Лекция 17. Использование Simulink при построении НС

Пакет Neural Networks содержитряд блоков, которые могут быть либо непосредственно использованы для построения НС в среде Simulink, либо применяться вместе с рассмотренной функцией gensim.

Для вызова набора блоков в командной строке необходимо набрать команду neural, после выполнения которой появится окно (рис.29).

Рис.29. Основные нейросетевые блоки Simulink

Каждый из представленных на рис.29 блоков, в свою очередь, является набором некоторых блоков.

Блоки функции активации. Двойной щелчок на блоке приводит к появлению библиотеки блоков (рис.30). Каждый из этих блоков данной библиотеки преобразует подаваемый на него вектор в соответсвующий вектор той же размерности.

Рис.30. Библиотека блоков функций активации

Блоки преобразования входов сети. Функции данной группы реализуют функции накопления потенциала нейрона в виде поэлементного произведения или сумм взвешенных входов нейрона, а также вычисляют производные от таких произведений или сумм (рис.31).

Рис.31.Окно библиотеки блоков преобразования сигналов

Блоки весовых коэффициентов. Функции этой группы выполняют следующие операции: взвешивание и вычисление расстояний в сетях с топологией (dotprod – функция придания входам P некоторых весов W. Возвращает матрицу ; normprod – функция вычисления нормированного скалярного произведения (каждый элемент дополнительно делится на сумму элементов соответствующего столбца-сомножителя); dist – функция вычисления евклидова расстояния; negdist – отрицательное евклидово расстояние. Векторы в Simulink необходимо представлять как столбцы.

Рис.32. Библиотека блоков весовых коэффициентов

Блоки нейросетевых регуляторов. На рис.33 показан набор блоков, объединенных в библиотеку системы контроля. Данные блоки реализуют нейросетевые регуляторы трех различных структур – регулятор с предсказанием, регулятор, основанный на использовании модели нелинейной авторегрессии со скользящим средним (NARMA 1,2 Controller) и регулятор на основе эталонной модели, которые удобны при построении и исследовании моделей систем автоматического управления, а также блок просмотра результатов.

Рис.33. Окно библиотеки нейросетевых регуляторов

Формирование нейросетевых моделей. Основной функцией для формирования нейросетевых моделей в Simulink является функция gensim, записываемая в форме

Gensim (net,st), где net – имя созданной сети, st – интервал дискретизации (если НС не имеет задержек, ассоциированных с ее входами или слоями, значение данного аргумента устанавливается равны -1). Функция генерирует нейросетевой блок Simulink (рис.34) для последующего моделирования НС средствами этого пакета.

Пример 3. Создать двухслойную НС прямой передачи сигнала (функция создания многослойной НС записывается как newff) с вектором минимальных и максимальных значений входов [0,1], пятью нейронами в первом (скрытом) слое и одним нейроном – в выходном слое, а затем сформировать S-модель такой НС. Данная задача решается следующим образом:

>> net=newff([0 1],[5 1]); % Cоздание новой НС

>> gensim(net)

Результат выполнения функции gensim отображен на рис.34.

Рис. 34. Результат выполнения функции gensim

Дважды щелкая на блоке Neural Network, а затем на блоках Layer1 и Layer2, можно получить детальную информацию о структуре сети (рис.35)

Структура созданной НС

Структура 1-го слоя

Структура 2-го слоя

Структура выходного слоя

Рис.35. Структура созданной НС с детальной графической информацией

Структура скрытого слоя

Пример 4. Пусть входной и целевой векторы имеют вид

p=[1 2 3 4 5];

t=[1 3 5 7 9];

Создадим линей НС и протестируем ее по данным обучающей выборки:

>> p=[1 2 3 4 5];

>> t=[1 3 5 7 9];

>> net=newlind(p,t); создание НС

>> y=sim(net,p) опрос сети

y =

1.0000 3.0000 5.0000 7.0000 9.0000

Запустим Simulink командой

>> gensim(net,-1)

Это приведет к окрытию блок-диаграммы, показанной на рис.34. В данном случае блок Input1является стандартным боком задания константы (Constant). Изменим значение по умолчанию на 4 и нажмем кнопку ОК, затем кнопку Start в панели инструментов. Для вывода нового значения необходимо дважды щелкнуть на правом значке блока y(1), оно будет равно 7.

С созданными сетями можно проводить различные эксперименты, возможные в среде Simulink, например, возможно встраивание нейросетевого регулятора в систему управления и моделирование последней.

Дата добавления: 2014-01-07