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基于操作条件反射自动机的仿生自主学习方法

北京工业大学学报 2011年第11期37卷 1631-1637页

作者：阮晓钢郜园园宋洪军北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124

提出了基于操作条件反射的仿生自主学习方法,设计了操作条件反射自动机(OCM)的认知模型.与原来的学习自动机相比,该模型增加了状态取向单元,利用'反应-强化'的学习机理,来模拟自然界生物的'随机应变性'.设计了OCM的递归学习算法,用于模... 详细信息

提出了基于操作条件反射的仿生自主学习方法,设计了操作条件反射自动机(OCM)的认知模型.与原来的学习自动机相比,该模型增加了状态取向单元,利用'反应-强化'的学习机理,来模拟自然界生物的'随机应变性'.设计了OCM的递归学习算法,用于模拟生物的操作条件反射机制,使其具有仿生的自组织功能,包括自学习和自适应功能.通过模拟Skinner鸽子实验和倒立摆平衡控制实验,验证了该模型具有一定的仿生自主学习能力,可用于描述、模拟和设计各种自组织系统.

关键词：操作条件反射自动机仿生自主学习自组织

操作条件反射学习自动机及其在机器人平衡控制中的应用

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控制与决策 2013年第6期28卷 930-934,939页

作者：郜园园阮晓钢宋洪军北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124

针对两轮机器人的平衡控制问题,在学习自动机理论的框架中,提出一种基于操作条件反射学习自动机的仿生学习模型.该模型引入认知学习单元和取向单元,分别用来实现操作行为学习和指导系统进化的方向.模拟两轮自平衡机器人的平衡控制仿真... 详细信息

针对两轮机器人的平衡控制问题,在学习自动机理论的框架中,提出一种基于操作条件反射学习自动机的仿生学习模型.该模型引入认知学习单元和取向单元,分别用来实现操作行为学习和指导系统进化的方向.模拟两轮自平衡机器人的平衡控制仿真实验表明,该学习模型具有可行性和有效性,能使机器人自主学会平衡控制技能,并使其具有高度的自适应能力.

关键词：操作条件反射学习自动机仿生机器人平衡控制

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随机模糊控制策略及其在机器人控制中的应用

电机与控制学报 2009年第5期13卷 754-761页

作者：蔡建羡阮晓钢郜园园北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124

针对模糊规则的自动生成问题,采用Skinner操作条件反射(OC)和概率有限自动机(PFA)构成的OCPFA学习系统,设计能对模糊规则进行自学习和自组织的随机模糊控制策略。本策略首先采用设计的OC学习机制,从模糊行为集合中随机选取一个模糊行为... 详细信息

针对模糊规则的自动生成问题,采用Skinner操作条件反射(OC)和概率有限自动机(PFA)构成的OCPFA学习系统,设计能对模糊规则进行自学习和自组织的随机模糊控制策略。本策略首先采用设计的OC学习机制,从模糊行为集合中随机选取一个模糊行为,作为模糊规则的后件;然后利用环境对选取模糊行为的反馈信息,更新OC学习机制;最后依据更新后的OC学习机制,重新选取模糊后件行为,直至学习到最优的模糊规则。理论证明,其自学习和自组织过程在概率意义上是收敛的。在两轮自平衡机器人上的仿真和实验均表明,设计的随机模糊控制策略不需要系统的模型,成功地实现了机器人的自平衡控制,并提高了机器人的学习速度和控制精度。

关键词：模糊规则操作条件反射随机模糊控制两轮机器人自平衡控制

基于DGSOM_A*的移动机器人地图创建和路径规划

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北京工业大学学报 2012年第12期38卷 1862-1867页

作者：郜园园阮晓钢李建更宋洪军北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124 浙江农林大学信息工程学院杭州311300

针对移动机器人未知环境路径规划问题,基于动态自组织特征映射网络提出了一种自组织网络动态生成A*的算法(dynamic growing self-organizing map with A*,DGSOM_A*),并将其应用于移动机器人地图创建和路径规划.该方法利用Mobotsim二维... 详细信息

针对移动机器人未知环境路径规划问题,基于动态自组织特征映射网络提出了一种自组织网络动态生成A*的算法(dynamic growing self-organizing map with A*,DGSOM_A*),并将其应用于移动机器人地图创建和路径规划.该方法利用Mobotsim二维仿真软件构造了环境模型,机器人通过无碰自由巡航获取环境信息,然后把上一步得到的环境信息作为DGSOM_A*算法样本通过SOM神经元自主生长进行地图创建,生成以少数SOM图神经元分布描述环境特征信息的拓扑地图,最后完成起始点到目标点的导航任务.实验结果表明,相比传统的SOM算法,基于DGSOM_A*算法机器人能有效地通过对环境地图的绘制熟悉复杂环境并能实现最优路径选取.

