JP2000242497A - Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method - Google Patents

Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method

Info

Publication number
JP2000242497A
JP2000242497A JP11041262A JP4126299A JP2000242497A JP 2000242497 A JP2000242497 A JP 2000242497A JP 11041262 A JP11041262 A JP 11041262A JP 4126299 A JP4126299 A JP 4126299A JP 2000242497 A JP2000242497 A JP 2000242497A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuzzy inference
data
inference model
input data
fuzzy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11041262A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Iizaka
達也 飯坂
Tetsuo Matsui
哲郎 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP11041262A priority Critical patent/JP2000242497A/en
Publication of JP2000242497A publication Critical patent/JP2000242497A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To structure a fuzzy inference model in a short time with high precision by numerically judging the validity of input data when the fuzzy inference model is made to learn by using the statistic indexes of those input data. SOLUTION: Learning data used for fuzzy inference are inputted first (S11). Then static calculation is performed so as to check linearity (S12). As a statistic index, the correlation coefficient of input and output data is normally obtained. The correlation coefficient is a numeral between -1 and +1; as the correlation coefficient is closer and closer to ±1, the linearity of the input data is higher and higher and the validity of the structured fuzzy inference model is higher and higher. Namely, the validity of the input data when the fuzzy inference model is made to learn is numerically judged by using those input indexes in the assisting method for structuring the fuzzy inference model of a system which performs inference and prediction by the fuzzy inference model learnt and structured by using specific input data and output data.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ファジィ推論モデ
ルを用いて各種の推論・予測・制御・診断等を行う情報
処理分野に適用されるファジィ推論モデルの構築支援方
法及びファジィ推論方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuzzy inference model construction support method and a fuzzy inference method applied to an information processing field for performing various inferences, predictions, controls, diagnoses, and the like using a fuzzy inference model.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファジィ理論は、「人間的な曖昧な判断
を計算機により表現できる。」、「熟練者の知識を規則
(ルール)という形で表現できる。」、「非線形のシス
テムに応用できる。」等の特徴から、制御・診断等の各
種の分野に盛んに応用されている。一方、ニューラルネ
ットワークは、「学習能力を持つ。」、「非線形のシス
テムに応用できる。」等の特徴から、ファジィ理論と同
様に制御・診断等の分野に盛んに応用されている。しか
し、ニューラルネットワークには、内部がブラックボッ
クスであって出力値の説明がほとんど不可能であるとい
う欠点があった。
2. Description of the Related Art Fuzzy theory can be applied to non-linear systems in which "a human-like ambiguous judgment can be expressed by a computer", "knowledge of a skilled person can be expressed in the form of rules". , Etc., are widely applied in various fields such as control and diagnosis. On the other hand, neural networks have been widely applied to fields such as control and diagnosis, as in fuzzy theory, because of their features such as "has learning ability" and "can be applied to nonlinear systems." However, the neural network has a disadvantage that the output value is almost impossible to explain due to the black box inside.

【0003】近年、両者を融合してそれぞれの長所を生
かす研究が行われている。つまり、ファジィ推論モデル
に学習能力を持たせることにより、ニューラルネットワ
ークのブラックボックス性を解消させるというものであ
る。しかし、その研究の大部分はファジィ推論モデルに
学習能力を持たせる部分に主眼が置かれ、推論値や予測
値がどのような理由で得られたかを説明する部分につい
てはほとんど研究されていないのが現状である。また、
応用例は極めて少なく、単純な関数のフィッティングが
大部分である。
[0003] In recent years, researches have been conducted to fuse the two to take advantage of their respective advantages. That is, by giving the fuzzy inference model a learning ability, the black box property of the neural network is eliminated. However, most of the research focuses on making the fuzzy inference model capable of learning, and little research has been done on explaining why inferences and predictions were obtained. Is the current situation. Also,
There are very few applications, most of which are simple function fittings.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ファジィ推論モデルの
性能は、学習アルゴリズム以上に入力情報の質に左右さ
れる。出力と関係の強いデータを入力データを選択すれ
ば、良好なファジィ推論モデルを構築することができ
る。しかし、出力と関係のないデータを入力するとどん
なに学習を繰り返しても良好なファジィ推論モデルを構
築することができない。入力データの選択の仕方に関す
る研究はなく、現在でも、運用者や制御技術者が経験
的、試行錯誤的に決定しているため、ファジィ推論モデ
ルの構築に長時間を要し、また、良好なファジィ推論モ
デルを構築できるとは限らなかった。
The performance of a fuzzy inference model depends more on the quality of input information than on a learning algorithm. If the input data is selected as data having a strong relationship with the output, a good fuzzy inference model can be constructed. However, if data that has no relation to the output is input, a good fuzzy inference model cannot be constructed even if learning is repeated. There is no research on how to select input data, and even today, operators and control engineers make decisions empirically, by trial and error, and it takes a long time to construct a fuzzy inference model. It was not always possible to construct a fuzzy inference model.

