智能化信息技术.ppt

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1、智能化信息技术智能化信息技术授课教师：李宏授课教师：李宏2009.04主要参考资料（主要参考资料（1）n王耀南，智能信息处理技术，高等教育出版社，王耀南，智能信息处理技术，高等教育出版社，2003.8n丁永生，计算智能丁永生，计算智能-理论、技术及应用，科学出版社，理论、技术及应用，科学出版社，2004.8n黄席樾等，现代智能算法理论及应用，科学出版社，黄席樾等，现代智能算法理论及应用，科学出版社，2005.4n段海滨，蚁群算法原理及应用，科学出版社，段海滨，蚁群算法原理及应用，科学出版社，2005.10n李敏强等，遗传算法基本理论与应用，科学出版社，李敏强等，遗传算法基本理论与应用，科学出版

2、社，2002.3n张颖，软计算方法，科学出版社，张颖，软计算方法，科学出版社，2002.5n云庆夏，进化算法，冶金工业出版社，云庆夏，进化算法，冶金工业出版社，2000.5n周明，孙树栋，遗传算法原理及应用，国防工业出版社，周明，孙树栋，遗传算法原理及应用，国防工业出版社，1999.6nK.F.Man，K.S.Tang,Genetic Algorithms,Springer,1999n熊和金，陈德军，智能信息处理，国防工业出版社，熊和金，陈德军，智能信息处理，国防工业出版社，2006.4n高隽，智能信息处理方法导论，机械工业出版社，高隽，智能信息处理方法导论，机械工业出版社，2004.6n李士

3、勇，蚁群算法及应用，哈尔滨工业大学出版社，李士勇，蚁群算法及应用，哈尔滨工业大学出版社，2004.9n焦李成，免疫优化焦李成，免疫优化-计算学习与识别，科学出版社，计算学习与识别，科学出版社，2006.6nBART KOSKO，Fuzzy Engineering,Prentice Hall,1997n李弼成，只能图像处理技术，电子工业出版社李弼成，只能图像处理技术，电子工业出版社n汪培庄，李洪兴，模糊系统理论与模糊计算机，科学出版社，汪培庄，李洪兴，模糊系统理论与模糊计算机，科学出版社，1996.3主要参考资料（主要参考资料（2）n刘勇，康立山，非数值并行算法（第二册）刘勇，康立山，非数值并行

4、算法（第二册）-遗传算法，科学出版社，遗传算法，科学出版社，1997.71997.7n陈国良，遗传算法及其应用，人民邮电出版社，陈国良，遗传算法及其应用，人民邮电出版社，1999.51999.5n王正志，薄涛，进化计算，国防科技大学出版社，王正志，薄涛，进化计算，国防科技大学出版社，2000.112000.11n阎平凡，张长水，人工神经网络与模拟进化计算，清华大学出版社阎平凡，张长水，人工神经网络与模拟进化计算，清华大学出版社2000.112000.11n王小平，遗传算法王小平，遗传算法-理论、应用与软件实现，西安交通大学出版社，理论、应用与软件实现，西安交通大学出版社，2002.12002.

5、1第一章第一章 绪论（绪论（1）n智能智能（intelligence)intelligence)n智能是个体有目的的行为、合理的思维以及有效地适应环境的综合性智能是个体有目的的行为、合理的思维以及有效地适应环境的综合性能力能力n智能包括三个层次（智能包括三个层次（James C.Bezdek 1992).第一层次生物智能第一层次生物智能（Biological Intelligence);第二层次是人工智能（第二层次是人工智能（Artificial Intelligence).第三层次计算智能（第三层次计算智能（Computational Intelligence).n智能信息技术的产生和发展智

6、能信息技术的产生和发展智能技术的产生智能技术的产生智能信息技术的应用智能信息技术的应用n智能信息技术智能信息技术模糊计算模糊计算神经计算神经计算绪论（绪论（2）进化计算进化计算混沌计算混沌计算分型计算分型计算量子计算量子计算DNA DNA 计算计算蚁群算法蚁群算法免疫算法免疫算法粗集理论粗集理论n智能信息技术的综合集成智能信息技术的综合集成模糊技术与神经网络结合模糊技术与神经网络结合进化计算和神经网络结合进化计算和神经网络结合 第二章第二章 模糊计算模糊计算2.0 引言n模糊集合与模糊逻辑模糊集合及其运算规则模糊关系模糊逻辑及模糊推理n模糊信息处理模糊模式识别模糊信息处理应用2.1.1模糊集合

7、及其运算规则 1.模糊集合模糊集合(Fuzzy Set)与隶属度函数与隶属度函数（Membership Function）2.1 模糊集合与模糊逻辑模糊集合模糊集合(Fuzzy Set)(Fuzzy Set)给定论域给定论域U，对任意的对任意的 都给定了隶属函数都给定了隶属函数 的一个值，将序对集的一个值，将序对集隶属度函数（隶属度函数（Membership Function）模糊集合的特征函数，它给论域U中 的每个元素指定一个隶属度（degree of membership）定义为论域U上的一个模糊子集，简称模糊集隶属函数实例（1）Zadeh 表示表示 2.模糊集合模糊集合的表示的表示 模糊

8、集合的支集（模糊集合的支集（support set）的所有x 的集合称为模糊集合 的“支集“或 ”台”模糊集合的核（模糊集合的核（core）的所有x 的集合称为模糊集合 的“核“(2)序对表示when the universe of discourse U is continuous and infinite,the fuzzy set is denoted by(3)向量表示(4)隶属函数表示如“老年人”和“青年人”两个模糊集合的隶属函数分别为2.1.2隶属函数及其确定1、隶属函数将二值逻辑0，1推广至可取0，1区间任意值的无穷多个值的连续值逻辑，从而必须把特征函数作适当的拓广，这就是隶属函

