Đề kiểm tra giữa kì 2 môn Nhập môn điều khiển thông minh (năm học 2012-2013): Trường Đại học Bách khoa TP.HCM

i h c Bách Khoa TP.HCM
Khoa i n – i n T
B môn KT
---o0o---

KI M TRA H C K 2. N m h c 2012-2013
Môn: NH P MÔN I U KHI N THÔNG MINH
Ngày thi: 11/06/2013. Th i gian làm bài: 90 phút
(Sinh viên đ c phép s d ng tài li u)

Bài 1: (2.5 đi m) Cho m ng th n kinh hình 1, trong
đó hàm kích ho t l p n là hàm sigmoid l ng c c
(hàm tansig) v i =1, hàm kích ho t l p ra là hàm
tuy n tính.
Cho bi t tr ng s ban đ u c a m ng nh sau:
v11 (1)  2.0 ; v21 (1)  1.0 ; v12 (1)  1.0 ; v22 (1)  0.5 ;
w1 (1)  1.0 ; w2 (1)  1.0 . Cho t p d li u hu n luy n
m ng:
  0.5 0.8 1.0 
X 
,
 0.4 0.2  0.6

x1

v11
v21

z1

x2

v12
v22

z2

w1

y

w2

Hình 1

D  1 0 1

x2

Áp d ng gi i thu t lan truy n ng c v i h s h c
  0.4 , hãy tính tr ng s c a m ng sau 1 b c hu n
luy n.

2 1

Bài 2: (2.5 đi m) Cho t p d li u g m 3 nhóm bi u
di n trên đ th
hình 2, hãy trình bày c u trúc và
cách hu n luy n m ng Perceptron (gi i thu t? d
li u?) đ phân t p d li u thành 3 nhóm.
Bài 3: (2.5 đi m) Xét bài toán đi u khi n đoàn xe

v n t i, trong đó xe d n đ u (xe 1) do ng i lái, xe
theo sau (xe 2) đ c đi u khi n t đ ng bám theo xe
tr c. Dùng ra đa có th đo kho ng cách y gi a xe sau
và xe tr c. Cho tín hi u đi u khi n u là l c (do đ ng
c ho c b hãm) tác đ ng lên xe. Mi n giá tr c a u là
10 u 10 (kN). Hãy thi t k b đi u khi n m đi u
khi n xe sau bám theo xe tr c và cách xe tr c
kho ng cách yd=8m. Trình bày chi ti t các b c thi t
k và v hình minh h a ý t ng đ a ra 5 qui t c đi u
khi n b t k .

1
1
1

2

x1
Nhóm 1
Nhóm 2
Nhóm 3

Hình 2
y

2

u

1

Hình 3

Bài 4: (2.5 đi m) Xét bài toán nh n d ng b ng s xe trong các h th ng gi xe t đ ng. Gi s
b ng cách áp d ng các gi i thu t x lý nh ta đã tách ra đ c các s riêng l nh hình 4. Hãy
trình bày cách s d ng m ng th n kinh đ nh n d ng các s t 0 đ n 9 hình 4. Trình bày rõ
c u trúc m ng th n kinh, các đ c tr ng dùng đ nh n d ng, cách t o ra d li u đ hu n luy n
m ng, gi i thu t dùng đ hu n luy n m ng,...

Hình 4

H t

CNBM


i h c Bách Khoa TP.HCM
Khoa i n – i n T
B môn KT
---o0o---

ÁP ÁN
KI M TRA HK 2 N m h c 2012-2013
Môn: NH P MÔN I U KHI N THÔNG MINH
Ngày thi: 11/06/2013. Th i gian làm bài: 90 phút
(Sinh viên đ c phép s d ng tài li u)

Bài 1: (2.5 đi m)

D li u hu n luy n m ng:

x1

v11
v21

z1

x2

v12
v22

z2

w1

y

w2

  0.5 0.8 1.0 
X 
,
 0.4 0.2  0.6

D  1 0 1

k=1;   0.4 ;
v11 (1)  2.0 ; v21 (1)  1.0 ; v12 (1)  1.0 ; v22 (1)  0.5 ; w1 (1)  1.0 ; w2 (1)  1.0

B c 2: Tính ngõ ra c a m ng (truy n thu n d li u)
L p n (0.75 đ)
neth1 (1)  v1T (1) x (1)  v11 (1) x1 (1)  v21 (1) x2 (1)  2.0  ( 0.5)  1.0  0.4  0.6
B

c 1:

neth 2 (1)  v2T (1) x (1)  v12 (1) x1 (1)  v22 (1) x2 (1)  1.0  ( 0.5)  0.5  0.4  0.7
2
2
1 
 1  0.2913
z1 (1)  ah ( neth1 ) 
1  exp( neth1 )
1  exp(0.6)
2
2
1 
 1  0.3364
z2 (1)  ah ( neth 2 ) 
1  exp(  neth 2 )
1  exp( 0.7)
L p ra (0.25đ):
neto (1)  wT (1) z (1)  w1 (1) z1 (1)  w2 (1) z2 (1)  1.0  ( 0.2913)  1.0  0.3364  0.6277
y (1)  ao ( neto )  neto  0.6277

B c 3: C p nh t tr ng s (lan truy n ng c sai s )
Chú ý:
ao ( neto )  1 do hàm kích ho t l p ra là hàm tuy n tính
1

ah ( nethq )  1  ah2 ( nethq )  (1  zq2 ) / 2 do hàm kích ho t l p n là hàm tansig
2
L p ra: (0.5đ)
 o (1)  [( d (1)  y (1))][ao ( neto (1))]  (1  ( 0.6277))  1.6277
w1 ( 2)  w1 (1)   o (1) z1 (1)  1.0  0.4  1.6277  ( 0.2913)  0.8103
w2 ( 2)  w2 (1)   o (1) z2 (1)  1.0  0.4  1.6277  0.3364  0.7810
L p n: (1.0đ)
 h1 (1)   o (1) w1 (1)ah (netq ( k )   o (1) w1 (1)(1  z12 (1)) / 2





 1.6277  1  (1  ( 0.2913) 2 ) / 2  0.7448
 h 2 (1)  ( o (1) w2 (1))ah ( neth 2 (k ))   o (1) w2 (1)(1  z22 (1)) / 2  0.7448
v11 ( 2)  v11 (1)   h1 (1) x1 (1)  2.0  0.4  0.7448  ( 0.5)  1.8510
v21 ( 2)  v21 (1)   h1 (1) x2 (1)  1.0  0.4  0.7448  0.4  1.1191
v12 ( 2)  v12 (1)   h 2 (1) x1 (1)  1.0  0.4  ( 0.7218)  ( 0.5)  0.8556
v22 ( 2)  v22 (1)   h 2 (1) x2 (1)  0.5  0.4  ( 0.7218)  0.4  0.3845


Bài 2: (2.5 đi m) Cho t p d li u g m 3 nhóm bi u di n trên đ th hình 2, hãy trình bày c u trúc
và cách hu n luy n m ng Perceptron (gi i thu t? d li u?) đ phân t p d li u thành 3 nhóm.
x2
1
1
0 2 1
4 0
1
1

3

S d ng các
phân chia nh
- D li
- D li
- D li

z1

(0.75

(0.5đ)
1

2

y2
z2

x1

x1

y1

x2
z3

1 0

0 1

1

2

y3
z4

Perceptron đ phân nhóm d li u, m i Perceptron chia d li u làm 2 ph n các đ
hình v . D li u đ c phân nhóm nh sau:
u thu c nhóm 2 n u ngõ ra Perceptron 1 ho c ngõ ra Perceptron 2 b ng 1
u thu c nhóm 3 n u ngõ ra Perceptron 3 ho c ngõ ra Perceptron 4 b ng 1
u thu c nhóm 1 n u đ ng th i không thu c nhóm 2 và nhóm 3

T phân tích trên, ta có s đ m ng Perceptron đ phân nhóm d li u nh sau, m ng s đ
luy n đ ngõ ra yi b ng 1 n u d li u thu c nhóm i.

ng

c hu n

D li u hu n luy n các Perceptron z1-z4 nh sau: (0.5đ)
x1
2
2
0
0

1
1
0

x2
0
0
1
1
0
0
0

z1
0
1
0
0
0
0
0

z2
1
0
0
0
0
0
0

z3
0
0
1
0
0
0
0

z4
0
0
0
1
0
0
0

D li u hu n luy n các Perceptron y2-y3 nh sau: (0.75đ)
z1
1
0
0

z2
0
1
0

y2
1
1
0

z3
1
0
0

z4
0
1
0

y3
1
1
0

y2
0
0
1
1

S d ng gi i thu t h c Delta hu n luy n các Perceptron theo các b ng d li u
Perceptron phân nhóm d li u theo yêu c u đ bài.

Bài 3: (2.5 đi m)

y
u2

2
x2

x1

1

u1

y3
0
1
0
1
trên ta s đ

y1
1
0
0
0
c m ng


xe 2 có th bám theo xe 1 cách kho ng yd v i sai s b ng 0, c n s d ng b đi u khi n
PI m . S đ kh i (0.5đ)
u1

yd = 8

E


d
dt DE

E

K1
K2

DU



DE

KU

Xe 1

U
u2

Xe 2

x1
+

x2

y(t)



PI m

Xác đ nh bi n vào/ra c a h m các giá tr ngôn ng và các t p m (0.5 đ)
- Các bi n vào b đi u khi n m : E và DE,
- Bi n ra b đi u khi n m : DU
- T m giá tr sai s có th ch n: 50 < E < 8
(sai s b ng 8 khi kho ng cách gi a 2 xe b ng 0; sai s b ng 50 khi xe 2 cách xe 1 m t
kho ng b ng 58m)
- H s chu n hóa: K1 = 1/50, K2: ch nh đ nh th c nghi m
Ku = 10 (khâu tích phân b o hòa trong mi n [0,1]
- Gi s ch n 5 giá tr ngôn ng có bi n E, 3 giá tr ngôn ng cho bi t DE và 7 giá tr ngôn
ng cho bi n DU. Chú ý là bài toán không đ i x ng do đó không nên ch n các t p m đ i
x ng. T ng quát, t t c các tham s c1, c2,..., c10 c a các hàm liên thu c s đ c ch nh đ nh
đ c l p qua th c nghi m.

NB

1

PB

NS ZE PS

c1

c2

0 c3

c4

1

E

1

DE


NE

1

PO

ZE

c5

0

c6

NB NM

NS

ZE

PS PM

1

c8

0

c9



c7

c10

PB

1


- Qui

c y có xu h

ng gi m xu ng n u ta t ng u2, ta có các qui t c đi u khi n m (0.5 đ)
DU

DE

NB
PB
PM
PS

NE
ZE
PO

NE
PM
PS
ZE

E
ZE
PS
ZE
NS

PO
ZE
NS

NM

PB
NS
NM
NB

- Gi i thích 5 qui t c (b t k ): (1.0 đ)
y
u2

2

1

E là ZE
DE là ZE
 DU là ZE

yd

Sai s là ZE (kho ng cách 2 xe đúng giá tr đ t), bi n thiên sai s là ZE (kho ng cách c a hai xe
không đ i), do đó đ duy trì tr ng thái này c n gi nguyên l c tác đ ng vào xe 2
 bi n thiên tín hi u đi u khi n là ZE

y
2

u2

1

E là PO
DE là ZE
 DU là NS

yd

Sai s là PO (kho ng cách 2 xe nh h n giá tr đ t), bi n thiên sai s là ZE (kho ng cách hai xe không
đ i), do đó đ gi m sai s ph i gi m nh l c tác đ ng vào xe 2
 bi n thiên tín hi u đi u khi n là NS

y
2

u2
yd

1

E là PO
DE là NE
 DU là ZE

Sai s là PO (kho ng cách 2 xe nh h n giá tr đ t), bi n thiên sai s là NE (sai s gi m,
ngh a xe 2 đang ch y ch m l i so v i xe 1), do đó trong tr ng h p này gi nguyên tín
hi u đi u khi n, ch kho ng cách 2 xe đ t yêu c u  bi n thiên tín hi u đi u khi n là ZE


y

2

u2

E là ZE
DE là NE

1

 DU là PS

yd

Sai s là ZE (kho ng cách 2 xe b ng giá tr đ t), bi n thiên sai s là NE (sai s gi m, ngh a
xe 2 đang ch y ch m l i so v i xe 1), do đó trong tr ng h p này ph i t ng l c tác d ng
vào xe 2  bi n thiên tín hi u đi u khi n là PS

y
2

u2

1

yd

E là NE
DE là NE
 DU là PM

Sai s là NE (kho ng cách 2 xe l n h n giá tr đ t), bi n thiên sai s là NE (sai s gi m,
ngh a xe 2 đang ch y ch m l i so v i xe 1), do đó trong tr ng h p này ph i t ng l c hút
c a nam châm tác đ ng vào xe 2(t ng m nh h n tr ng h p trên)
 bi n thiên tín hi u đi u khi n là PM

* Khi d ng th c nghi m vào m t h nâng bi trong t tr
s K2, Ku, c1, c2,..., c10 cho phù h p.

ng c th , c n ph i ch nh đ nh các h

Bài 4: (2.5 đi m) D a vào bài gi ng, c n trình bày các ý:
- S đ kh i giai đo n hu n luy n và nh n d ng ch s (0.5 đ)
- Cách tính các đ c tr ng (0.75 đ)
- S đ c u hình m ng th n kinh (0.75 đ)
- Cách t o ra d li u hu n luy n m ng và gi i thu t hu n luy n m ng (0.5 đ)