【0005】もう一つの課題として、ファジィ推論モデ
ルの出力値(予測値、診断結果等の推論値)の推論理由
(ファジィ推論の結果、なぜそのような出力値が得られ
たか)を分かりやすく説明する方法が未だにないことが
あげられる。ファジィ推論モデルはニューラルネットワ
ークと異なり、内部の計算過程が明らかである。しか
し、その計算方法は線形システムと比較すると複雑であ
り、ファジィ技術者でない一般の運用者は、なぜそのよ
うな結果になったのかを理解することが難しい。
As another problem, the reason for inferring the output values (inference values such as predicted values and diagnostic results) of the fuzzy inference model (why such output values were obtained as a result of fuzzy inference) is explained in an easy-to-understand manner. There is still no way to do this. A fuzzy inference model differs from a neural network in that the internal calculation process is clear. However, the calculation method is complicated when compared with the linear system, and it is difficult for a general operator who is not a fuzzy engineer to understand why such a result is obtained.

【0006】そこで本発明は、ファジィ推論モデルの学
習に使用される入力データの妥当性を判断し、高精度か
つ短時間にファジィ推論モデルを構築するようにしたフ
ァジィ推論モデルの構築支援方法を提供するとともに、
推論結果を一般の運用者にも分かりやすく説明できるよ
うにしたファジィ推論方法を提供するものである。
Accordingly, the present invention provides a method for supporting the construction of a fuzzy inference model which determines the validity of input data used for learning a fuzzy inference model and constructs the fuzzy inference model with high accuracy and in a short time. Along with
It is intended to provide a fuzzy inference method capable of easily explaining the inference result to a general operator.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】ファジィ推論は非線形シ
ステムに応用可能であるが、入力データの線形性が高い
方が良好な推論結果を示すことが多い。この原理を利用
して、請求項1、請求項2に記載する発明では、学習に
使用される入力データの統計指標を用いてその線形性を
判定し、ファジィ推論モデルの妥当性を判定する。ここ
で、統計指標としては、入出力データの相関係数等に着
目する。
Although fuzzy inference is applicable to nonlinear systems, it is often the case that higher linearity of input data indicates better inference results. In the inventions described in claims 1 and 2, utilizing this principle, the linearity of the input data used for learning is determined using a statistical index, and the validity of the fuzzy inference model is determined. Here, as the statistical index, attention is paid to the correlation coefficient of input / output data and the like.

【0008】図 1は、請求項1、請求項2に記載した発
明の処理手順を示すフローチャートである。以下、その
内容を説明する。 (1)学習データ入力(S11) ファジィ推論に用いる学習データを入力する。
FIG. 1 is a flowchart showing a processing procedure according to the first and second aspects of the present invention. Hereinafter, the contents will be described. (1) Learning data input (S11) Learning data used for fuzzy inference is input.

【0009】(2)統計指標計算(S12) 線形性を調べるため、統計計算を行う。統計指標とし
て、通常は入出力データの相関係数を求める。相関係数
とは−1〜+1までの数値であり、この相関係数が±1
に近いほど入力データの線形性が高いということがで
き、構築されるファジィ推論モデルの妥当性が高いと考
えることができる。
(2) Statistical index calculation (S12) Statistical calculation is performed to check the linearity. Usually, a correlation coefficient of input / output data is obtained as a statistical index. The correlation coefficient is a numerical value from −1 to +1 and the correlation coefficient is ± 1.
It can be said that the closer to, the higher the linearity of the input data, and the higher the validity of the constructed fuzzy inference model.

【0010】よって、請求項1記載の発明は、所定の入
力データ及び出力データを用いて学習、構築したファジ
ィ推論モデルにより推論・予測を行うシステムにおける
ファジィ推論モデルの構築支援方法において、ファジィ
推論モデルに学習させる際の入力データの妥当性を、こ
れらの入力データの統計指標を用いて数値的に判断する
ものである。また、請求項2に記載するように、前記統
計指標には入出力データの相関係数を用いると良い。
[0010] Therefore, the invention according to claim 1 is a fuzzy inference model in a fuzzy inference model construction support method in a system for performing inference / prediction using a fuzzy inference model learned and constructed using predetermined input data and output data. The validity of input data at the time of learning is numerically determined by using the statistical index of these input data. Further, as described in claim 2, it is preferable to use a correlation coefficient of input / output data as the statistical index.

【0011】次に、請求項3に記載した発明について述
べる。請求項1、請求項2の発明では、入力データの統
計指標からその線形性を判定している。しかし、ファジ
ィ推論では、折れ線のように区間的に線形な入力データ
や曲線のように非線形の入力データに対しても良好な結
果を示すことが知られている。このような折れ線や曲線
のような非線形の入力データに対しては、請求項1、請
求項2の発明だけでは妥当性の判定が困難である。ま
た、統計になじみが薄い運用者には、数値表現は不向き
である。そこで、請求項3の発明では、入力データの妥
当性を視覚的、直感的に判定できるようにした。
Next, the invention described in claim 3 will be described. According to the first and second aspects of the present invention, the linearity is determined from the statistical index of the input data. However, it is known that the fuzzy inference shows a good result even for input data that is linear in a section such as a polygonal line or non-linear input data such as a curve. It is difficult to determine the validity of non-linear input data such as a broken line or a curve using only the first and second aspects of the present invention. In addition, numerical expressions are not suitable for operators who are not familiar with statistics. Therefore, in the invention of claim 3, the validity of the input data can be visually and intuitively determined.

【0012】図2は、請求項3に記載した発明の処理手
順を示すフローチャートである。以下、その内容を説明
する。 (1)学習データ入力(S21) ファジィ推論に用いる学習データを入力する。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure according to the third aspect of the present invention. Hereinafter, the contents will be described. (1) Learning data input (S21) Learning data used for fuzzy inference is input.

