تشخیص سیستم غیرخطی با روش RBF شبکه عصبی
تشخیص سیستم غیرخطی با روش RBF شبکه عصبی :پروژه شبیه سازی با متلب
پروژه شبیه سازی با متلب:
در دهه های گذشته بیشتر پیشرفتها در حوزه شناسایی سیستمهای خطی و تغییر ناپذیر با زمان بوده است
پروژه شبیه سازی با متلب: اما ما در این سمینار برای شناسایی سیستمهای غیر خطی از شبکه های عصبی استفاده خواهیم کرد.
در مهندسی کنترل، اغلب الگوریتم های کنترلی که ارائه می شود بر مبنای مدل هستند، بدین معنی که یا ساختار کنترل کننده بر اساس مدل است و یا اینکه پارامترهای کنترل کننده وابسته به پارامترهای مدل پلانت هستند. در نتیجه برای کارکرد صحیح این قوانین کنترلی لازم است که مدل نسبتاً دقیق و مناسب از سیستم داشته باشیم.
پروژه شبیه سازی با متلب: از طرفی اکثر پلانت های واقعی که در عمل با آن ها سروکار داریم را نمی توان با استفاده از روش های ریاضی و بر اساس قوانین فیزیکی حاکم بر پلانت، مدل سازی کرد. در این موارد ناچار هستیم که بر اساس داده های آزمایشگاهی که از پلانت گرفته می شود، یک مدل مناسب استخراج کنیم. در درس شناسایی سیستم ابزارهای لازم برای رسیدن به این هدف ارائه خواهد شد.
پروژه شبیه سازی با متلب:
شناسایی سیستم (انگلیسی: System identification) به استفاده از روش‌های آماری برای ساختمدل‌های ریاضی از سیستمهای دینامیکی، به وسیلهٔ داده‌های اندازه‌گیری شده اطلاق می‌شود. شناسایی سیستم همچنین بمنظور طراحی بهینه آزمایش‌ها، تولید داده‌های آموزشی، نصب و تحلیل مدل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شبکه‌های عصبی زیستی مجموعه‌ای بسیار عظیم از پردازشگرهای موازی به نام نورون اند که به صورت هماهنگ برای حل مسئله عمل می‌کنند و توسط سیناپس‌ها (ارتباط‌های الکتروشیمیایی) اطلاعات را منتقل می‌کنند. در این شبکه‌ها اگر یک سلول آسیب ببیند بقیه سلول‌ها می‌توانند نبود آن را جبران کرده و نیز در بازسازی آن سهیم باشند. این شبکه‌ها قادر به یادگیری‌اند. مثلاً با اعمال سوزش به سلول‌های عصبیلامسه، سلول‌ها یادمی‌گیرند که به طرف جسم داغ نروند و با این الگوریتم سامانه می‌آموزد که خطای خود را اصلاح کند. یادگیری در این سامانه‌ها به صورت تطبیقی صورت می‌گیرد، یعنی با استفاده ازمثال‌ها وزن سیناپس‌ها به گونه‌ای تغییر می‌کند که در صورت دادن ورودی‌های تازه سامانه پاسخ درستی تولید کند.
← مجموع اتصالات نورون‌ها در مغز انسان در حالت مینیمم به بیش از ۱۰۰ trillion می‌رسد و سرعت سیگنال‌ها در حدود ۲۵۶ مایل بر ساعت (یا ۴۱۱٫۹۹۲ کیلومتر بر ساعت) است. نورون‌ها به‌طور متوسط با ۷٬۰۰۰سیناپس در ارتباط هستند و کل مغز از ۱۰۱۵ سیناپس تشکیل شده‌است. نورون‌ها می‌توانند بیش از ۱۰۰۰ شاخک دندریت داشته باشند که می‌توانند با ده‌ها هزار سلول دیگر در ارتباط باشند. قطر نورون‌ها بین (۰٫۰۰۴ mm) تا (۰٫۱ mm) و طول نورون‌ها بین حدود چند میلی‌متر ” کوتاه‌ترین نورون‌ها ” تا حدود ۱ متر یا بیشتر متغیر هست؛ و در هر ثانیه با توجه به اینکه حداکثر نرخ آتش هر نورون ۲۰۰ Hz (هرتز به معنی تعداد چرخه‌ها در یک ثانیه cycle/s) هست ۱۰۱۷ سیگنال الکتریکی در شبکهٔ عصبی جریان دارد. به‌طور کلی در هر ثانیه ۲۰٪ – ۵۰٪ نورون‌ها آتش می‌کنند همچنین نورون‌هایی هم که آتش می‌کنند این عمل را چندین بار انجام می‌دهند.
