JPH0831116B2 - Learning adjustment method of connection in neural network - Google Patents
Learning adjustment method of connection in neural networkInfo
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- JPH0831116B2 JPH0831116B2 JP2070058A JP7005890A JPH0831116B2 JP H0831116 B2 JPH0831116 B2 JP H0831116B2 JP 2070058 A JP2070058 A JP 2070058A JP 7005890 A JP7005890 A JP 7005890A JP H0831116 B2 JPH0831116 B2 JP H0831116B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ファジィ制御システムをニューラルネットワークを用
いて構成する場合のニューラルネットワークにおける結
合の学習調整方式に関し、 完全結合のニューラルネットワークをある特別な構造
を持ったネットワークに変換することと、各結合毎に学
習の程度を調整することを目的とし、 ニューラルネットワークを構成するユニット間の全て
の結合のそれぞれに対して、該ニューラルネットワーク
の学習時にバックプロパゲーション法によって求められ
る重みの変更量に乗じて実際の重み変更量を求めるため
の乗算定数を学習調整定数として保持する学習調整定数
保持手段と、該学習調整定数に従って実際の重み変更量
を決定する重み変更量決定手段とを設け、該各結合に対
する学習調整定数保持手段のうち1つ以上の学習調整定
数保持手段への学習調整定数設定指示を受けて、該指示
のあった結合に対応する学習調整定数保持手段に該指示
された学習調整定数を設定する学習調整定数手段とを備
えるように構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] Regarding a learning adjustment method of connection in a neural network when a fuzzy control system is configured by using a neural network, a fully connected neural network is converted into a network having a certain special structure. And to adjust the degree of learning for each connection. For each of all the connections between the units that make up the neural network, the weight of the weight obtained by the backpropagation method during learning of the neural network A learning adjustment constant holding unit that holds a multiplication constant for multiplying the change amount to obtain an actual weight change amount as a learning adjustment constant, and a weight change amount determination unit that determines the actual weight change amount according to the learning adjustment constant. One of the learning adjustment constant holding means for each connection provided A learning adjustment constant means for receiving the learning adjustment constant setting instruction to the learning adjustment constant holding means and setting the instructed learning adjustment constant in the learning adjustment constant holding means corresponding to the instructed combination. To configure.
本発明はニューラルネットワークの学習方式に係り、
さらに詳しくはファジィ制御システムをニューラルネッ
トワークを用いて構成する場合のニューラルネットワー
クにおける結合の学習調整方式に関する。The present invention relates to a learning method for a neural network,
More specifically, it relates to a learning adjustment method for coupling in a neural network when a fuzzy control system is constructed using the neural network.
近年ニューラルネットワーク等を使ったパターン認識
装置や適応フィルタなどが広範に研究されている。さら
にプラントの制御など、従来ファジィモデルが適用され
てきた分野でもファジィモデルのニューロモデルでの実
現が行われている。In recent years, pattern recognition devices using neural networks and adaptive filters have been extensively studied. Furthermore, in fields where fuzzy models have been conventionally applied, such as plant control, fuzzy models have been implemented as neuro models.
ファジィモデルをニューロモデルで実現する場合に
は、ファジィ制御ルールのメンバーシップ関数の間の関
係付けを記述するモデルを作るために、従来のように例
えば第1層の各ユニットからの出力が第2層の全てのユ
ニットに入力されるような完全結合のニューラルネット
ワークとは異なり、ある特別の構造を持ったニューラル
ネットワークを使う必要がある。When the fuzzy model is realized by a neuro model, in order to create a model that describes the relationship between the membership functions of the fuzzy control rules, for example, the output from each unit in the first layer is second It is necessary to use a neural network with some special structure, unlike a fully connected neural network which is input to all units of a layer.
またファジィニューロ融合システムにおいて一部の結
合に対してはあまり学習を行う必要がなく、他の部分に
ついて学習速度を高める必要があるような場合には、ニ
ューラルネットワークを構成する各結合毎に学習の程度
を微調整することも必要となる。このため完全結合され
たニューラルネットワークをある特別の構造のネットワ
ークに変換することと、各結合の学習の程度を微調整す
ることが望まれている。In addition, in the fuzzy neuro fusion system, if it is not necessary to learn much for some connections and the learning speed needs to be increased for other parts, learning of each connection that constitutes the neural network is performed. It is also necessary to fine-tune the degree. For this reason, it is desired to convert a fully connected neural network into a network having a specific structure and finely adjust the degree of learning of each connection.
新しい制御処理方式とて、ファジィ制御が普及しつつ
ある。このファジィ制御は、人間の判断等のあいまいさ
を含む制御アルゴリズムをif-then型式で表現し、ファ
ジィ推論に従ってこの制御アルゴリズムを実行していく
ころで、検出される制御状態量から制御操作量を算出し
制御対象を制御していくものである。このファジィ制御
を実現していくためには、ファジィ制御ルール中に記述
される「あいまいな言語表現」を数値化して表現するメ
ンバーシップ関数を制御対象に適合するものにチューニ
ングしていく必要がある。Fuzzy control is becoming popular as a new control processing method. In this fuzzy control, a control algorithm including ambiguity such as human judgment is expressed by if-then type, and when the control algorithm is executed according to fuzzy inference, the control operation amount is detected from the detected control state amount. It calculates and controls the controlled object. In order to realize this fuzzy control, it is necessary to tune the membership function that numerically expresses the "ambiguous language expression" described in the fuzzy control rule to one that matches the control target. .
例えば、 if x1 is big and x2 is small then y is bigの形式
(if部は前件部、then部は後件部と称せられている)で
記述されるファジィ制御ルールの生成は、従来、制御対
象の制御に熟知しているオペレータの対象プロセスに関
する知識に従って、先ず最初に、制御状態量及び制御操
作量の値に関しての言語的な意味をメンバーシップ関数
として定量化し、次に、これらのメンバーシップ関数の
間の関係付けを記述することでファジィ制御ルールの粗
いモデルを生成する。そして、この生成した粗いファジ
ィ制御ルールのモデ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メンバーシップ関数も含めてチュー
ニングしていくことで、制御対象に適合したファジィ制
御ルールに完成させていくという方法により実現されて
いた。For example, the generation of fuzzy control rules described in the form of if x 1 is big and x 2 is small then y is big (if part is called antecedent part and then part is called consequent part) According to the knowledge of the target process of the operator who is familiar with the control of the controlled object, first, the linguistic meanings regarding the values of the control state quantity and the control operation quantity are quantified as a membership function, and then these A coarse model of fuzzy control rules is generated by describing the relationships between membership functions. Then, the generated fuzzy control rule model is tuned including the membership function while being evaluated by simulations and field tests to achieve a fuzzy control rule that matches the control target. It had been.
このように、従来では、ファジィ制御ルールの生成処
理と、そのルール中に記述されるメンバーシップ関数の
チューニング処理は、ファジィ制御器を構築しようとす
る設計者と制御対象の制御に熟知しているオペレータと
の共同作業に伴い手作業で行われていた。このファジィ
制御ルールの生成とそのメンバーシップ関数のチューニ
ングのための作業は、ノウハウを駆使しながら試行錯誤
的に実行していく必要があるため、通常短くても数ヵ月
を要することになる。そして、制御対象に関する制御知
識が少ない場合には、この期間は更に長期間のものとな
る。As described above, conventionally, the fuzzy control rule generation process and the membership function tuning process described in the rule are familiar to the designer who is going to construct the fuzzy controller and the control of the controlled object. It was done manually in collaboration with the operator. Since the work for generating the fuzzy control rule and tuning the membership function needs to be performed by trial and error while making full use of know-how, it usually takes several months at the shortest. When the control knowledge regarding the controlled object is small, this period is even longer.
以上のような背景から最近では学習機能を有するニュ
ーラルネットワークを用いたファジィシステム、すなわ
ちファジィニューロ融合システムが実現されるようにな
っている。従来のプログラム内蔵方式のコンピュータで
は全ての場合について動作を指定する必要があったが、
ニューラルネットワークにおいては代表的な学習パター
ンを何回か提示することにより学習が行われ、与えられ
ていないパターンに対しても適切な解を出力することが
可能になる。ニューラルネットワークの代表的な構造と
学習方法としては、階層型ネットワークとバックプロパ
ゲーション方があることが広く知られている。From the above background, recently, a fuzzy system using a neural network having a learning function, that is, a fuzzy neuro fusion system has been realized. In a conventional computer with a built-in program, it was necessary to specify the operation in all cases.
