模糊神经网络自动机的理论研究及其在模式识别中的应用硕士论文

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1、电子科技大学硕士学位论文模糊神经网络自动机论文摘要模 糊 信 号 处 理( F u z z y S i g na l P r o c e s s 呵 是 近4 0 年 来 发 展 很 快的 一个 技 术 领 域 其 应 用 范 围 十 分 广 泛。 模 糊 神 经 网 络自 动 机( F u z z y n e u r a l n e tw o r k a u to m a t o n ) 的 抽 取 技术 和应用是模糊信号处 理技 术领域的重要组成部 分。 其目 的是借助模糊神经网 络与自 动机结合的技术， 通过一定的后续处理方法，灵活的运用网络，将接收到的处于模糊不清或紊乱中 信号的 有用

2、参数 ( 即 有用的 模糊知识) 有效地提取出 来，以 有 效的进行模式识别。随 着现代电 子战 信号环境的日 益恶化， 利用无线电 收集敌方辐射源信息， 或对 破坏的有用信息， 进行模糊信号的多维参数提取 ( 即多 参量联合估计) 工作己 变得 越来 越重要也 越来越困 难。 尤其 是当 信号 M 移不定 或模 糊不清处于多 种变状态时，通常采用的 确定有限态自 动机 ( 即确定自 动装置) 进行处理将失去作用。为此，作 者 在 探讨 模糊 神经网 络自 动 机的 理论 及其 应用问 题之 后， 对于 模糊信息的 识 别展开 了 研究工作。 相继引入了 有效模糊有限自 动机的 抽取和模糊无限

3、 状态自 动机的 抽取 方法， 以 及模糊无限自 动机的收 敛性 和自 动 机种类中 各种自 动机的等价性 处理 框架， 提出了有理论和实用参考价值的新方法， 相应的计算机模拟结果证实了所提方法的 有效性。 本文的主要贡献集中在以下几个方面。I . 根据识别模糊信号 ( 语言)的类型 划分出相应模糊自动机的种类在分 析识 别模糊信号 种类的 基 础上， 划 分出了 模 糊 语言的 种类， 相 应得出 分 别 识别这些模糊语言的 几种模糊自 动机。 进一步 研究了 它 们的相应关系。 2 利用神经网 络的 模糊有限 态自 动机的 抽取在探讨神经网络结构及其算法特点的 基础上， 把模糊自 动机映

4、射到反馈神经网 络 里 ， 再 卿申 经网 络 与自 动 机结 合 起 来。 利 用 月 溅性 函 数 ( 通 常 用S ig m o i d 函 数) 训练神经网络，从而抽取模糊有限态自 动机。同时，利用拓广的自 组织特征映射r o , we T , A , B E N叫右线性模糊文法;产生式为:A -“ w B或A -“ B w或A 一 一 已 斗山的叫左线性模糊文法。 注:( 1 ) 显然1 一型、 2 一型、3 一型模糊文法都属于0 一型模糊文法，依次类推，3 一型模糊文法属于2 一型模糊文法，2 一 型模糊文法属于1 一 型模糊文法 1 一型模糊文法属于0 一型模糊文法 显 然， 在

5、2 一 型和3 一 型中的 模糊产生式A 一 “ - * 不属于1 一型的 产生式， 当 然1 一型 产生式中不能 包括产生式A二 。2 .2 模糊语言的类型这四种模糊文法对应产生四种模糊语言: 0 一 型 模 糊语言 ( 上下文 无限 制模糊 语言) : 由0 - .型 模糊文 法产生的 模糊语言. 1 一 型 模 糊语言 ( 上下文 有限 制模糊 语言) : 由1 -型 模糊文 法产生的 模糊语言. 2 -型 模糊语言 ( 上下文无关模糊语言) : 由2 -型 模糊文法产生的模糊语言. 3 -型模糊语言 ( 正规模糊语言) : 由子 一 型 模糊文法产生的模糊语言.2 .3 模糊自 动机的

