-2.3-2-n-2. The value divided by the input signal of is output to the neuro unit 2-3.3 of the output section.
-3...-n-3, and in the above case, WnI and Ws---Wn are output, respectively.
割算部5は割算部工、2.3−nと同様に構成されるが
、入力部のニューロ・ユニット5−1には前記中間層の
ニューロ・ユニット7−1.7−2.7−3−4−nか
らの出力信号X I W 1、XtWa、X3W3−・
X n W nが伝達されてこれらの和が入力信号とな
る。そして入力部のニューロ・ユニット5−2には前記
各割算部1〜nの出力部のニューロ・ユニット1−3.
2−3.3−3n−3からの出力信号W1、Wn、W
3−W nが伝達されてこれらの和が入力信号となる。The division section 5 is constructed in the same manner as the division section 2.3-n, but the neuro unit 5-1 of the input section is provided with the neuro unit 7-1.7-2.7 of the intermediate layer. -3-4-n output signal X I W 1, XtWa, X3W3-・
X n W n are transmitted and their sum becomes the input signal. The neuro unit 5-2 as an input section has the neuro unit 1-3 as an output section of each of the division sections 1 to n.
2-3. Output signals W1, Wn, W from 3-3n-3
3-W n are transmitted and their sum becomes the input signal.
割算部1.2.3−n及び割算部5を、それぞれ入力x
、yに対し出力Zを2=□になる、割算演算を行うもの
で構成しておき、中間層のニューロ・ユニット7−1.
7−2.7− :3−7−nからはそれぞれ重みW 1
、Wn、W3−Wnを乗じた信号が出力される。Divider 1.2.3-n and divider 5 are input x
, y is configured to perform a division operation such that the output Z becomes 2=□, and the middle layer neuro unit 7-1.
7-2.7-: From 3-7-n, each weight W 1
, Wn, and a signal multiplied by W3-Wn is output.
従って入力部のニューロ・ユニット6−1.62.6−
3・・・6−nにそれぞれ入力信号XI、X!、X5−
Xnが入力されるとき、これらの入力信号はそのまま中
間層と割算部に第1図に示す如く入力され、中間層のニ
ューロ・ユニット7−1.7−2、? −3−・・1−
nからはそれぞれXIWl、XaW2、X ’3 W
3−X nWnが出力され、第1図に示す如く、割算
部1.2.3−n及び割算部5に入力される。Therefore, the neuro unit 6-1.62.6- of the input section
3...6-n are input signals XI, X!, respectively. ,X5-
When Xn is input, these input signals are directly input to the middle layer and the division section as shown in FIG. 1, and the middle layer neuro units 7-1, 7-2, ? -3-...1-
From n, respectively, XIWl, XaW2, X '3 W
3-X nWn is output and input to the divider 1.2.3-n and the divider 5 as shown in FIG.
したがって、割算部1ではX IWI÷X 1 =W1
が演算されて出力され、同様に割算部2.3nからWn
、W s−W nが出力される。Therefore, in the divider 1, X IWI÷X 1 = W1
is calculated and output, and similarly from the dividing unit 2.3n to Wn
, Ws-Wn are output.
これらにより割算部5の入力部のニューロ・ユニット5
−1には(XtW++XxWs+X5W3−+ X n
W n )が入力演算され、同じくニューロ・ユニッ
ト5−2には(W s + W 2 + W 3−+W
n )が入力演算される。それ故、割算部5では、こ
れらの割算が行われ、出力部のニューロ・ユニット5−
3より下記の出力信号Zが出力される。With these, the neuro unit 5 of the input section of the division section 5
-1 has (XtW++XxWs+X5W3-+ X n
W n ) is input and calculated, and the neuro unit 5-2 also receives (W s + W 2 + W 3-+W
n ) is input and calculated. Therefore, in the division section 5, these divisions are performed, and the neuro unit 5-
3 outputs the following output signal Z.
X s +X 2 +X 3−4Xnこのようにし
て加重平均すなわち重み付き多数決演算を行うことがで
きる。X s +X 2 +X 3-4Xn In this way, a weighted average, that is, a weighted majority calculation can be performed.
なお、割算部1.2.3−n及び割算部5は、ニューロ
で構成しても、他の演算手段で構成してもよく、あらか
じめx/yの割算が可能になるもので構成しておく。Note that the division section 1.2.3-n and the division section 5 may be constructed of neuron or other calculation means, and are capable of dividing x/y in advance. Configure it.
そして、後述するように、複数の入力X1、X2、X3
−とその教師信号りにより学習することによりその重み
付けが可能になるので、重み付き多数決をニューラル・
ネットワークで実現することができ、しかもニューラル
・ネットワークの学習により入力変数X1、X2、X3
〜Xn間の関係即ち重み付けが可能になる。、
〔実施例〕
本発明の一実施例を第2図〜第7図にもとづき説明する
。Then, as described later, multiple inputs X1, X2, X3
− and its teacher signal, it becomes possible to weight it by learning it, so weighted majority voting can be done by neural
It can be realized by a network, and by learning the neural network, the input variables X1, X2, X3
.about.Xn, or weighting becomes possible. , [Example] An example of the present invention will be described based on FIGS. 2 to 7.
第2図は本発明の一実施例構成図、第3図はその割算部
の構成図、第4図は学習状態説明図、第5図はニューロ
・ユニットの基本的構成図、第6図はニューロ・システ
ムにおける階層ネットワークの基本構成図、第7図は一
般的なニューロ・システムを示すもので(A)はニュー
ロ・ユニットの一例、(B)は階層ネットワークの1例
を示す。Fig. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a block diagram of its division section, Fig. 4 is a diagram explaining the learning state, Fig. 5 is a basic block diagram of the neuro unit, and Fig. 6 is a block diagram of an embodiment of the present invention. 7 is a basic configuration diagram of a hierarchical network in a neuro system, and FIG. 7 shows a general neuro system, with (A) showing an example of a neuro unit and (B) showing an example of a hierarchical network.
まず、本発明を詳述するに先立ち、第5図により本発明
を構成するニューロ・ユニットについて説明する。First, before describing the present invention in detail, the neuro unit constituting the present invention will be explained with reference to FIG.
第5図において、21はニューロ、ユニット、22は複
数の入力(図示の場合は入力X1〜X5の5人力の場合
を示す)に対し夫々の内部結合の重み値(Wl、W2〜
W s )を乗算する乗算部22−1〜22−5を具備
する乗算処理部、23は乗算処理部22から出力される
全乗算結果X1・W1〜X5・Wsを加算する累算処理
部、24は前記累算処理部23の累算値に例えばS字形
関数(シグモイド関数)を使用して非線型の闇値処理を
行う闇値処理部である。勿論、用途に応じて前記S字形
関数の代わりに他の関数、例えばf (X)=Xの恒等
関数を使用することができる。In FIG. 5, 21 is a neuron unit, and 22 is a weight value of each internal connection (Wl, W2 to
23 is an accumulation processing section that adds all the multiplication results X1.W1 to X5.Ws output from the multiplication processing section 22; Reference numeral 24 denotes a dark value processing section that performs nonlinear dark value processing on the accumulated value of the accumulation processing section 23 using, for example, an S-shaped function (sigmoid function). Of course, other functions, such as the identity function of f (X)=X, can be used instead of the S-shaped function, depending on the application.
このニューロ・ユニット21で行われる演算を数式で示
すと以下のようになる。The calculations performed by this neuro unit 21 are expressed as follows.
加算部23の出力Y、は、入力信号をXl、X2X5と
すれば、
Y=(X 1−Wl +X2 ・W2+−+X s −
Ws)=Σ Xl−Wi
(なお、第5図の例は、n=5である。)閾値処理部2
4の出力Zは、闇値をθとするとき、
前記各式においてWiとθは可変である。If the input signals are Xl and X2X5, then the output Y of the adder 23 is as follows: Y=(X1-Wl +X2 ・W2+-+Xs-
Ws)=ΣXl-Wi (In the example of FIG. 5, n=5.) Threshold processing unit 2
When the darkness value is θ, Wi and θ are variable in each of the above equations.
なお、ニューロ・ユニット21は、第7図(A)に示す
如く、具体的に構成されている。第7図(A)において
、22aは乗算型D/Aコンバータ、23は累算処理部
であってアナログ加算器23a及びサンプルホールド回
路23bを具備するもの、24は閾値処理部、25は出
力保持部、26は出カスインチ部、27は入カスインチ
部、28は重み保持部、29は制御回路である。そして
第7図(A)において、第5図と同−記号部は同一部分
をしめす。Note that the neuro unit 21 is specifically configured as shown in FIG. 7(A). In FIG. 7(A), 22a is a multiplication type D/A converter, 23 is an accumulation processing section that includes an analog adder 23a and a sample hold circuit 23b, 24 is a threshold processing section, and 25 is an output holding section. 26 is an output inch part, 27 is an input inch part, 28 is a weight holding part, and 29 is a control circuit. In FIG. 7(A), the same part as in FIG. 5 indicates the same part.
入力スイッチ部27は入力信号Xs、X2、X3−・−
が順次入力されるものであり、この入力タイミングに同
期してオン制御される。そしてこの入力タイミングに応
じて重み信号w1、w2、w3−が伝達されるが、この
とき制御回路29より重み入力制御信号が順次レシーバ
に出力され、レシーバを経由してこの重み信号W s
、W 2、W 3−を重み保持部28に順次送出する。The input switch section 27 receives input signals Xs, X2, X3--
are inputted sequentially, and turned on is controlled in synchronization with this input timing. Then, weight signals w1, w2, w3- are transmitted according to this input timing, but at this time, the weight input control signals are sequentially output from the control circuit 29 to the receiver, and this weight signal W s
, W 2 and W 3- are sequentially sent to the weight holding unit 28.