In a neural network, learning is performed by presenting a typical learning pattern several times, and it becomes possible to output an appropriate solution even for a pattern that is not given. It is widely known that there are a hierarchical network and a backpropagation method as a typical structure and learning method of the neural network.
上述のようなファジィニューロ融合システムにおいて
は、ファジィ制御ルールを記述するモデルがニューラル
ネットワークとして作られることから、従来のように、
例えば第1層の全てのユニットの出力が第2層の全ての
ユニットに入力される、すなわち完全結合のニューラル
ネットワークとは異なり、連続する2層の間でもユニッ
ト間に結合が必ずしも存在しない、ある特別な構造を持
ったニューラルネットワークが必要となる。In the fuzzy neuro fusion system as described above, since the model describing the fuzzy control rule is created as a neural network, as in the past,
For example, the outputs of all the units in the first layer are input to all the units in the second layer, that is, unlike a fully connected neural network, there is not necessarily a coupling between the units even between two consecutive layers. Neural networks with a special structure are required.
また、そのようなニューラルネットワークの学習を行
わせる場合に、あるメンバーシップ関数の制御対象に対
する適合度が高い場合には、その部分に対応する結合の
学習は他の結合の学習に比べて低速でよいなどのよう
に、各結合に対して学習の程度を微調整する必要があ
る。しかしながら、従来においては完全結合のニューラ
ルネットワークをある特別の構造を持ったネットワーク
に変換することができず、またニューラルネットワーク
の各結合毎に学習の程度を微調整することもできないと
いう問題点があった。In addition, when the learning of such a neural network is performed and the goodness of fit of a certain membership function to the controlled object is high, the learning of the connection corresponding to that part is slower than the learning of other connections. It is necessary to fine-tune the degree of learning for each combination, such as good. However, conventionally, there is a problem that a fully connected neural network cannot be converted into a network having a special structure, and the degree of learning cannot be finely adjusted for each connected neural network. It was
本発明は、ファジィモデルをニューロモデルで実現す
る目的で、完全結合のニューラルネットワークをある特
別な構造を持ったネットワークに変換することと、各結
合毎に学習の程度を調整することを目的とする。The present invention aims at converting a fully connected neural network into a network having a special structure and adjusting the degree of learning for each connection for the purpose of realizing a fuzzy model by a neuro model. .
第1図(a)は本発明の原理ブロック図である。同図
はファジィ制御システムのモデルとしてのニューラルネ
ットワークにおける結合の学習調整方式の原理ブロック
図である。学習調整定数保持手段(1a,1b,・・・)はニ
ューラルネットワークを構成するユニット間の全ての結
合に対してそれぞれ設けられ、ニューラルネットワーク
の学習時にバックプロパゲーション法によって求められ
る重み変更量に乗じて、実際の重み変更量を求めるため
の乗算定数を学習調整定数として保持する。FIG. 1 (a) is a block diagram of the principle of the present invention. This figure is a principle block diagram of a learning adjustment method of coupling in a neural network as a model of a fuzzy control system. The learning adjustment constant holding means (1a, 1b, ...) Is provided for all the connections between the units forming the neural network and multiplies the weight change amount obtained by the backpropagation method during learning of the neural network. Then, the multiplication constant for obtaining the actual weight change amount is held as the learning adjustment constant.
重み変更量決定手段2a,2b,・・・は同様に全ての結合
に対してそれぞれ設けられ、ニューラルネットワークの
学習時にバックプロパゲーション法によって求められる
重み変更量が、例えば結合に入力された時点で、その変
更量に学習調整定数保持手段1a,1b,・・・に保持されて
いる学習調整定数を乗じて、実際の重み変更量を,決定
し、その値を例えば直接結合に与えることにより、結合
の重みが変更される。Similarly, the weight change amount determining means 2a, 2b, ... Are respectively provided for all the connections, and when the weight change amounts obtained by the backpropagation method during learning of the neural network are input to the connections, for example. By multiplying the change amount by the learning adjustment constant held in the learning adjustment constant holding means 1a, 1b, ..., the actual weight change amount is determined, and the value is given to the direct combination, for example, The weight of the binding is changed.
学習調整定数設定手段3は、各結合に対応する学習調
整定数保持手段1a,1b,・・・に対して学習調整定数を設
定するためのものであり、各結合に対する学習調整定数
保持手段のうちで1つ以上の学習調整定数保持手段への
学習調整定数設定指示を受けて、指示のあった結合に対
応する学習調整定数保持手段に、指示された学習調整定
数を設定する。The learning adjustment constant setting means 3 is for setting the learning adjustment constants for the learning adjustment constant holding means 1a, 1b, ... Corresponding to each connection, and of the learning adjustment constant holding means for each connection. In response to the learning adjustment constant setting instruction to one or more learning adjustment constant holding means, the designated learning adjustment constant is set in the learning adjustment constant holding means corresponding to the instructed combination.
第1図(b)は、例えばニューラルネットワークの第
1層の各ユニットからの出力が第2層の全てのユニット
へ入力されるような完全結合のニューラルネットワーク
から、一部のユニット間に結合のないある特別な構造を
持ったネットワークの変換方法の機能ブロック図であ
る。同図において、ニューラルネットワークを構成する
ユニット間の全ての結合のうちで結合の必要がない1つ
以上の結合に対して、4で重みの初期値が0に設定され
る。そして、5でその1つ以上の結合に対応する学習調
整定数保持手段に学習調整定数設定手段3が学習調整定
数として0またはoffを設定し、その設定による6でそ
の1つ以上の結合に対応する学習調整定数保持手段が学
習調整定数の値として0またはoffを保持する。FIG. 1 (b) shows a connection between some units from a fully connected neural network in which the output from each unit in the first layer of the neural network is input to all the units in the second layer. It is a functional block diagram of a conversion method of a network having a certain special structure. In the figure, the initial value of the weight is set to 0 at 4 for one or more connections that do not need to be connected among all the connections between the units forming the neural network. Then, in 5, the learning adjustment constant setting means 3 sets 0 or off as a learning adjustment constant in the learning adjustment constant holding means corresponding to the one or more connections, and 6 according to the setting corresponds to the one or more connections. The learning adjustment constant holding means holds 0 or off as the value of the learning adjustment constant.
その後、ニューラルネットワークの学習時において、
前述の1つの以上の結合に対する重み変更量決定手段
が、バックプロゲーション法による重みの変更量が結合
に入力されても、その値と学習調整定数の0とを乗ずる
あるいは、重みの変更量を直接0に設定することによ
り、7で実際の重み変更量として0を出力し続ける。After that, when learning the neural network,
Even if the weight change amount determining means for the one or more combinations described above is input to the connection, the weight change amount determining means multiplies the value by the learning adjustment constant 0 or sets the weight change amount. By directly setting 0, 7 continues to output 0 as the actual weight change amount.
以上により、初期値として重みが0に設定された1つ
以上の結合に対して、バックプロパゲーション法による
学習時に重み変更量は0であり続ける。そのためにその
1つ以上の結合に対する重みは常に0であり、その結合
は存在しなと同じとなり、特定の構造を持ったネットワ
ークが実現されることになる。As described above, the weight change amount continues to be 0 at the time of learning by the back-propagation method for one or more connections whose weight is set to 0 as an initial value. Therefore, the weight for the one or more connections is always 0, the connections are the same as they do not exist, and a network having a specific structure is realized.
以上のように、本発明によればニューラルネットワー
クを構成するユニット間の全ての結合に対して学習調整
定数を設定できることになる。As described above, according to the present invention, the learning adjustment constant can be set for all the connections between the units forming the neural network.