【0013】(2)データ相関表示(S22) 各入力データ及び出力データの相関図を表示する。表示
する相関図は、入力データの1つをx軸に、出力データ
をy軸に表した2次元の図、もしくは、入力データの2
つをx,y軸に、出力データをz軸に表した3次元の図
などである。この相関図を見ることにより、入力データ
の妥当性ひいてはファジィ推論モデルの妥当性を視覚
的、直感的に判断することが可能になる。
(2) Data correlation display (S22) A correlation diagram of each input data and output data is displayed. The displayed correlation diagram is a two-dimensional diagram in which one of the input data is represented on the x-axis and the output data is represented on the y-axis.
One example is a three-dimensional diagram in which one is represented on the x and y axes and the output data is represented on the z axis. By looking at this correlation diagram, it is possible to visually and intuitively judge the validity of the input data and, consequently, the validity of the fuzzy inference model.

【0014】よって、請求項3記載の発明は、所定の入
力データ及び出力データを用いて学習、構築したファジ
ィ推論モデルにより推論・予測を行うシステムにおける
ファジィ推論モデルの構築支援方法において、ファジィ
推論モデルに学習させる際の入力データの妥当性を、こ
れらの入力データと出力データとの相関関係を視覚的に
表示して判断するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for supporting the construction of a fuzzy inference model in a system for performing inference and prediction using a fuzzy inference model learned and constructed using predetermined input data and output data. Is determined by visually displaying the correlation between the input data and the output data.

【0015】次いで、請求項4に記載した発明について
説明する。ファジィ推論は、「規則1:もし○○ならば
××」、「規則2:もし△△ならば□□」という複数の
言語的規則を用いて推論するものであり、全ての推論値
はいくつかの言語的規則を用いて得られている。本発明
は、この原理を利用して、どの規則をどのくらい使用し
て推論したかということを運用者へ示すことで推論理由
を説明するものである。これにより、ファジィ技術者で
ない一般の運用者に対しても、ファジィ推論理由を明確
に説明することが可能になる。
Next, the invention described in claim 4 will be described. Fuzzy inference is based on multiple linguistic rules, such as "Rule 1: If xx, then XX" and "Rule 2: If xx, then □□". Obtained using such linguistic rules. The present invention uses this principle to explain the reason for inference by indicating to the operator which rule was used and how much. This makes it possible to clearly explain the reason for fuzzy inference even to a general operator who is not a fuzzy engineer.

【0016】図3は、請求項4に記載した発明の処理手
順を示すフローチャートである。以下、その内容を説明
する。 (1)データ入力(S31) ファジィ推論モデルに予測・診断対象のデータを入力す
る。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure according to the present invention. Hereinafter, the contents will be described. (1) Data input (S31) Data to be predicted / diagnosed is input to the fuzzy inference model.

【0017】(2)適合度計算(S32) 各規則の適合度を計算し、各規則がどの程度の割合で出
力値(推論値)に影響を及ぼしているのかを検証する。
(2) Calculating the degree of conformity (S32) The degree of conformity of each rule is calculated, and it is verified how much each rule affects the output value (inference value).

【0018】(3)表示(S33) 各規則の出力値への影響の割合を表示する。規則が多く
ある場合には、全ての規則を表示すると分かりにくくな
る。そこで通常は、貢献度の高い規則から順に、影響度
の高い規則だけをソートして表示する。これにより、規
則の内容から当該推論値が得られた理由を明確にするこ
とができる。
(3) Display (S33) The ratio of the influence of each rule on the output value is displayed. If there are many rules, displaying all the rules makes it difficult to understand. Therefore, usually, only rules having a high influence are sorted and displayed in order from the rule having a high contribution. This makes it possible to clarify the reason why the inference value is obtained from the contents of the rule.

【0019】従って、請求項4の発明は、ファジィ推論
モデルにより推論・予測を行うシステムにおいて、ファ
ジィ推論モデルに所定の入力データを与えて推論を行っ
た際の複数の規則の適合度をそれぞれ計算し、各規則の
出力データへの影響度を表示するものである。
Accordingly, a fourth aspect of the present invention is a system for performing inference / prediction using a fuzzy inference model, and calculates a degree of conformity of a plurality of rules when inference is performed by giving predetermined input data to the fuzzy inference model. Then, the degree of influence of each rule on output data is displayed.

【0020】[0020]

【発明の実施形態】以下、各発明の実施形態を説明す
る。この実施形態では、ファジィ推論によりダムへの流
入量予測(例えば1時間後にダムに流れ込む水量の予
測)を行った。ファジィ推論構造としては簡略推論を用
い、学習アルゴリズムは勾配法を用いてファジィ・ニュ
ーラルネットワークを構築した。ファジィ推論モデルに
よる予測方法の概念図を図4に示す。
Embodiments of the present invention will be described below. In this embodiment, the inflow into the dam (for example, the prediction of the amount of water flowing into the dam one hour later) was performed by fuzzy inference. As a fuzzy inference structure, a simplified inference was used, and a learning algorithm constructed a fuzzy neural network using a gradient method. FIG. 4 shows a conceptual diagram of a prediction method using a fuzzy inference model.

