In this paper, we focus on exploiting neural networks for the analysis and planning stage in self-adaptive architectures. The studied motivating cases in the paper involve existing (legacy) self-adaptive architectures and their adaptation logic, which has been specified by logical rules. We further assume that there is a need to endow these systems with the ability to learn based on examples of inputs and expected outputs. One simple option to address such a need is to replace the reasoning based on logical rules with a neural network. However, this step brings several problems that often create at least a temporary regress. The reason is the logical rules typically represent a large and tested body of domain knowledge, which may be lost if the logical rules are replaced by a neural network. Further, the black-box nature of generic neural networks obfuscates how the systems work inside and consequently introduces more uncertainty. In this paper, we present a method that makes it possible to endow an existing self-adaptive architectures with the ability to learn using neural networks, while preserving domain knowledge existing in the logical rules. We introduce a continuum between the existing rule-based system and a system based on a generic neural network. We show how to navigate in this continuum and create a neural network architecture that naturally embeds the original logical rules and how to gradually scale the learning potential of the network, thus controlling the uncertainty inherent to all soft computing models. We showcase and evaluate the approach on representative excerpts from two larger real-life use cases.


翻译:在本文中,我们侧重于利用神经网络进行分析和规划阶段的自我适应架构的神经网络; 文件中研究的激励案例涉及现有的(传统)自我适应架构及其适应逻辑,逻辑规则对此已有具体规定; 我们还认为,需要根据投入和预期产出的例子赋予这些系统学习能力; 解决这种需要的一个简单选择是用神经网络取代基于逻辑规则的推理; 然而, 这一步骤带来一些问题, 往往造成至少暂时倒退。 原因是逻辑规则通常代表着一个大而经过测试的域知识体系,如果逻辑规则被神经网络所取代,这些知识可能会丢失。 此外, 通用神经网络的黑箱性质模糊了这些系统在投入和预期产出方面如何运作,从而带来更大的不确定性。 在本文中,我们提出一种方法,使现有的自适应结构能够利用神经网络来学习,同时保存逻辑规则中存在的域知识。 我们在现有的基于规则的网络中引入一个连续不变的系统,从而显示一个基于常规网络的系统是如何逐步学习的。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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