In this paper, we proposed an block-based evolvable neural network(BENN). The BENN can optimize it's structure and weights simultaneously. It can be easily implemented by FPGA whose connection and internal functionality can be reconfigured. To solve the local minima problem that is caused gradient descent learning algorithm, genetic algorithms are applied for optimizing the proposed evolvable neural network model.
This paper addresses nonnegative independent component analysis (NICA), with the aim to realize the blind separation of nonnegative well-grounded independent source signals, which arises in many practical applications but is hardly ever explored. Recently, Bertrand and Moonen presented a multiplicative NICA (M-NICA) algorithm using multiplicative update and subspace projection. Based on the principle of the mutual correlation minimization, we propose another novel cost function to evaluate the diagonalization level of the correlation matrix, and apply the multiplicative exponentiated gradient (EG) descent update to it to maintain nonnegativity. An efficient approach referred to as the EG-NICA algorithm is derived and its validity is confirmed by numerous simulations conducted on different types of source signals. Results show that the separation performance of the proposed EG-NICA algorithm is superior to that of the previous M-NICA algorithm, with a better unmixing accuracy. In addition, its convergence speed is adjustable by an appropriate user-defined learning rate.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.19
no.12
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pp.2418-2425
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1994
Although the error backpropagation(EBP) algorithm based on the gradient descent method is a widely-used learning algorithm of neural networks, learning sometimes takes a long time to acquire accuracy. This paper develops a novel learning method to alleviate the problems of EBP algorithm such as local minima, slow speed, and size of structure and thus to improve performance by adopting other new networks. Gaussian Potential Function networks(GPFN), in parallel with multilayer neural networks. Empirical simulations show the efficacy of the proposed algorithm in function approximation, which enables us to train networks faster with the better generalization capabilities.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.19
no.2
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pp.93-101
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2023
In this study, a deep learning algorithm was used to diagnose electric potential signals obtained through CIPS and DCVG, used indirect inspection methods to confirm the soundness of buried pipes. The deep learning algorithm consisted of CNN(Convolutional Neural Network) model for diagnosing the electric potential signal and Grad CAM(Gradient-weighted Class Activation Mapping) for showing the flaw prediction point. The CNN model for diagnosing electric potential signals classifies input data as normal/abnormal according to the presence or absence of flaw in the buried pipe, and for abnormal data, Grad CAM generates a heat map that visualizes the flaw prediction part of the buried pipe. The CIPS/DCVG signal and piping layout obtained from the 3D finite element model were used as input data for learning the CNN. The trained CNN classified the normal/abnormal data with 93% accuracy, and the Grad-CAM predicted flaws point with an average error of 2m. As a result, it confirmed that the electric potential signal of buried pipe can be diagnosed using a CNN-based deep learning algorithm.
This paper proposes an efficient time series prediction of the nonlinear dynamical discrete-time systems using multilayer neural networks of a hybrid learning algorithm. The proposed learning algorithm is a hybrid backpropagation algorithm based on the steepest descent for high-speed optimization and the dynamic tunneling for global optimization. The proposed algorithm has been applied to the y00 samples of 700 sequences to predict the next 100 samples. The simulation results shows that the proposed algorithm has better performances of the convergence and the prediction, in comparision with that using backpropagation algorithm based on the gradient descent for multilayer neural network.
In this article, a new method is introduced to improve the local search capability of meta-heuristic algorithms using the projection of the path on the border of constraints. In a mathematical point of view, the Gradient Projection Method is applied through a new approach, while the imposed limitations are removed. Accordingly, the gradient vector is replaced with a new meta-heuristic based vector. Besides, the active constraint identification algorithm, and the projection method are changed into less complex approaches. As a result, if a constraint is violated by an agent, a new path will be suggested to correct the direction of the agent's movement. The presented procedure includes three main steps: (1) the identification of the active constraint, (2) the neighboring point determination, and (3) the new direction and step length. Moreover, this method can be applied to some meta-heuristic algorithms. It increases the chance of convergence in the final phase of the search process, especially when the number of the violations of the constraints increases. The method is applied jointly with the authors' newly developed meta-heuristic algorithm, entitled Star Graph. The capability of the resulted hybrid method is examined using the optimal design of truss and frame structures. Eventually, the comparison of the results with other meta-heuristics of the literature shows that the hybrid method is successful in the global as well as local search.
To solve the edge ringing or block effect caused by the partial differential diffusion in image enhancement domain, a new image enhancement algorithm based on bidirectional diffusion, which smooths the flat region or isolated noise region and sharpens the edge region in different types of defect images on aviation composites, is presented. Taking the image pixel's neighborhood intensity and spatial characteristics as the attribute descriptor, the presented bidirectional diffusion model adaptively chooses different diffusion criteria in different defect image regions, which are elaborated are as follows. The forward diffusion is adopted to denoise along the pixel's gradient direction and edge direction in the pixel's smoothing area while the backward diffusion is used to sharpen along the pixel's gradient direction and the forward diffusion is used to smooth along the pixel's edge direction in the pixel's edge region. The comparison experiments were implemented in the delamination, inclusion, channel, shrinkage, blowhole and crack defect images, and the comparison results indicate that our algorithm not only preserves the image feature better but also improves the image contrast more obviously.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.7
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pp.2027-2046
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2024
Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) is an innovative technique to precisely control the phase of incident signals with the help of low-cost passive reflective elements. It shows excellent potential in the sixth generation of mobile communication systems, which not only extends wireless coverage but also boosts channel capacity. Considering that multipath propagation and a high number of antennas are involved in RIS in assisted mega multiple-input multiple-output (MIMO) systems, it suffers from severe channel fading and multipath effects, which in turn lead to signal instability and degradation of transmission performance. To overcome this obstacle, this essay suggests an improved gradient optimization algorithm to dynamically and optimally adjust the phase of the reflective elements to counteract channel fading and multipath effects as a strategy. In order to overcome the optimization problem of falling into local minima, this paper proposes an adaptive learning rate algorithm based on Adagrad improvement, which searches for the global optimal solution more efficiently and improves the robustness of the optimization algorithm. The suggested technique helps to enhance the estimate of channel efficiency of RIS-assisted large MIMO systems, according to simulation results.
This paper proposes an efficient fault diagnosis for digital circuits using multilayer neural networks. The efficient learning algorithm is also proposed for the multilayer neural network, which is combined the steepest descent for high-speed optimization and the dynamic tunneling for global optimization. The fault-diagnosis system using the multilayer neural network of the proposed algorithm has been applied to the parity generator circuit. The simulation results shows that the proposed system is higher convergence speed and rate, in comparision with system using the backpropagation algorithm based on the gradient descent.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.9
no.1
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pp.55-61
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2005
A Conjugate Gradient algorithm for unconstrained minimization is proposed which is invariant to a nonlinear scaling of a strictly convex quadratic function and which generates mutually conjugate directions for extended quadratic functions. It is derived for inexact line searches and for general functions. It compares favourably in numerical tests (over eight test functions and dimensionality up to 1000) with the Dixon (1975) algorithm on which this new algorithm is based.
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