Computational Intelligence: Probleme, Methoden und technische Anwendungen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
De Gruyter Oldenbourg
[2016]
|
| Ausgabe: | 2. Auflage |
| Schriftenreihe: | De Gruyter Studium
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XX, 448 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783110400663 3110400669 |
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
TEIL I: EINFUEHRUNG 1
1 EINLEITUNG 3
1.1 NEUE HERAUSFORDERUNGEN AN TECHNISCHE SYSTEME 3
1.2 KOMPLEXE, KOMPLIZIERTE UND CHAOTISCHE SYSTEME 4
1.3 GRENZEN TRADITIONELLER BERECHNUNGSMETHODEN 4
1.4 NATURINSPIRIERTE BERECHNUNGSMETHODEN 5
1.4.1 BIONIK 5
1.4.2 KUENSTLICHE INTELLIGENZ 8
1.4.3 NATURAL COMPUTING 10
1.4.4 SOFT COMPUTING 11
1.4.5 COMPUTATIONAL INTELLIGENCE 11
1.5 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN 15
2 PROBLEMSTELLUNGEN UND LOESUNGSANSAETZE 17
2.1 EINFUEHRENDE BEISPIELE 17
2.2 MUSTERERKENRIUNG UND KLASSIFIKATION 21
2.2.1 EINFUEHRUNG IN DIE PROBLEMSTELLUNG 21
2.2.2 ENTWURFS- UND AUSLEGUNGSKONZEPTE 24
2.2.3 KRITERIEN ZUR ERGEBNISBEWERTUNG 33
2.2.4 PRAKTISCHE BEISPIELE 34
2.2.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 36
2.2.6 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG 36
2.3 MODELLBILDUNG 38
2.3.1 EINFUEHRUNG IN DIE PROBLEMSTELLUNG 38
2.3.2 ENTWURFS- UND AUSLEGUNGSKONZEPTE 41
2.3.3 KRITERIEN ZUR ERGEBNISBEWERTUNG 47
2.3.4 PRAKTISCHE BEISPIELE 54
2.3.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 57
2.3.6 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG 58
2.4 REGELUNG 60
2.4.1 EINFUEHRUNG IN DIE PROBLEMSTELLUNG 60
2.4.2 ENTWURFS- UND AUSLEGUNGSKONZEPTE 63
2.4.3 KRITERIEN ZUR ERGEBNISBEWERTUNG 75
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XIV
INHALTSVERZEICHNIS
2.4.4 PRAKTISCHE BEISPIELE 78
2.4.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 82
2.4.6 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG 82
2.5 OPTIMIERUNG UND SUCHE 84
2.5.1 EINFUHRUNG IN DIE PROBLEMSTELLUNG 84
2.5.2 ENTWURFS- UND AUSLEGUNGSKONZEPTE 90
2.5.3 KRITERIEN ZUR ERGEBNISBEWERTUNG 93
2.5.4 PRAKTISCHE BEISPIELE 95
2.5.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 98
2.5.6 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG 99
2.6 BEISPIELE UND BENCHMARKS 101
TEIL II: FUZZY-SYSTEME 103
3 EINLEITUNG 105
4 ALLGEMEINE PRINZIPIEN 107
4.1 FUZZY-MENGEN, GRUNDOPERATIONEN UND LINGUISTISCHE VARIABLEN 107
4.2 MAMDANI-FUZZY-SYSTEME 111
4.3 RELATIONALE FUZZY-SYSTEME 116
4.4 TAKAGI-SUGENO-SYSTEME 119
4.5 MULTIVARIATE ZUGEHOERIGKEITSFUNKTIONEN UND ALLG.
FUZZY-PARTITIONIERUNGEN 121
4.6 GEGENUEBERSTELLUNG VON MAMDANI- UND TAKAGI-SUGENO-FUZZY-SYSTEMEN 124
4.7 KURZE HISTORIE , 124
5 CLUSTERVERFAHREN 127
