مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی بهینه چندهدفی شبکه فازی- عصبی توسط الگوریتم ترکیبی تکامل تفاضلی و تجمعی ذره براساس منطق فازی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه دینامیک و کنترل و ارتعاشات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
چکیده
شبکه‌های فازی- عصبی به‌دلیل کاربرد گسترده‌ای که در مدل‌سازی فرآیندهای پیچیده براساس داده‌های آزمایشگاهی دارند مورد توجه محققین قرار گرفته‌اند. در سیسم استنتاج فازی- عصبی هدف کاهش خطای پیش‌بینی سیستم نسبت به داده‌های اصلی است. تنظیم پارامترهای شبکه فازی- عصبی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و بر عملکرد آن تاثیرگذار می‌گذارد. برای این منظور الگوریتم بهینه‌سازی جدیدی مبتنی‌بر ترکیب دو روش بهینه‌سازی تکامل تفاضلی و تجمعی ذره ارایه شده است. در این الگوریتم ضرایب سرعت عملگرها با استفاده از منطق فازی به‌صورت دینامیکی محاسبه می‌شوند. این ضرایب با توجه به شماره نسل و واریانس ذرات تنظیم می‌شوند. در الگوریتم پیشنهادی سعی شده است که در محل‌های کم‌جمعیت‌تر فضای جست‌وجو بیشتر کاوش شود و از گیرافتادن الگوریتم در نقاط بهینه محلی جلوگیری شود. در ادامه با بهینه‌سازی سه تابع معیار نتایج حاصل از الگوریتم تکامل تفاضلی و تجمعی ذرات و روش پیشنهادی با هم مقایسه می‌شوند و عملکرد قابل قبول الگوریتم ارایه شده، قابل لمس است. در انتها شبکه فازی- عصبی برای پیش‌بینی سری زمانی تابع مکی- گلاس تعریف شده است که با استفاده از الگوریتم ارایه‌شده و الگوریتم‌های تکامل تفاضلی و تجمعی ذره، توابع تعلق مربوط به ورودی و خروجی شبکه فازی- عصبی به‌صورت دوهدفه بهینه می‌شوند و نمودار پارتو به‌دست‌آمده از این روش‌ها با هم مقایسه می‌شوند که نشان‌دهنده عملکرد بهتر الگوریتم پیشنهادی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Multi-Objective Optimum Design of a Neuro-Fuzzy Network Using a Combined PSO and DE Algorithm Based on Fuzzy Logic

نویسندگان English

H. Pourhashem
A. Jamali
N. Narimanzade
Dynamic-Control-vibration Department, Mechanical Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده English

Because of the widespread application in complex modeling based on experimental data, neuro-fuzzy networks have attracted the attention of researchers. In the neuro-fuzzy inference system, the objective is to reduce the system's prediction error relative to the actual data. The regulation of parameters of neuro-fuzzy network is very important and affects its performance. So, a new optimization algorithm based on Particle Swarm Optimization (PSO) and Differential Evolution (DE) has been proposed. In this algorithm, the coefficients of the operator speed are calculated dynamically, using fuzzy logic. These coefficients are set according to the generation number and variance of the particles. Proposed operator leads the particles to explore and exploit the search domain more precisely. Next, the performance of the proposed algorithm is checked by optimizing three benchmarks and comparing it with the results, which are obtained by conventional PSO and DE. The results show that the proposed algorithm obtained better solution in comparison with DE and PSO and proved its performance and efficiency. Finally, a neuro-fuzzy system has been employed to forecast the time series of Mackey-Glass. The parameters of this neuro-fuzzy network are optimized by the new algorithm and the PSO and DE method multi-objectively and the Pareto charts obtained by each method of optimization are compared with each other, indicating the better performance of the new algorithm.