【0021】図4において、ファジィ推論モデル10に
は、入力データとして現在の流入量、現在の放流量、一
定時間前からの流入量の差分(変化分)、同じく放流量
の差分(変化分)、同じく雨量の差分(変化分)が与え
られ、出力データとして1時間後の流入量が予測値とし
て得られるものである。ここで、流入量、放流量は自ダ
ムのものである。
In FIG. 4, the fuzzy inference model 10 includes, as input data, a current inflow, a current discharge, a difference (change) in inflow from a predetermined time ago, and a difference in discharge (change) in the same manner. Similarly, the difference (change) of the rainfall is given, and the inflow after one hour is obtained as the predicted value as the output data. Here, the inflow and discharge are those of the dam.

【0022】はじめに、請求項1、請求項2の発明の第
1実施例を述べる。ダムへ流れ込む1時間後の流入量を
予測するため、図5(a),(b)に示す2種類の入出
力データ(ケース1、ケース2)からなるデータセット
を学習データとして用意した。どちらのデータセットの
方が良好なデータであるか、請求項1、請求項2の発明
を用いて判定する。
First, a first embodiment of the present invention will be described. In order to predict the inflow amount one hour after flowing into the dam, a data set including two types of input / output data (case 1 and case 2) shown in FIGS. 5A and 5B was prepared as learning data. Which of the data sets is better data is determined by using the first and second aspects of the present invention.

【0023】これらのデータの統計指標を、図6
(a),(b)に示す。図6(a),(b)によれば、
入力データのうち放流量差分、流入量差分、雨量差分の
それぞれについて、ケース2の方がケース1よりも相関
係数が±1に近いため、入力データの線形性が高いと判
定できる。つまり、ケース2のデータセットを用いて学
習させた方が、ケース1を用いる場合よりも良好な学習
が可能である。
The statistical indices of these data are shown in FIG.
(A) and (b) show. According to FIGS. 6A and 6B,
Since the correlation coefficient of Case 2 is closer to ± 1 than Case 1 for each of the discharge difference, the inflow difference, and the rainfall difference of the input data, it can be determined that the input data has high linearity. In other words, learning using the data set of Case 2 can perform better learning than using Case 1.

【0024】図7は各ケースについての予測結果(絶対
値平均誤差)であり、ケース2の方が誤差が少なく、良
好な予測結果が得られた。また、図8はケース2のデー
タセットを使用した際の予測結果を実績値と比較して示
したものであり、予測値は実績値とほぼ一致している。
つまり、請求項1、請求項2の発明により、入力データ
として妥当性の高いデータセットを選択することが可能
になった。
FIG. 7 shows the prediction results (average absolute value error) for each case. In case 2, the error was smaller and a better prediction result was obtained. FIG. 8 shows a prediction result when the data set of Case 2 is used in comparison with an actual value, and the predicted value almost coincides with the actual value.
That is, according to the first and second aspects of the present invention, it is possible to select a data set having high validity as input data.

【0025】次に、請求項1、請求項2の発明の第2実
施例につき説明する。この実施例では、図5(b)に示
したケース2のデータセットにおいて、請求項1、請求
項2の発明を用いて不要な入力データを取り除き、予測
精度を向上させるものである。すなわち、図6(b)か
ら明らかなように、流入量絶対量及び放流量絶対量は相
関係数が0に近く、入出力データの相関が低い。そこ
で、この実施例では、ケース2のデータセットから流入
量絶対量及び放流量絶対量のデータを除いて新たなデー
タセット(ケース3)を作り、このデータセットを用い
て学習することによりファジィ推論モデルを構築した。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the data set of Case 2 shown in FIG. 5B, unnecessary input data is removed by using the first and second aspects of the present invention to improve the prediction accuracy. That is, as is clear from FIG. 6B, the correlation coefficient between the inflow amount absolute amount and the discharge amount absolute amount is close to 0, and the correlation between the input and output data is low. Therefore, in this embodiment, a new data set (Case 3) is created by excluding the data of the absolute inflow amount and the absolute amount of the discharge amount from the data set of Case 2, and learning is performed using this data set, thereby performing fuzzy inference. The model was built.

【0026】図9に、このケース3のデータセットを示
す。このデータセットにおける入力データは流入量差
分、放流量差分、雨量差分である。また、図10に、第
1実施例におけるケース2のデータセットを用いた場合
の予測誤差と、ケース3のデータセットを用いた場合の
予測誤差を示す。図10より、入力データから不適切な
データ(相関の低いデータ)を取り除いたケース3のデ
ータを使用して学習することにより、良好な予測結果が
得られることがわかる。つまり、請求項1、請求項2の
発明により、入力データの妥当性(言い換えれば不適当
性)を評価することができた。
FIG. 9 shows a data set of Case 3. Input data in this data set is an inflow difference, a discharge difference, and a rainfall difference. FIG. 10 shows a prediction error when using the data set of Case 2 and a prediction error when using the data set of Case 3 in the first embodiment. From FIG. 10, it can be seen that a good prediction result can be obtained by learning using the data of Case 3 in which inappropriate data (data with low correlation) has been removed from the input data. That is, according to the first and second aspects of the present invention, the validity (in other words, inappropriateness) of the input data can be evaluated.