6、种类根 据 认识对 应模糊 语言的 类型 有对 应的 模糊自 动 机， 这里的自 动机是 模 糊的( 以前的是 有限 非模糊的) 。 不同 模糊文法产生不同 模糊语言。 但能识别和灵活 ( 鲜活)处理模糊知识的是第 6页 共 5 6页电 子科技大学硕士学位论文各种各样的模糊自 动机。这样，这需要辨别各种各样的模糊自 动机和区分它们的功 能。 在这部分， 我们所讨论的 相应于模糊语言 家族种 类的 模糊自 动机种 类是有限的。2 . 3 . 1 F DF A定义 2 .3 . 1有限态确定模糊自动机 ( F D F A 或 F D A)是一个六元组M= ( Q , E , S , 9 o , G

7、u ) :Q 是 状态有限 集E是输入字符有限 集9 o E Q是开 始状态GcQ 是 终止状态的 模 糊有限 集群 是 转变函 数的隶 属 度集: : Q X E - “ ) 。 是 转 变 函 数 ， 即 ; (q , , a , p ) 二 杨 ， ， 这 里 。 ， ， 。 ， 。 Q , a 。 Y - 。 扩 展 转 变 函 数is 为 S * : Q x y- * 一 - 4 Q ， 定 义S * ( q ， 二 ， 司= 9 和 8 * ( 9 , -, ,u ) = .5 ( 9 ( q , a , f 1 , a , p ) 这 里 二 。 E * , V a 。 E 和

8、。 。 E * 。一 个 F D A M 接 受 语 言 。 ， 一 。 。 。 E 的 程 度 (L (F D A ) 低， ， 吸 ) 被 定 义 为 L (F D A ) ( v . . Q . ) = G (S * ( 9 o , v i . . .a n , k ) 。L ( F D A )叫由F D A接受的 模糊语言， L ( F D A ) 表示如下:(F D A ) 一 川 w 。E * , ,u = V从，。 。 卜 2 4 ; , 3 9 r G ,V p ; p特殊的， 有限 不确定模糊自 动机 ( F N F A或F N A )M= ( Q , F , S , Q o

9、 , G , p ) ， 与F D A比 较， 起始状 态 与转 变函 数不同 于F D A ， 这 里:Q o c Q是 起始状态 模糊集;s : Q x E “ ) 2 Q 是转 变函 数。 L ( F N A ) 叫由F N A接受的 模糊语言。 L (F N A) 一 G , f1W E ,、 一 v A l,9a 9y, d k tf 二 、 二 。 ，、 可(a )模糊语言L由F N A接受的充要条件是， 存在某个F N A ，使得L = L ( F N A ) o2 . 3 . 2 F P D A定义2 .3 .2 . 一个模糊下推自 动机 ( F P D A或P D A ) 是

10、个八元组 M= ( Q , Z , r , a , 9 o , Z u , F , f u ) ， 这 里第 7页 共 5 6页电子科技大学硕士学位论文Q 是 控制 器的 状态有限 集; E是输入字符有限集; r 是有限的 下推栈字符; q o 。 Q是开 始 状态; z o 。 r 是 一 个 开 始 栈 字 符( 即 栈 顶 符 ) ; FcQ 是个终 止状态模 糊集; 产是转变函数的隶属度集; : : Q x ( : 。 (E ) x r 一 。 x r ) ;- 郁 盯集 上 的 映 射 ， 即 s (g r , a , Z , ,u 卜(q ; , a h I 这 里 q q i 。

11、 Q , Z , a 。 r , a E E 。 意 思 是 : 在 当 前 状 态 q j ， 栈 顶 符 是 z ， 当 输 入 字 符 。 时 ， 则自 动 机以 某 一 隶 属 度 p 到 达 状 态 q ; ， 且 这 时 。 替 代 栈 顶 符z( 即 现 在 栈 顶符是。) 。同时，指针右移一格。 状态转变如图2 - 1 : 一 a4 i -坐兰4 ,图2 - 1 . F P D A的状态转变模糊 下 推自 动 机F P D A接受 模糊语言 有两 种 形式:( 1 ) 一 种 是在最终 状态 ( 即 接受 状态) 下接受;( 2 ) 另一种是在空栈状态下接受。( 1 )在最终状

