DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 12 Sayı: 3 sh Ekim 2010

Benzer belgeler
kadar ( i. kaynağın gölge fiyatı kadar) olmalıdır.

ÇOKLU REGRESYON MODELİ, ANOVA TABLOSU, MATRİSLERLE REGRESYON ÇÖZÜMLEMESİ,REGRES-YON KATSAYILARININ YORUMU

X, R, p, np, c, u ve diğer kontrol diyagramları istatistiksel kalite kontrol diyagramlarının

PARÇALI DOĞRUSAL REGRESYON

a IIR süzgeç katsayıları ve N ( M) de = s 1 (3) 3. GÜRÜLTÜ GİDERİMİ UYGULAMASI

Deney No: 2. Sıvı Seviye Kontrol Deneyi. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Dijital Kontrol Laboratuvar Deney Föyü Deneyin Amacı

Bilgisayarla Görüye Giriş

Şiddet-Süre-Frekans Bağıntısının Genetik Algoritma ile Belirlenmesi: GAP Örneği *

Korelasyon ve Regresyon

( ) 3.1 Özet ve Motivasyon. v = G v v Operasyonel Amplifikatör (Op-Amp) Deneyin Amacı. deney 3

PROJE SEÇİMİ VE KAYNAK PLANLAMASI İÇİN BİR ALGORİTMA AN ALGORITHM FOR PROJECT SELECTION AND RESOURCE PLANNING

MIT Açık Ders Malzemeleri Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Koşulları hakkında bilgi almak için

TÜRKİYE DEKİ 380 kv LUK 14 BARALI GÜÇ SİSTEMİNDE EKONOMİK YÜKLENME ANALİZİ

5.3. Tekne Yüzeylerinin Matematiksel Temsili

NİTEL TERCİH MODELLERİ

Doğrusal Korelasyon ve Regresyon

ARAŞTIRMA MAKALESİ/RESEARCH ARTICLE TEK ÇARPIMSAL SİNİR HÜCRELİ YAPAY SİNİR AĞI MODELİNİN EĞİTİMİ İÇİN ABC VE BP YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI ÖZ

TRİSTÖR VE TRİYAK HARMONİKLERİNİN 3 BOYUTLU GÖSTERİMİ VE TOPLAM HARMONİK BOZUNUMA EĞRİ UYDURMA

Sıklık Tabloları ve Tek Değişkenli Grafikler

VEKTÖRLER VE VEKTÖREL IŞLEMLER

BÖLÜM 5 İKİ VEYA DAHA YÜKSEK BOYUTLU RASGELE DEĞİŞKENLER İki Boyutlu Rasgele Değişkenler

HAFTA 13. kadın profesörlerin ortalama maaşı E( Y D 1) erkek profesörlerin ortalama maaşı. Kestirim denklemi D : t :

UYUM ĐYĐLĐĞĐ TESTĐ. 2 -n olup. nin dağılımı χ dir ve sd = (k-1-p) dir. Burada k = sınıf sayısı, p = tahmin edilen parametre sayısıdır.

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 16 Sayı: 48 sh Eylül 2014 KRİL SÜRÜSÜ ALGORİTMASI İLE ATÖLYE ÇİZELGELEME

Bulanık Mantık ile Hesaplanan Geoid Yüksekliğine Nokta Yüksekliklerinin Etkisi

Makine Öğrenmesi 10. hafta

TRANSPORT PROBLEMI için GELIsTIRILMIs VAM YÖNTEMI

YÖNETİM VE EKONOMİ Yıl:2006 Cilt:13 Sayı:1 Celal Bayar Üniversitesi İ.İ.B.F. MANİSA

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

Tek Yönlü Varyans Analizi (ANOVA)

EMG İşaretlerinin K-Ortalama Algoritması Kullanılarak Öbekleştirilmesi. EMG Signal Analysis Using K-Means Clustering

bir yol oluşturmaktadır. Yine i 2 , de bir yol oluşturmaktadır. Şekil.DT.1. Temel terimlerin incelenmesi için örnek devre

4.5. SOĞUTMA KULELERİNİN BOYUTLANDIRILMASI İÇİN BİR ANALIZ

Kamuflaj Tespiti için Hiperspektral Görüntüleme Hyperspectral Imaging for Camouflage Detection

