مقاله پیش بینی دما با استفاده از روش های هوشمند

دانلود مقاله پیش بینی دما با استفاده از روش های هوشمند
چکیده
پیش بینی یا پیشگویی در دنیای کنونی جز لاینکف زندگی بشر محسوب می شوند، پیش بینی دما به علت اهمیت آن در صنعت بیمه، کشاورزی، خشکسالی و… اهمیت فوق العاده ای در پیش بینی های هواشناسی دارد.

بنابراین در ابتدا در رابطه با اهمیت دما و عوامل موثر بر آن مطالبی ارائه می کنیم. طبق بررسی های به عمل آمده از آنجا که دو روش منطق فازی و الگوریتم ژنتیک از روشهای مطرح شده با دقت پیش بینی بالا هستند در یک فصل به دو مبحث منطق فازی و ریاضیات فازی اشاره می شود و در فصلی دیگر توضیحی اجمالی از الگوریتم ژنتیک خواهیم داشت.

در نهایت مقالات معتبر علمی مرتبط با پیش بینی دما ارائه شده اند که حاوی انجام آزمایشات و مشاهداتی هستندکه توسط دو روش الگوریتم ژنتیک ومنطق فازی پیش بینی می شوند.

واژه های کلیدی:
پیش بینی(forecasting )، پیشگویی دما (temperature prediction)، الگوریتم ژنتیک
(genetic algorithm)، سری های زمانی فازی (fuzzy time series)، منطق فازی .(fuzzy logic

مقدمه
تابش های مستقیم و غیر مستقیم منشا اصلی انرژی حرارتی کره ی زمین است بازتاب آن ها توسط زمین موجب گرم شدن هوا می گردد. اندازه گیری دما در محیط باز نشان دهنده ی دمای هوا ، دمای ناشی از تابش های اجسام مجاور و تابش های مستقیم خورشید است به همین دلیل دماسنج ها را در پناهگاههای هواشناسی قرار می دهند به طوریکه مخزن آن ها از سطح زمین در ارتفاع مشخصی در حدود ۱۳۵ سانتی متری قرارداشته باشند. به این ترتیب دمای هوای بدست آمده در نقاط مختلف با یکدیگر قابل مقایسه هستند و تحت تاثیر تابش های مستقیم یا غیر مستقیم نمی باشند. از جمله عوامل موثر در دمای یک منطقه عرض جغرافیایی، ارتفاع، جریان های دریایی، فاصله از دریا، باد، جهت و پوشش ابری می باشند.

حال با توجه به عوامل ذکر شده برای پیش بینی دما روش های گوناگونی به کاربرده شده است طوری که در پی سالیان متمادی تحقیق و پژوهش، روشهای گوناگونی در زمینه پیش بینی پیشنهاد گردیدند که می‌توان آنها را در دو گروه روش های کلاسیک و اکتشافی مدرن طبقه بندی کرد روشهای کلاسیک بر پایه ی احتمالات و مدل ریاضی عمل می‌کنند ولی روش های اکتشافی هوشمند، از سیستم های مبتنی بر شبکه های عصبی، منطق فازی، الگوریتم های تکاملی و ترکیبی از روشهای هوش مصنوعی تشکیل شده است. مزیت اصلی روش های اکتشافی مدرن در این است که به طراح در دستیابی به سیستمی دینامیک و غیر خطی کمک می کنند، و همچون متد های کلاسیک نیازی به پیشنهاد یک الگو ندارند و هیچ فرضی درباره ماهیت توزیع داده های مشاهده شده در آنها به چشم نمی خورد. حتی در مواقعی که با مشکل داده های مفقود شده مواجه می شویم، بر خلاف روش های کلاسیک، در متد های اکتشافی مدرن می توان این نقیصه را تا حدودی برطرف نمود. اما شاید مهمترین برتری اکتشافی مدرن در این باشد که عناصر ذهنی و انسانی را در طراحی راه حل مسئله کنار می گذارد، امری که در روش های کلاسیک یکی از ارکان اصلی در پیاده سازی سیستم محسوب می‌گردد. در حالی که روش های اکتشافی مدرن بدون داشتن هیچ فرضی از مسئله، با کمک داده های مشاهده شده و ساختار های هوشمند نظیر شبکه های عصبی، و یا بر اساس دانش انسان خبره در سیستم های مبتنی بر منطق فازی سعی در مدل کردن مسئله در یک بلاک بسته دارند.