9、数2、隶属函数的确定Fuzzy统计法边界可变的普通集合首先选定论域U，在U中选择一个固定元素，然后考虑U中一个运动的其中n为总的试验次数，只要充分大就可以了，随着n 的增大就会趋向一个0，1闭区间的数，即隶属度。（2）几种常见的隶属函数a.正态型b.戒上型c.戒下型2.2 FUZZY SET OPERATIONS1.UnionThe union of two fuzzy setswith the membership functions2.Intersection3.ComplementThe complement of a setdenotedis defined as the collec

10、tion of allelements in the universe which do not reside in the setComplement of a Fuzzy Set4.PROPERTIES OF FUZZY SETS(1)Commutativity:(2)Associativity:(3)Distributivity:(4)Idempotency:(5)Identity:(6)Absorptivity:(7)Double negativity(8)Algebraic sumIf there are three fuzzy sets and for allWe have:2.3

11、 模糊关系(1)模糊关系定义（2）模糊关系矩阵和关系图 当论域XY为有限集时，也即X、Y都是有限集，模糊关系 可以用矩阵来表示，并把这个矩阵称之为模糊关系矩阵，用 表示（也可以用粗黑体S表示），记作设模糊集合 ，的论域分别为X、Y，则直积 中的模糊关系 ，是指以 为论域的模糊子集 ，其序偶(x,y)的隶属函数为 。(3)截矩阵的性质时，有(4)模糊关系的运算设是直积上的模糊关系，对任意的模糊关系之间运算如下：为有限集时，则上述运算可以利用模糊关系矩阵进行运算。例 设有普通矩阵模糊关系合成运算也可以利用关系图进行2.4模糊信息处理 模式识别就是利用计算机来模拟人的各种识别能力，目前主要是对视觉能

12、力和听觉能力的模拟。模拟人的视觉能力就是用计算机来做图像的识别和理解工作；模拟人的听觉能力就是用计算机来做语言（或各种声音）的识别和理解工作。这里的“模式模式”有极其广泛的含义，它或者是图形、或者是波形、或者是不同的疾病、或者是各种动植物的类别、或者是不同成分的矿石等等。总之，它包括自然界中各种各样需要识别的对象。传统的模式识别方法主要有三大类：1.统计决策方法。2.句法（或结构）方法。3.子空间方法。1.模糊聚类分析 聚类分析是数理统计中研究“物以类聚”的一种多元分析方法。在数学上，把按一定要求对事物进行分类的方法叫做聚类分析，所要进行分类的对象叫做样本。因此，聚类分析的任务在于通过数学定量

13、地确定样本的亲疏关系，从而客观地分型划类。由于事物本身在很多情况下都带有模糊性，因此把模糊数学方法引入聚类分析，就会使分类更切合实际，这就是所谓模糊聚类分析。模糊聚类分析方法大致可分为两种：1.基于模糊关系上的模糊聚类法，并称为系统聚类分析法。2.非系统聚类法，它是先把样品粗略地分一下，然后按其最优原则进行分类，经过多次迭代直到分类比较合理为止，这种方法也称为逐步聚类法。模糊聚类分析分为以下三步：第一步：正规化 首先要把各代表点的统计指标的数据标准化，以便于分析和比较。标准化（或称正规化）可以这样进行式中x为原始数据，为原始数据的平均值，C为原始数据的标准差。若把标准化数据压缩到0，1闭区间，

14、可用极值标准化公式第二步:标定 即算出衡量被分类对象间相似程度的统计量 rij（i=1，2，n;j=1，2，n)从而确定论域U上的相似关系 。统计量rij的计算方法（1）欧氏距离法（2）数量积法其中M是一个适当选择之正数。（3）相关系数法式中（4）指数相似系数法其中Sk为适当选择之整数。（5）非参数方法（）最大最小方法（）算术平均最小方法（）几何平均最小方法（）绝对值指数方法（）绝对值倒数方法（）绝对值减数方法（）夹角余弦法第三步：聚类为了聚类，必须是一个模糊等价关系才能聚类，为此就要对进行改造。等价关系：具有自反、对称和传递性的关系称为等价关系。而等价关系又决定集合的一个分类。2.模糊等价关

15、系与聚类分析例例1的自反性与对称性是显然的，且经验证可知故为一模糊等价关系。现根据不同的水平进行分类综合上述结果，可画出动态分类图，如图(a)所示 3.基于相似关系的模式分类直接根据模糊相似矩阵分类的方法最大树法“树”是一个特殊的图,他有n个顶点，n-1 个连通的边，但不含任何回路，如(b)所示。图b图a例例2：设有3个家庭，每家有4-7人，选每人一张相片，共16张照片混在一起，由和这些素不相识的中学生对相片进行两两比较，按相貌相似程度分类，希望把三个家庭区分开。16张相片的相似矩阵如下表所示最大树的画法：（1）从顶点集V中取出任意一个顶点i；（2）将rij按由大到小的顺序一次连边，要求不能产生回路，直到16个顶点都连同为止。形成最大树形成最大树取最大树取最大树截集截集现取=0.5,可得3棵树去掉那些权数rij 的边,V1=13,1,16,6,8,4,9,15,12,10V2=3V3=5,2,7,11,14再取=0.6,可得4棵树V1=13,1,16,6,8V2=3V4=11,7,14,5,2V3=9,4,15,12,10织网法