このようにして乗算型D/Aコンバータ22aにおいて
、XIWl、X 2 W 2、X3W3・−が順次演算
される。In this way, in the multiplication type D/A converter 22a, XIWl, X2W2, X3W3.- are sequentially calculated.
累算処理部23は、初めのサンプルホールド回路23b
は零にクリアされているので、前記XIW1とこの零が
アナログ加算器23aにて加算され、得られたX s
W 1が保持される。次にX2W2が入力されるとき、
アナログ加算器23aはサンプルホールド回路23bに
保持されたX I W 1とこのX 2 W 2を加算
して、得られた(XIWI+ X 2 W 2 )をサ
ンプルホールド回路23bに保持する。このようにして
累算値Y=(XsWx+X 2 W 2 + X s
W 3……)が演算される。The accumulation processing section 23 includes an initial sample hold circuit 23b.
has been cleared to zero, so XIW1 and this zero are added in the analog adder 23a, and the obtained X s
W 1 is retained. Next time X2W2 is input,
The analog adder 23a adds this X 2 W 2 to X I W 1 held in the sample and hold circuit 23b, and holds the obtained (XIWI+X 2 W 2 ) in the sample and hold circuit 23b. In this way, the accumulated value Y=(XsWx+X 2 W 2 + X s
W3...) is calculated.
このようにして、累算処理部23における累算処理が終
了したとき、制御回路29は変換制御信号を出力し、次
いで出力制御信号を出力する。これに応じて前記累算値
Yが閾値処理部24が閾値処理を行い、得られた出力Z
を出力保持部25で一時的に保持し、出力スイッチ26
がオンに制御されることによりこの出力Zが出力される
。In this manner, when the accumulation processing in the accumulation processing section 23 is completed, the control circuit 29 outputs a conversion control signal, and then outputs an output control signal. In response to this, the threshold processing unit 24 performs threshold processing on the accumulated value Y, and the obtained output Z
is temporarily held by the output holding unit 25, and the output switch 26
This output Z is output by being controlled to be turned on.
ニューロ・コンピュータでは、前記の如きニューロ・ユ
ニット21を使用して、第6図に示す如き階層ネットワ
ークによる並列分散処理を行うものである。The neurocomputer uses the above neuron unit 21 to perform parallel and distributed processing using a hierarchical network as shown in FIG.
第6図において、入力層を構成する複数のニューロ・ユ
ニット21hは入力信号に対し重み付けや閾値処理を行
うことなく、そのままこれを中間層を構成する複数のニ
ューロ・ユニット211に分配出力するものである。In FIG. 6, a plurality of neuro units 21h constituting an input layer directly distribute and output the input signals to a plurality of neuro units 211 constituting an intermediate layer without performing weighting or threshold processing on the input signals. be.
中間層を構成するニューロ・ユニノ)21iはこれらの
入力信号に対し重み付けして累算入力し、これを闇値処
理して出力するものである。NeuroUnino 21i, which constitutes the intermediate layer, weights and accumulates these input signals, subjects them to dark value processing, and outputs them.
出力層を構成するニューロ・ユニット21jは、中間層
と同様に、各入力信号に対し重み付けして累算入力し、
これを閾値処理して出方するものである。Similarly to the intermediate layer, the neuro unit 21j constituting the output layer weights and accumulates each input signal, and
This is then subjected to threshold processing.
そして中間層iを前段として、出方層jを後段層とする
と、iNi番目のニューロ・ユニ・ノドの累算処理部で
は下記の(11式の演算を実行し、また闇値処理部では
下記(2)弐の闇値演算処理が実行するよう処理する。Then, assuming that the intermediate layer i is the first stage and the output layer j is the second stage, the accumulation processing section of the iNi-th neuro-uni-node executes the calculation of equation 11 below, and the dark value processing section executes the following calculation. (2) Process so that the second dark value calculation process is executed.
Ypi=ΣXph Wih −1f)Zpi=1/(
1+exp(ypi+θi) −(21但し、
h Sh層(入力層)のユニ、ト番号
p :入力信号のパターン番号
0181層(中間層)の1番ユニットの闇値Wih:h
−iiii間の内部結合の重み値Xph:p番目のパタ
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
第6図に示す階層ネットワークは、例えば第7図(B)
に示す如く、具体的に構成されている。Ypi=ΣXph Wih -1f)Zpi=1/(
1 + exp (ypi + θi) - (21, however, h Unit, To number of Sh layer (input layer) p: Input signal pattern number 018 Darkness value of the 1st unit of the 1st layer (intermediate layer) Wih: h
Weight value Xph of internal connection between
It is specifically constructed as shown in the figure.