← مغز یک انسان بالغ از نورون‌ها، سلول‌های glial , رگ‌های خونی تشکیل شده‌است و تعداد تخمینی و دقیق تر نورون‌ها در حدود ۸۵±۱۰ billion (میلیارد) هست که برابر با تعداد سلول‌های غیر نورونی مغز هست (۸۵±۱۰ billion) که از مجموع این نورون‌ها
- در حدود ۱۶ میلیارد از نورون‌ها در cerebral cortex مغز قرار گرفته‌اند (به عبارت دیگر ۱۹٪ از تمام نورون‌های مغز) که شامل قشر white matter مغز هم می‌شود.
- در حدود ۶۹ میلیارد نورون هم در قسمت cerebellum قرارگرفته‌اند (که ۸۰٪ از تمام نورون‌های مغز محسوب می‌شه)
- کمتر از ۱٪ نورون هم در قسمت‌های دیگر مغز قرار گرفته.
نقشهٔ سه بعدی مغز با توضیحات کار هر یک از بخش‌ها و عوارض ممکن در آسیب دیدگی هر بخش را می‌توانید در لینک ۳D brain دنبال کنید که می‌توانید متوجه حجم محاسبات با توجه به تعداد نورون‌های اون بخش شبکه عصبی شوید.
- cerebellum Hindbrain به تنظیم وضعیت و هماهنگی بدن کمک می‌کند و همه حرکات بدن و واکنش‌هایش را بررسی و ممکن می‌کند. (آسیب دیده گی این بخش می‌تواند سبب عدم تعادل و لرزش در حرکت و در صورت آسیب دیدگی شدید، عدم حرکت در شخص را به دنبال دارد)
- cerebrum Forebrain مرکز شخصیت فرد است و طیف بسیار گسترده‌تری از وظایف را نسبت به بقیه مناطق مغز بر عهده دارد. از این وظایف می‌شود به تصمیم‌گیری، انتخاب آهنگ مورد علاقه، تمرکز، برنامه‌ریزی و سازماندهی، به داشتن حس و شناخت از جهان و رابطهٔ خود فرد با جهان “همان خودآگاهی” کمک می‌کند. cerebrum بیشترین تعداد نورون‌های حساس به دوپامین را داراست، محل تصمیم‌گیری برای حرکت هدفمند و گفتار (صحبت کردن), نحوه رفتار، همچنین اطلاعات دردسترس در این بخش مورد سازماندهی قرار می‌گیرد و باعث می‌شود فرد قابلیت اولویت بندی و اصلاح کردن خود و آغاز یا کنترل یا تغییر رفتار را داشته باشد. (آسیب دیدگی این بخش می‌تواند شخصیت شخص را تغییر دهد. ان افراد دیگر نمی‌توانند شبیه خودشان عمل کنند. این افراد توانایی برنامه‌ریزی خودشان را از دست می‌دهند و توانایی کنترل رفتار خودشان را نیز ممکن از دست دهند و آسیب دیدگی شدید گاهی می‌تواند شخصیت این افراد را از آنها بگیرد و …)
- Prefrontal Cortex مسئول استدلال کردن، ترسیم تصویر از یک اتفاق، گفتن، راندن وسایلی مانند دوچرخه، مقایسه گذشته و آینده در جهت پیش‌بینی آنچه که ممکن است اتفاق بیفتد، بررسی ایده‌ها و ادراک در جهت کمک به فرایند تصمیم‌گیری و سئوچ کردن بین کارها، منحرف کردن افکار فرد از یک عمل قبل از شروع عمل دیگر. همچنین این بخش از مغز نقشی در خود آگاهی self-awareness , تشخیص احساسات، تجربه لذتها، در ذهن خوداگاه کمک به درک سریع بودن یا کند بودن زمان، عمل کردن به عنوان قطب احساسی و فراخوانی احساس غریزی در مورد شناخت درست از غلط. همچنین پردازش احساساتی از قبیل اضطراب و ناامیدی نیز در این بخش مغز صورت می‌گیرد. (این قسمت از مغز با توجه به اینکه در جلوی قسمت cerebrum _ Forebrain مغز قرار گرفته به راحتی با ضربات تصادفی یا کمبود اکسیژن در حملهٔ قلبی قابل آسیب دیدن است که در صورت آسیب دیدن طیف وسیعی از مشکلات رفتاری از جمله خشونت یا عدم حساسیت، مشکلاتی در شروع وظایفت و متمرکز ماندن در انجام آنها، عملگردهای نامناسب غیرارادی و بستری شدن در مراکز درمانی را به دنبال دارد. علاوه بر این افراد مبتلا به افسردگی دارای فعالیت غیرطبیعی در قشر جلوی مغز هستند و این منطقه ممکن است در اختلال وسواس فکری عملی نیز درگیر باشند.