【0027】次に、請求項3の発明の第1実施例を説明
する。請求項1、請求項2の発明の第1実施例、第2実
施例では、学習に使用する入力データとして適切・不適
切なものを統計指標により数値的に判断しているが、統
計や数値になじみが薄い運用者にとっては入力データの
妥当性をより視覚的、直感的に判断できることが望まし
い。請求項3の発明の第1実施例では、視覚的、直感的
に入力データの妥当性を判断できることを検証する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments of the first and second aspects of the present invention, appropriate or inappropriate input data used for learning is numerically determined by a statistical index. It is desirable for an operator who is not familiar with the system to be able to judge the validity of input data more visually and intuitively. In the first embodiment of the present invention, it is verified that the validity of input data can be visually and intuitively determined.

【0028】前述したケース1及びケース2のデータセ
ットにおいて、相関係数が最も異なっていたのは放流量
差分のデータであった。そこで、放流量差分のデータで
は相関の高低が視覚的に明確になるという前提に立ち、
請求項3の発明を放流量差分のデータに適用して、ケー
ス2のデータの方がケース1よりも良好なデータである
ことを検証する。
In the data sets of Case 1 and Case 2 described above, the data having the largest difference in the correlation coefficient was the data of the discharge difference. Therefore, on the assumption that the level of the correlation becomes visually clear in the data of the discharge flow difference,
By applying the invention of claim 3 to the data of the discharge difference, it is verified that the data in case 2 is better than the data in case 1.

【0029】図11は、ケース1(図11(a))、ケ
ース2(図11(b))の各データセットについて、入
力データである放流量差分と出力データである流入量差
分との相関関係を示したものである。同図から、ケース
1は、入出力データの関係が直線でも曲線でもなく不明
確であるのに対し、ケース2では入出力データ間にほぼ
直線的な関係があって相関が高いと判定することができ
る。このように、請求項3の発明によれば、放流量差分
と流入量差分との相関関係については、ケース2の方が
相関が高く妥当性があると視覚的、直感的に判断するこ
とが可能になり、運用者の統計的、数値的な習熟度に関
わらず、ファジィ推論モデルの構築に使用するべき入力
データを容易に選択することができる。
FIG. 11 shows the correlation between the discharge rate difference as input data and the inflow rate difference as output data for each of the data sets in Case 1 (FIG. 11A) and Case 2 (FIG. 11B). It shows the relationship. From the figure, it is determined that in case 1, the relationship between input and output data is not linear or curved, and is unclear, whereas in case 2, the relationship between input and output data is almost linear and the correlation is determined to be high. Can be. As described above, according to the third aspect of the present invention, the correlation between the discharge amount difference and the inflow amount difference can be visually and intuitively determined to be higher in case 2 and more appropriate. This makes it possible to easily select input data to be used for constructing a fuzzy inference model regardless of the statistical and numerical proficiency of the operator.

【0030】次いで、請求項3の発明の第2実施例を説
明する。この実施例では、ケース2のデータセットのう
ち、流入量絶対量と放流量絶対量とがファジィ推論モデ
ルの構築に不適切なデータであることを視覚的に検証す
る。ケース2のデータセットの各入力データと出力デー
タである流入量差分との相関関係を図12(a)〜
(e)に示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, it is visually verified that, among the data sets of Case 2, the absolute inflow amount and the absolute discharge amount are inappropriate data for constructing the fuzzy inference model. FIGS. 12A to 12C show the correlation between each input data of the data set of Case 2 and the inflow amount difference which is the output data.
(E).

【0031】図12(a)〜(e)から分かるように、
流入量絶対量と放流量絶対量とは、直線・折れ線・曲線
等の形状で表現されておらず、ばらつきも大きい。この
ようなデータは、図12(d)の放流量差分のように直
線的なデータに比べて入力データとして不適切である可
能性が高い。従って、この実施例においても、入力デー
タの妥当性を視覚的に評価・判定することができる。
As can be seen from FIGS. 12 (a) to 12 (e),
The inflow amount absolute amount and the discharge amount absolute amount are not represented by a shape such as a straight line, a broken line, or a curve, and have large variations. Such data is more likely to be inappropriate as input data than linear data such as the discharge flow difference in FIG. Therefore, also in this embodiment, the validity of the input data can be visually evaluated and determined.

【0032】次に、請求項4の発明の実施例を説明す
る。この実施例では、ダムの流入量予測を例にして、フ
ァジィ推論による推論理由の説明、すなわち、その推論
結果がどのようにして得られたかの理由を説明すること
とした。
Next, an embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the reason for the inference based on the fuzzy inference, that is, the reason why the inference result was obtained, will be described using the inflow prediction of the dam as an example.

【0033】まず、上流域の降雨量、過去の流入量実績
値、上流ダム放流量等から、1時間後の流入量を予測す
るファジィ推論モデルを構築した。入出力データを図1
3に示す。すなわち、入力データは、現在の自ダム流入
量、現在の上流ダム放流量、10分前からの自ダム流入
量差分、1時間前からの自ダム放流量差分、現在までの
15時間平均雨量と3時間前までの15時間平均雨量の
差分であり、出力データは1時間先の自ダム流入量であ
る。
First, a fuzzy inference model for predicting the inflow one hour later was constructed from the rainfall in the upstream area, the past inflow actual value, the upstream dam discharge, and the like. Figure 1 shows input / output data
3 is shown. That is, the input data is the current dam inflow, the current upstream dam discharge, the difference of the dam inflow from 10 minutes ago, the difference in the dam discharge from 1 hour ago, the average rainfall for 15 hours up to now, and It is the difference of the average rainfall for 15 hours up to 3 hours before, and the output data is the inflow of own dam one hour ahead.