第7図(B)において、70はアナログバスであって、
入力層を構成するニューロ・ニー:y)21h、中間層
を構成するニューロ・ユニット21i、出力層を構成す
るニューロ・ユニット21j等を、第7図(B)に示す
如く、接続するもの、71は前記重み保持部28に重み
値を与える重み出力回路、72は入力層を構成するニュ
ーロ・ユニット21hに対する入力信号を保持する久方
信号保持回路、73はデータ転送の制御信号である同期
制御信号を伝送する同期制御信号線、74は階層ネット
ワークを総合的に制御する主制御部である。In FIG. 7(B), 70 is an analog bus,
As shown in FIG. 7(B), a device 71 connects the neuro knee y) 21h that makes up the input layer, the neuro unit 21i that makes up the intermediate layer, the neuro unit 21j that makes up the output layer, etc., as shown in FIG. 7(B). 72 is a signal holding circuit that holds an input signal to the neuro unit 21h constituting the input layer; 73 is a synchronization control signal that is a control signal for data transfer; A synchronous control signal line 74 for transmitting the data is a main control unit that comprehensively controls the hierarchical network.
なお、入力層のニューロ・ユニソl−21hの重み値は
、前記の如く1のため、これらのニューロ・ユニット2
1hの重み出力回路71にはいずれも数値1が記入され
ている。Note that the weight value of the neuro unit 21h in the input layer is 1 as described above, so these neuro unit 2
A numerical value 1 is written in each of the weight output circuits 71 of 1h.
ところで、第6図に示す如き、階層ネットワーク構成の
データ処理装置では、データ変換機能を規定するところ
の階層ネットワーク構造の重み値等を学習処理により求
めることが必要である。そしてこの学習処理のアルゴリ
ズムとして、バンク・プロパゲーション法がその実用性
の高さから注目されている。このバンク・プロパゲーシ
ョン法は、階層ネットワークの重み値と闇値を、誤差の
フィードバックにより調節することにより学習するもの
である。Incidentally, in a data processing apparatus having a hierarchical network configuration as shown in FIG. 6, it is necessary to obtain weight values and the like of the hierarchical network structure that define the data conversion function through a learning process. As an algorithm for this learning process, the bank propagation method is attracting attention due to its high practicality. This bank propagation method learns by adjusting the weight values and shadow values of a hierarchical network using error feedback.
例えば、第1の数値の入力信号(Xi、X 2 ……)
を入力してこのときの出力層のニューロ・ユニット21
jの各出力(Zt、Z 2……)を減算ユニット30に
より数値の教師信号(Dt、D 21.)と比較してそ
の誤差Δdl−(Dl−Zl)、Δd2= (D2−2
2)−・−を求める。For example, the first numerical input signal (Xi, X 2 ...)
The neuro unit 21 of the output layer at this time
Each output (Zt, Z2...) of j is compared with the numerical teacher signal (Dt, D21.) by the subtraction unit 30, and its error Δdl-(Dl-Zl), Δd2=(D2-2
2) Find −・−.
そしてまず出力層の各ニューロ・・ユニット21jの闇
値、重み値WjiをΔdl、Δd2−が小さくなるよう
に調整し、次に中間層のニューロ・ユニット21iの闇
値、重み値Wjhを同様に調整する。First, the dark value and weight value Wji of each neuro unit 21j in the output layer are adjusted so that Δdl and Δd2- are small, and then the dark value and weight value Wjh of the neuro unit 21i in the middle layer are similarly adjusted. adjust.
それから第2の数値の入力信号(X、’、X2)を入力
してこのときの出力層のニューロ・ユニット21hの各
出力(Z、′、Zz”−”)を減算ユニット30により
、これまた数値の教師信号(D、D2′−・・)と比較
してその誤差Δd、’=(D−z+’……)、Δdz’
= (Dz’ Zz’) −を求める。そして出力
層のニューロ・ユニット21jの閾値、重み値を同様に
調整し、次に中間層のニューロ・ユニット21iの闇値
、重み値を調整する。これを複数の入力信号と教師信号
にもとづき行い、学習することになる。Then, the second numerical input signal (X,', Compared with the numerical teacher signal (D, D2'-...), its error Δd,'=(D-z+'...), Δdz'
Find = (Dz'Zz') -. Then, the threshold value and weight value of the neuro unit 21j in the output layer are adjusted in the same manner, and then the darkness value and weight value of the neuro unit 21i in the intermediate layer are adjusted. This is done based on a plurality of input signals and a teacher signal, and learning is performed.