第2図は本発明のニューラルネットワークにおける結
合の学習調整方式を用いるファジィニューロ融合システ
ムの全体構成ブロック図である。同図において10−hは
階層ネットワーク部11の入力層を構成する複数の入力ユ
ニット、10−iは階層ネットワーク部11の中間層(複数
段備えられる)を構成する複数の基本ユニット、10−j
は階層ネットワーク部11の出力層を構成する1つ又は複
数の基本ユニット、12は階層ネットワーク構成データ処
理装置、13は重み値格納部であって、階層ネットワーク
部11の内部結合に割り付けられる重み値を管理するもの
である。FIG. 2 is a block diagram of the entire configuration of a fuzzy neuro fusion system using the learning adjustment method of connection in the neural network of the present invention. In the figure, 10-h is a plurality of input units forming an input layer of the hierarchical network unit 11, 10-i is a plurality of basic units forming an intermediate layer (a plurality of stages are provided) of the hierarchical network unit 11, 10-j.
Is one or more basic units forming an output layer of the hierarchical network unit 11, 12 is a hierarchical network configuration data processing device, 13 is a weight value storage unit, and a weight value assigned to the internal connection of the hierarchical network unit 11 Is to manage.
21は学習信号格納部であって、重み値の学習のために
用いられる学習用の制御データを格納するもの、22は学
習信号提示部であって、学習信号格納部21から学習用の
制御データを読み出して、その内の制御提示データを階
層ネットワーク部11に提示するとともに、対をなすもう
一方の制御教師データを後述する重み値変更部14と次に
説明する学習収束判定部23に提示するもの、23は学習収
束判定部であって、階層ネットワーク部11からデータさ
れる制御量データと学習信号提示部22からの制御教師デ
ータをと受けて、階層ネットワーク部11のデータ処理機
能の誤差が許容範囲に入ったか否かを判定してその判定
結果を学習信号提示部22に通知するものである。Reference numeral 21 denotes a learning signal storage unit that stores learning control data used for learning the weight value. Reference numeral 22 denotes a learning signal presenting unit that stores learning control data from the learning signal storage unit 21. And presents the control presentation data in it to the hierarchical network unit 11, and presents the other pair of control teacher data to the weight value changing unit 14 described later and the learning convergence determination unit 23 described next. Numeral 23 is a learning convergence determining unit, which receives the control amount data from the hierarchical network unit 11 and the control teacher data from the learning signal presenting unit 22, and determines the error in the data processing function of the hierarchical network unit 11. The learning signal presenting unit 22 is notified of the determination result of whether or not it is within the allowable range.
14は重み値変更部であって、学習信号提示部22からの
制御教師データと階層ネットワーク部11のネットワーク
出力データとを受けて、バック・プロパゲーション法に
従って重み値の更新量を算出して重み値を更新していく
ことで重み値を収束値にと収束させるべく学習するもの
である。A weight value changing unit 14 receives the control teacher data from the learning signal presenting unit 22 and the network output data of the hierarchical network unit 11, calculates the weight value update amount according to the back propagation method, and weights it. By updating the value, learning is performed so that the weight value converges to the convergent value.
本発明におけるファジィニューロ融合システムの詳細
な説明に入る前に、この階層ネットワーク部11の内部結
合に割り付けられる重み値を学習するために、重み値変
更部14が実行する学習アルゴリズムであるところのバッ
ク・プロパゲーション法(D.E.Rumelhart,G,E.Hinton,a
nd R.J.Williams,“Learning Internal Representation
s by Error Propagation",PARALLEL DISTRIBUTED PROCE
SSING,Vol.1,pp.318-364,The MIT Press,1986)につい
て詳述する。Before going into the detailed description of the fuzzy neuro fusion system in the present invention, in order to learn the weight value assigned to the internal connection of the hierarchical network unit 11, the back value which is the learning algorithm executed by the weight value changing unit 14 is learned.・ Propagation method (DERumelhart, G, E.Hinton, a
nd RJWilliams, “Learning Internal Representation
s by Error Propagation ", PARALLEL DISTRIBUTED PROCE
SSING, Vol.1, pp.318-364, The MIT Press, 1986) will be described in detail.
階層ネットワーク部11は、基本的には、基本ユニット
と呼ばれる一種のノードと、重み値を持つ内部結合とか
ら階層ネットワークを構成している。第3図に、基本ユ
ニット10の構成を示す。この基本ユニット10は、多入力
一出力系となっており、複数の入力に対し夫々の内部結
合の重み値を乗算する乗算処理部15と、それらの全乗算
結果を加算する累算処理部16と、この累算値に非線型の
閾値処理を施して一つの最終出力を出力する閾値処理部
17とを備える。The hierarchical network unit 11 basically forms a hierarchical network from a kind of node called a basic unit and an internal connection having a weight value. The structure of the basic unit 10 is shown in FIG. The basic unit 10 is a multi-input / single-output system, and has a multiplication processing unit 15 that multiplies a plurality of inputs by weight values of respective internal couplings, and an accumulation processing unit 16 that adds all multiplication results. And a threshold processing unit that performs non-linear threshold processing on the accumulated value and outputs one final output.
17 is provided.
h層を前段層としi層を後段層とすると、この累算処
理部16では下記の(1)式の演算を実行し、閾値処理部
17では下記の(2)式の演算を実行する。Assuming that the h layer is the front layer and the i layer is the rear layer, the accumulation processing unit 16 executes the calculation of the following equation (1) and the threshold processing unit
In step 17, the calculation of the following equation (2) is executed.
ypi=1/(1+exp(xpi+θi)) (2)式 但し、 h :h層のユニット番号 i :i層のユニット番号 p :入力信号のパターン番号 θi:i層のi番ユニットの閾値 wih :h−i層間の内部結合の重み値 xpi :h層の各ユニットからi層のi番ユニットへの入力
の積和 yph :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 ypi :p番目パターンの入力信号に対するi層のi番ユニ
ットからの出力 そして、階層ネットワーク部11では、このような構成
の多数の基本ユニット10が、入力信号値をそのまま分配
して出力する入力ユニット10−hを入力層として、第4
図に示すように階層的に接続されることで階層ネットワ
ークを構成して、入力パターン(入力信号)を対応する
出力パターン(出力パターン)に変換するという並列的
なデータ処理機能を発揮することになる。 y pi = 1 / (1 + exp (x pi + θ i )) (2) where, h: h layer unit number i: i layer unit number p: input signal pattern number θ i : i layer i unit Threshold value w ih : h− weight value of internal coupling between i layers x pi : sum of inputs from units in layer i to unit i in layer y ph : h in layer h for input signal of p-th pattern Output from the unit No. y pi : Output from the unit No. i of Layer i for the input signal of the p-th pattern Then, in the hierarchical network unit 11, a large number of basic units 10 having such a configuration distribute the input signal value as it is. The input unit 10-h that outputs the
As shown in the figure, a hierarchical network is constructed by connecting them hierarchically, and the parallel data processing function of converting an input pattern (input signal) into a corresponding output pattern (output pattern) is exhibited. Become.
バック・プロパゲーション法では、階層ネットワーク
の重み値Wihと閾値θiとを誤差のフィードバックによ
り適応的に自動調節して学習することになる。(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、本出願人は、
先に出願の「特願昭62-333484号(昭和62年12月28日出
願、“ネットワーク構成データ処理装置”)」で開示し
たように、入力側のh層に常に“1"を出力するとともに
その出力に対しえ閾値θiを重み値として割り付けるユ
ニットを設けることで、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ようにすることを
提案した。このようにすることで、上述の(1),
(2)式は、 ypi=1/(1+exp(−xpi)) (4)式 で表されることになる。In the back propagation method, the weight value W ih of the hierarchical network and the threshold value θ i are adaptively automatically adjusted and learned by feedback of the error. (1),
As is clear from the equation (2), the adjustment of the weight value W ih and the threshold value θ i needs to be executed at the same time, but this work is a difficult work that interferes with each other. Therefore, the applicant
As disclosed in the previous application “Japanese Patent Application No. 62-333484 (filed on December 28, 1987,“ Network configuration data processing device ”)”, always output “1” to the h layer on the input side. the example threshold theta i to its output by providing a unit assigned as a weight value, and suggested to treat the threshold theta i as the weighting value incorporates threshold theta i in the weight value W ih together. By doing this, (1),
Equation (2) is y pi = 1 / (1 + exp (−x pi )) (4) Equation (4)
次に、この(3),(4)式の記述形式のものに従っ
て、バック・プロパゲーション法による重み値の学習処
理方式について説明する。ここで、この説明は、階層ネ
ットワーク部11が、第4図に示すh層−i層−j層とい
う3層構造の階層ネットワークをもつもので行う。Next, a weight value learning processing method by the back propagation method will be described according to the description format of the expressions (3) and (4). Here, this description will be made assuming that the hierarchical network unit 11 has a three-layer hierarchical network of h layer-i layer-j layer shown in FIG.
