移植Matlab的底層模糊邏輯控制庫(C語言)

        Matlab擁有很多好用的Toolbox，如遺傳算法，模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control，FLC），神經網絡等等，一般都是大神寫的，然後提交給Matlab公司，接着審覈之後加入到新的版本中，大致的看了下Toolbox文件夾下面的各個庫代碼，大部分是用matlab語言寫的，但是有些是採用C語言寫的（貌似 Matlab程序本身就是採用C/C++寫的，所以m語言和C語言之間可以很好的調用來調用去的。）

        雖然說FLC不是太複雜，自己寫一個也不會太難，但是當我看了matlab下面的FLC庫文件的C語言實現，我覺得還是算了，因爲他（就是ANFIS的發明者——Jyh-Shing Roger Jang（張智星），Zadeh的學生）在對模糊的理解之上寫的相當的完備。

Step 1. 進入Toolbox文件夾，找到如下兩個C文件

Step 2. “fis.c”文件時FLC實現部分，一般不用動它。現在來看看“fismain.c”部分，它調用前者的API。

 原版的fismain.c

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/*  * Stand-alone codes for fuzzy inference systems.  * J.-S. Roger Jang, 1994.  * Copyright 1994-2002 The MathWorks, Inc.  * $Revision: 1.12 $  $Date: 2002/06/17 12:47:24 $  */ /* This part is for MACs only */ #if defined(applec) || defined(__MWERKS__) || defined (THINK_C) || defined(powerc) #include <stdio.h> #include <stdarg.h> FILE    *output_file; #define PRINTF macprintf int macprintf(char* format, ...)     {     va_list arg;     int     ret;          va_start(arg, format);     ret = vfprintf(output_file, format, arg);     va_end(arg);          return(ret); } #endif /* applec || __MWERKS__ || THINK_C || powerc */ /* Start of the regular fismain.c */ /* 這裏要改，當然include還是展開，但是我們把它放在vs2008裏面，方便管理，還是用.h頭文件吧。 */ #include "fis.c" /***********************************************************************  Main routine   **********************************************************************/ int main(int argc, char **argv) {     FIS *fis;     int i, j;     int debug = 0;     DOUBLE **dataMatrix, **fisMatrix, **outputMatrix;     char *fis_file, *data_file;     int data_row_n, data_col_n, fis_row_n, fis_col_n; /* 這裏也要改，讀取我們的配置文件——FLC有很多需要選擇的參數以及方法 */ #if defined(applec) || defined(__MWERKS__) || defined (THINK_C) || defined(powerc)     /* For MACs only */     data_file = "fismain.in";     fis_file = "fismain.fis";     output_file = fisOpenFile("fismain.out","w"); #else     /* input arguments checking */     if (argc != 3) {         PRINTF("Usage: %s data_file fis_file\n", argv[0]);         exit(1);     }     data_file = argv[1];     fis_file = argv[2]; #endif /* applec || __MWERKS__ || THINK_C || powerc */     /* obtain data matrix and FIS matrix */     dataMatrix = returnDataMatrix(data_file, &data_row_n, &data_col_n);     fisMatrix = returnFismatrix(fis_file, &fis_row_n, &fis_col_n);     /* build FIS data structure */     fis = (FIS *)fisCalloc(1, sizeof(FIS));     fisBuildFisNode(fis, fisMatrix, fis_col_n, MF_POINT_N);     /* error checking */     if (data_col_n < fis->in_n) {         PRINTF("Given FIS is a %d-input %d-output system.\n",             fis->in_n, fis->out_n);         PRINTF("Given data file does not have enough input entries.\n");         fisFreeMatrix((void **)dataMatrix, data_row_n);         fisFreeMatrix((void **)fisMatrix, fis_row_n);         fisFreeFisNode(fis);         fisError("Exiting ...");     }     /* debugging */     if (debug)         fisPrintData(fis);     /* create output matrix */     outputMatrix = (DOUBLE **)fisCreateMatrix(data_row_n, fis->out_n, sizeof(DOUBLE));     /* evaluate FIS on each input vector */     for (i = 0; i < data_row_n; i++)         getFisOutput(dataMatrix[i], fis, outputMatrix[i]);     /* print output vector */     for (i = 0; i < data_row_n; i++) {         for (j = 0; j < fis->out_n; j++)             PRINTF("%.12f ", outputMatrix[i][j]);         PRINTF("\n");     }     /* clean up memory */     fisFreeFisNode(fis);     fisFreeMatrix((void **)dataMatrix, data_row_n);     fisFreeMatrix((void **)fisMatrix, fis_row_n);     fisFreeMatrix((void **)outputMatrix, data_row_n);     exit(0); }