【0034】図14は、ファジィ推論のメンバシップ関
数(前件部メンバシップ関数)を示しており、流入量、
上流ダム放流量、流入量差分、自ダム放流量差分、雨量
差分について図示のように設定する。ここで、規則数
は、各メンバシップ関数の組合せの数だけあるので、す
べての規則内容の数を掛け合わせて162(=2×3×
3×3×3)となる。
FIG. 14 shows a membership function (antecedent membership function) of fuzzy inference.
The upstream dam discharge flow, inflow difference, own dam discharge difference, and rainfall difference are set as shown in the figure. Here, since the number of rules is equal to the number of combinations of the membership functions, the number of rules is multiplied by 162 (= 2 × 3 ×
3 × 3 × 3).

【0035】図15は、ダム流入量予測結果であり、図
15(a)は実質的に図8と同一であって前記ケース2
のデータセットを用いた予測結果、図15(b)は本実
施例によるファジィ推論の出力値、図15(c)は予測
誤差である。図15(a)のA点における入力データ
を、図16に示す。これらの入力データを用いて推論を
行ったときの推論理由(予測理由)を、図17に示す。
FIG. 15 shows the result of dam inflow prediction. FIG. 15A is substantially the same as FIG.
15B shows the output value of the fuzzy inference according to the present embodiment, and FIG. 15C shows the prediction error. FIG. 16 shows the input data at point A in FIG. FIG. 17 shows inference reasons (prediction reasons) when inference is performed using these input data.

【0036】図17から、以下のことが判明する。な
お、図17に示したNO.1〜NO.8の規則は、全規
則162個の中から適合度に着目して選択したものであ
る。 最も適合度の高い規則は、NO.1の「流入量が小さ
く、放流量が小さく、流入量差分が中程度で、放流量差
分が中程度で、雨量差分が大きい」という規則である
(予測値への影響(適合度)は22%)。 その他、NO.2〜NO.8の7つの規則にも少しず
つ適合した。 なお、図17のような各規則と適合度との一覧はディス
プレイ等を解して運用者に表示されるものである。
The following is clear from FIG. Note that the NO. 1 to NO. Rule 8 is selected from among 162 rules by paying attention to the degree of matching. The rule with the highest conformance is NO. The rule is that the inflow is small, the outflow is small, the inflow difference is medium, the outflow difference is medium, and the rainfall difference is large (the effect on the predicted value (degree of conformity) is 22). %). In addition, NO. 2 to NO. Little by little, it complied with the 7 rules of 8. Note that the list of rules and conformance as shown in FIG. 17 is displayed to the operator through a display or the like.

【0037】このように、本実施例によれば、予測結果
である流入量がどのような理由によって導かれたかとい
う推論理由、予測理由をファジィ規則の組み合わせによ
り明確にできることから、従来、もっぱら運用者の経験
的知識等に基づいていた推論理由、予測理由を一層客観
的に示すことができ、推論、予測業務の自動化に大きく
貢献することができる。
As described above, according to the present embodiment, the reason for inferring the reason why the inflow amount as the prediction result was derived and the reason for the prediction can be clarified by a combination of fuzzy rules. The reason for inference and the reason for prediction based on the empirical knowledge of the person can be shown more objectively, and can greatly contribute to the automation of the reasoning and prediction work.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のように、請求項1〜3の発明によ
れば、ファジィ推論モデルの学習に使用する入力データ
を数値的または視覚的に決定することができる。従来、
入力データは運用者が試行錯誤的に選択していたため、
最適な入力データの選択に時間がかかる、不適切な入力
データを選択する場合があって精度が上がらない等の欠
点があった。本発明はその欠点を克服するものであり、
比較的経験の浅い運用者でも、良好な入力データを選択
することができる。よって、従来技術と比較して、簡単
に高精度なファジィ推論モデルを構築することができ
る。
As described above, according to the first to third aspects of the present invention, input data used for learning a fuzzy inference model can be determined numerically or visually. Conventionally,
Since the input data was selected by the operator by trial and error,
There are drawbacks in that it takes a long time to select the most appropriate input data, and there is a case where inappropriate input data is selected, so that the accuracy is not improved. The present invention overcomes that shortcoming,
Even relatively inexperienced operators can select good input data. Therefore, a highly accurate fuzzy inference model can be easily constructed as compared with the related art.

【0039】特に、請求項1、請求項2の発明は、入力
データの妥当性を統計指標を用いて数値的に判定するも
のである。このように数値的に判定できるため、計算機
による自動化に適している。また、請求項3の発明は、
入力データの妥当性を視覚的に表現するものであるか
ら、統計になじみの薄い運用者や制御技術者でも直感的
に最適な入力データを選択することが可能である。ま
た、請求項1、請求項2の発明では判定の難しい、曲線
や折れ線的な入出力関係も判定することができる。
In particular, the first and second aspects of the present invention determine the validity of input data numerically using a statistical index. Since the determination can be made numerically in this way, it is suitable for automation by a computer. The invention of claim 3 is:
Since the validity of the input data is visually expressed, even an operator or a control engineer who is not familiar with statistics can intuitively select the optimum input data. Further, it is possible to determine a curve or a broken line input / output relationship, which is difficult to determine in the first and second aspects of the present invention.

