Mạng Anfis và ứng dụng cho dự báo sản lượng tiêu thụ điện năng của tỉnh Bắc Giang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

TỐNG THỊ HƢƠNG GIANG

MẠNG ANFIS VÀ ỨNG DỤNG CHO DỰ BÁO

SẢN LƢỢNG TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA

TỈNH BẮC GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên, năm 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

TỐNG THỊ HƢƠNG GIANG

MẠNG ANFIS VÀ ỨNG DỤNG CHO DỰ BÁO

SẢN LƢỢNG TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CỦA

TỈNH BẮC GIANG

Chuyên ngành : Khoa học máy tính

Mã số chuyên ngành: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS LÊ BÁ DŨNG

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2015

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung của luận văn này hoàn toàn được

hình thành và phát triển từ quan điểm của chính cá nhân tôi, dưới sự hướng

dẫn chỉ bảo của PGS.TS Lê Bá Dũng. Các số liệu kết quả có được trong luận

văn tốt nghiệp là hoàn toàn trung thực.

Học viên

Tống Thị Hương Giang

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

LỜI CẢMƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận

được sự hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại

học Công nghệ thông tin và Truyền thông. Đặc biệt là những thầy cô ở Viện

công nghệ thông tin Hà Nội đã tận tình dạy bảo cho tôi trong suốt thời gian

học tập tại trường.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Bá Dũng đã dành nhiều

thời gian và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.

Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả năng lực của

mình, song không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự

đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU..........................................................................................................1

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO VÀ HỆ

MỜ....................................................................................................................3

1.1. Cấu trúc và mô hình mạng nơron nhân tạo.................................................3

1.1.1. Mô hình một nơron sinh học..........................................................3

1.1.2. Mô hình một nơron nhân tạo..........................................................4

1.2. Cấu trúc và phương thức làm việc của mạng nơ-ron nhân tạo ...................7

1.2.1. Mạng truyền thẳng ...........................................................................8

1.2.2. Mạng hồi quy.................................................................................9

1.3. Các luật học..............................................................................................10

1.4. Hệ mờ và mạng nơron...............................................................................13

1.4.1. Kiến trúc của hệ mờ tổng quát.......................................................13

1.4.2. Sự kết hợp giữa logic mờ và mạng neural....................................20

CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH MẠNG ANFIS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG..23

2.1. Hệ suy luận mờ dựa trên mạng thích nghi ................................................23

2.1.1. Giới thiệu sơ lược về mô hình nơron - mờ ....................................23

2.1.2. Luật mờ và hệ suy luận mờ............................................................24

2.1.3. Mạng thích nghi .............................................................................26

2.1.4. Cấu trúc của ANFIS ....................................................................27

2.2. Thuật toán ANFIS.....................................................................................29

2.2.1. Thuật toán học lan truyền ngược ...................................................29

2.2.2. Thuật toán học lai ........................................................................36

2.3. Khả năng ứng dụng của mạng ANFIS......................................................38

CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ANFIS CHO BÀI TOÁN DỰ BÁO

SẢN LƢỢNG TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG VÀ THỬ NGHIỆM..................39

3.1. Bài toán dự báo điện năng.........................................................................39

3.1.1. Sự cần thiết của việc dự báo mức tiêu thụ điện năng ....................39

3.1.2. Các phương pháp và mô hình dự báo điện năng trên thế giới.......40

iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

3.2. Ứng dụng mô hình mạng ANFIS trong bài toán dự báo sản lượng tiêu thụ

điện năng của tỉnh Bắc Giang ..........................................................................42

3.2.1. Xây dựng mô hình hệ thống...........................................................42

3.2.2. Thu thập số liệu..............................................................................47

3.2.3. Dự báo tiêu thụ điện năng............................................................50

3.3. Chương trình thử nghiệm và kết quả ........................................................51

3.3.1. Huấn luyện mạng ...........................................................................51

3.3.2. Cấu trúc của anfis...........................................................................53

3.3.3. Kết quả dự báo.............................................................................54

KẾT LUẬN.....................................................................................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................61

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mô hình một nơron sinh học

Hình 1.2. Mô hình một nơron nhân tạo

Hình 1.3. Đồ thị các dạng hàm truyền

Hình 1.4. Mạng truyền thẳng một lớp

Hình 1.5. Mô tả cấu trúc của mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp

Hình 1.6. Mạng hồi quy một lớp có nối ngược

Hình 1.7. Mạng hồi quy nhiều lớp có nối ngược

Hình 1.8. Sơ đồ học tham số có giám sát.

Hình 1.9. Sơ đồ học tham số không có giám sát.

Hình 1.10. Kiến trúc của hệ mờ tổng quát

Hình 1.11. Hệ mờ nhiều đầu vào - một đầu

Hình 1.12. Hàm thuộc hệ mờ một đầu vào - một luật

Hình 1.13. Hàm thuộc hệ mờ hai đầu vào - một luật

Hình 1.14. Mô hình hệ mờ - neural

Hình 2.1. Hệ thống suy luận mờ

Hình 2.2. Mạng thích nghi

Hình 2.3. Cấu trúc của ANFIS

Hình 2.4. Mạng 3 lớp lan truyền ngược

Hình 3.1.Cấu trúc ANFIS với hai đầu vào.

Hình 3.2. Thiết lập số liệu đầu vào cho bài toán

Hình 3.3.Lựa chọn hàm thành viên và kết quả dự báo của ANFIS

Hình 3.4. Cấu trúc của anfis với bài toán dự báo điện

Hình 3.5. Các luật được tạo ra bởi Anfis

Hình 3.6. Hệ luật mờ được sinh ra trong quá trình huấn luyện mạng

Hình 3.7. Mặt suy diễn của hệ ANFIS

Hình 3.8. Sai số của quá trình huấn luyện