第2図に示す本発明の一実施例に対しても、当然のこと
ながらこのような学習が必要である。ところで第2図に
示す如く、本発明では割算部1.2.3.4及び5を具
備している。したがって、これら割算部1〜5をユニッ
トとして構成し、割算部としての重み付け、闇値の調整
つまりチューニング済みのものを用いて第2図に示す如
き回路を構成すれば、これについてのチューニング部分
はニューロ・ユニット7−1.7−2.7−3.7−4
のみであり、学習が非常に容易なものとなる。Naturally, such learning is necessary for the embodiment of the present invention shown in FIG. By the way, as shown in FIG. 2, the present invention includes dividing sections 1, 2, 3, 4 and 5. Therefore, if these dividers 1 to 5 are configured as a unit, and a circuit as shown in FIG. Part is neuro unit 7-1.7-2.7-3.7-4
This makes learning very easy.
この割算部の構成を、第2図に示す割算部1を例として
、第3図にもとづき説明する。The configuration of this dividing section will be explained based on FIG. 3, taking the dividing section 1 shown in FIG. 2 as an example.
割算部は、第3図(A)に示す如く、入力層のニューロ
・ユニット1−1.1−2と、中間層のニューロ・ユニ
ットI−4,1−51i力層のニューロ・ユニット1−
3で構成されている。各ニューロ・ユニットは、第5図
、第7図(A)に例示する如(構成されているが、入力
層のニューロ・ユニットは、入力値がそのまま出力され
、重み値が数値1である。As shown in FIG. 3(A), the division section includes neuro units 1-1, 1-2 in the input layer, neuro units I-4 and 1-51 in the intermediate layer, and neuro units 1 in the force layer. −
It consists of 3. Each neuro unit is configured as illustrated in FIGS. 5 and 7(A), but the input layer neuro unit outputs the input value as it is, and the weight value is 1.
ところで割算部のニューロ・ユニットの学習は、第3図
(A)に示す如く、減算部10を使用し、次のようにし
て行われる。学習に使用したデータとして、例えば第3
図(B)に示すものを使用した。x、yはそれぞれ入力
値であり、Dは教師信号である。By the way, the learning of the neuro unit of the division section is performed in the following manner using the subtraction section 10 as shown in FIG. 3(A). As data used for learning, for example, the third
The material shown in Figure (B) was used. x and y are input values, and D is a teacher signal.
まずパターン1としてx =0.500y=1.ooo
D =0.500
を使用する。Xは入力部のニューロ・ユニット1−1に
入力し、yは入力部のニューロ・ユニット1−2に入力
する。そして教師信号は減算部10に入力され、また減
算器10には出力部のニューロ・ユニット1−3の出力
信号Zが入力され、減算部10からZとDとの差に応じ
た誤差信号、例えば(Z−D)”が出力される。First, as pattern 1, x = 0.500y = 1. Use ooo D =0.500. X is input to the neuro unit 1-1 of the input section, and y is input to the neuro unit 1-2 of the input section. The teacher signal is input to the subtractor 10, and the output signal Z of the neuro unit 1-3 of the output section is input to the subtracter 10, and the subtracter 10 outputs an error signal corresponding to the difference between Z and D. For example, (Z-D)" is output.
この場合、学習は、バック・プロパゲーション法により
行われる。In this case, learning is performed by the back propagation method.
■ 前記パターン1を入力することにより減算部10よ
り前記誤差信号が出力されるが、ニューロ・ユニット1
−3における重み値WI6、W、6及び閾値QIffを
調整する。当然のことながら、前記誤差信号が小さくな
るように、これらを調整する。■ By inputting the pattern 1, the error signal is output from the subtraction unit 10, but the neuro unit 1
-3, adjust the weight values WI6, W, 6 and the threshold QIff. Naturally, these are adjusted so that the error signal becomes small.
■ ニューロ・ユニット1−3に対する前記調整に続き
、今度は同じパターン1についてニューロ・ユニット1
−4における重み値W1いW1□、闇値Q目の調整と、
ニューロ・ユニット1−5における重み値W11、W、
4、閾値Q、2の調整とが行われる。■ Following the above adjustment for neuro units 1-3, now neuro unit 1 for the same pattern 1.
Adjustment of the weight value W1 and W1□ and the dark value Q at -4,
Weight values W11, W in neuro unit 1-5,
4. Adjustment of threshold value Q, 2 is performed.
このようにして、パターン1に対し学習が行われたあと
、パターン2についての調整が、同様にして行われる。After learning is performed for pattern 1 in this manner, adjustment for pattern 2 is performed in the same manner.