5.1 GRUNDLEGENDE PRINZIPIEN 127
5.1.1 ABSTAND UND METRIK 127
5.1.2 EINFACHES BEISPIEL: NAECHSTE-NACHBARN-KLASSIFIKATION 130
5.2 UMSETZUNG 131
5.2.1 ABLAUF EINES CLUSTERVERFAHRENS 133
5.2.2 C-MEANS-ALGORITHMUS 133
5.2.3 FUZZY-C-MEANS-ALGORITHMUS 134
5.2.4 GUSTAFSON-KESSEL-ALGORITHMUS 140
5.2.5 BESTIMMUNG DER CLUSTERANZAHL BEI FUZZY-CLUSTERVERFAHREN 144
5.2.6 WAHL DES UNSCHAERFEPARAMETERS 146
5.2.7 VERFAHRENSERWEITERUNGEN 147
6 DATENGETRIEBENE MODELLBILDUNG 149
6.1 EINFUEHRUNG 149
6.2 LINEARE SYSTEMIDENTIFIKATION 149
INHALTSVERZEICHNIS XV
6.2.1 IDENTIFIKATION STATISCHER LIP-MODELLE MITTELS LS-VERFAHREN 150
6.2.2 IDENTIFIKATION LINEARER DYNAMISCHER EINGROESSENMODELLE 154
6.2.3 ABLAUF EINER IDENTIFIKATION 160
6.3 FUZZY-MODELLE 162
6.3.1 STATISCHE FUZZY-MODELLE 162
6.3.2 GEWINNUNG ZEITKONTINUIERLICHER DYNAMISCHER FUZZY-MODELLE 171
6.3.3 IDENTIFIKATION ZEITDISKRETER DYNAMISCHER TAKAGI-SUGENO-MODELLE 172
7 REGELUNG 177
7.1 EINFUEHRUNG 177
7.2 MAMDANI-FUZZY-REGLER 178
7.2.1 FUZZY-P-REGLER 178
7.2.2 FUZZY-PI/PD-REGLER 181
7.2.3 ANMERKUNGEN 183
7.3 FUZZY-BASIERTE SELBSTEINSTELLUNG FUER PI-REGLER 184
7.4 RELATIONALER FUZZY-REGLERENTWURF 185
7.4.1 REGLERENTWURF DURCH MODELLINVERSION 185
7.4.2 FUZZY-VORSTEUERUNG 187
7.5 FUZZY-GAIN-SCHEDULING UND TAKAGI-SUGENO-REGLER 189
7.5.1 LINEARE ZUSTANDSMODELLE 190
7.5.2 AFFINE ZUSTANDSMODELLE 192
7.6 REALISIERUNGSASPEKTE 195
8 ANWENDUNGSBEISPIELE 197
8.1 CLUSTERUNG MITTELS FUZZY-C-MEANS 197
8.1.1 FEHLERERKENNUNG UND -ISOLIERUNG BEI BRENNSTOFFZELLEN 197
8.1.2 KLINISCHE INSTRUMENTELLE GANGANALYSE 198
8.2 FUZZY-KLASSIFIKATION (NICHT LINEAR SEPARIERBARES
ZWEI-KLASSENPROBLEM) 199
8.3 FUZZY-MODELLBILDUNG 200
8.3.1 KENNFLAECHE EINES AXIALKOMPRESSORS 200
8.3.2 DYNAMISCHES MODELL EINER KLAERSCHLAMMVERBRENNUNGSANLAGE 202
8.4 MAMDANI-FUZZY-REGELUNG EINES DREI-TANKSYSTEMS 203
9 UEBUNGSAUFGABEN 209
9.1 CLUSTERUNG EINER OBJEKTMENGE 209
9.2 MAMDANI-FUZZY-REGLER 210
9.3 KOMPENSATION EINER NICHTLINEAREN VENTILKENNLINIE 211
9.4 ENTWURF EINER VORSTEUERUNG FUER EINEN VERBRENNUNGSPROZESS 213
9.5 FUZZY-KENNLINIENREGLER 216
9.6 FUNKTIONSAPPROXIMATION MITTELS TAKAGI-SUGENO-FUZZY-SYSTEM 219
XVI INHALTSVERZEICHNIS
TEIL III: KUENSTLICHE NEURONALE NETZE 221
10 EINLEITUNG 223
11 ALLGEMEINE PRINZIPIEN 225
11.1 NETZSTRUKTUREN UND -TOPOLOGIEN 225
11.1.1 SCHICHTEN 225
11.1.2 VORWAERTSGERICHTETE UND RUECKGEKOPPELTE NETZE 226
11.2 LERNKONZEPTE 227
11.3 UNIVERSELLE APPROXIMATION UND NETZSTRUKTUR 228
11.4 EFFIZIENZ UND LOESUNGSQUAL ITAET VON SUCHVERFAHREN 229
11.5 KURZE HISTORIE 230
12 MULTI-LAYER-PERCEPTRON-(MLP-)NETZE 233
12.1 AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP EINES NEURONS 233
12.2 NETZAUFBAU UND UEBERTRAGUNGSVERHALTEN 234
12.3 LERNVERFAHREN 238
12.3.1 DELTA-REGEL 238