(3),(4)式からの類推によって次の(5),
(6)式が得られる。すなわち、 ypj=1/(1+exp(−xpj)) (6)式 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 xpj :i層の各ユニットからj層のj番ユニットへの入力
の積和 ypj :p番目パターンの入力信号に対するj層のj番ユニ
ットからの出力 重み値変更部14では、学習用の入力パターンが提示さ
れたときに出力される出力層からの出力パターンy
pjと、その出力パターンypjのとるべき信号である教師
パターンdpj(p番目パターンの入力信号に対するj層
j番目ユニットへの教師信号)とを受け取ると、先ず最
初に、出力パターンypjと教師パターンdpjとの差分値
〔dpj−ypj〕を算出し、次に、 αpj=ypj(1−ypj)(dpj−ypj) (7)式 を算出し、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−j層間の重み値の更新量ΔWji(t)
を算出する。ここで、「ζΔWji(t−1)」という前
回の更新サイクル時に決定された重み値の更新量に係る
ものを加算するのは学習の高速化を図るためでる。By analogy with the equations (3) and (4), the following (5),
Expression (6) is obtained. That is, y pj = 1 / (1 + exp (−x pj )) (6) where, j: j layer unit number W ji : i−j layer internal coupling weight value x pj : i layer to j layer Sum of the inputs to the j-th unit of y pj : Output from the j-th unit of the j-th layer for the input signal of the p-th pattern The weight value changing unit 14 outputs when the learning input pattern is presented. Output pattern y from output layer
and pj, receives a teacher pattern d pj is the signal to be taken by the output pattern y pj (teacher signal to the j layer j-th unit with respect to the input signal of the p-th pattern), first of all, the output pattern y pj The difference value [d pj −y pj ] from the teacher pattern d pj is calculated, and then α pj = y pj (1-y pj ) (d pj −y pj ) (7) is calculated, and then , However, ε: learning constant ζ: momentum t: update amount ΔW ji (t) of the weight value between the i-th layer and the j-th layer according to the learning number
To calculate. Here, “ζΔW ji (t−1)”, which is related to the update amount of the weight value determined in the previous update cycle, is added to speed up the learning.
続いて、重み値変更部14は、算出したαpjを用いて、
先ず最初に、 を算出し、次に、 に従って、h層−i層間の重み値の更新量ΔWih(t)
を算出する。Subsequently, the weight value changing unit 14 uses the calculated α pj ,
First of all, And then According to the update amount ΔW ih (t) of the weight value between the h layer and the i layer
To calculate.
続いて、重み値変更部14は、この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、 Wji(t)=Wji(t−1)+ΔWji(t) Wih(t)=Wjh(t−1)+ΔWih(t) を決定していく方法を繰り返していくことで、学習用の
入力パターンが提示されたときに出力される出力層から
の出力パターンypjと、その出力パターンypjのとるべき
し信号である教師パターンdpjとが一致することになる
重み値Wji,Wihを学習するように処理している。Subsequently, the weight value changing unit 14 calculates the weight value for the next update cycle according to the calculated update amount, W ji (t) = W ji (t−1) + ΔW ji (t) W ih (t) = By repeating the method of determining W jh (t−1) + ΔW ih (t), the output pattern y pj from the output layer when the learning input pattern is presented, and its output pattern y pj The weighting values W ji and W ih are matched so that the output pattern y pj and the teacher pattern d pj, which is the desired signal, match.
そして、階層ネットワーク部11がg層−h層−i層−
j層という4層構造の階層ネットワークをもつときに
は、重み値変更部14は、先ず最初に、 を算出し、次に、 に従ってg層−h層間の重み値の更新量ΔWhg(t)を
算出するというように、前段側の層間の重み値の更新量
ΔWを、出力側の後段から求まる値とネットワーク出力
データとを使いながら決定していくよう処理するもので
ある。Then, the hierarchical network unit 11 includes the g layer-h layer-i layer-
When having a four-layer hierarchical network of j layers, the weight value changing unit 14 first And then According to the calculation of the update amount ΔW hg (t) of the weight value between the g-layer and the h-layer, the update amount ΔW of the weight value between the layers on the preceding stage side is calculated by using the value obtained from the output stage and the network output data. It is a process that makes decisions while using it.
本発明において、階層ネットワーク部11の中間層が4
層から成るものとする。In the present invention, the middle layer of the hierarchical network unit 11 has four layers.
It shall consist of layers.
メンバーシップ関数のチューニングの実行時におい
て、例えば前件部が制御状態量に関しての条件を記述
し、後件部が制御操作量に関しての条件を記述するファ
ジィ制御ルールを処理対象とするときには、階層ネット
ワーク部11の最前段の中間層の基本ユニット10を利用し
て、チューニング対象とされる制御状態量についてのメ
ンバーシップ関数の真理値を算出して出力する機能(前
件部メンバーシップ関数の真理値の算出機能)が実現さ
れるとともに、第4番目に位置する中間層の基本ユニッ
ト10を利用して、チューニング対象とされる制御操作量
についてのメンバーシップ関数の真理値を出力する機能
(後件部メンバーシップ関数の真理値の出力機能)が実
現される。When executing the tuning of the membership function, for example, when the antecedent part describes the condition regarding the control state quantity and the consequent part describes the fuzzy control rule describing the condition regarding the control operation amount, the hierarchical network is processed. Function for calculating and outputting the truth value of the membership function for the control state quantity to be tuned using the basic unit 10 in the middle layer of the front part of section 11 (the truth value of the antecedent section membership function Function to output the truth value of the membership function for the control operation amount to be tuned, using the basic unit 10 of the fourth intermediate layer (the consequent). The function of outputting the truth value of the department membership function) is realized.
第5図に、メンバーシップ関数の一例を図示する。前
件部メンバーシップ関数の真理値の算出機能は、具体的
には、基本ユニット10より出力される出力値y が第6図(a)に示すように、 ω<0,θ<0 であるときには、第5図の「温度が低い」というメンバ
ーシップ関数と類似する関数形状となり、また、 ω>0,θ>0 であるときには、第5図の「温度が高い」というメンバ
ーシップ関数と類似する関数形状となることに着目し
て、第6図(b)に示すように、この基本ユニット10の
入力に対する重み値ωおよび閾値θを適切に設定するこ
とで、第5図の「温度が低い」や「温度が高い」という
関数形状のメンバーシップ関数が実現されることにな
る。FIG. 5 illustrates an example of the membership function. The truth value calculation function of the antecedent part membership function is, specifically, the output value y output from the basic unit 10. As shown in FIG. 6 (a), when ω <0, θ <0, the function shape is similar to the membership function “low temperature” in FIG. 5, and ω> 0, θ When> 0, attention is paid to the fact that the function shape is similar to the membership function “high temperature” in FIG. 5, and as shown in FIG. By appropriately setting the weight value ω and the threshold value θ, a membership function having a function shape of “low temperature” or “high temperature” in FIG. 5 is realized.
また、2つの基本ユニット10より出力される出力値の
差分値y が第7図(a)に示すように、第5図の「温度が普通」
というメンバーシップ関数と類似する関数形状となるこ
とに着目して、第7図(b)に示すように、2個の基本
ユニット10と、この2個の基本ユニット10の出力値に重
み値“1"及び“−1"を乗じたものを入力とし、かつ閾値
処理部17を備えない基本ユニット10により構成される減
算部10a(この構成に従い、この2個の基本ユニット10
の出力値の差分値を算出するよう動作する)とを備え
て、この2個基本ユニット10の入力に対する重み値
ω1,ω2及び閾値θ1,θ2を適切にすることで、第
5図の「温度が普通」という関数形状のメンバーシップ
関数の割付処理が実現されることになる。Further, the difference value y between the output values output from the two basic units 10 As shown in Fig. 7 (a), "temperature is normal" in Fig. 5
Paying attention to the fact that the function shape is similar to that of the membership function, as shown in FIG. 7 (b), two basic units 10 and output values of these two basic units 10 have weight values " A subtraction unit 10a which is an input that is obtained by multiplying 1 "and" -1 "and that is not provided with the threshold processing unit 17 (according to this configuration, these two basic units 10
And the threshold values θ 1 and θ 2 are appropriately set to adjust the weight values ω 1 and ω 2 for the inputs of the two basic units 10, The assignment process of the membership function having the function shape of “normal temperature” in the figure is realized.