大致需要改的，就是所指出來得兩部分。很簡單的，直接看修改後的代碼。

Step 3. 修改

 修改後的main.c 

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/*  * Stand-alone codes for fuzzy inference systems.  * J.-S. Roger Jang, 1994.  * Copyright 1994-2002 The MathWorks, Inc.  * $Revision: 1.12 $  $Date: 2002/06/17 12:47:24 $  */ /* Start of the regular main.c */ #include "fis.h" /***********************************************************************  Main routine   **********************************************************************/ int main(int argc, char **argv) {     FIS *fis;     int i, j;     int debug = 1;     double **dataMatrix, **fisMatrix, **outputMatrix;     char *fis_file, *data_file;     int data_row_n, data_col_n, fis_row_n, fis_col_n;     data_file = "dataMatrixFile.txt";     fis_file = "fisMatrixFile.txt";     /* obtain data matrix and FIS matrix 從文件讀入輸入數據矩陣和模糊矩陣，將其放入二維矩陣中*/     dataMatrix = returnDataMatrix(data_file, &data_row_n, &data_col_n);     fisMatrix = returnFismatrix(fis_file, &fis_row_n, &fis_col_n);     /* build FIS data structure 建立模糊數據結構*/     fis = (FIS *)fisCalloc(1, sizeof(FIS));     /*將fisMatrix中的數據導入到fis中*/     fisBuildFisNode(fis, fisMatrix, fis_col_n, MF_POINT_N);     /* error checking 錯誤檢測*/     if (data_col_n < fis->in_n) {         printf("Given FIS is a %d-input %d-output system.\n",             fis->in_n, fis->out_n);         printf("Given data file does not have enough input entries.\n");         fisFreeMatrix((void **)dataMatrix, data_row_n);         fisFreeMatrix((void **)fisMatrix, fis_row_n);         fisFreeFisNode(fis);         fisError("Exiting ...");     }     /* fisDebugging 調試數據輸出*/     if (debug)         fisPrintData(fis);     /* create output matrix 創建輸出矩陣5x1*/     outputMatrix = (double **)fisCreateMatrix(data_row_n, fis->out_n, sizeof(double));     /* evaluate FIS on each input vector 獲取輸入->開始模糊推理->輸出矩陣*/     for (i = 0; i < data_row_n; i++)         getFisOutput(dataMatrix[i], fis, outputMatrix[i]);     /* print output vector 得到輸出並打印*/     for (i = 0; i < data_row_n; i++) {         for (j = 0; j < fis->out_n; j++)             printf("%.12f ", outputMatrix[i][j]);         printf("\n");     }     /* clean up memory 清理內存*/     fisFreeFisNode(fis);     fisFreeMatrix((void **)dataMatrix, data_row_n);     fisFreeMatrix((void **)fisMatrix, fis_row_n);     fisFreeMatrix((void **)outputMatrix, data_row_n);     getchar();     return 0; }