以下パターン3.4−・−について調整が行われる。そ
して各パターンに対し調整が行われた後、再度パターン
1.2−・−についての調整が行われる。このようなこ
とを複数回繰り返し、Z = x / yの誤差が許容
範囲になるまでこの調整か行われる。そして許容範囲に
なったとき、割算部lが得られることになる。Adjustments are made for pattern 3.4-.- below. After adjustment is made to each pattern, adjustment is made again to patterns 1.2-.-. This adjustment is repeated several times until the error of Z = x / y falls within an acceptable range. When the allowable range is reached, the division part l is obtained.
このようにして、前記割算部2.3.4.5をそれぞれ
独立に予め構成しておく。そして、第2図に示す如く、
入力層のニューロ・ユニット61〜6−4、中間層のニ
ューロ・ユニット7−1〜7−4を組み合わせ、重み付
き多数決回路を構成する。なお、第2図の例では入力信
号がx1〜X4の4個の例を示す。In this way, the dividing sections 2.3.4.5 are configured independently in advance. And, as shown in Figure 2,
The input layer neuro units 61 to 6-4 and the intermediate layer neuro units 7-1 to 7-4 are combined to form a weighted majority voting circuit. In the example shown in FIG. 2, there are four input signals x1 to x4.
ここでニューロ・ユニット6−1〜6−4は、重み値が
数値lで、闇値処理関数としてf (X)=Xである
恒等関数を用いるので、入力値がそのまま出力される。Here, the neuro units 6-1 to 6-4 use the identity function whose weight value is the numerical value l and f (X)=X as the dark value processing function, so the input values are output as they are.
それ故、ニューロ・ユニット6−1に入力信号X1が印
加されると、ニューロ・ユニット6−1はこの入力信号
Xrをそのまま、ニューロ・ユニット7−1と割算部1
の入力部のニューロ・ユニット1−2に入力する。そし
てニューロ・ユニット6−2に入力信号X2が印加され
ると、ニューロ・ユニット6−2はこの入力信号X2を
ニューロ・ユニット7−2と割算部2の入力部のニュー
ロ・ユニット2−2に入力させる。Therefore, when the input signal X1 is applied to the neuro unit 6-1, the neuro unit 6-1 directly transmits the input signal Xr to the neuro unit 7-1 and the divider 1.
input to the neuro unit 1-2 of the input section. When the input signal X2 is applied to the neuro unit 6-2, the neuro unit 6-2 transmits the input signal X2 to the neuro unit 7-2 and the neuro unit 2-2 at the input section of the dividing section 2. input.
ニューロ・ユニット6−3.6−4について右同様であ
る。The same applies to the neuro unit 6-3 and 6-4.
またニューロ・ユニット7−1は重み値がWlであり、
闇値処理関数としてf (X)=Xである恒等関数を
用いるので、前記信号X1が入力されるとX I W
1を、それぞれ割算部1の入力部のニューロ・ユニット
1−1及び割算部5の入力部のニューロ・ユニット5−
1に入力させる。Further, the weight value of the neuro unit 7-1 is Wl,
Since the identity function f (X) = X is used as the dark value processing function, when the signal X1 is input, X I W
1 to the neuro unit 1-1 at the input section of the division section 1 and the neuro unit 5- at the input section of the division section 5, respectively.
1.
そしてニューロ・ユニット7−2は重み値がWzであり
、闇値処理関数として恒等関数を用いるので、前記信号
X2か人力されると、X2W2をそれぞれ割算部2の入
力部のニューロ・ユニット2−1及び割算部5の前記ニ
ューロ・ユニット5−1に入力させる。Since the neuro unit 7-2 has a weight value of Wz and uses an identity function as a dark value processing function, when the signal 2-1 and the neuro unit 5-1 of the division section 5.
ナオ、ニューロ・ユニソl−7−3,7−4はそれぞれ
重み値がW 3 、W 4であり、いずれも闇値処理関
数として恒等関数を用いるので、前記信号X3あるいは
X4が入力されると、X3W3を割算部3のニューロ・
ユニット3−1及び割算部5のニューロ・ユニット5−
1に入力させ、X4W4を割算部4のニューロ・ユニッ
ト4−1及び割算部5のニューロ・ユニ7ト5 1に入
力させる。The weight values of NAO and Neuro Unisol l-7-3 and 7-4 are W 3 and W 4, respectively, and both use an identity function as the dark value processing function, so the signal X3 or X4 is input. , X3W3 is divided by neuro・
Unit 3-1 and neuro unit 5- of division section 5
1 and inputs X4W4 to the neuro unit 4-1 of the division section 4 and the neuro unit 7-51 of the division section 5.
したがって割算部1では
X I W !÷X1=W1
が演算され、割算部2では
X 2 W 2÷X2=W2
が演算され、割算部3では
X 3W 3÷X3°W3
が演算され、割算部4では
X a W 4÷XA=W4
が演算される。そしてこの出力W1〜W4は、各割3E
部1〜4のニューロ・ユニ・ノ)i3.23.3−3.