このような構成を採ることにより、これらの基本ユニ
ット10の入力値に対する重み値及び閾値を変更すること
で、その前件部メンバーシップ関数の関数形状を変更で
きることになる。By adopting such a configuration, it is possible to change the function shape of the antecedent part membership function by changing the weight value and the threshold value with respect to the input values of these basic units 10.
また、後件部メンバーシップ関数の処理値の出力機能
は、具体的には、第8図(a)に示すように、後件部メ
ンバーシップ関数を細かく区画して各区画の真理値yiを
特定し、次に、第8図(b)に示すように、閾値処理部
17を備えない基本ユニット10により構成される真理値出
力器10bをこの真理値の個数(n個)分用意して、この
真理値出力器10bの入力に対して重み値“yi”を設定す
ることで実現される。ここで、第8図(b)に示すよう
に、例えばバルブAの開度といった同一種別の制御操作
量に係る後件部メンバーシップ関数の真理値は、用意さ
れる同一の真理値出力器10bに入力される構成が採ら
れ、これらの真理値出力器10bは、割り付けられる制御
操作量についての縮小されたメンバーシップ関数の真理
値の関数和を出力するよう構成されるとこになる。The output function of the processed value of the consequent part membership function is, as shown in FIG. 8A, specifically, the consequent part membership function is finely divided into the truth values y i of the respective parts. , And then, as shown in FIG. 8 (b), the threshold processing unit
Prepare the truth value output devices 10b constituted by the basic unit 10 not including 17 for the number (n) of the truth values, and set the weight value “y i ” for the input of the truth value output device 10b. It is realized by doing. Here, as shown in FIG. 8B, the truth value of the consequent part membership function relating to the control operation amount of the same type such as the opening degree of the valve A is the same truth value output device 10b prepared. And the truth value output device 10b is configured to output the functional sum of the truth values of the reduced membership function for the control operation amount to be assigned.
このような構成を採ることから、これらの真理値出力
器10bの入力値に対する重み値を変更することで、その
後件部メンバーシップ関数の関数形状を変更できること
になる。Since such a configuration is adopted, by changing the weight value with respect to the input value of the truth value output device 10b, the function shape of the case part membership function can be changed thereafter.
次に、階層ネットワーク部11の第2番目に位置する中
間層の基本ユニット10を利用しての処理対象のファジィ
制御ルールの前件部演算機能の実現と、第3番目に位置
する中間層の基本ユニット10を利用しての処理対象のフ
ァジィ制御ルールの後件部演算機能の実現について説明
する。Next, using the basic unit 10 of the second middle layer of the hierarchical network unit 11 to realize the antecedent operation function of the fuzzy control rule to be processed, and the third middle layer of the middle layer. Realization of the consequent operation function of the fuzzy control rule to be processed using the basic unit 10 will be described.
この前件部演算機能は、処理対象のファジィ制御ルー
ルの持つ前件部演算機能に整合させて実現される。従っ
て、前件部演算機能が入力値の平均値を算出して出力す
るものであるときには、例えば、第9図(a)に示すよ
うに、重み値“1/入力点数”を乗じたものを入力とし、
かつ閾値処理17を備えない基本ユニット10により構成さ
れる平均値算出器10cを備えることで実現される。同様
に、この後件部演算機能は、処理対象のファジィ制御ル
ールのもつ後件部演算機能に整合させて実現されること
になる。従って、後件部演算機能が入力値の加算値を算
出して出力するものであるときには、例えば、第9図
(b)に示すように、重み値“1"を乗じたものを入力と
し、かつ閾値処理部17を備えない基本ユニット10により
構成される加算値算出器10dを備えることで実現され
る。This antecedent part arithmetic function is realized in conformity with the antecedent part arithmetic function of the fuzzy control rule to be processed. Therefore, when the antecedent part arithmetic function calculates and outputs the average value of the input values, for example, as shown in FIG. 9 (a), a product obtained by multiplying the weight value by "1 / the number of input points" is used. As input,
Further, it is realized by including the average value calculator 10c configured by the basic unit 10 that does not include the threshold value processing 17. Similarly, this consequent part calculation function is realized by matching with the consequent part calculation function of the fuzzy control rule to be processed. Therefore, when the consequent part calculation function is to calculate and output the added value of the input values, for example, as shown in FIG. 9 (b), the one multiplied by the weight value “1” is input, Further, it is realized by including the addition value calculator 10d configured by the basic unit 10 not including the threshold value processing unit 17.
以下、説明の便宜上、平均値算出器10cを備えること
で前件部演算機能を実現し、加算値算出器10dを備える
ことで後件部演算機能を実現する例で説明することにす
る。Hereinafter, for convenience of explanation, an example will be described in which the average value calculator 10c is provided to realize the antecedent part arithmetic function, and the addition value calculator 10d is provided to realize the antecedent part arithmetic function.
続いて、処理対象のファジィ制御ルールの記述に従う
形式でもって、前件部メンバーシップ関数の割り付けら
れた基本ユニット10と前件部演算機能の割り付けられた
平均値算出器10cとの間が内部結合されるとともに、こ
の平均値算出器10cと後件部演算機能の割り付けられた
加算値算出器10dとの間が内部結合される。この内部結
合の設定処理は、具体的には、後述するように結合関係
のない内部結合に対して学習によって変化されないゼロ
値の重み値を割り付けることで実現される。Then, the basic unit 10 to which the antecedent membership function is assigned and the average value calculator 10c to which the antecedent arithmetic function is assigned are internally coupled in a format according to the description of the fuzzy control rule to be processed. At the same time, the average value calculator 10c and the additional value calculator 10d assigned with the consequent part arithmetic function are internally coupled. The setting process of the inner connection is specifically realized by assigning a weight value of zero value which is not changed by learning to the inner connection having no connection relationship as described later.
後件部演算機能の出力する演算値は、基本的には、対
応する後件部メンバーシップ関数の真理値の縮小率を与
えるものであって、例えば第10図に示すように、「バル
ブAの開度を小さく設定」というメンバーシップ関数が
のように表され、「バルブAの開度を大きく設定」と
いうメンバーシップ関数がのように表される場合に
は、のメンバーシップ関数に対応付けられる後件部演
算機能の出力値に従って、「バルブAの開度を小さく設
定」というメンバーシップ関数の適用値が定まり、の
メンバーシップ関数に対応付けられる後件部演算機能の
出力値に従って、「バルブAの開度を大きく設定」とい
うメンバーシップ関数の適用値が定まることになる。そ
して、最も一般的には、下式に従って、この縮小された
メンバーシップ関数の関数和の図形の重心を求めること
で、 ファジイ推論値であるバルブAの開度Yを算出する構成
が採られている。The operation value output from the consequent part arithmetic function basically gives the reduction rate of the truth value of the corresponding consequent part membership function. For example, as shown in FIG. If the membership function "Set small opening of" is expressed as and the membership function "Set large opening of valve A" is expressed as According to the output value of the consequent part calculation function that is set, the applied value of the membership function "Set the opening of valve A small" is determined, and according to the output value of the consequent part calculation function that is associated with the membership function of The applied value of the membership function "setting the opening of the valve A large" is determined. And most commonly, by calculating the center of gravity of the figure of the functional sum of this reduced membership function according to the following equation, A configuration is adopted in which the opening Y of the valve A, which is a fuzzy inference value, is calculated.