 當然還有我們的fis.h

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#ifndef __FIS_H__ # define __FIS_H__ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <math.h> /***********************************************************************  Macros and definitions  **********************************************************************/ /* Define portable printf and DOUBLE */ #if defined(MATLAB_MEX_FILE) # define PRINTF mexPrintf # define DOUBLE real_T #elif defined(__SIMSTRUC__) # define PRINTF ssPrintf # define DOUBLE real_T #else # define PRINTF printf # define DOUBLE double #endif #ifndef ABS # define ABS(x)   ( (x) > (0) ? (x): (-(x)) ) #endif #ifndef MAX # define MAX(x,y) ( (x) > (y) ? (x) : (y) ) #endif #ifndef MIN # define MIN(x,y) ( (x) < (y) ? (x) : (y) ) #endif #define MF_PARA_N 4 #define STR_LEN 500 #define MF_POINT_N 101 /* debugging macros */ /* #define PRINT(expr) printf(#expr " = %g\n", (DOUBLE)expr) #define PRINTMAT(mat,m,n) printf(#mat " = \n"); fisPrintMatrix(mat,m,n) #define FREEMAT(mat,m) printf("Free " #mat " ...\n"); fisFreeMatrix(mat,m) #define FREEARRAY(array) printf("Free " #array " ...\n"); free(array) */ #if (defined(MATLAB_MEX_FILE) && !defined(__SIMSTRUC__)) # define FREE mxFree #else # define FREE free #endif #define FREEMAT(mat,m) fisFreeMatrix(mat,m) #define FREEARRAY(array) FREE(array) /***********************************************************************  Data types  **********************************************************************/ typedef struct fis_node {     int handle;     int load_param;     char name[STR_LEN];     char type[STR_LEN];     char andMethod[STR_LEN];     char orMethod[STR_LEN];     char impMethod[STR_LEN];     char aggMethod[STR_LEN];     char defuzzMethod[STR_LEN];     int userDefinedAnd;     int userDefinedOr;     int userDefinedImp;     int userDefinedAgg;     int userDefinedDefuzz;     int in_n;     int out_n;     int rule_n;     int **rule_list;     DOUBLE *rule_weight;     int *and_or;    /* AND-OR indicator */     DOUBLE *firing_strength;     DOUBLE *rule_output;     /* Sugeno: output for each rules */     /* Mamdani: constrained output MF values of rules */     struct io_node **input;     struct io_node **output;     DOUBLE (*andFcn)(DOUBLE, DOUBLE);     DOUBLE (*orFcn)(DOUBLE, DOUBLE);     DOUBLE (*impFcn)(DOUBLE, DOUBLE);     DOUBLE (*aggFcn)(DOUBLE, DOUBLE);     DOUBLE (*defuzzFcn)();     DOUBLE *BigOutMfMatrix; /* used for Mamdani system only */     DOUBLE *BigWeightMatrix;/* used for Mamdani system only */     DOUBLE *mfs_of_rule;    /* MF values in a rule */     DOUBLE *bias; /*bias, to be tuned when no rules are fired*/     int isbias;     struct fis_node *next; } FIS; typedef struct io_node {     char name[STR_LEN];     int mf_n;     DOUBLE bound[2];     DOUBLE value;     struct mf_node **mf; } IO; typedef struct mf_node {     char label[STR_LEN];    /* MF name */     char type[STR_LEN];     /* MF type */     int nparams;            /* length of params field */     DOUBLE *params;         /* MF parameters */     int userDefined;        /* 1 if the MF is user-defined */     DOUBLE (*mfFcn)(DOUBLE, DOUBLE *); /* pointer to a mem. fcn */      DOUBLE value;           /* for Sugeno only */     DOUBLE *value_array;    /* for Mamdani only, array of MF values */ } MF; /*********************************************************************** some redefinition universal functions   **********************************************************************/ /* display error message and exit */ void fisError(char *msg); /* define a standard memory access function with error checking */ void *fisCalloc(int num_of_x, int size_of_x); char **fisCreateMatrix(int row_n, int col_n, int element_size); void fisFreeMatrix(void **matrix, int row_n); /***********************************************************************  Data structure: construction, printing, and destruction   **********************************************************************/ /* Build/Free FIS node and load parameter from fismatrix directly */ /* col_n is the number of columns of the fismatrix */ void fisBuildFisNode(FIS *fis, DOUBLE **fismatrix, int col_n, int numofpoints); void fisFreeFisNode(FIS *fis); void fisPrintData(FIS *fis); /***********************************************************************  Evaluate the constructed FIS based on given input vector   **********************************************************************/ /* given input vector and FIS data structure, return output */ /* this is a wrap-up on fisEvaluate() */   void getFisOutput(DOUBLE *input, FIS *fis, DOUBLE *output); /* return a FIS matrix with all information */ DOUBLE **returnFismatrix(char *fis_file, int *row_n_p, int *col_n_p); /* return data matrix */ DOUBLE **returnDataMatrix(char *filename, int *row_n_p, int *col_n_p); #endif /* __FIS__ */