KAOS TABANLI SAYISAL CSK VE DCSK MODÜLASYON TEKNĐKLERĐNĐN MATLAB/SĐMULĐNK ORTAMINDA GERÇEKLEŞTĐRĐLMESĐ

Kİ-KARE VE KOLMOGOROV SMİRNOV UYGUNLUK TESTLERİNİN SİMULASYON İLE ELDE EDİLEN VERİLER ÜZERİNDE KARŞILAŞTIRILMASI

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, Eylül 2013, Malatya DOĞRUSAL KONTROL SİSTEMLERİ

Türk Dilinin Biçimbilim Yapısından Yararlanarak Türkçe Metinlerin Farklı İmgelere Ayrılarak Kodlanması ve Sıkıştırılması

Aerodinamik Akışların Modellenmesinde Döngülü Olan ve Olmayan 7 Yaklaşımın Uygulanması

PARÇACIK SÜRÜSÜ OPTİMİZASYON ALGORİTMASI VE BENZETİM ÖRNEKLERİ

ENDÜSTRİNİN DEĞİŞİK İŞ KOLLARINDA İHTİYAÇ DUYULAN ELEMANLARIN YÜKSEK TEKNİK EĞİTİM MEZUNLARINDAN SAĞLANMASINDAKİ BEKLENTİLERİN SINANMASI

Metin Madenciliği ile Soru Cevaplama Sistemi

İki veri setinin yapısının karşılaştırılması

2.7 Bezier eğrileri, B-spline eğrileri

Tarımsal Alanlarda Sulamanın Enerji Üretimi Üzerine Etkisi

Sürekli Olasılık Dağılım (Birikimli- Kümülatif)Fonksiyonu. Yrd. Doç. Dr. Tijen ÖVER ÖZÇELİK

Soğutucu Akışkan Karışımlarının Kullanıldığı Soğutma Sistemlerinin Termoekonomik Optimizasyonu

MESLEK SEÇİMİ PROBLEMİNDE ÇOK ÖZELLİKLİ KARAR VERME VE ÇÖZÜME YÖNELİK GELİŞTİRİLEN BİREYSEL KARİYER PLANLAMA PROGRAMI

Cilt:11 Sayı: 4 s , 2008 Vol: 11 No: 4 pp , M. Yasin ÖZSAĞLAM, Mehmet ÇUNKAŞ ÖZET

Yard. Doç. Dr. Oben Dağ 1. İstanbul Arel Üniversitesi Özet. 1. Giriş. 2. Problemin Tanımı

Deprem Tepkisinin Sayısal Metotlar ile Değerlendirilmesi (Newmark-Beta Metodu) Deprem Mühendisliğine Giriş Dersi Doç. Dr.

TEKNOLOJİ, PİYASA REKABETİ VE REFAH

ZKÜ Mühendislik Fakültesi - Makine Mühendisliği Bölümü ISI VE TERMODİNAMİK LABORATUVARI Sudan Suya Türbülanslı Akış Isı Değiştirgeci Deney Föyü

Biyomedikal Amaçlı Basınç Ölçüm Cihazı Tasarımı

POLİNOMLARLA VE BULANIK MANTIK İLKELERİNE GÖRE GEOİT BELİRLEMENİN PRESİZYONA ETKİSİ

Obtaining Classical Reliability Terms from Item Response Theory in Multiple Choice Tests

Sistemde kullanılan baralar, klasik anlamda üç ana grupta toplanabilir :

Karasal, Hava ve Uzay Tabanlı Haberleşme Sistemleri Arasındaki Girişimin Minimizasyonu İçin Optimizasyon Yaklaşımı

Rasgele Değişken Üretme Teknikleri

Fumonic 3 radio net kablosuz duman dedektörü. Kiracılar ve mülk sahipleri için bilgi

Kİ-KARE TESTLERİ A) Kİ-KARE DAĞILIMI VE ÖZELLİKLERİ

ÇOK AMAÇLI DOĞRUSAL PROGRAMLAMADAN SİSTEM TASARIMINA: DE NOVO. Özet

TÜRKİYE DEKİ 22 BARALI 380 kv LUK GÜÇ SİSTEMİ İÇİN EKONOMİK DAĞITIM VE OPTİMAL GÜÇ AKIŞI YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRMALI ANALİZİ