第11図はファジィ制御ルールが写像されたファジィニ
ューロ融合システムの全体構成ブロック図である。同図
において記号のつかない○印は基本ユニット10を示し、
基本ユニット10、入力ユニット10−h、基本ユニットが
一部変形されたユニット10a〜10dとによって、前件部メ
ンバーシップ関数値算出機能24、前件部演算機能25、後
件部演算機能26、後件部メンバーシップ関数値出力機能
27、およびファジィ推論値算出機能28がニューラルネッ
トワークとして構成される。また図中のX1(SA)は、X1
という制御状態量についてのメンバーシップ関数SA(小
さい)によって求められるX1の真理値を表す。カッコ内
のMMは‘普通’を、またLAは‘大きい’を表す。さらに
LHS−1は前件部演算の演算結果値を表し、Y(SA)は
Yという制御操作量についてのメンバーシップ関数SA
(小さい)に対応づけられるとを表している。FIG. 11 is an overall block diagram of a fuzzy neuro fusion system in which fuzzy control rules are mapped. In the figure, the circle without a symbol indicates the basic unit 10,
With the basic unit 10, the input unit 10-h, and the units 10a to 10d in which the basic unit is partially modified, the antecedent part membership function value calculation function 24, the antecedent part calculation function 25, the antecedent part calculation function 26, Consequent part membership function value output function
27 and a fuzzy inference value calculation function 28 are configured as a neural network. In addition, X1 (SA) in the figure is X1
Represents the truth value of X1 found by the membership function SA (small) for the control state quantity. MM in parentheses means'normal 'and LA means'large'. further
LHS-1 represents the operation result value of the antecedent operation, and Y (SA) is the membership function SA for the control operation amount Y.
It corresponds to (small).
第11図において、ファジィ推論値算出機能28の出力を
用いて、図示しない演算部によって最終的な重心の値が
制御操作量データとして算出され、その値は第2図の学
習収束判定部23、および重み値変更部14に出力される。
そして学習収束判定部23によって重みの更新指示が学習
信号提示部22に与えられ、重み値変更部14によって前述
のバックプロパゲーション法に従って、第11図の前件部
メンバーシップ関数値算出機能24からファジィ推論値算
出機能28までを構成するニューラルネットワークにおけ
る重みの更新が行われる。In FIG. 11, the output of the fuzzy inference value calculation function 28 is used to calculate the final value of the center of gravity as control operation amount data by a calculation unit (not shown), and the value is the learning convergence determination unit 23 of FIG. And is output to the weight value changing unit 14.
Then, the learning convergence determining unit 23 gives an instruction to update the weight to the learning signal presenting unit 22, and the weight changing unit 14 according to the back propagation method described above, from the antecedent part membership function value calculating function 24 of FIG. The weights are updated in the neural networks that constitute the fuzzy inference value calculation function 28.
第11図のファジィニューロ融合システムは、一般のニ
ューラルネットワークのようにある層の各ユニットの出
力が次の層の全てのユニットに入力されるような完全結
合されたものではなく、ファジィ制御ルールが写像され
ることにより、特別の構造を持ったニューラルネットワ
ークとなっている。またこのニューラルネットワークの
チューニング、すなわちメンバーシップ関数を制御対象
に適合させるために行われるニューラルネットワークの
学習において、制御対象への適合度が高い部分と低い部
分とで学習の程度を調整できることが望ましい。このよ
うな目的のために、本発明では完全結合されたニューラ
ルネットワークの各結合に対して学習調整装置が設けら
れる。The fuzzy neuro fusion system shown in FIG. 11 is not a fully connected system in which the output of each unit in one layer is input to all the units in the next layer like a general neural network, and the fuzzy control rules are By being mapped, it becomes a neural network with a special structure. Further, in the tuning of the neural network, that is, in the learning of the neural network performed for adapting the membership function to the controlled object, it is desirable that the degree of learning can be adjusted between the portion having a high degree of conformity to the controlled object and the portion having a low degree of conformity. For this purpose, the present invention provides a learning adjuster for each connection of the fully connected neural network.
第12図は各結合に設けられる学習調整装置に学習調整
定数を設定する学習調整定数設定装置の実施例である。
同図において、ニューラルネットワーク30を構成する各
結合に対して、それぞれ学習調整装置31a,31b,・・・が
設けられ、これらの学習調整装置に学習調整定数を設定
するための学習調整定数設定装置32が設けられる。そし
て学習調整定数設定装置32は、ニューラルネットワーク
30内の1つ以上の結合に対する学習調整定数設定の指示
を受ける指示読取部33aと、その指示に応じて該当する
結合に対する学習調整装置に学習調整定数を設定する学
習調整定数設定部33bから成っている。FIG. 12 shows an embodiment of a learning adjustment constant setting device for setting a learning adjustment constant in the learning adjustment device provided in each connection.
In the figure, learning adjustment devices 31a, 31b, ... Are provided for each connection forming the neural network 30, and a learning adjustment constant setting device for setting learning adjustment constants in these learning adjustment devices. 32 are provided. The learning adjustment constant setting device 32 is a neural network.
The instruction reading unit 33a receives an instruction to set a learning adjustment constant for one or more couplings in 30 and a learning adjustment constant setting unit 33b that sets a learning adjustment constant in the learning adjustment device for the corresponding coupling according to the instruction. ing.
なお第12図において、ニューラルネットワーク30内の
各結合はそれぞれ対応する学習調整装置を経由している
ように見えるが、実際には学習調整装置は対応する結合
に対して実際の重み変更量を出力するためのものであ
り、結合自体は学習調整装置を経由するものではない。It should be noted that in FIG. 12, each connection in the neural network 30 seems to pass through the corresponding learning adjustment device, but in reality, the learning adjustment device outputs the actual weight change amount for the corresponding connection. The connection itself does not go through the learning adjustment device.
第13図は各結合に対応する学習調整装置の実施例の構
成ブロック図である。同図において学習調整装置31は、
学習調整定数設定装置32によってその結合に対して設定
された学習調整定数を記憶する定数保存部34、ニューラ
ルネットワークの学習時にバックプロパゲーション法に
よって結合に与えられる重み変更情報を読み取るための
重み変更情報読取部35、定数保存部34内の学習調整定数
と重み変更情報読取部35によって読み取られたバックプ
ロパゲーション法に基づく重み変更量とを乗じて実際の
重み変更量を決定する重み変更量調整部36から構成され
る。FIG. 13 is a configuration block diagram of an embodiment of a learning adjustment device corresponding to each combination. In the figure, the learning adjustment device 31 is
A constant storage unit 34 for storing the learning adjustment constant set for the connection by the learning adjustment constant setting device 32, weight change information for reading the weight change information given to the connection by the backpropagation method at the time of learning of the neural network. A weight change amount adjustment unit that determines the actual weight change amount by multiplying the learning adjustment constants in the reading unit 35 and the constant storage unit 34 by the weight change amount based on the back propagation method read by the weight change information reading unit 35. Composed of 36.
第13図において各学習調整装置31に対応する結合37に
は、その結合に対する重みを記憶する重み保存部38、学
習時においてバックプロパゲーション法によって求めら
れた重み変更量が伝えられる重み変更量保存部39、重み
変更量保存部39に伝えられたバックプロパゲーション法
に基づく重み変更量に応じて学習調整装置31内の重み変
更量調整部36によって決定される実際の重み変更量が重
み変更量保存部39に伝えれた後に、その実際の重み変更
量を用いて結合37に対する重みを変更する重み変更装置
40が設けられる。In FIG. 13, a combination 37 corresponding to each learning adjustment device 31 has a weight storage unit 38 for storing the weight for the combination, and a weight change amount storage for transmitting the weight change amount obtained by the backpropagation method at the time of learning. The actual weight change amount determined by the weight change amount adjustment unit 36 in the learning adjustment device 31 according to the weight change amount based on the backpropagation method transmitted to the unit 39 and the weight change amount storage unit 39 is the weight change amount. A weight changing device that changes the weight for the combination 37 using the actual weight change amount after being transmitted to the storage unit 39.
40 are provided.
第14図は学習調整定数設定装置の制御フローの実施例
である。同図において学習調整定数設定装置32は、処理
が開示されるとステップ(S)41で指示読取部33aによ
って学習調整定数を設定する結合とそこに設定される定
数の値を読み取り、S42で指示のあった結合にその定
数、例えば0と1の間の任意の値が設定される。そして
S43で指示が終わりか否かが判別され、終わりでない場
合にはS41からの処理が繰り返され、指示が終わりとな
った時点で処理を終了する。FIG. 14 is an embodiment of the control flow of the learning adjustment constant setting device. In the figure, when the processing is disclosed, the learning adjustment constant setting device 32 reads the combination for setting the learning adjustment constant and the value of the constant set therein by the instruction reading unit 33a in step (S) 41, and instructing in S42. The constant that has been set is set to that constant, for example, an arbitrary value between 0 and 1. And
In S43, it is determined whether or not the instruction is over. If it is not over, the process from S41 is repeated. When the instruction is over, the process ends.