Step 4. 編寫配置文件

我們另外還需要兩個配置文件：

    data_file = "dataMatrixFile.txt";   //輸入數據 

    fis_file = "fisMatrixFile.txt";    //方法及其參數選擇

給一個示例如下：

 fisMatrixFile.txt

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73

[System] Name='Fuzzy1' Type='mamdani' Version=2.0 NumInputs=3 NumOutputs=1 NumRules=27 AndMethod='min' OrMethod='max' ImpMethod='prod' AggMethod='sum' DefuzzMethod='mom' [Input1] Name='QueueLength' Range=[0 20] NumMFs=3 MF1='Low':'trapmf',[0 0 6 8] MF2='Median':'trapmf',[6 8 12 14] MF3='High':'trapmf',[12 14 20 20] [Input2] Name='RTime' Range=[0 70] NumMFs=3 MF1='Low':'trapmf',[0 0 20 30] MF2='Median':'trapmf',[20 30 40 50] MF3='High':'trapmf',[40 50 70 70] [Input3] Name='DownFlow' Range=[0 80] NumMFs=3 MF1='Small':'trapmf',[0 0 10 30] MF2='Median':'trapmf',[10 30 50 70] MF3='Large':'trapmf',[50 70 80 80] [Output1] Name='ppd' Range=[0 1] NumMFs=3 MF1='Small':'trapmf',[0 0 0.2 0.4] MF2='Median':'trapmf',[0.2 0.4 0.6 0.8] MF3='Large':'trapmf',[0.6 0.8 1 1] [Rules] 1 1 1, 1 (1) : 1 1 1 2, 1 (1) : 1 1 1 3, 1 (1) : 1 1 2 1, 1 (1) : 1 1 2 2, 1 (1) : 1 1 2 3, 1 (1) : 1 1 3 1, 1 (1) : 1 1 3 2, 1 (1) : 1  1 3 3, 1 (1) : 1 2 1 1, 2 (1) : 1 2 1 2, 2 (1) : 1 2 1 3, 2 (1) : 1 2 2 1, 2 (1) : 1 2 2 2, 2 (1) : 1 2 2 3, 2 (1) : 1 2 3 1, 2 (1) : 1 2 3 2, 2 (1) : 1 2 3 3, 2 (1) : 1 3 1 1, 3 (1) : 1 3 1 2, 3 (1) : 1 3 1 3, 3 (1) : 1 3 2 1, 3 (1) : 1 3 2 2, 3 (1) : 1 3 2 3, 3 (1) : 1 3 3 1, 3 (1) : 1 3 3 2, 3 (1) : 1 3 3 3, 3 (1) : 1

 dataMatrixFile.txt

1 2 3 4 5

0 0 0 2 7 8 10 35 40 16 41 64 20 70 80

Step 5. 新建工程並驗證

dataMatrixFile.txt有四組輸入，看結果如下：

看和我們手算的一不一樣呢？

至於配置文件裏面的每一項內容，看到這裏的同學肯定是曉得了，就不囉嗦了~~~

good luck~~~

末了，附上工程文件，猛戳此處。