12、态下接受L ( F P D A) = ( w , p口 Y - “ =V p , ( q o ， 。 ， Z o 卜“ ( q , E , a ) ,3 q e F , b a r * )( 2 )在空栈状态下接受 L (F P D A ) = 如 ,U ) W 。 E * ,JU 一 V y ,(g o , 6o , z o 】( 2 .3 .2 - 1 )( q , e , E ) , d q E Q ) ( 2 .3 .2 - 2 )如 果一个模糊语言L由 模糊下推自 动机接受的 充要条 件是， 存在一个F P D A ， 使得 L 二 L (F P D A ) .2 . 3 3 L B

13、 F A定 义2 .3 .3 . 一 个线 性有界模 糊自 动机 ( L B F A或L B A ) M是一 个九元组 M= (Q , T , E , 6 ， 9 o , % , 0 , F , u ) , 这 里 Q 是状态有限 集，T是带字符集第 8页 共 5 6页电子科技大学硕士学位论文E cT 是 输入字 符集 q o 。 Q是起始状态 % , 0。 T 是一个有界标志符 ( 界标) FcQ 是终 止状态模糊 集 p 是 转变函 数隶属度 集 S : Q x T - “ ) Q x T x L , 对是 有 限 子 集 上 的 映 射( L , R 是 指 向 左 、 右 ) 即 “

14、(q , a , p ) 一 (q ; , b ,“ ) ， 这 里 。 ，。 ， 。 Q , a , b E T , 是 指 向 左 或 向 右 。 L B F A接受的模糊语言 被定为: 模 糊 语 言 L ( L B F A ) = ( 。 ， 川 】。 。 体 一 伐0 * , 声q o % m D a q 8 , 3 g E F , b a , ,6 。 玛，=V 尸a , 声如 果L 可 由 L B F A 接 受 的 充 要 条 件 是 ， 存 在 一 个L B F A ， 使 得 L = L 扛 B F A ) o2 . 3 . 4 FT M 定 义2 3 .4模糊图 灵 机(

15、 F T M或T M) M是一 个九 元 组M= ( Q , T , E , S , q o , B , # , F , h ) , Q 是 状态有限 集; T 是带符有限集; Be T 是空白 符;E cT 是输入字符有限 集且B o 及 q o 。 Q 是 起始状态; # 。 T 是一个标志符; F cQ 是终 止 状态 模 糊 集; p 是 转变函 数的 模糊隶 属 度集; Q x T Q x T x 仁 ， 川是 下 一 个 动 作 的 映 射( L , R是 指 向 左 、 右 ) 即 ,b,-)e 饰 ，臻 ，; ) ， 这 里 。 ，q ; e Q ,a ,b s T , 指 向

16、 左 或 向 右 。 二的 状 态 转 变占了祷如图2 - 2 :图2 - 2 F T M的状态转变，这 图 表 示 (P ,Y ,d ) E S (q ,寿 ,fu)， 这 里 d E L , R ).二接 5t m 模 糊 语 言 被 定 义 为 下 列 集合:第 9页 共 5 6页电子科技大学硕士学位论文L(F TM )一 (w 4 0 E 一V u , 9 o o) # I- “- a ,P a 2 , V P 。 F , a a 2 E T * )口 , . P. 口 ，一 个 模 糊 语 言 L 可由 一 个F T M接 受 的 充 要 条 件 是 ， 存 在F T M ， 使 得 L = L ( F T M ) 2 .4模糊自 动机与相应模糊语言的关系根据认识对应模糊语言的 类型有对应的 模糊自 动机，下面讨论这二者之间的关系.定理2 . 1对一个模