第15図は完全結合されたニューラルネットワークを特
定構造のネットワークに変換する処理の実施例フローチ
ャートである。同図において、処理が開始されると、S4
4で学習調整定数設定装置32の指示読取部33aによって切
るべき結合の情報が読み取られ、S45で指示された結合3
7の重み保存部38に初期重みとして0が設定され、S46で
指示された結合に対応する学習調整装置31で学習調整定
数の値として0(オフ)が設定され、S47で指示が終わ
りか否かが判別され、終わりでない場合にはS44からの
処理が繰り返される。そして指示が終わったと判別され
た時点で全ての処理が終了する。FIG. 15 is a flowchart of an embodiment of a process for converting a fully connected neural network into a network having a specific structure. In the figure, when the process is started, S4
The information of the bond to be cut is read by the instruction reading unit 33a of the learning adjustment constant setting device 32 in 4, and the combination 3 instructed in S45 is read.
0 is set as the initial weight in the weight storage unit 38 of 7 and 0 (off) is set as the value of the learning adjustment constant in the learning adjustment device 31 corresponding to the combination instructed in S46, and whether the instruction ends in S47. Is determined, and if it is not the end, the processing from S44 is repeated. Then, when it is determined that the instruction has been completed, all the processing ends.
第16図はニューラルネットワークの学習時において各
結合の学習の有無を指定する場合の、学習調整装置31の
処理実施例のフローチャートである。同図において、S4
8で第13図の重み変更量保存部39から、バックプロパバ
ーション法によって求められた重み変更量が重み変更量
保存部39に伝えられた時点で重み変更情報読取部35によ
り重みの変更情報が読み取られ、S49で定数保存部34に
記憶されている学習調整定数の値が0(オフ)か否かが
判別される。FIG. 16 is a flowchart of a processing embodiment of the learning adjustment device 31 when designating the presence or absence of learning of each connection during learning of the neural network. In the figure, S4
At 8 when the weight change amount storage unit 39 of FIG. 13 transmits the weight change amount obtained by the back propagation method to the weight change amount storage unit 39, the weight change information reading unit 35 outputs the weight change information. Is read, and it is determined in S49 whether the value of the learning adjustment constant stored in the constant storage unit 34 is 0 (off).
そしてその値が0(オフ)の時には、S50で重み変更
量調整部36により重みの変更量が0とされて重み変更量
保存部39に与えられるが、定数保存部34に記憶されてい
る値が0でない(オン)場合には重み変更量調整部36に
よる新しい重み変更量は重み変更量保存部39に伝えられ
ず、結合37における重みの変更はバックプロパゲーショ
ン法によって求められた重み変更量をそのまま用いるこ
との指示(S55)に従って、重み変更装置40によって行
われる。When the value is 0 (off), the weight change amount adjustment unit 36 sets the weight change amount to 0 in S50, and the weight change amount is given to the weight change amount storage unit 39. Is not 0 (on), the new weight change amount by the weight change amount adjustment unit 36 is not transmitted to the weight change amount storage unit 39, and the weight change in the combination 37 is the weight change amount obtained by the backpropagation method. Is performed by the weight changing device 40 according to the instruction (S55) to use as is.
第17図はバックプロパゲーション法による重みの変更
量に学習調整定数を乗ずる場合の、学習調整装置の処理
実施例フローチャートである。同図において、S51で重
み変更情報読取部35によって重み変更量保存部39から重
みを変更するという情報とその変更量が読み取られ、S5
2で定数保存部34から学習調整定数の値が重み変更量調
整部36に出力され、S53でその低数値と重み変更情報読
取部35によって読み取られた変更量とが乗じられた実際
の重み変更量が求められ、その値がS54で結合37の重み
変更量保存部39に新しい重み変更量として設定される。
そして重み変更装置40によって重みが変更され、その重
みの値は重み保存部38に保存されることになる。FIG. 17 is a flowchart of a processing embodiment of the learning adjustment device in the case of multiplying the learning adjustment constant by the amount of weight change by the back propagation method. In the figure, in S51, the weight change information reading unit 35 reads the information about the weight change from the weight change amount storage unit 39 and the change amount, and S5
In 2, the value of the learning adjustment constant is output from the constant storage unit 34 to the weight change amount adjustment unit 36, and in S53, the low weight value is multiplied by the change amount read by the weight change information reading unit 35 to change the actual weight. The amount is obtained, and the value is set as a new weight change amount in the weight change amount storage unit 39 of the combination 37 in S54.
Then, the weight is changed by the weight changing device 40, and the value of the weight is stored in the weight storage unit 38.
第18図は特定構造のニューラルネットワークの実現と
学習速度調整の実施例である。同図において、(a)に
示す構造のニューラルネットワークを(b)に示す完全
結合されたニューラルネットワークを用いて実現するこ
とにする。この場合には、まず(b)の完全結合された
ニューラルネットワークの全ての結合に対してそれぞれ
学習調整装置が設けられる。FIG. 18 shows an embodiment of realizing a neural network having a specific structure and adjusting the learning speed. In the figure, the neural network having the structure shown in (a) is realized by using the fully connected neural network shown in (b). In this case, first, the learning adjustment device is provided for all the connections of the fully connected neural network of (b).
そして図(c)に示すように、まず(a)にはない結
合に対して初期重みとして0が設定される。その後
(d)に示すように、(a)にはない結合に対する学習
調整装置に学習調整定数の値として0(オフ)が設定さ
れ、それ以外の学習調整装置には1(オン)が設定され
る。なお(d)においては学習調整定数の値として1が
設定される学習調整装置は図示されていない。Then, as shown in FIG. 7C, first, 0 is set as an initial weight for a combination that is not shown in FIG. After that, as shown in (d), 0 (off) is set as the value of the learning adjustment constant in the learning adjustment device for the combination that is not in (a), and 1 (on) is set in the other learning adjustment devices. It Note that the learning adjustment device in which 1 is set as the value of the learning adjustment constant is not shown in (d).
第18図(e)は学習速度調整の実施例である。同図に
おいて、入力側から見て第1層と第2層間の学習の速度
に対して、第2層と第3層間の学習の速度を半分にする
ことにし、第1層と第2層の間の学習調整装置に学習調
整定数として1が、また第2層と第3層の間の結合に対
する学習調整装置に0.5た設定される。FIG. 18 (e) shows an example of learning speed adjustment. In the figure, the learning speed between the second layer and the third layer is halved with respect to the learning speed between the first layer and the second layer when viewed from the input side. A learning adjustment constant of 1 is set in the learning adjustment device in between, and 0.5 is set in the learning adjustment device for the coupling between the second and third layers.
以上詳細に説明したように、本発明によれば従来のよ
うに完全結合されたニューラルネットワークから特定の
構造を持つネットワークを簡単に実現することができ、
また各結合毎の学習の程度の微調整も簡単になり、ファ
ジィニューロ融合システムの実用化に寄与するところが
大きい。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to easily realize a network having a specific structure from a fully connected neural network as in the related art.
In addition, the fine adjustment of the degree of learning for each connection becomes easy, and it has a great contribution to the practical application of the fuzzy neuro fusion system.