【0040】請求項4の発明によれば、ファジィ推論の
出力値(予測値、診断結果等の推論値)を得るに至った
理由を運用者に簡単に説明することが可能になる。通
常、予測業務を行う運用者は、「○○だから、××」と
いう経験的な規則に基づいて予測を行っている。運用日
誌等に予測理由を示す場合にも、同様に「○○だから、
××と予測した。」と、経験的な規則を記している。従
来のファジィ推論モデルは運用者と同様の形式で予測・
推論を行っており、推論理由を表示、説明する試みはこ
れまで行われていなかったが、請求項4の発明により、
どのような理由で推論値を導き出したのかを運用者と同
様の形式で説明することが可能になる。このため、計算
機における自動化が難しい予測業務についても、運用者
が行っていたのと同様の方法で自動化することが可能で
ある。
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to easily explain to the operator the reason why the output value of the fuzzy inference (inference value such as a predicted value and a diagnosis result) is obtained. Usually, an operator who performs a prediction operation makes a prediction based on an empirical rule of “XX because it is XX”. Similarly, when showing the reason for the forecast in an operation log, etc.,
XX and predicted. "Wrote an empirical rule. Conventional fuzzy inference models predict and predict
Although reasoning has been performed, no attempt has been made to display and explain the reason for the reasoning. However, according to the invention of claim 4,
The reason why the inference value is derived can be described in the same format as that of the operator. For this reason, it is possible to automate a prediction task that is difficult to automate in a computer by the same method as that performed by the operator.

【0041】また、請求項4の発明の他の効果として、
ファジィ規則の改良が容易であることが挙げられる。従
来、大きな予測誤差が生じた場合には、その原因が予測
モデルにあるのか、特異なデータであるからなのかを判
断することが難しかった。請求項4の発明では、推論理
由を表示できるので、誤差があった場合に、もし推論理
由が運用者と同じであれば特異なデータであったと推定
できるし、もし運用者と異なっていれば推論モデルの構
造に問題があったと推定できる。そして、推論モデル構
造に問題がある場合には、新たに運用者の規則を追加す
ることで、ファジィ規則をより正確なものに容易に改良
することも可能になる。
Another effect of the invention of claim 4 is as follows.
It is easy to improve the fuzzy rules. Conventionally, when a large prediction error occurs, it has been difficult to determine whether the cause is in the prediction model or due to unique data. According to the invention of claim 4, since the reason for inference can be displayed, if there is an error, if the reason for inference is the same as the operator, it can be estimated that the data is peculiar, and if it is different from the operator, It can be estimated that there was a problem in the structure of the inference model. Then, when there is a problem in the inference model structure, it is possible to easily improve the fuzzy rules to be more accurate by adding a new rule of the operator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1、請求項2に記載した発明の処理手順
を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a processing procedure of the invention described in claims 1 and 2;

【図2】請求項3に記載した発明の処理手順を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the invention described in claim 3;

【図3】請求項4に記載した発明の処理手順を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the invention described in claim 4;

【図4】ファジィ推論モデルによる予測方法の概念図で
ある。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a prediction method using a fuzzy inference model.

【図5】請求項1、請求項2の発明の第1実施例におけ
るデータセットの説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a data set according to the first embodiment of the present invention.

【図6】請求項1、請求項2の発明の第1実施例におけ
る統計的指標の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a statistical index according to the first embodiment of the present invention.

【図7】請求項1、請求項2の発明の第1実施例におけ
る予測誤差を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a prediction error in the first embodiment of the first and second aspects of the present invention.

【図8】請求項1、請求項2の発明の第1実施例におい
て、ケース2のデータセットを使用した際の予測結果を
実績値と比較して示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing, in the first embodiment of the first and second aspects of the present invention, a prediction result when a data set of case 2 is used, in comparison with an actual value.

【図9】請求項1、請求項2の発明の第2実施例におけ
るデータセットの説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a data set according to the second embodiment of the present invention.

【図10】請求項1、請求項2の発明の第1実施例、第
2実施例における予測誤差を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing prediction errors in the first and second embodiments of the first and second aspects of the present invention.

【図11】請求項3の発明の第1実施例において、ケー
ス1、ケース2について入出力データの相関関係を示し
た図である。
FIG. 11 is a diagram showing a correlation between input and output data for case 1 and case 2 in the first embodiment of the third invention.

【図12】請求項3の発明の第2実施例において、ケー
ス2について入出力データの相関関係を示した図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a correlation between input and output data for case 2 in the second embodiment of the third invention.

【図13】請求項4の発明の実施例におけるファジィ推
論の入出力データの説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of input / output data of fuzzy inference in the embodiment of the fourth invention.

【図14】請求項4の発明の実施例におけるファジィ推
論のメンバシップ関数の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a membership function of fuzzy inference in the embodiment of the present invention.

【図15】請求項4の発明の実施例における予測結果と
誤差の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a prediction result and an error in the embodiment of the fourth invention.