4−3から出力されて割算部5の入力部のニューロ・ユ
ニット5−2に入力される。Therefore, in the division section 1, X I W ! ÷X1=W1 is calculated, the divider 2 calculates X 2 W 2÷X2=W2, the divider 3 calculates X 3W 3÷X3°W3, and the divider 4 calculates X a W 4 ÷XA=W4 is calculated. And these outputs W1 to W4 are each divided by 3E
Parts 1-4 Neuro-uni-no) i3.23.3-3.
4-3 and input to the neuro unit 5-2 of the input section of the dividing section 5.
このとき、割算部5の入力部の他のニューロ・ユニット
5−1には、前記の如く、X t W l、 X2W!
、X 3 W 9、X4W4が入力される。したがって
割算部5では、
の、重み付き多数決演算(加重平均演算)が得られ、演
算結果の出力Zを得ることができる。At this time, the other neuro unit 5-1 of the input section of the division section 5 has X t W l, X2W!, as described above.
, X 3 W 9, X4W4 are input. Therefore, the division unit 5 can obtain the weighted majority calculation (weighted average calculation) as follows, and can obtain the output Z of the calculation result.
ところでこのように構成される重み付き多数決回路の学
習データの1例を第4図(A)に示す。By the way, an example of learning data for the weighted majority circuit configured as described above is shown in FIG. 4(A).
入力層のニューロ・ユニット6−1〜6−4に入力され
るX1〜X4及び教師信号りとして、第4図(A)に示
すパターン1〜30を使用した。Patterns 1 to 30 shown in FIG. 4(A) were used as X1 to X4 and teacher signals input to the neuro units 6-1 to 6-4 of the input layer.
本発明では、前述の如く、割算部1〜5は、この学習に
先立ち、別にそれぞれ学習ずみであるので、これらのニ
ューロ・ユニットを調整する必要はない。また入力層の
ニューロ・ユニット6−1〜6−4は前記の如く、重み
値が数値1であり入力値がそのまま出力となるのでこれ
また調整の必要はない。中間層のニューロ・ユニット7
−1〜7−4は、前記の如く、闇値処理関数は恒等関数
を使用しているので閾値の調整は必要なく、結局学習は
、出力値Zと教師信号りとの差の(Z −D)に応じた
誤差信号、例えば(Z−D)”にしたがって前記重み値
W!〜W4の更新量を求めればよい。In the present invention, as described above, the division units 1 to 5 have been trained separately prior to this learning, so there is no need to adjust these neuro units. Further, as described above, the input layer neuro units 6-1 to 6-4 have weight values of 1 and the input values are output as they are, so there is no need for adjustment. Middle layer neuro unit 7
-1 to 7-4, as mentioned above, the dark value processing function uses the identity function, so there is no need to adjust the threshold, and in the end, learning is based on the difference between the output value Z and the teacher signal (Z -D), for example, (Z-D)'', the update amount of the weight values W! to W4 may be determined.
このように学習を行うことにより、第4図(B)に示す
如く、
学習前は、W s = 0.012
W 2 = 0.038
W 3−−0.025
W 4 = 0.089
であったものが、学習後は、
W s = 0.981
W 2 = 1.547
W 3 = 2.048
W 4− 2.485
ちなみに、第4図(A)におけるDは、Wl :Wz
:Ws :Wa = 1 :1.5 :
2.0 : 2.5としたときの計算値である
。これにより学習後は、その重みがほぼ設計値に近いも
のとなり、かくして前記の如く、重み付き多数決演算を
行うことができる。By performing learning in this way, as shown in FIG. 4(B), before learning, W s = 0.012 W 2 = 0.038 W 3 -0.025 W 4 = 0.089. However, after learning, W s = 0.981 W 2 = 1.547 W 3 = 2.048 W 4- 2.485 By the way, D in Figure 4 (A) is Wl : Wz
:Ws :Wa=1 :1.5 :
2.0: Calculated value when 2.5. As a result, after learning, the weights become approximately close to the design values, and thus the weighted majority calculation can be performed as described above.
なお、前記実施例では、入力信号がX1〜X4の4個の
例について説明したが、本発明は勿論これのみに限定さ
れるものではなく、増減可能である。In the above embodiment, an example was explained in which the number of input signals was four, X1 to X4, but the present invention is of course not limited to this, and the number can be increased or decreased.
また割算部としてニューラル・ネットワークで構成され
た例について説明したが、勿論これに限定されるもので
はなく、ニューラル・ネットワークによらない割算部を
使用することもできる。Furthermore, although an example has been described in which the division section is constructed of a neural network, the invention is of course not limited to this, and a division section that is not based on a neural network can also be used.