第1図(a)は、本発明の原理ブロック図、 第1図(b)は、特定構造のニューラルネットワークの
実現方法の機能ブロック図、 第2図は、本発明のニューラルネットワークにおける結
合の学習調整方式を用いる全体システムの構成ブロック
図、 第3図は、階層ネットワークにおける基本ユニットの構
成図、 第4図は、階層ネットワーク部の基本構成を示す図、 第5図は、メンバーシップ関数の説明図、 第6図は、前件部メンバーシップ関数の真理値の算出機
能の説明図(その1)、 第7図は、前件部メンバーシップ関数の真理値の算出機
能の説明図(その2)、 第8図は、後件部メンバーシップ関数の真理値の出力機
能の説明図、 第9図は、前件部演算機能および後件部演算機能の説明
図、 第10図は、ファジィ推論値の説明図、 第11図は、ファジィ制御ルールが写像された全体システ
ムの構成を示すブロック図、 第12図は、学習調整定数設定装置の実施例の構成を示す
ブロック図、 第13図は、各結合に対応する学習調整装置の実施例の構
成を示すブロック図、 第14図は、学習調整定数設定装置の制御フローの実施例
を示す図、 第15図は、完全結合のニューラルネットワークを特定構
造のネットワークへ変換する処理の実施例のフローチャ
ート、 第16図は、各結合の学習の有無を指定する場合の学習調
整装置の処理実施例のフローチャート、 第17図は、バックプロパゲーション法による重みの変更
量に学習調整定数を乗ずる場合の学習調整装置の処理実
施例フローチャート、 第18図は、特定構造のニューラルネットワークの実現と
学習速度調整の実施例を示す図である。 24……前件部メンバーシップ関数値算出機能、25……前
件部演算機能、26……後件部演算機能、27……後件部メ
ンバーシップ関数値出力機能、28……ファジィ推論値算
出機能、30……ニューラルネットワーク、31a,31b……
学習調整装置、32……学習調整定数設定装置、33a……
指示読取部、34……定数保存部、35……重み変更情報読
取部、36……重み変更量調整部.FIG. 1 (a) is a block diagram of the principle of the present invention, FIG. 1 (b) is a functional block diagram of a method for realizing a neural network having a specific structure, and FIG. 2 is a learning of connection in the neural network of the present invention. Fig. 3 is a block diagram showing the configuration of the entire system using the adjustment method. Fig. 3 is a diagram showing the configuration of basic units in the hierarchical network. Fig. 4 is a diagram showing the basic configuration of the hierarchical network unit. Fig. 5 is an explanation of the membership function. 6 and 6 are explanatory diagrams of the truth value calculation function of the antecedent part membership function (No. 1), and FIG. 7 is an explanatory diagram of the truth value calculation function of the antecedent part membership function (No. 2). ), FIG. 8 is an explanatory diagram of the truth value output function of the consequent part membership function, FIG. 9 is an explanatory diagram of the antecedent part arithmetic function and the consequent part arithmetic function, and FIG. 10 is a fuzzy inference. Illustration of values, 11th Is a block diagram showing a configuration of an entire system in which fuzzy control rules are mapped, FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a learning adjustment constant setting device, and FIG. 13 is a learning adjustment corresponding to each combination. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the device, FIG. 14 is a diagram showing an embodiment of a control flow of the learning adjustment constant setting device, and FIG. 15 is a process of converting a fully connected neural network into a network of a specific structure. FIG. 16 is a flowchart of a processing embodiment of the learning adjustment device when designating the presence or absence of learning of each combination, and FIG. 17 is a learning adjustment constant for the amount of weight change by the backpropagation method. FIG. 18 is a flowchart of a processing example of the learning adjustment device when multiplying by, and FIG. 18 is a diagram illustrating an example of implementation of a neural network having a specific structure and learning speed adjustment. 24 …… Antecedent part membership function value calculation function, 25 …… Antecedent part calculation function, 26 …… Consequent part calculation function, 27 …… Consequent part membership function value output function, 28 …… Fuzzy inference value Calculation function, 30 …… Neural network, 31a, 31b ……
Learning adjustment device, 32 …… Learning adjustment constant setting device, 33a ……
Instruction reading unit, 34 ... Constant storage unit, 35 ... Weight change information reading unit, 36 ... Weight change amount adjustment unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 旭 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大和田 有理 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 浅川 和雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 松岡 成典 東京都日野市富士町1番地 富士ファコム 制御株式会社内 (72)発明者 岡田 浩之 東京都日野市富士町1番地 富士ファコム 制御株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Asahi Kawamura 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Fujitsu Limited (72) Inventor Yuri Owada 1015, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited ( 72) Inventor Kazuo Asakawa 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor, Shigenori Matsuoka, 1 Fujimachi, Hino City, Tokyo Fuji Facom Control Co., Ltd. (72) Inventor, Hiroyuki Okada Tokyo No. 1 Fuji-cho, Hino City, Fuji-Facom Control Co., Ltd.
Claims (3)
ト間の全ての結合のそれぞれに対して、該ニューラルネ
ットワークの学習時にバックプロパゲーション法によっ
て求められる重みの変更量に乗じて実際の重み変更量を
求めるための乗算定数を学習調整定数として保持する学
習調整定数保持手段(1a,1b,・・・)と、 該学習調整定数に従って実際の重み変更量を決定する重
み変更量決定手段(2a,2b,・・・)とを設け、 該各結合に対する学習調整定数保持手段(1a,1b,・・
・)のうち1つ以上の学習調整定数保持手段への学習調
整定数設定指示を受けて、該指示のあった結合に対応す
る学習調整定数保持手段に該指示された学習調整定数を
設定する学習調整定数設定手段(3)とを備えたことを
特徴とするニューラルネットワークにおける結合の学習
調整方式。1. An actual weight change amount is obtained by multiplying the change amount of the weight obtained by the backpropagation method at the time of learning of the neural network for each of all the connections between the units forming the neural network. Learning holding constant holding means (1a, 1b, ...) For holding the multiplication constant of (1a, 1b, ...) And a weight changing amount determining means (2a, 2b ,. ..) are provided, and learning adjustment constant holding means (1a, 1b ,.
Learning to receive a learning adjustment constant setting instruction to one or more learning adjustment constant holding means of () and set the designated learning adjustment constant to the learning adjustment constant holding means corresponding to the instructed combination. A learning adjustment system for coupling in a neural network, characterized by comprising an adjustment constant setting means (3).
ト間の全ての結合のそれぞれに対して、該ニューラルネ
ットワークの学習時にバックプロパゲーション法によっ
て求められる重みの変更量を0にするかどうかの「on」
または「off」のフラグを保持する学習調整定数保持手
段(1a,1b,・・・)と、 該学習調整定数に従って実際の重み変更量を決定する重
み変更量決定手段(2a,2b,・・・)とを設け、 該各結合に対する学習調整定数保持手段(1a,1b,・・
・)のうち1つ以上の学習調整定数保持手段への学習調
整定数設定指示を受けて、該指示のあった結合に対応す
る学習調整定数保持手段に該指示された学習調整定数を
設定する学習調整定数設定手段(3)とを備えたことを
特徴とするニューラルネットワークにおける結合の学習
調整方式。2. For each of all connections between units forming a neural network, whether or not the amount of change in weight obtained by the backpropagation method at the time of learning of the neural network is zero is "on".
Or a learning adjustment constant holding means (1a, 1b, ...) Holding an “off” flag and a weight change amount determining means (2a, 2b, ...) Which determines an actual weight change amount according to the learning adjustment constant. ,) And learning adjustment constant holding means (1a, 1b, ...
Learning to receive a learning adjustment constant setting instruction to one or more learning adjustment constant holding means of () and set the designated learning adjustment constant to the learning adjustment constant holding means corresponding to the instructed combination. A learning adjustment system for coupling in a neural network, characterized by comprising an adjustment constant setting means (3).
ト間の全ての結合のうち1つ以上の結合に対して重みの
初期値を0に設定する手段と、 該1つ以上の結合に対応する前記学習調整定数保持手段
に前記学習調整定数設定手段(3)が学習調整定数とし
て、請求項1の時には0を、請求項2の時には「off」
を設定する手段と、 該設定により該学習調整定数保持手段が学習調整定数と
して請求項1の時には0を、請求項2の時には「off」
を保持する手段とを有し、 前記ニューラルネットワークの学習時に該1つ以上の結
合に対する重み変更量決定手段が重み変更量として0を
出力し続けることを特徴とする請求項1または2記載の
ニューラルネットワークにおける結合の学習調整方式。3. A means for setting an initial value of a weight to 0 for one or more connections among all the connections between units forming a neural network, and the learning adjustment corresponding to the one or more connections. The learning adjustment constant setting means (3) is used as a learning adjustment constant in the constant holding means, 0 in claim 1 and "off" in claim 2.
And a means for setting the learning adjustment constant according to the setting as a learning adjustment constant, which is 0 in claim 1 and "off" in claim 2.
3. The neural network according to claim 1 or 2, further comprising: means for holding the value, and the weight change amount determination means for the one or more connections continues to output 0 as the weight change amount during learning of the neural network. A learning adjustment method for connections in networks.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2070058A JPH0831116B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Learning adjustment method of connection in neural network |
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|---|---|
| JPH03269777A JPH03269777A (en) | 1991-12-02 |
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