فهرست مطالب
مقدمه ۱
فصل یکم – منطق فازی و ریاضیات فازی
۱-۱- منطق فازی ۲
۱-۱-۱- تاریخچه مختصری از منطق فازی ۲
۱-۱-۲- آشنایی با منطق فازی ۴
۱-۱-۳- سیستم های فازی ۷
۱-۱-۴- نتیجه گیری ۱۰
۱-۲- ریاضیات فازی ۱۱
۱-۲-۱- مجموعه های فازی ۱۱
۱-۲-۲- مفاهیم مجموعه های فازی ۱۴
۱-۲-۳- عملیات روی مجموعه های فازی ۱۴
۱-۲-۴- انطباق مجموعه های فازی ۱۹
۱-۲-۵- معیار های امکان و ضرورت ۱۹
۱-۲-۶- روابط فازی ۲۱
۱-۲-۶-۱- رابطه ی هم ارزی فازی ۲۳
۱-۲-۶-۲- ترکیب روابط فازی ۲۳
۱-۲-۷- منطق فازی ۲۴
۱-۲-۷-۱- عملیات منطقی و مقادیر درستی فازی ۲۵
۱-۲-۷-۲- کاربرد مقادیر درستی فازی ۲۷
۱-۲-۸- نتیجه گیری ۲۷
فصل دوم- الگوریتم ژنتیک
۲-۱- چکیده ۲۸
۲-۲- مقدمه ۲۹
۲-۳- الگوریتم ژنتیک چیست؟ ۳۲
۲-۴- ایده اصلی الگوریتم ژنتیک ۳۵
۲-۵- الگوریتم ژنتیک ۳۷
۲-۶- سود و کد الگوریتم ۳۸
۲-۷- روش های نمایش ۳۹
۲-۸- روش های انتخاب ۴۰
۲-۹- روش های تغییر ۴۱
۲-۱۰- نقاط قوت الگوریتم های ژنتیک ۴۲
۲-۱۱- محدودیت های GA ها ۴۳
۲-۱۲- چند نمونه از کاربردهای الگوریتم های ژنتیک ۴۳
۲-۱۳- نسل اول ۴۵
۲-۱۴- نسل بعدی ۴۶
۲-۱۴-۱- انتخاب ۴۷
۲-۱۴-۲- تغییر از یک نسل به نسل بعدی(crossover) ۴۷
۲-۱۴-۳- جهش (mutation) ۴۸
۲-۱۵- هایپر هیوریستیک ۴۸
فصل سوم- بررسی مقالات
۳-۱- یک روش رویه‌‌‌ای پیش بینی دمای هوای شبانه برای پیش بینی یخبندان
۳-۱-۱- چکیده ۵۱
۳-۱-۲- مقدمه ۵۱
۳-۱-۳- روش شناسی ۵۳
۳-۱-۳-۱- مجموعه اصطلاحات ۵۳
۳-۱-۳-۲-نگاه کلی ۵۳
۳-۱-۳-۳- یادگیری ۵۴
۳-۱-۳-۴- تولید پارامتر های ساختاری ۵۵
۳-۱-۳-۵- پیش بینی ۵۷
۳-۱-۳-۶- متناسب سازی ضعیف، متوسط و دقیق ۵۹
۳-۱-۴- نتایج ۶۰
۳-۱-۴-۱- واقعه ی یخبندان شپارتون ۶۴
۳-۱-۴-۲- بحث ۶۵
۳-۱-۵- نتیجه گیری ۶۶
۳-۲- پیش بینی دما و پیش گویی بازار بورس بر اساس روابط منطق فازی و الگوریتم ژنتیک
۳-۲-۱- چکیده ۶۷
۳-۲-۲- مقدمه ۶۷
۳-۲-۳- سری های زمانی فازی و روابط منطق فازی ۶۹
۳-۲-۴- مفاهیم اساسی و الگوریتم های ژنتیک ۷۰
۳-۲-۵- روش جدید پیش بینی دما و بازار بورس بر اساس روابط منطقی فازی و الگوریتم های ژنتیک ۷۱
۳-۲-۶- نتیجه گیری ۹۳
۳-۳-پیش بینی روند دمای جهانی بر اساس فعالیت های خورشیدی پیشگویی شده در طول دهه های آینده
۳-۳-۱- چکیده ۹۴
۳-۳-۲- مقدمه ۹۴
۳-۳-۳- داده و روش بررسی ۹۶
۳-۳-۴- نتایج ۹۹
۳-۳-۵- نتیجه گیری ۱۰۰
منابع ۱۰۱