12.3.2 BACKPROPAGATION-ALGORITHMUS 240
12.4 PROBLEME BEIM EINSATZ DES BACKPROPAGATION-VERFAHRENS 247
12.5 ERWEITERUNGEN DES BACKPROPAGATION-VERFAHRENS 248
12.6 MUSTERERKENNUNG MIT MLP-NETZEN 250
12.6.1 TRENNFLAECHENFORM UND EBENENANZAHL 250
12.6.2 TRAINING DES KLASSIFIKATORS 253
12.7 MODELLBILDUNG MIT MLP-NETZEN 259
12.8 MODELLPRAEDIKTIVE REGELUNG MIT MLP-NETZEN 260
13 RADIALE-BASISFUNKTIONEN-NETZE 261
13.1 NETZAUFBAU 261
13.2 BASISFUNKTIONEN 262
13.3 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN 263
13.4 LERNVERFAHREN 265
13.4.1 FESTLEGUNG VON BASEN UND FORMPARAMETERN 265
13.4.2 ERMITTLUNG DER GEWICHTE 267
13.4.3 PARAMETEROPTIMIERUNG 267
13.5 METHODISCHE ERWEITERUNGEN 271
INHALTSVERZEICHNIS
XVII
14 SELBSTORGANISIERENDE (KOHONEN-)KARTEN 273
14.1 NETZAUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP 273
14.2 LERNVERFAHREN 275
15 ANWENDUNGSBEISPIELE 281
15.1 KENNFLAECHE EINES AXIALKOMPRESSORS (MLP) 281
15.2 DYNAMISCHE MODELLIERUNG EINES SERVO-HYDRAULISCHEN ANTRIEBS (MLP)
284
15.3 DYNAMISCHE MODELLIERUNG EINES SERVO-PNEUMATISCHEN ANTRIEBS (MLP)
285
15.4 FLIESSKURVENMODELLIERUNG BEIM KALTWALZEN (MLP) 286
15.5 VIRTUELLER KRAFTSENSOR FUER ELASTISCHEN ROBOTERARM (MLP) 287
15.6 QUALITAETSKENNGROESSENVORHERSAGE BEI POLYMERISATION (MLP) 288
15.7 ZUSTANDSBEWERTUNG VON ENERGIEUEBERTRAGUNGSNETZEN (SOM) 290
15.8 ROUTENPLANUNG/TSP (SOM) 291
16 UEBUNGSAUFGABEN 295
16.1 XOR-FUNKTIONSAPPROXIMATION MITTELS MLP-NETZ 295
16.2 KLASSIFIKATION MITTELS MLP-NETZEN (1) 296
16.3 KLASSIFIKATION MITTELS MLP-NETZEN (2) 297
16.4 KLASSIFIKATION MITTELS RBF-NETZ 298
16.5 FUNKTIONSAPPROXIMATION MITTELS RBF-NETZ 299
16.6 TRAINING EINER KOHONENKARTE 299
16.7 CLUSTERUNG UND KLASSIFIKATION MITTELS KOHONENKARTE 300
TEIL IV: EVOLUTIONAERE ALGORITHMEN 303
17 ALLGEMEINE PRINZIPIEN 305
17.1 EINFUEHRUNG 305
17.2 GRUNDIDEE UND -SCHEMA EVOLUTIONAERER ALGORITHMEN 306
17.3 KURZE HISTORIE 309
18 GENETISCHE ALGORITHMEN 311
18.1 EINFUEHRUNG 311
18.2 PROBLEMKODIERUNG 312
18.3 ALGORITHMUSABLAUF 315
XVIII
INHALTSVERZEICHNIS
18.4 SELEKTION DER ELTERNTEILE 316
18.4.1 FITNESSPROPORTIONALE SELEKTION 316
18.4.2 RANGBASIERTE SELEKTION 319
18.4.3 TOURNIERBASIERTE SELEKTION 320
18.5 REKOMBINATION DURCH CROSS-OVER 321
18.5.1 BINAER KODIERTE KONTINUIERLICHE PROBLEME 321
18.5.2 REELL KODIERTE KONTINUIERLICHE PROBLEME 322
18.5.3 GANZZAHLIG ODER SYMBOLISCH KODIERTE PROBLEME 323
18.5.4 PERMUTATIONSPROBLEME 323
18.6 MUTATION 324
18.6.1 BINAER KODIERTE KONTINUIERLICHE PROBLEME 324
18.6.2 GANZZAHLIG, SYMBOLISCH ODER REELL KODIERTE PROBLEME 325
18.6.3 PERMUTATIONSPROBLEME 325
18.7 SELEKTION DER UEBERLEBENDEN/POPULATIONSMODELLE 326
18.8 ABBRUCHKRITERIUM 327
18.9 ERWEITERUNGEN/WEITERFUEHRENDES 327
18.10 ILLUSTRIERENDES BEISPIEL 327