کلیدواژه‌ها English

Optimization
Particle Swarm Optimization
Differential evolution
Fuzzy Logic
Neuro-fuzzy network
1- Chen Y, Li L, Xiao J, Yang Y, Liang J, Li T. Particle swarm optimizer with crossover operation. Journal of Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2018;70:159-169. [Link] [DOI:10.1016/j.engappai.2018.01.009]
Storn R, Price K. Differential evolution – a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces. Journal of Global Optimization. 1997;11(4):341-359. [Link] [DOI:10.1023/A:1008202821328]
Shi H, Liu S, Wu H, Li R, Liu S, Kwok N, et al. Oscillatory Particle Swarm Optimizer. Applied Soft Computing. 2018;73:316-327. [Link] [DOI:10.1016/j.asoc.2018.08.037]
Ratnaweera A, Halgamuge SK, Watson HC. Self-organizing hierarchical particle swarm optimizer with time-varying acceleration coefficients. IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2004;8(3):240-255. [Link] [DOI:10.1109/TEVC.2004.826071]
Nesamalar J, Venkatesh P, Raja S. Managing multi-line power congestion by using Hybrid Nelder–Mead–Fuzzy Adaptive Particle Swarm Optimization (HNM-FAPSO). Applied Soft Computing. 2016;43:222-234. [Link] [DOI:10.1016/j.asoc.2016.02.013]
Wang H, Sun H, Li C, Rahnamayan S, Pan J. Diversity enhanced particle swarm optimization with neighborhood search. Information Sciences. 2013;223:119-135. [Link] [DOI:10.1016/j.ins.2012.10.012]
Luo W, Sun J, Bu C, Liang H. Species-based particle swarm optimizer enhanced by memory for dynamic optimization. Applied Soft Computing. 2016;47:130-140. [Link] [DOI:10.1016/j.asoc.2016.05.032]
Wang L, Yang B, Orchard J. Particle swarm optimization using dynamic tournament topology. Applied Soft Computing. 2016;48:584-596. [Link] [DOI:10.1016/j.asoc.2016.07.041]
Li NJ, Wang WJ, James Hsu CC, Chang W, Chou HG, Chang JW. Enhanced particle swarm optimizer incorporating a weighted particle. Neurocomputing. 2014;124:218-227. [Link] [DOI:10.1016/j.neucom.2013.07.005]
Yi W, Zhou Y, Gao L, Li X, Mou J. An improved adaptive differential evolution algorithm for continuous optimization. Expert Systems with Applications. 2016;44:1-12. [Link] [DOI:10.1016/j.eswa.2015.09.031]
Salehpour M, Jamali A, Bagheri A, Nariman-zadeh N. A new adaptive differential evolution optimization algorithm based on fuzzy inference system. Engineering Science and Technology, an International Journal, 2017;20,(2):587-597. [Link]
Brest J, Greiner S, Boskovic B, Mernik M, Zumer V. Self-Adapting control parameters in differential evolution: a comparative study on numerical benchmark problems. IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2006;10(6):646-657. [Link] [DOI:10.1109/TEVC.2006.872133]
Zou D., Li S., Wang G.-G., Li Z., Ouyang H. An improved differential evolution algorithm for the economic load dispatch problems with or without valve-point effects. Applied Energy. 2016;181:375-390. [Link] [DOI:10.1016/j.apenergy.2016.08.067]
Thangaraj R, Pant M, Abraham A, Bouvry p. Particle swarm optimization: Hybridization perspectives and experimental illustrations. Applied Mathematics and Computation. 2011;217:5208-5226. [Link] [DOI:10.1016/j.amc.2010.12.053]
Jang JSR. ANFIS: Adaptive-network-based fuzzy inference system. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. 1993;23(3):665-685. [Link] [DOI:10.1109/21.256541]
Wang WC, Chau K.W, Cheng CT, Qiu L. A comparison of performance of several artificial intelligence methods for forecasting monthly discharge time series. Journal of Hydrology. 2009;374(3):294-306. [Link] [DOI:10.1016/j.jhydrol.2009.06.019]
Babuška R, Verbruggen H. Neuro-fuzzy methods for nonlinear system identification. Annual Reviews in Control. 2003;27(1):73-85. [Link] [DOI:10.1016/S1367-5788(03)00009-9]