DİNAMİK ANALİZ PROBLEMLERİ İÇİN YENİ BİR ADIM ADIM SAYISAL ÇÖZÜMLEME YÖNTEMİ

Konveks Sınıf Modelleri Kullanarak Dijital İmgelerdeki Nesne Görüntülerinin Konumlarının Bulunması. Proje No: 109E279

Kİ KARE ANALİZİ. Doç. Dr. Mehmet AKSARAYLI Ki-Kare Analizleri

DETERMINATION OF THE ECONOMIC DISPATCH IN ELECTRIC POWER SYSTEMS USING SIMULATED ANNEALING(SA) ALGORITHM

Tek Yönlü Varyans Analizi

YAYILI YÜK İLE YÜKLENMİŞ YAPI KİRİŞLERİNDE GÖÇME YÜKÜ HESABI. Perihan (Karakulak) EFE

Şehiriçi Karayolu Ağlarının Sezgisel Harmoni Araştırması Optimizasyon Yöntemi ile Ayrık Tasarımı *

CuEEG: EEG Verilerinin Hızlı İşlenmesi için GPU Tabanlı Bir Yaklaşım CuEEG: A GPU-Based Approach for Fast Processing of EEG Data

ENDÜSTRİYEL BİR ATIK SUYUN BİYOLOJİK ARITIMI VE ARITIM KİNETİĞİNİN İNCELENMESİ

DOĞRUSAL HEDEF PROGRAMLAMA İLE BÜTÇELEME. Hazırlayan: Ozan Kocadağlı Danışman: Prof. Dr. Nalan Cinemre

Haluk Gözde 1, İlhan Kocaarslan 2, M.Cengiz Taplamacıoğlu 3, Ertuğrul ÇAM 4. Gazi Üniversitesi

Kİ-KARE TESTLERİ. şeklinde karesi alındığında, Z i. değerlerinin dağılımı ki-kare dağılımına dönüşür.

BİRLEŞİK DALGACIK-SİNİR AĞI MODELİ YAKLAŞIMI İLE ELEKTRİK GÜÇ SİSTEMLERİNDE ARIZA SINIFLAMA

OLASILIĞA GİRİŞ. Biyoistatistik (Ders 7: Olasılık) OLASILIK, TIP ve GÜNLÜK YAŞAMDA KULLANIMI

YERALTI SUYU POMPAJ MALİYETİ MİNİMİZASYON PROBLEMLERİNİN PSOLVER OPTİMİZASYON TEKNİĞİ İLE ÇÖZÜMÜ: TAHTALI HAVZASI ÖRNEĞİ

BULANIK AKIŞ TİPİ ÇİZELGELEME PROBLEMİ İÇİN ÇOK AMAÇLI GENETİK ALGORİTMA

Ali Öztürk Accepted: January ISSN : serhatduman@duzce.edu.tr Duzce-Turkey

1. KEYNESÇİ PARA TALEBİ TEORİSİ

Denklem Çözümünde Açık Yöntemler

EGE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ (DOKTORA TEZİ) MİNİMAL AĞIRLIKLI DOMİNANT ALT KÜME PROBLEMİ (MADAK) ÜZERİNE

Süleyman Demirel Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Y.2008, C.13, S.1 s

SEK Yönteminin Güvenilirliği Sayısal Bir Örnek. Ekonometri 1 Konu 11 Sürüm 2,0 (Ekim 2011)

Bulanık Mantık ve Yapay Sinir Ağları ile bir 3-3 Stewart Platformu nun Pozisyon Kontrolü

ROTASYON ORMAN ALGORİTMASI İLE YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ MULTİSPEKTRAL UYDU GÖRÜNTÜLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Makine Öğrenmesi 6. hafta

Genetik Algoritma ile İki Boyutlu Şekil Yerleştirme ÖZET

MONTE CARLO SİMÜLASYON METODU VE MCNP KOD SİSTEMİ MONTE CARLO SIMULATION METHOD AND MCNP CODE SYSTEM

ROBİNSON PROJEKSİYONU

Epilepside EEG Tabanlı Entropi Değişimleri

A İSTATİSTİK. 4. X kesikli rasgele (random) değişkenin moment çıkaran. C) 4 9 Buna göre, X in beklenen değeri kaçtır?