【図16】図15におけるA点の入力データの説明図で
ある。
FIG. 16 is an explanatory diagram of input data at point A in FIG. 15;

【図17】請求項4の発明の実施例における予測理由の
説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a reason for prediction in the embodiment of the invention of claim 4;

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の入力データ及び出力データを用い
て学習、構築したファジィ推論モデルにより推論・予測
を行うシステムにおけるファジィ推論モデルの構築支援
方法において、 ファジィ推論モデルに学習させる際の入力データの妥当
性を、これらの入力データの統計指標を用いて数値的に
判断することを特徴とするファジィ推論モデルの構築支
援方法。
1. A method for supporting a fuzzy inference model in a system for performing inference and prediction using a fuzzy inference model learned and constructed using predetermined input data and output data. A method for supporting the construction of a fuzzy inference model, characterized in that the validity is numerically determined using the statistical index of these input data.
【請求項2】 請求項1記載のファジィ推論モデルの構
築支援方法において、 前記統計指標が入出力データの相関係数であることを特
徴とするファジィ推論モデルの構築支援方法。
2. The fuzzy inference model construction support method according to claim 1, wherein the statistical index is a correlation coefficient of input / output data.
【請求項3】 所定の入力データ及び出力データを用い
て学習、構築したファジィ推論モデルにより推論・予測
を行うシステムにおけるファジィ推論モデルの構築支援
方法において、 ファジィ推論モデルに学習させる際の入力データの妥当
性を、これらの入力データと出力データとの相関関係を
視覚的に表示して判断することを特徴とするファジィ推
論モデルの構築支援方法。
3. A method for supporting the construction of a fuzzy inference model in a system for performing inference / prediction using a fuzzy inference model learned and constructed using predetermined input data and output data. A method for supporting construction of a fuzzy inference model, characterized in that the validity is visually determined by judging the correlation between the input data and the output data.
【請求項4】 ファジィ推論モデルにより推論・予測を
行うシステムにおいて、 ファジィ推論モデルに所定の入力データを与えて推論を
行った際の複数の規則の適合度をそれぞれ計算し、各規
則の出力データへの影響度を表示することを特徴とする
ファジィ推論方法。
4. A system for performing inference / prediction using a fuzzy inference model, wherein a predetermined input data is given to a fuzzy inference model to calculate a degree of conformity of a plurality of rules, and output data of each rule is calculated. Fuzzy inference method, characterized by displaying the degree of influence on the fuzzy.
JP11041262A 1999-02-19 1999-02-19 Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method Withdrawn JP2000242497A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11041262A JP2000242497A (en) 1999-02-19 1999-02-19 Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11041262A JP2000242497A (en) 1999-02-19 1999-02-19 Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000242497A true JP2000242497A (en) 2000-09-08

Family

ID=12603545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11041262A Withdrawn JP2000242497A (en) 1999-02-19 1999-02-19 Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000242497A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017159523A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 日本電気株式会社 Inference system, inference method, and recording medium
CN109416408A (en) * 2016-07-08 2019-03-01 日本电气株式会社 Epicentral distance estimation device, epicentral distance estimation method and computer readable recording medium

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017159523A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 日本電気株式会社 Inference system, inference method, and recording medium
JPWO2017159523A1 (en) * 2016-03-15 2019-01-24 日本電気株式会社 Inference system, inference method, and program
US11521092B2 (en) 2016-03-15 2022-12-06 Nec Corporation Inference system, inference method, and recording medium
CN109416408A (en) * 2016-07-08 2019-03-01 日本电气株式会社 Epicentral distance estimation device, epicentral distance estimation method and computer readable recording medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahu et al. Evaluating the impact of prediction techniques: Software reliability perspective.
Yadav et al. A fuzzy logic based approach to reliability improvement estimation during product development
Nassif et al. Towards an early software estimation using log-linear regression and a multilayer perceptron model
JP2753460B2 (en) Process operation support method and system
Wang et al. Risk evaluation in failure mode and effects analysis using fuzzy weighted geometric mean
Huang et al. Improving the COCOMO model using a neuro-fuzzy approach
Yang et al. Closed form fuzzy interpolation
Cheng et al. Long-term prediction of discharges in Manwan Hydropower using adaptive-network-based fuzzy inference systems models
Zheng et al. An overview of accident forecasting methodologies
CN109657880A (en) A kind of Collision Accidents of Ships grade prediction technique and system based on Bayesian network
Zhou et al. A new type of recurrent fuzzy neural network for modeling dynamic systems
CN110309537A (en) A kind of the intelligent health prediction technique and system of aircraft
Ge et al. Learning evolving T–S fuzzy systems with both local and global accuracy–A local online optimization approach
CN111783356A (en) Petroleum yield prediction method and device based on artificial intelligence
Attarzadeh et al. Software development effort estimation based on a new fuzzy logic model
Li et al. A safe control scheme under the abnormity for the thickening process of gold hydrometallurgy based on Bayesian network
CN114046456B (en) Corrosion evaluation method and system for fusing fuzzy reasoning and neural network
JPH10260718A (en) Method for predicting volume of water of dam
CN114897272A (en) Liquid level prediction method and device for sewage inspection well, electronic equipment and storage medium
Foong et al. ALAP: Alarm prioritization system for oil refinery
JP2000242497A (en) Method for assisting structuring of fuzzy inference model and fuzzy inference method
JPH11194803A (en) Dam discharging flow rate prediction model constructing method and dam discharging flow rate predicting method
CN116303786A (en) Block chain financial big data management system based on multidimensional data fusion algorithm
Pant et al. Fuzzy logic in decision making and signal processing
JPH05265512A (en) Learning type controller and fuzzy inference device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060509