The conventional polynomial neural network (PNN) is a classical flexible neural structure and self-organizing network, however it is not free from the limitation of overfitting problem. In this study, we propose a space search-optimized polynomial neural network (ssPNN) structure to alleviate this problem. Ranking selection is realized by means of ranking selection-based performance index (RS_PI) which is combined with conventional performance index (PI) and coefficients based performance index (CPI) (viz. the sum of squared coefficient). Unlike the conventional PNN, L2-norm regularization method for estimating the polynomial coefficients is also used when designing the ssPNN. Furthermore, space search optimization (SSO) is exploited here to optimize the parameters of ssPNN (viz. the number of input variables, which variables will be selected as input variables, and the type of polynomial). Experimental results show that the proposed ranking selection-based polynomial neural network gives rise to better performance in comparison with the neuron fuzzy models reported in the literatures.
Kim, Ki-Sang;Jin, Yong-Ha;Oh, Sung-Kwun;Kim, Hyun-Ki
Proceedings of the IEEK Conference
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2009.05a
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pp.261-263
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2009
본 연구에서는 복잡한 비선형 모델링 방법인 RBF 뉴럴 네트워크(Radial Basis Function Neural Network)와 PNN(Polynomial Neural Network)을 접목한 새로운 형태의 Radial Basis Function Polynomial Neural Network(RPNN)를 제안한다. RBF 뉴럴 네트워크는 빠른 학습 시간, 일반화 그리고 단순화의 특징으로 비선형 시스템 모델링 등에 적용되고 있으며, PNN은 생성된 노드들 중에서 우수한 결과값을 가진 노드들을 선택함으로써 모델의 근사화 및 일반화에 탁월한 효과를 가진 비선형 모델링 방법이다. 제안된 RPNN모델의 기본적인 구조는 PNN의 형태를 이루고 있으며, 각각의 노드는 RBF 뉴럴 네트워크로 구성하였다. 사용된 RBF 뉴럴 네트워크에서의 커널 함수로는 FCM 클러스터링을 사용하였으며, 각 노드의 후반부는 다항식 구조로 표현하였다. 또한 각 노드의 후반부 파라미터들은 최소자승법을 이용하여 최적화 하였다. 제안한 모델의 적용 및 유용성을 비교 평가하기 위하여 비선형 데이터를 이용하여 그 우수성을 보인다.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.8
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pp.1071-1079
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2018
In this study, the design methodology as well as network architecture of Support Vector Machine based Polynomial Neural Network, which is a kind of the dynamically generated neural networks, is introduced. The Support Vector Machine based polynomial neural networks is given as a novel network architecture redesigned with the aid of polynomial neural networks and Support Vector Machine. The generic polynomial neural networks, whose nodes are made of polynomials, are dynamically generated in each layer-wise. The individual nodes of the support vector machine based polynomial neural networks is constructed as a support vector machine, and the nodes as well as layers of the support vector machine based polynomial neural networks are dynamically generated as like the generation process of the generic polynomial neural networks. Support vector machine is well known as a sort of robust pattern classifiers. In addition, in order to enhance the structural flexibility as well as the classification performance of the proposed classifier, multi-objective particle swarm optimization is used. In other words, the optimization algorithm leads to sequentially successive generation of each layer of support vector based polynomial neural networks. The bench mark data sets are used to demonstrate the pattern classification performance of the proposed classifiers through the comparison of the generalization ability of the proposed classifier with some already studied classifiers.
Polynomial networks have been known to have excellent properties as classifiers and universal approximators to the optimal Bayes classifier. In this paper, the use of polynomial neural networks is proposed for efficient implementation of the polynomial-based classifiers. The polynomial neural network is a trainable device consisting of some rules and three processes. The three processes are assumption, effect, and fuzzy inference. The assumption process is driven by fuzzy c-means and the effect processes deals with a polynomial function. A learning algorithm for the polynomial neural network is developed and its performance is compared with that of previous studies.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.16
no.3
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pp.163-172
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2016
Electric load forecasting is essential for effective power system planning and operation. Complex and nonlinear relationships exist between the electric loads and their exogenous factors. In addition, time-series load data has non-stationary characteristics, such as trend, seasonality and anomalous day effects, making it difficult to predict the future loads. This paper proposes a locally-weighted polynomial neural network (LWPNN), which is a combination of a polynomial neural network (PNN) and locally-weighted regression (LWR) for daily shortterm peak load forecasting. Model over-fitting problems can be prevented effectively because PNN has an automatic structure identification mechanism for nonlinear system modeling. LWR applied to optimize the regression coefficients of LWPNN only uses the locally-weighted learning data points located in the neighborhood of the current query point instead of using all data points. LWPNN is very effective and suitable for predicting an electric load series with nonlinear and non-stationary characteristics. To confirm the effectiveness, the proposed LWPNN, standard PNN, support vector regression and artificial neural network are applied to a real world daily peak load dataset in Korea. The proposed LWPNN shows significantly good prediction accuracy compared to the other methods.
Lee In-Tae;Oh Sung-Kwun;Kim Hyun-Ki;Pedrycz Witold
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.6
no.1
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pp.33-38
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2006
In this paper, we propose a new architecture of Fuzzy Polynomial Neural Networks(FPNN) by means of genetically optimized Fuzzy Polynomial Neuron(FPN) and discuss its comprehensive design methodology involving mechanisms of genetic optimization, especially Genetic Algorithms(GAs). The conventional FPNN developed so far are based on mechanisms of self-organization and evolutionary optimization. The design of the network exploits the extended Group Method of Data Handling(GMDH) with some essential parameters of the network being provided by the designer and kept fixed throughout the overall development process. This restriction may hamper a possibility of producing an optimal architecture of the model. The proposed FPNN gives rise to a structurally optimized network and comes with a substantial level of flexibility in comparison to the one we encounter in conventional FPNNs. It is shown that the proposed advanced genetic algorithms based Fuzzy Polynomial Neural Networks is more useful and effective than the existing models for nonlinear process. We experimented with Medical Imaging System(MIS) dataset to evaluate the performance of the proposed model.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.4
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pp.862-870
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2011
In this paper, we introduce a new topology of Radial Basis Function-based Polynomial Neural Networks (RPNN) that is based on a genetically optimized multi-layer perceptron with Radial Polynomial Neurons (RPNs). This study offers a comprehensive design methodology involving mechanisms of optimization algorithms, especially Fuzzy C-Means (FCM) clustering method and Particle Swarm Optimization (PSO) algorithms. In contrast to the typical architectures encountered in Polynomial Neural Networks (PNNs), our main objective is to develop a design strategy of RPNNs as follows : (a) The architecture of the proposed network consists of Radial Polynomial Neurons (RPNs). In here, the RPN is fully reflective of the structure encountered in numeric data which are granulated with the aid of Fuzzy C-Means (FCM) clustering method. The RPN dwells on the concepts of a collection of radial basis function and the function-based nonlinear (polynomial) processing. (b) The PSO-based design procedure being applied at each layer of RPNN leads to the selection of preferred nodes of the network (RPNs) whose local characteristics (such as the number of input variables, a collection of the specific subset of input variables, the order of the polynomial, and the number of clusters as well as a fuzzification coefficient in the FCM clustering) can be easily adjusted. The performance of the RPNN is quantified through the experimentation where we use a number of modeling benchmarks - NOx emission process data of gas turbine power plant and learning machine data(Automobile Miles Per Gallon Data) already experimented with in fuzzy or neurofuzzy modeling. A comparative analysis reveals that the proposed RPNN exhibits higher accuracy and superb predictive capability in comparison to some previous models available in the literature.
Kim, T.H.;Kim, S.S.;Lee, J.B.;Kim, Y.K.;Kim, S.D.;Kim, I.T.
Proceedings of the KIEE Conference
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1999.07g
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pp.2863-2865
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1999
In this paper we present the modeling of ozone prediction system using polynomial neural network. The Polynomial Neural Network is a useful tool for data learning, nonlinear function estimation and prediction of dynamic system. The mechanism of ozone concentration is highly complex, nonlinear, nonstationary. The purposed method shows that the prediction to the ozone concentration based upon a polynomial neural network gives us a good performance for ozone prediction with ability of superior data approximation.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.4
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pp.534-540
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2014
In this paper, we propose a fuzzy combined Polynomial Neural Network(PNN) for pattern classification. The fuzzy combined PNN comes from the generic TSK fuzzy model with several linear polynomial as the consequent part and is the expanded version of the fuzzy model. The proposed pattern classifier has the polynomial neural networks as the consequent part, instead of the general linear polynomial. PNNs are implemented by stacking the simple polynomials dynamically. To implement one layer of PNNs, the various types of simple polynomials are used so that PNNs have flexibility and versatility. Although the structural complexity of the implemented PNNs is high, the PNNs become a high order-multi input polynomial finally. To estimate the coefficients of a polynomial neuron, The weighted linear discriminant analysis. The output of fuzzy rule system with PNNs as the consequent part is the linear combination of the output of several PNNs. To evaluate the classification ability of the proposed pattern classifier, we make some experiments with several machine learning data sets.
We study the neural network approximation to a function in $C^1$[0, 1] and its derivative. In [3], we used even trigonometric polynomials in order to get an approximation order to a function in $L_p$ space. In this paper, we show the simultaneous approximation order to a function in $C^1$[0, 1] using a Bernstein polynomial and a feedforward neural network. Our proofs are constructive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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