JFM316 Elektrik Yöntemler ( Doğru Akım Özdirenç Yöntemi)

ENERJİ. Isı Enerjisi. Genel Enerji Denklemi. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi 2007

KARMAŞIK SAYILAR. Derse giriş için tıklayın...

ÇELİK UZAYSAL ÇERÇEVE YAPILARIN OPTİMUM TASARIMI

Karaciğer mikrodizi kanser verisinin sınıflandırılması için genetik algoritma kullanarak ANFIS in eğitilmesi

Çarpımsal Ceza Modeli İle Tamsayılı Programlama

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt:13 Sayı:2 sh Mayıs 2012

Transkript:

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Clt: 12 Sayı: 3 sh. 115-125 Ekm 2010 YENİ-PARÇALI POLINOM SİNYALLERDE PARÇACIK SÜRÜŞÜ OPTİMİZASYONU TABANLI GÜRÜLTÜ BASTIRIMI (NOISE REMOVAL FOR PIECEWISE POLYNOMIAL SIGNALS BASED ON PARTICAL SWARM OPTIMİZATION) Aykut YILDIZ*, Orhan ARIKAN* ÖZET/ABSTRACT Parçalı sürekl yapıdak snyallern üzerndek gürültünün bastırımı amacıyla parçacık sürüsü optmzasyon teknğnn kullanıldığı br teknk gelştrlmştr. Model snyal olarak parçaların başlangıç noktaları ve her br parçanın az sayıda parametreyle tanımlandığı br snyal kümes kullanılmıştır. Önerlen yaklaşımda, parça sayısının blndğ durumda yerel en y konumlandırmalardan kaçınmak amacıyla, parçalar arasındak optmal geçş sınırları Parçacık Sürüsü Optmzasyonu (PSO) le bulunur. Her br parça çersndek snyal parametreler se optmal geçş sınırlarına bağlı olarak En Büyük Olablrlk (EBO) kestrmyle elde edlr. Önerlen algortma geçş sınırlarının sayısı blnmedğ durumlarda kullanılablecek şeklde genelleştrlmştr. Sıklıkla kullanılan ve başarımı yüksek dğer teknklerle yapılan kıyaslama sonunda önerlen teknğn öneml başarım artışı sağladığı gösterlmştr. Pecewse smooth sgnal denosng s cast as a non-lnear optmzaton problem n terms of transton boundares and a parametrc sgnal famly. To avod locally optmal placement of boundares, optmal postons of transton boundares for a gven number of transtons are obtaned by usng partcle swarm optmzaton. The pecewse smooth secton parameters are obtaned as the maxmum lkelhood estmates condtoned on the optmal transton boundares. The proposed algorthm s extended to the case where the number of transton boundares are unknown by sequentally ncreasng number of sectons untl the resdual error s at the level of nose standard devaton. Performance comparson wth the state of the art technques reveals the mportant advantages of the proposed technque. ANAHTAR KELİMELER/KEYWORDS Parçacık Sürüsü Optmzasyonu, Polnom uyumu, Kenar tespt, Br boyutlu snyallerde gürültü bastırımı, Parçalı düzgün snyaller Partcal Swarm Optmzaton, Polnomal fttng, Edge detecton, 1-D sgnal denosng, Pecewse smooth sgnals * Blkent Ün., Elektrk-Elektronk Müh. Bölümü, 06800 Blkent, ANKARA

