Нейро-окрестностные модели как новый класс иерархических динамических окрестностных моделей

Аннотация


Представлены основные особенности моделирования сложных распределенных процессов, отражена актуальность исследования и важность моделирования таких процессов. Рассматривается развитие окрестностного подхода, труды отечественных и зарубежных авторов, внесших значительный вклад в развитие математического моделирования сложных динамических систем. Приведены виды окрестностных моделей и отражено положение нового направления иерархических динамических нейро-окрестностных моделей в классе окрестностных моделей. Представлены преимущества развития данного подхода, а именно улучшение интерпретируемости модели при одновременном обеспечении достаточной точности с обобщающей способностью и устойчивостью к шуму. Выделены основные этапы построения и представлены сферы применения иерархических динамических нейро-окрестностных моделей. Отмечено три способа представления их структуры: графический, теоретико-множественный и матричный. Графический способ представления основывается на графах, разделенных на два слоя, которые описывают связи между узлами по переходам и по выходам соответственно. Показаны схемы слоев и общая схема узла исследуемой модели по переходам и выходам. Теоретико-множественный способ описывает модель в виде множеств узлов и иерархических окрестностных связей между ними. Матричный способ позволяет представить модель в виде матриц смежности для переходов и выходов по состояниям и по внешним воздействиям соответственно. Приведено подробное описание иерархических динамических нейро-окрестностных моделей и нейронных сетей в узлах. Описан алгоритм идентификации разработанного подхода, показана схема алгоритма идентификации. Приведен пример построения иерархической динамической нейро-окрестностной модели прогноза общего энергопотребления бытовой техники в доме с учетом отопления и погодных условий в реализованной программе Python с автоматическим подбором оптимальных параметров модели. Приведено описание исходных данных, взятых с сайта Kaggle. Проведена подготовка данных, на основе которых выполнено обучение и тестирование полученной модели. Показана схема иерархической динамической нейро-окрестностной модели прогнозируемого процесса. Сделаны выводы по проделанному исследованию.

Полный текст

3

Об авторах

И. А Седых

Липецкий государственный технический университет

В. А Истомин

Липецкий государственный технический университет

Список литературы

  1. Голубева, Н.В. Математическое моделирование систем и процессов: учеб. пособие / Н.В. Голубева. – СПб.: Лань, 2016. – 192 c.
  2. Дворецкий, С.И. Моделирование систем: учебник / С.И. Дворецкий. – М.: Академия, 2019. – 304 c.
  3. Яглом, И.М. Математические структуры и математическое моделирование / И.М. Яглом. – М.: Ленанд, 2018. – 144 c.
  4. Федоткин, И.М. Математическое моделирование технологических процессов / И.М. Федоткин. – М.: КД Либроком, 2018. – 416 c.
  5. Жирков, А.М. Математическое моделирование систем и процессов: учебное пособие / А.М. Жирков, Г.М. Подопригора, М.Р. Цуцунава. – СПб.: Лань КПТ, 2016. – 192 c.
  6. Юмагулов, М.Г. Введение в теорию динамических систем: учебное пособие / М.Г. Юмагулов. – М.: Лань, 2015. – 272 c.
  7. Решмин, Б.И. Имитационное моделирование и системы управления / Б.И. Решмин. – Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. – 74 c.
  8. Блюмин С.Л. Окрестностные системы / С.Л. Блюмин, А.М. Шмырин // Липец. эколого-гуманитар. ин-т. – Липецк: Липец. эколого-гуманитар. ин-т, 2005. – 131 с.
  9. Shang, Y. Multi-agent coordination in directed moving neighborhood random networks / Y. Shang. – Text: electronic // Chinese Physics B. – 2010. – Vol. 19, no. 7. – Article ID 070201.
  10. Томилин, А.А. Использование окрестностно-временного моделирования в задачах формирования организационных структур / А.А. Томилин // Управление большими системами. – 2007. – Вып. 18. – С. 91–106.
  11. Shmyrin, A. A measure of the non-determinacy of a dynamic neighborhood model / A. Shmyrin, I. Sedykh // Systems. – 2017. – Vol. 5, no. 4. – P. 49. doi: 10.3390/systems5040049
  12. Осовский, С. Нейронные сети для обработки информации: пер. с польского / С. Осовский. – М.: Финансы и статистика, 2002.
  13. Редько, В.Г. Эволюция, нейронные сети, интеллект: модели и концепции эволюционной кибернетики / В.Г. Редько. – М.: Ленанд, 2019. – 224 c.
  14. Хайкин, С. Нейронные сети: полный курс / С. Хайкин. – М.: Диалектика, 2019. – 1104 c.
  15. Sedykh, I. Introducing dynamic neighborhood models into the educational process / I. Sedykh, V. Istomin // Proceedings – 2021 1st International Conference on Technology Enhanced Learning in Higher Education, TELE 2021 : 1, Lipetsk, 24–25 июня 2021 года. – Lipetsk, 2021. – P. 171–175. doi: 10.1109/TELE52840.2021.9482496
  16. Седых И.А. Реализация программы идентификации иерархических динамических нейро-окрестностных моделей / И.А. Седых, В.А. Истомин // Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики : сборник трудов Международной научной конференции, Воронеж, 12–14 декабря 2022 года / Воронежский государственный университет. – Воронеж: Научно-исследовательские публикации, 2023. – С. 614–620.
  17. Седых, И.А. Пример идентификации иерархических динамических нейро-окрестностных моделей с переменными окрестностями / И.А. Седых, В. А. Истомин // Автоматизация процессов управления. – 2023. – № 2(72). – С. 63–70. doi: 10.35752/1991-2927_2023_2_72_63
  18. Sedykh, I. Selection of Optimal Parameters of a Hierarchical Dynamic Neuro-neighborhood Model / I. Sedykh, V. Istomin // 2023 5th International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). – Lipetsk, Russian Federation. – 2023. – P. 255–257. doi: 10.1109/SUMMA60232.2023.10349470
  19. Доусен, М. Программируем на Python (Python Programming for the Absolute Beginner) / М. Доусен // СПб.: Питер, 2016. – 416 с. (Серия «Бестселлеры O'Reilly»).
  20. К., Рейтц Автостопом по Python / К. Рейтц, Т. Шлюссер. – СПб.: Питер, 2017. – 336 с. (Серия «Бестселлеры O’Reilly»).
  21. Шелудько, В.М. Язык программирования высокого уровня Python. Функции, структуры данных, дополнительные модули: учебное пособие / В.М. Шелудько. – Ростов-на-Дону, Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2017. – 107 c.
  22. Сервис Kaggle [Электронный ресурс] / Appliances Energy Prediction. – URL: https://www.kaggle.com/datasets/loveall/appliances-energy-prediction/data (дата обращения: 04.03.2024).

Статистика

Просмотры

Аннотация - 3

PDF (Russian) - 1

Ссылки

  • Ссылки не определены.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах