基于ＡＮＦＩＳ的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究

摘 要本文分析了高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，闡述了自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)（ANFIS）的算法和結(jié)構(gòu)，并用于數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，最后對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果作了分析。

關(guān)鍵詞 自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)（ANFIS）；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；質(zhì)量評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：G423.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2007）06－0032-02

Study on Quality Evaluation of Experiment Teaching on ANFIS//Zha Wenwei

Abstract The present paper analyses the quality evaluation system of college experiment teaching，expounds the theory of adaptive-network-based fuzzy inference system，and builts the model of the quality eavaluation system of the course of numerical control technology。

Key words adaptive-network-based fuzzy inference system；experiment teaching；quality evaluation

Author's address Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224003

引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)工作的重要組成部分，是全面實(shí)施人才培養(yǎng)計(jì)劃提高教學(xué)質(zhì)量的主要教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才起著重要作用。要確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，就必須客觀(guān)地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨著我國(guó)高等教育事業(yè)的發(fā)展，各高等院校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量評(píng)價(jià)要求越來(lái)越高，評(píng)價(jià)因素和評(píng)價(jià)等級(jí)有更加細(xì)致的要求。大量的評(píng)價(jià)因素很難用精確的數(shù)值來(lái)描述，采用傳統(tǒng)的加權(quán)求和的方法就無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量作出科學(xué)的評(píng)價(jià)。隨著美國(guó)L.A.Zadeh教授提出的模糊理論的延伸和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將模糊推理系統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)能力與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力結(jié)合起來(lái)已成為現(xiàn)實(shí)。J.S.R.Jang提出的自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)（ANFIS）是將模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的產(chǎn)物[1]。該方法具有以任意精度逼近非線(xiàn)性函數(shù)的功能，已經(jīng)在系統(tǒng)工程、氣象學(xué)、醫(yī)學(xué)、控制工程等領(lǐng)域有了較為成功的應(yīng)用，也為實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了可行的科學(xué)方法。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)系統(tǒng)工程，是動(dòng)態(tài)的，需要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)行變革，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)是促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一種手段，其評(píng)價(jià)對(duì)象是多因素、多層次、多變量構(gòu)成的整體。根據(jù)國(guó)家教育委員會(huì)文件（教備[1995]33號(hào)）《關(guān)于印發(fā)高等學(xué)校基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估辦法和標(biāo)準(zhǔn)表的通知》中可以看出實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系從教學(xué)管理、教學(xué)內(nèi)容與改革、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)隊(duì)伍、儀器設(shè)備、教學(xué)效果六個(gè)方面來(lái)考察（見(jiàn)圖1）。其中：教學(xué)隊(duì)伍和儀器設(shè)備是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本條件，分別占14％和12％；教學(xué)管理和教學(xué)過(guò)程是實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的保障，分別占16％和24％；教學(xué)內(nèi)容與改革是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量的動(dòng)力，占14％；教學(xué)效果是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作質(zhì)量的體現(xiàn)，占20％。

2ANFIS的算法及結(jié)構(gòu)

ANFIS是一種基于自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模糊推理系統(tǒng)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來(lái)組織模糊推理系統(tǒng)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中一些行之有效的算法從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲取模糊規(guī)則和確定隸屬函數(shù)，并可利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊推理，將模糊推理的可解釋性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性和自學(xué)習(xí)能力有機(jī)的結(jié)合起來(lái)[2]。

本文采用ANFIS的Sugeno型模糊推理系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)兩輸入x和y，單輸出 的一階Sugeno型模糊系統(tǒng)如下兩條if－then規(guī)則：

if x=A₁，and y=B₁，then z₁=p₁x+q₁y+r₁

if x=A₂ and y=B₂ ，then z₂=p₂x+q₂y+r₂

該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的ANFIS結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)可分為5層：第一層，將輸入變量模糊化，輸出對(duì)應(yīng)模糊集的隸屬度，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)z是一個(gè)有節(jié)點(diǎn)函數(shù)的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)；第二層，這一層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)標(biāo)以∏的固定節(jié)點(diǎn)，是對(duì)輸入分量進(jìn)行模糊與，即它的輸出是所有輸入信號(hào)的積，得到對(duì)應(yīng)每一條模糊推理規(guī)則的激勵(lì)強(qiáng)度；第三層，對(duì)第二層輸出的激勵(lì)強(qiáng)度進(jìn)行歸一化，即第 i個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算第i條規(guī)則的激勵(lì)強(qiáng)度與所有規(guī)則的激勵(lì)強(qiáng)度之和的比值；第四層，計(jì)算出歸一化的激勵(lì)強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)每一條規(guī)則的后件輸出；第五層，對(duì)第四層的輸出求和，得到最終輸出。

3基于A(yíng)NFIS的數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用課程是機(jī)械加工的傳統(tǒng)技術(shù)與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)緊密結(jié)合和相互滲透而形成的典型的機(jī)電一體化課程。是機(jī)械制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修的專(zhuān)業(yè)課。如上實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)所述，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)應(yīng)從六個(gè)方面來(lái)考察，由于該門(mén)課程實(shí)驗(yàn)較為成熟，所以在用ANFIS建模時(shí)，僅考慮教學(xué)內(nèi)容與改革及教學(xué)效果兩方面因素對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的影響。

在A(yíng)NFIS訓(xùn)練中，選擇教學(xué)內(nèi)容與改革、教學(xué)效果作為ANFIS的輸入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量作為ANFIS的輸出。將兩個(gè)輸入?yún)?shù)在各自的取值范圍內(nèi)分割成4個(gè)區(qū)域（即設(shè)定語(yǔ)義為“優(yōu)秀”“良好”“合格”“不合格”的4個(gè)隸屬度函數(shù)），隸屬度函數(shù)均采用gauss型。對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)空間進(jìn)行網(wǎng)格分割，生成一個(gè)Sugeno型模糊推理系統(tǒng)作為初始條件的模糊推理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用混合學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練ANFIS，訓(xùn)練中，模糊推理規(guī)則16條，訓(xùn)練后的ANFIS輸入輸出關(guān)系見(jiàn)圖3。

4結(jié)束語(yǔ)

以ANFIS為基礎(chǔ)建立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型可以簡(jiǎn)便、科學(xué)地預(yù)測(cè)不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件、能力對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的影響程度，有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的合理配置，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國(guó)良. 模糊控制及其MATLAB應(yīng)用[M]，. 西安： 西安交通大學(xué)出版社，2002

[2]周澤華. MATLAB模糊邏輯工具箱的分析與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社，2001