- dorsolateral prefrontal cortex یا به اختصار DLPFC در میانه بخش قبل در انسان‌ها و پستانداران واقع شده‌است و نسبت به قسمت‌های دیگر یکی از بخش‌های تازه تکامل یافته مغز انسان محسوب می‌شود که تکامل ان تا هنگام بزرگسالی ادامه می‌یابد. همچنین به orbitofrontal cortex و قسمت‌های مختلف مغز که شامل بخش thalamus , basal ganglia , hippocampus و مناطق اصلی و ثانویه neocortex هم متصل است. این بخش در کارهای اجرایی دخالت دارد که عملکردهایی از قبیل مدیریت فرایندهای شناختی cognitive processes که شامل حافظه کاری working memory ,انعطاف‌پذیری شناختی و برنامه‌ریزی. همچنین وظایف رفتاری نیز به شدت مرتبط به این بخش به نظر می‌رسند و انجام وظایفی که نیاز به نگهداری اطلاعات در ذهن یا همان working memory را دارند. DLPFC برای به خاطر آوردن ایتم‌ها به صورت تکی مورد نیاز نیست بنابراین آسیب دیدگی این بخش سبب اختلال در حافظه شناختی یا recognition memory نمی‌شود با این وجود در صورتی که فرد بخواهد دو آیتم را در حافضه با یکدیگر مقایسه کند دخالت بخش DLPFC نیز مورد نیاز خواهد بود. اشخاص با آسیب دیدگی DLPFC قادر نخواهند بود تصویری را که قبلاً به آنها نشان داده شده‌است را در بین دو تصویری که به آنها بعد از مدتی نشان می‌دهند را تشخیص دهند. بخش DLPFC در هنگام خواب فعال نیست و فقط پردازش زمان بیداری و واقعیت را بر عهده دارد. به همین ترتیب این بخش مکرراً همچنین با اختلالات رانندگی، توجه و انگیزه مرتبط دانسته شده. افرادی با آسیب دیدگی جزئی DLPFC عموماً احساس بی‌تفاوتی به محیط اطراف خود دارند و از خودانگیختگی در زبان و رفتار محروم اند همچنین این افراد به فقدان انگیزه برای انجام کاری برای خود یا دیگران نیز دچار هستند.
- brainstem _ قسمت زرد در تصویر بالا. این بخش هماهنگی فعالیت‌های خودکار یا رفلکس بدن را در فعالیت‌هایی که بدون تفکر انجام می‌گیرند مانند تنفس، تون عضلانی غیرارادی، فعالیت قسمت‌های مختلف بدن و وضعیت آنها، کمک به حفظ آگاهی از بدن، ضربان قلب، فشار خون، عطسه، سرفه، بیدارشدن از خواب و . . . را سازماندهی می‌کند و سازه اون که در بالای نخاج و زیر cerebrum و در مرکز مغز قرار داره مانند یک ساختمان هست که از بخش‌های (Diencephalon mid-brain , pons , medulla oblongata) تشکیل شده هست (آسیب دیدگی این بخش می‌تواند کشنده باشد، زمانی که عملکرد brainstem از دست می‌رود وضعیت شخص ممکن هست مرگ مغزی تشخیص داده شود. چون این قسمت از حول مغز دور هست آسیب دیدگی‌هایی مثل آسیب به سر و گردن، حمله قلبی یا سکته مغزی، آنسفالیت، سموم مننژیت از جمله مونوکسید کربن (درحدود ۶۰٪ کربن منوکسید در خون می‌تواند به مرگ منجر شود. چون سرعت جذبش از اکسیژن توسط گلبول‌های خون بیشتر هست، عامل: تحت تأثیر مستقیم دود خودروها بودن) , سطح قند خون بالا یا پایین طولانی مدت در افراد مبتلا به دیابت و سرطان در ساقه مغز که می‌تواند در نهایت منجر به کما یا مرگ شخص شود)
- Temporal Lobe _ قسمت صورتی پررنگ در تصویر بالا. در این قسمت یک تصویر ذهنی کامل از اون چیزی که می‌بینیم و می‌شنویم و احساس می‌کنیم در ذهن درست می‌شود. زبان و شنوایی و بویایی در این قسمت مغز مورد پردازش قرار می‌گیرند. این قسمت از مغز همچنین به تشخیص اشیا، جهت حرکت، چهره‌های آشنا (ویژه) , بخاطر آوردن حقایق جهان و اطلاعات یا دانش عمومی، همراه کردن حافظه و احساسات و همچنین این قسمت نقش مهمی را درگرفتن تصمیمات اخلاقی/احساسی بر عهده داره. لوب Temporal بازیابی معنی کلمات را از حافظه انجام می‌دهد و سپس کلمات را با مفاهیم هماهنگ می‌کند تا شخص بتواند ایدهای خود را بیان کند. همین‌طور زمانی که کودکان در حال یادگیری خواندن هستند این بخش مغز، کلمات را با ترجمه اشکال کلمه به صدا ذخیره می‌کند؛ بنابراین این بخش می‌تواند کلمات را تشخیص بدهد. اتصال Temporal-parietal با دیدن ارواح یا پیش درآمد و تجربه خروج از بدن در ارتباط است (عوارض در صورت آسیب: عفونت یا بیماری مانند آلزایمر می‌توانید باعث آسیب لوب Temporal شود که سبب تقلا آنچه که یک فرد می‌شنود، می‌بیند و درک می‌کند می‌شود. ممکن است حافظه و اشکال کلمات و صداها در افراد آسیب دیده مختل شود). همچنین فرایند خواب دیدن عموماً در حین فعال بودن کل cerebral cortex مغز اتفاق می‌افتد.