19 EVOLUTIONSSTRATEGIEN 331
19.1 EINFUEHRUNG 331
19.2 PROBLEMKODIERUNG 333
19.3 STARTPOPULATION 333
19.4 ALGORITHMUSABLAUF 334
19.5 SELEKTION DER ELTERNTEILE 334
19.6 REKOMBINATION 334
19.7 MUTATION 334
19.7.1 RECHENBERGS L/5-(ERFOLGS-)REGEL 335
19.7.2 EINHEITLICHE MUTATIONSSCHRITTWEITENADAPTION 336
19.7.3 SEPARATE UNKORRELIERTE MUTATIONSSCHRITTWEITENADAPTION 336
19.7.4 SEPARATE KORRELIERTE MUTATIONSSCHRITTWEITENADAPTION 337
19.8 SELEKTION DER UEBERLEBENDEN/POPULATIONSMODELLE 337
19.9 ABBRUCHKRITERIUM 338
19.10 ERWEITERUNGEN/WEITERFUEHRENDES 338
19.11 ILLUSTRIERENDES BEISPIEL 339
INHALTSVERZEICHNIS
XIX
20 GENETISCHES PROGRAMMIEREN 343
21 ANWENDUNGSBEISPIELE 347
21.1 FORMOPTIMIERUNG EINES ROHRKRUEMMERS (ES) 347
21.2 PFADPLANUNG FUER MOBILE ROBOTER (GA) 348
21.3 MODELLGENERIERUNG FUER BIOTECHNOLOGISCHE PROZESSE (GP) 349
21.4 MINIMUMSUCHE BEI TESTFUNKTIONEN MITTELS MATLAB* *OPTIMIZATION TOOL
(GA). 350
22 UEBUNGSAUFGABEN 359
22.1 ROUTENPLANUNG FUER MOBILEN ROBOTER MITTELS GENETISCHEM ALGORITHMUS
359
22.2 EVOLUTIONSSTRATEGIE ZUR LOESUNG EINES KONTINUIERLICHEN
OPTIMIERUNGSPROBLEMS.... 360
22.3 FORMOPTIMIERUNG MITTELS GENETISCHEM ALGORITHMUS 360
22.4 OPTIMIERUNG EINES FUZZY-SYSTEMS MITTELS GENETISCHEM ALGORITHMUS 362
22.5 OPTIMALES RUCKSACKPACKEN MITTELS GENETISCHEM ALGORITHMUS 363
TEIL V: WEITERFUEHRENDE METHODEN 365
23 HYBRIDE CL-SYSTEME 367
23.1 EINFUEHRUNG 367
23.2 NEURO-FUZZY-SYSTEME 369
23.2.1 METHODIK 369
23.2.2 ANWENDUNGSBEISPIEL SCHADENSDIAGNOSE VON ABWASSERROHREN 375
23.3 EVOLUTIONAERE FUZZY-SYSTEME 377
23.3.1 METHODIK 377
23.3.2 ANWENDUNGSBEISPIEL FUZZY-REGLUNG INVERSES ROTATIONSPENDEL 380
23.4 EVOLUTIONAERE NEURONALE NETZE 382
23.4.1 METHODIK 382
23.4.2 ANWENDUNGSBEISPIEL MLP-NETZOPTIMIERUNG 386
23.5 EVOLUTIONAERE NEURO-FUZZY-SYSTEME
;
388
23.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 388
24 SCHWARMINTELLIGENZ UND KUENSTLICHE IMMUNSYSTEME 391
24.1 EINFUEHRUNG 391
24.2 SCHWARMINTELLIGENZ 391
24.2.1 PARTIKELSCHWARMOPTIMIERUNG 391
24.2.2 AMEISENALGORITHMEN 394
24.2.3 WEITERFUEHRENDE LITERATUR : 396
XX INHALTSVERZEICHNIS
24.3 KUENSTLICHE IMMUNSYSTEME 396
24.3.1 BIOLOGISCHES VORBILD 396
24.3.2 TECHNISCHE UMSETZUNG 399
24.3.3 ANWENDUNGSBEISPIEL UNTERDRUECKUNG VON STOEREINWIRKUNGEN 401
24.3.4 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 402
TEIL VI: ANHANG 405
25 ANHANG 407
25.1 VERZEICHNIS HAEUFIGER FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN 407
25.2 VEKTOR- UND MATRIZENRECHNUNG 411
25.3 NORMALVERTEILUNG 413
25.4 GRAPHEN 414
25.5 HERLEITUNG DES FCM-ALGORITHMUS 414
25.6 BERECHNUNGSPROGRAMME IM BEREICH DER CI 416
LITERATUR 419
VERZEICHNIS DER ANWENDUNGSBEISPIELE 441
INDEX 443
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