Sayfa No: 116 A. YILDIZ, O. ARIKAN 1. GİRİŞ Sayısal snyal şleme alanında öneml yer olan gürültü bastırma teknkler 1-B ve 2-B snyaller üzernde yaygın olarak kullanılmaktadır. Snyaller üzerndek gürültü bastırımının başarımı snyal hakkında blnenler kullanıldığında öneml olarak artmaktadır. Bu nedenle gürültüsü bastırılmış snyalle lgl br model kurulablmes snyal şlemenn öneml br aşamasıdır. Bu amaçla hem statstksel, örneğn MA, AR veya ARMA modeller, hem de statstksel olmayan snyal modeller gelştrlmştr. Bu makalede, statstksel olmayan snyal modellernden olan parçalı sürekl snyal model kümesnde yer alan polnomsal modellern gürültü bastırımı çn etkn kullanımını sağlayan br teknk önerlmştr. Yaygın olarak kullanılan parçasal polnom model özel durum olarak parçalı sabt modeller de çerr. Bölme sayısı ve sınırlar blndğnde bu model çok etkl gürültü bastırımı sağlayablr. Gürültülü snyallere polnom oturtma snyal şleme ve sayısal analz konularında yaygın olarak kullanılan br araçtır. Örneğn Heath n çalışmasında, polnom oturtma metodu aradeğerleme amacıyla kullanılmıştır (Heath, 1997). Uzun snyallerde sadece br polnom kullanılarak elde edlen ara değerlendrme sonuçlarında gözlemlenen hata ve şlemsel yük bazındak başarım düşüşünü azaltmak amacıyla parçalı polnomların kullanılmasının daha uygun olacağı Heath de belrtlmştr (Heath, 1997). Ancak parçaların sınırlarının optmal olarak tespt yapılamamıştır. Polnom oturtmanın bu bldrdek gb gürültü altındak parçasal polnom parametrelernn kestrmyle lgl kullanıldığı br dğer çalışma se Spokony nn çalışmasıdır (Spokony, 1998). Bu makaledek teknğe göre uyumlu br pencere genşlğ aşamalı olarak artırılıp polnom dereces azaltılarak hata performansı ncelenmektedr. Hatayı belrl sınırlar çnde tutan en genş pencere ve en düşük polnom dereces parça sınırları çersndek polnom parametrelern vermektedr. Ancak bu çalışmada kullanılan parametre belrleme şlem akıllı br optmzasyon algortması yerne tam kapsamlı arama esasına dayanmaktadır. Bu da şlemsel verm düşürmektedr. Polnom uyumunun gürültü bastırımı çn kullanıldığı başka br teknk se Savtzky ve Golay ın çalışmasıdır (Savtzky ve Golay, 1994). Ancak burada kayan br pencerede en küçük kareler polnom oturtması yapılır ve sadece ortadak nokta alınıp sonuç snyalne konulur. Her nokta çn ayrı br polnom oturtma yapıldığı çn bu teknk oldukça yavaştır. Toplam değşm 1-Boyutta ve 2-Boyuttak gürültü bastırımı konusunda yaygın olarak kullanılan br gürültü bastırım teknğdr (Pollak ve Wllsky, 2005). Toplam değşm teknğnde, toplam değşm azalan br dz snyal elde edlr ve bu dzdek her snyal, dğer aynı toplam değşme sahp snyaller arasında gürültülü snyale en y oturandır. Gürültüsü kaldırılan snyal, elde edlen snyal dzs arasından uyum hatasının statstksel olarak gürültü standart sapmasıyla karşılaştırılmasıyla elde edlr. Bu teknk kenarları korur ancak sonuçta elde edlen snyalde yapay basamaklar bulunmaktadır. Toplam değşmn farklı yapıda br optmzasyon problemne çözüm öneren br versyonu Rudn vd. nn çalışmasında anlatılmıştır (Rudn vd., 1992). Bu çalışmada elde edlen artık snyaln gürültü ntelklerne sahp olması hedeflenmektedr. Yan artık snyaln ortalaması sıfır olmalı, büyüklüğü de gürültü standart sapmasına eşt olmalıdır. Bu k tab koşulu sağlayan snyaller arasında en düşük değşme sahp snyal sonuç snyal olarak seçlmektedr. Bu optmzasyon problemnn çözümü toplam değşm yöntemnn temel sorunu olan yapay sabt basamak fenomenn belrl br dereceye kadar ortadan kaldırmaktadır. Bu yapay basamak problemnn tamamıyla çözüldüğü toplam değşm yaklaşımı Ddas ın çalışmasında zah edlmştr (Ddas, 2004). Bu makaledek temel mantık snyal düzgünleştrmektr. Yan başlangıçtak snyalden çok farklılaşması engellenmektedr. Bu da