- Parietal _ قسمت آبی در تصویر بالا. حواس لمسی، درجه حرارت، فشار، و درد. Parietal به شخص برای رسیدن به درک و دانستن موقعیت چیزهای اطرافش کمک می‌کند. وقتی که شخصی را لمس می‌کنید Parietal واکنش نشان می‌دهد. لوب Parietal می‌توانید زمان و نقطهٔ صدمه را دقیقاً شناسایی کند. این قسمت باعث بخاطر آوردن شخص از نحوه چگونگی استفاده از ابزارها و همچنین حافظه شخص از بدن و واکنش‌های آشنا در برابر کنش‌های آشنای محیط بدون فکر کردن دربارهٔ آنها مانند بیسبال، شنا کردن و . . . لوب Parietal بین پیشانی و occipital نهفته در مغز بالا وسط در نزدیکی cerebrum نیمکره غالب در خواندن و نوشتن گفتار و محاسبه، اقدامات پیچیده. همچنین نقش مهمی در ادراک و تصویر ذهنی از بدن بر عهده دارد (آسیب: یک فرد با یک سکته مغزی ضایعه مغزی آسیب‌های مغزی یا آسیب‌های دژنراتیو در این منطقه ممکن است قادر به تشخیص چهره، چپ از راست، رسم، کلمات یا اعداد، صحبت به‌طور معمول یا اقامت متمرکز نباشد. آنها ممکن است فاصله و موقعیت شی را تشخیص ندهند، آنها ممکن است قضاوت خودشان را در برخی امور ساده از دست بدهند و مثلاً از یک اتاق به دیگری در خانه خود اشتاه کنند و احساس خود از درد، لمس یا درجه حرارت را از دست بدهند، آنها ممکن است چیزها را اشتباه گرفته و قادر به لباس پوشیدن یا انجام کارهای ساده نباشند)
- Occipital _ قسمت سبز در تصویر بالا ” یا همون پس سر ” نورون‌های این قسمت بر روی بینایی چشم کار می‌کنند و با کار کردن همراه دیگر بخش‌های مغز فعالیت‌هایی مثل پردازش تصاویر ارسال شده از چشم و تفسیر اشکال مختلف و رنگ‌ها، عمق تصاویر، زاویه‌هایی که ما در حال دیدنشان هستیم را انجام می‌دهند (آسیب یا عفونت یا نرسیدن اکسیژن و موارد دیگر به این قسمت ممکن است دید و درک بصری شخص را تحت تأثیر قرار دهد و شخص آسیب دیده به سختی قادر به خواندن متون و تشخیص رنگ‌ها و محل اشیای نزدیک، تفسیر ترسیماتی مانند (نقاشی) و تشخیص کلمات در متن است. گاهی هم ممکن هست شخص نتواند تغییر اشیا از یک مکان به مکان دیگر را در اطرافش ببیند. همچنین ممکن است شخص دچار انحراف دید و توهم بصری شود. همچنین آسیب دیدگی شدید به این بخش کوری را به همراه خواهد داشت / جراحات مغزی، آسیب یا نوشتن متقابل ” cross-writing ” در محل اتصالی که در آن parietal و occipital اتصال جداری پیدا می‌کنند ممکن است باعث حس متقارن “synesthesia”و مخلوطی حواس شود. برای مثال اون افراد هنگام شنیدن موسیقی یا خواندن اعداد رنگ‌هایی را می‌بینند.
خروجی متلب:
دیدگاه ها