关键词：移动机器人自组织网络动态生成A* 地图创建路径规划

基于传统特征提取和深度学习方法相结合的基因表达数据降维研究

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基于传统特征提取和深度学习方法相结合的基因表达数据降维研究

作者：郜园园西安电子科技大学

学位级别：硕士

DNA微阵列技术的使用促使越来越多的基因表达数据产生。大量的信息蕴含在基因表达数据中,通过分析基因表达数据,能够增加对肿瘤细胞和正常细胞之间的基因表达差异的了解,同时也可以找出与肿瘤形成关系密切的基因,这对于癌症的诊断、治... 详细信息

DNA微阵列技术的使用促使越来越多的基因表达数据产生。大量的信息蕴含在基因表达数据中,通过分析基因表达数据,能够增加对肿瘤细胞和正常细胞之间的基因表达差异的了解,同时也可以找出与肿瘤形成关系密切的基因,这对于癌症的诊断、治疗和预防都具有非常重要的意义。分类是实现癌症诊断的重要手段,然而,由于基因表达数据具有特征维数高、存在大量冗余信息等特点,如果采用传统的分类方法对样本直接分类,可能会出现“维数灾难”。如果采用传统的特征降维方法先降低原始数据的维数,可以解决基因表达数据的“维数灾难”问题,但会影响基因表达数据的分类正确率。因此,选择合适的特征提取方法是对基因表达数据分类前的关键一步。深度学习是一种特征学习方法,能够学习高维数据中的复杂结构。因此,本文首先研究自动编码器对基因表达数据的降维作用,并与传统的特征提取方法主成分分析方法、线性判别分析方法和核主成分分析方法进行比较。实验结果表明在8种基因表达数据集上,自动编码器的降维效果整体要优于主成分分析方法、线性判别分析方法和核主成分分析方法,同时,也验证了自动编码器对基因表达数据降维的有效性。由于基因表达数据特征维数比较高,自动编码器学习原始数据中的特征计算复杂度比较高,耗时比较长,针对这个问题,本文基于自动编码器提出如下改进算法:(1)基于PCA、KPCA和自动编码器相结合的特征学习方法。该特征学习方法通过两个阶段进行特征学习,首先是基于PCA和KPCA的阶段,其次,基于PCA特征以及KPCA特征,自动编码器获得用于分类的更高级和更复杂的特征。(2)基于PCA、LDA和自动编码器相结合的特征学习方法。(3)基于KPCA、LDA和自动编码器相结合的特征学习方法。最后,通过MATLAB对本文提出的改进算法在8种基因表达数据上进行仿真实验,证明了改进算法的有效性。实验结果表明本文提出的改进算法优于对比方法,且大大降低了自动编码器学习原始数据特征的计算时间复杂度。同时,通过比较三个改进算法,得出如下结论:基于PCA、LDA和自动编码器相结合的特征学习方法对于多类别数据具有优势,基于KPCA、LDA和自动编码器相结合的特征学习方法对于两个类别数据具有优势。

关键词：基因表达数据深度学习自动编码器主成分分析线性判别分析核主成分分析

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基于摄像机动态标定的交通能见度估计

计算机学报 2015年第6期38卷 1172-1187页

作者：宋洪军郜园园陈阳舟北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124 浙江农林大学信息工程学院杭州311300

为克服雾天能见度检测仪价格昂贵、检测范围小等缺点,该文结合雾天光线传输模型与摄像机几何光学模型提出一种交通能见度估计算法.该算法通过动态标定交通摄像机内外参数来计算路面区域内点到摄像机的距离,利用场景透射率得到大气消光... 详细信息

为克服雾天能见度检测仪价格昂贵、检测范围小等缺点,该文结合雾天光线传输模型与摄像机几何光学模型提出一种交通能见度估计算法.该算法通过动态标定交通摄像机内外参数来计算路面区域内点到摄像机的距离,利用场景透射率得到大气消光系数并估计交通能见度.首先,算法基于活动图提取感兴趣区域,再根据区域内平均像素拟合曲线是否满足刃边函数对雾天进行识别;其次,通过暗原色先验原理估计交通场景中每一个点的透射率,并且选取道路上4组透射率差值最大的点对摄像机内部参数标定;然后,提取消失点及车道边缘线完成摄像机外部参数动态标定;最后,通过路面上点到摄像机的距离以及相应的场景透射率估计交通场景的能见度.该文将雾天多个交通场景下能见度值计算结果与人工观测、物理仪器测量等方法进行了比较,结果证明了该文方法的有效性与实时性.