Mühendslk Blmler Dergs Clt : 12 Sayı : 3 Sayfa No: 117 toplam değşmle beraber sonuç snyalnn gözlem snyalnden farkı da küçültülerek sağlanmaktadır. Br başka 1-Boyutlu gürültü bastırım teknğ se Ana Eğr İzdüşümüdür (Özertem vd., 2008). Bu teknğn lk aşamasında br boyutlu snyaln her noktasına k boyutlu br Gauss eğrs oturtularak 2-Boyutlu br yapay ODF elde edlmektedr. Bu ODF nn ana eğrs sonuç snyaln vermektedr. Bu teknkte ana eğrnn EBO su ODF nn en büyük değer olarak bulunmuştur. Sonra da bu EBO fonksyonunun ana eğrye olan zdüşümü bulunmuştur. Bu teknk polnomsal br model kullanmamaktadır. Ancak oturtulan Gauss eğrlernn değşnts bu algortmanın düzleştrme sevyesn belrlemektedr. Parçalı polnom modellernde, tpk olarak, bölme sayısı da bölmelern arasındak sınırlar da blnmez. Geçş sınırlarının optmal olarak seçm karmaşık br mnmum yapısına sahp br optmzasyon problemnn çözümünü gerektrr. Bu amaçla bu makalede PSO teknğ kullanılmıştır. Bu teknk bölme sayısı verldğnde geçş sınırlarını ve her br parçanın polnomsal modeln bulmaktadır. Parça sayısını ve polnom derecesn belrlemek amacıyla bu parametreler artık snyaln sevyes gürültü sevyesne ulaşıncaya kadar aşamalı olarak artırılır. PSO karmaşık mnmum yapısına sahp ve tam kapsamlı aramanın şlem yükünü çok artırdığı problemler çn yaygın olarak kullanılan br yöntemdr. Bu optmzasyon algortması çok çukurlu malyet fonksyonunun yerel mnmumlara takılmasını önleyc br ntelğe sahptr ve bunu grd parametrelernn bütün kombnasyonlarını denemeden başarır. Bu amaçla br parçacık sürüsü yaratılır ve bu sürü hem haberleşmek suretyle global en y değer hem de kend en y deneymn kullanarak küresel en yye doğru üşüşür. Buradak global en ynn kullanımı teknğ hızlandıran faktördür ve kşsel en ynn kullanımı se yerel mnmumlara takılmayı engelleycdr. Bu k unsurun farklı kombnasyonları PSO nun farklı versyonlarının ortaya çıkmasına sebep olmuştur. PSO konusunda br standardın oluşturulması htyacına Bratton ve Kennedy cevap vermştr (Bratton ve Kennedy, 2007). Burada kullanılan üşüşme parametreler Clerc ve Kennedy den alınmıştır (Clerc ve Kennedy, 2002). Bu parametreler sürünün br noktaya üşüşmesn garant eden maksmum geznty yapmalarını sağlamaktadır. Bu da küresel mnmumun bulunma şansını artırmaktadır. Hem hızlı olması hem de küresel sonuca yakınsama htmalnn yüksek olması PSO nun başarımının örneklemeye dayalı dğer optmzasyon teknklernden daha yüksek olduğunu gösterr. Bldrnn 2. Bölümünde önerlen teknk detaylandırılmıştır. 3. Bölümde se smülasyon tabanlı karşılaştırma sonuçlarına yer verlmştr. 4. Bölümde, elde edlen sonuçlar ve olası yleştrmeler verlmştr. 2. ÖNERİLEN GÜRÜLTÜ BASTIRIM TEKNİĞİ Burada önerlen teknğn amacı parçalı polnomlardan oluşan br snyaln üstündek gürültünün bastırılmasıdır. Bu problem matematksel olarak fade etmek çn bu bölümde N örnek uzunluğundak parçalı polnom snyalne f[n] denmştr. Bu snyal gürültünün altında g[n] olarak gözlemlenr. Gözlem snyalyle orjnal parçalı polnom snyal arasında aşağıdak gb br lşk vardır. Burada snyal rastgele Genel Anlamda Durağan br gürültü snyaldr. Bu makalede gürültü dağılım model, sıfır ortalamalı, bağımsız ve normal eşdağılımlıdır. Gürültünün

