基于粗糙集理论的知识建模方法与焊接动态过程知识模型的研究

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1、上海交通大学博士学位论文基于粗糙集理论的知识建模方法与焊接动态过程知识模型的研究姓名：王兵申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：陈善本20031001上海交通大学博士学位论文基于粗糙集理论的知识建模方法与焊接动态过程知识模型的研究摘要智能控制理论的研究对象是具有大量不确定性的复杂过程在智能控制系统设计中获取复杂过程的知识模型是具有重要意义的众所周知电弧焊接过程是非线性多变量时变强耦合的并且涉及大量的不确定因素因而该过程是典型的复杂过程对电弧焊接过程采用经典的建模方法获取其精确的数学模型是极为困难的获取电弧焊接过程的知识模型进而实现该过程的智能控制是焊接技术发

2、展的趋势之一近年来用模糊集方法神经网络方法以及两者相结合的方法获取焊接过程的知识模型成为科研人员关注的焦点并取得了许多有意义的成果但是这些方法仍存在不足不能完全满足实际需要有必要对这类复杂过程的建模方法做进一步的研究粗糙集理论是处理不确定性的有效数学工具该理论的出现为复杂过程的建模提供了新的方法本文以粗糙集理论为基础针对铝合金脉冲TIG焊接动态过程的复杂性提出了复杂过程的系统化的粗糙集知识建模方法并对其中的关键算法进行了深入的研究并通过验证实验证明了粗糙集知识建模方法可以有效的获取铝合金脉冲TIG焊接动态过程1上海交通大学博士学位论文的知识模型和控制模型模型的复杂程

3、度和精度都是可以满足要求的并且模型是易于理解的本文的主要研究成果如下第一提出了粗糙集方法中知识模型的概念在此基础上提出了粗糙集知识建模方法的步骤建模数据获取数据预处理连续属性离散化条件属性约简条件属性值约简规则约简和知识推理第二研究了建模方法中各步骤所涉及到的理论与算法问题并对其中一些问题进行了必要的形式化提出了相应的解决方法1建模数据获取为了满足粗糙集知识建模方法的假设条件即建模数据要覆盖系统输入空间必须保证足够的数据量和数据的有效性2数据预处理主要解决数据扩展的问题这是获得系统动态模型的前提本文提出了数据扩展的具体方法3连续属性离散化由于粗糙集理论的处理对象主要

4、是符号数值对象必须经过离散化才可以利用粗糙集理论加以处理本文对决策表中连续属性的离散化进行了形式描述4条件属性约简提出了条件属性约简算法的分类方法总结了条件属性约简的不唯2上海交通大学博士学位论文一性以及由此引出的条件属性约简最优解问题5条件属性值约简根据对条件属性值约简同条件属性约简在功能上的部分重叠的分析确定了这两个步骤的先后次序即条件属性约简在前条件属性值约简在后根据对条件属性值约简相对条件属性约简的特殊性的分析得出了条件属性值约简不能只求一种解的结论这一结论同条件属性值约简无法求全部解构成了条件属性值约简过程中的一对矛盾本文提出了利用条件属性值约简算法中的随

5、机环节解决这一矛盾的策略6规则约简提出了模型原型的概念并给出了规则集合的直观表示形式同时定义了规则匹配度提出了模型输出形式转换的方法7知识推理在规则匹配度定义的基础上给出了知识推理的具体方法此外以知识模型为核心构成了粗糙集知识处理系统并对使用该知识处理系统预测系统输出的方法也进行了阐述第三分别证明了粗糙集理论中条件属性约简条件属性值约简以及规则约简同集合论中集合极小覆盖的有条件等价性从而阐明了三种约简的本质联系为根据条件属性约简算法构造条件属性值约简和规则约简算法提供了理论基础第四提出了三种条件属性约简算法即ARSEAARRSEA和3上海交通大学博士学位论文ARPS

6、EA已有条件属性约简算法所采用的策略可以分为两种其一是以核为基础按照一定的顺序添加条件属性直至满足算法结束条件其二是以全部条件属性为基础按照一定顺序从中删除可以删除的条件属性直至满足算法的结束条件本文中提出的条件属性约简算法将两种策略结合起来以核为基础按照一定的条件判断是添加条件属性还是删除条件属性直至满足算法的结束条件所提出的三种算法都是完备的文中给出了算法完备性的理论证明ARSEA是另外两种算法的基础ARRSEA采用随机环节降低了ARSEA的计算复杂性而ARPSEA则在ARRSEA的基础上通过定义条件属性集上的偏序关系使得该算法可以充分利用先验知识保证了算法的结

7、果同实际经验的符合增强了最终模型的易理解性第五在ARRSEA和ARPSEA的基础上构造了两种条件属性值约简算法即VRRSEA和VRPSEA这两种算法也具有类似条件属性约简算法的完备性并且VRPSEA可以利用先验知识第六在ARSEA和ARRSEA的基础上构造了两种规则约简算法即RRSEA和RRRSEA第七设计并实现了粗糙集知识建模软件系统RSMS系统涵盖了粗糙集知识建模过程中的全部所需功能并集成了一些辅助的模型复杂程度和精度计算等功能第八进行了用粗糙集知识建模方法获取铝合金脉冲TIG焊接动态4上海交通大学博士学位论文过程知识模型的验证实验验证实验结果表明对于电弧焊