本発明によれば、複数の入力信号がそれぞれどのような
状態のときにどのような出力を生ずるのかということさ
えわかれば、それにもとづき学習することにより前記の
如く、入力変数間の重み付き多数決の実現が可能となる
。According to the present invention, as long as it is known what kind of output is produced in what state of each of a plurality of input signals, by learning based on that, weighted majority voting among input variables can be performed as described above. Realization becomes possible.
このように、例えばプラント制御における入力変数間の
関数をニューラル・ネットワークによる学習で行うこと
が可能となり、従来のように稼動後のチューニング作業
に非常に手間をかける必要がなくなった。In this way, for example, it has become possible to learn functions between input variables in plant control using a neural network, and it is no longer necessary to spend a great deal of time and effort on tuning work after operation as in the past.
柄図、
第4図は学習状態説明図、
第5図はニューロ・ユニットの説明図、第6図はニュー
ロ・ユニットを使用した階層ネットワークの基本構成図
、
第7図(A)はニューロ・ユニットの一実施例構成図、
(B)は階層ネットワークの一実施例を示す。Pattern diagram, Fig. 4 is an explanatory diagram of the learning state, Fig. 5 is an explanatory diagram of the neuro unit, Fig. 6 is a basic configuration diagram of a hierarchical network using neuro units, and Fig. 7 (A) is the neuro unit. An example configuration diagram of
(B) shows an example of a hierarchical network.
1.2.3.4.5−割算部
6−1〜6−4−人力層のニューロ・ユニット7−1〜
’1−4−・〜中間層ノニューロ・ユニ・7ト22〜
乗算処理部
23−累算処理部
24−闇値処理部1.2.3.4.5 - Division unit 6-1 to 6-4 - Human power layer neuro unit 7-1 to
'1-4-・~Middle layer nonneuro uni・7to22~
Multiplication processing section 23-accumulation processing section 24-dark value processing section
第1図は本発明の原理説明図、 第2図は本発明の一実施例構成図、 FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
Claims (3)
ネットワーク構成データ処理装置において、ニューロ・
ユニットで構成される複数の中間層ユニット(7−1、
7−2……)と、 前段層ユニット(6−1、6−2……)の出力と、中間
層ユニット(7−1、7−2……)の出力にもとづき割
算処理を行う前段割算部(1、2……)と、前段割算部
(1、2……)の出力と、中間層ユニット(7−1、7
−2……)の出力にもとづき割算処理を行う後段割算部
(5)を設け、 前段層ユニットの出力を前記中間層ユニットと前段割算
部に伝達し、前記中間層ユニットの出力は重み付けされ
て前記前段割算部と後段割算部に伝達され、複数の入力
信号に対して重み付き多数決演算を行うことを特徴とす
るニューラル・ネットワークによる重み付き多数決装置
。(1) In a network configuration data processing device that sends input from the previous layer to the middle layer and performs calculations,
A plurality of middle layer units (7-1,
7-2...), a pre-stage unit that performs division processing based on the output of the previous layer unit (6-1, 6-2...), and the output of the middle layer unit (7-1, 7-2...) The output of the division section (1, 2...), the output of the previous stage division section (1, 2...), and the intermediate layer unit (7-1, 7
A post-stage division section (5) is provided which performs division processing based on the output of -2...), the output of the previous stage unit is transmitted to the intermediate layer unit and the previous stage division section, and the output of the intermediate layer unit is A weighted majority decision device using a neural network, characterized in that the weighted signals are transmitted to the first-stage division section and the second-stage division section, and perform a weighted majority decision operation on a plurality of input signals.
ニューロ・ユニットを使用した演算手段で構成したこと
を特徴とする請求項1記載のニューラル・ネットワーク
による重み付き多数決装置。(2) The weighted majority voting device using a neural network according to claim 1, wherein a part or all of the first-stage division section and the second-stage division section are constructed by arithmetic means using a neuro unit.
ユニットで構成して、これらをそれぞれ個別に調整した
のち、ニューロ・ユニットで構成された前段層ユニット
と、中間層ユニットに接続し、調整を行うことを特徴と
するニューラル・ネットワークによる重み付き多数決装
置の製造方法。(3) The front-stage division section and the rear-stage division section are each
A weighted majority voting device using a neural network characterized in that it is composed of units, each of which is adjusted individually, and then connected to a front layer unit consisting of neuro units and a middle layer unit to perform adjustment. manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175694A JPH0464183A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Weighted majority decision device by neural network and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175694A JPH0464183A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Weighted majority decision device by neural network and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0464183A true JPH0464183A (en) | 1992-02-28 |
Family
ID=16000613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2175694A Pending JPH0464183A (en) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Weighted majority decision device by neural network and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0464183A (en) |
-
1990
- 1990-07-03 JP JP2175694A patent/JPH0464183A/en active Pending
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