关键词：交通能见度摄像机动态标定雾天光线传输模型感兴趣区域暗原色先验原理

一种基于混合学习策略的移动机器人路径规划方法

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控制与决策 2012年第12期27卷 1822-1827页

作者：郜园园阮晓钢宋洪军于建均北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124

针对未知环境下移动机器人路径规划问题,以操作条件反射学习机制为基础,根据模糊推理系统和学习自动机的原理,提出一种应用于移动机器人导航的混合学习策略.运用仿生的自组织学习方法,通过不断与外界未知环境交互从而使机器人具有自学... 详细信息

针对未知环境下移动机器人路径规划问题,以操作条件反射学习机制为基础,根据模糊推理系统和学习自动机的原理,提出一种应用于移动机器人导航的混合学习策略.运用仿生的自组织学习方法,通过不断与外界未知环境交互从而使机器人具有自学习和自适应的功能.仿真结果表明,该方法能使机器人学会避障和目标导航任务,与传统的人工势场法相比,能有效地克服局部极小和振荡情况.

关键词：模糊推理系统学习自动机操作条件反射混合学习策略路径规划

非结构化道路中基于均质雾天的摄像机动态标定算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2013年第7期25卷 1060-1073页

作者：宋洪军陈阳舟郜园园北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124 浙江农林大学信息工程学院杭州311300

现有的交通摄像机标定算法大多基于车道线长度、车辆尺寸等先验信息,由于在非结构化道路中往往不存在车道线,使得标定算法具有局限性.为了改进摄像机标定在非结构化道路中的适用性,结合摄像机线性模型与均质雾天,提出一种只包含路面以... 详细信息

现有的交通摄像机标定算法大多基于车道线长度、车辆尺寸等先验信息,由于在非结构化道路中往往不存在车道线,使得标定算法具有局限性.为了改进摄像机标定在非结构化道路中的适用性,结合摄像机线性模型与均质雾天,提出一种只包含路面以及运动车辆的摄像机动态标定算法.首先生成并更新背景和场景活动图,提取路面、天空的纹理特征,利用区域搜索算法得到感兴趣区域,并根据感兴趣区域的像素变化规律判断当前天气是否为均质雾天;其次根据暗原色先验原理计算场景透射率,将结果映射到[0,255]作为图像显示;最后结合均质雾天光线传输模型、摄像机线性模型和暗原色先验原理导出标定方程,选取路面上具有特定透射率的8个点生成2个一次方程、1个二次方程和1个三角方程,依次标定摄像机参数,将视频多帧图像标定的参数值平均得到准确值.与角点检测法、摄像机6点标定法以及基于消失点的标定算法进行对比的实验结果表明,该算法是有效的且满足视频的实时性处理要求.

关键词：摄像机标定均质雾天暗原色先验原理区域搜索算法

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两轮自平衡机器人惯性传感器滤波问题的研究

传感技术学报 2010年第5期23卷 696-700页

作者：郜园园阮晓钢宋洪军陈静北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124

针对惯性传感器在两轮机器人姿态检测中存在随机漂移误差的问题,基于卡尔曼滤波实现对倾角仪与陀螺仪的信息融合,设计了简单而实用的滤波算法,对传感器的误差进行补偿后得到机器人姿态信号的最优估计,从而将其应用于两轮自平衡机器人系... 详细信息

针对惯性传感器在两轮机器人姿态检测中存在随机漂移误差的问题,基于卡尔曼滤波实现对倾角仪与陀螺仪的信息融合,设计了简单而实用的滤波算法,对传感器的误差进行补偿后得到机器人姿态信号的最优估计,从而将其应用于两轮自平衡机器人系统。实验结果表明,采用卡尔曼信息融合的方法,来得到机器人姿态信息最优估计是有效可行的,并且有利于机器人完成自平衡的控制。

关键词：姿态检测信息融合卡尔曼滤波惯性传感器