Sayfa No: 118 A. YILDIZ, O. ARIKAN standart sapması olarak gösterlmştr. Bu gürültü model çn EBO kestrm gözlem snyalnn olablrlğn maksmze eder ve matematksel olarak aağıdak gb fade edlr. Burada f[n] snyalnn kestrlmesyle oluşan snyal f ˆ[ n ] olarak adlandırılmıştır. Bu problemn çözümünde f ˆ[ n ] snyal gn [ ] snyalyle arasındak farkın büyüklüğü mnmum olan polnom snyaldr. Bu artık snyal mnmzasyonu aşağıdak gb fade edleblr. Kestrm sürecnde elde edlen her geçş sınır kümes ve polnom katsayıları f ˆ[ n ] snyaln karakterze eder. Farklı parçalar arası geçş sınırları 0 < e 1 < e 2...< e D < N -1 şeklnde fade edleblr. Bu sınırlar arasındak katsayı kümes a se br polnom parçasının matematksel fades aşağıdak gbdr. (1) Burada a polnom katsayı vektörü, e geçş sınırları vektörü, k se polnom derecesdr. Bu parametreler belrl br algortmayla evrştrlerek en y f ˆ[ n;a,e ] snyal bulunacaktır. Eştlk 1 dek problem parçalı polnom model çn şu şekldedr. Bu fadede yer alan a üzernden optmzasyon verlen br e çn kolaylıkla bulunablr. Dolayısıyla gerekl olan optmzasyon sadece e üzernden br optmzasyon problemnn çözümü olarak elde edleblr. Aşağıda önce belrl br e çn en y polnomsal yaklaşımın nasıl bulunacağı detaylandırılmaktadır. Bunu takben sadece e ye dayalı br bedel şlev bulunacaktır. Verlen br e çn en y uyumu sağlayan polnomsal yaklaşım aşağıdak optmzasyon problemnn çözümü olarak elde edleblr. (2) Burada, 0 le D arasındadır. e0 0, ed 1 N olarak sabtlenmştr. Polnom dereces k blndğnde a vektörünü veren doğrusal sstem şu şeklde fade edleblr. Burada tanımlanır. A. parça çn polnom termlern çeren model matrsdr. (3) A aşağıdak gb

Mühendslk Blmler Dergs Clt : 12 Sayı : 3 Sayfa No: 119 Burada n, e n j e 1 elemanlarına sahp snyal ndekslernden oluşan sütun vektörüdür. Eştlk 3 de g gürültülü snyaln. parçasıdır. a se, br parça çn bulunan polnom katsayısı vektörüdür. Burada seçlecek hçbr a vektörü hatayı sıfırlamaz. Bu da doğrusal cebrdek fadesyle A nn değer uzayının g vektörünü çermemes anlamına gelr. Bu durumda g vektörünün A nn değer uzayının üzerne dk zdüşümü alınır ve böylece doğrusal eştlk çözüleblr hale gelr. Çözüleblen bu yen doğrusal eştlk aşağıdak gb fade edleblr. A model matrs tam kertel (full rank) olduğu çn bu eştlğn tek çözümü vardır. O tek çözümü bulablmek çn aşırı-belrl A (m>n) matrsn kend devrğyle çarparak sstem tam T kertel kare ssteme dönüştürülür. Bu durumda A A matrs ters alınablr br matrstr ve ters alındığında a vektörü analtk olarak bulunmuş olur. Bu analtk fade şöyledr: (4) T 3 A A matrsnn tersn almak m n boyutundak A matrs çn On ( ) malyetne sahptr ve bu büyük br şlem yükü anlamına gelmektedr. Matrs ters alma şlemnden kaçınmak çn QR ayrıştırması teknğ gelştrlmştr. Bu teknkte Householder, Gvens ya da Gram Schmdt algortmaları yardımıyla A matrs şöyle ayrıştırılır (Heath, 1997). Burada Q matrs dk br matrstr. Doğrusal olarak bağımsız brm sütun vektörlernden T T oluşur ve bu yüzden Q Q = I eştlğ geçerldr. Ayrıca Eştlk 3 tek doğrusal sstem Q le çarpılırsa hem A nn gerdğ vektör uzayındak vektörler, hem de b vektörü büyüklükler değşmeyecek şeklde döner ve hata vektörünün büyüklüğü de değşmez. Bu çarpım sonucu elde edlen doğrusal sstem aşağıdak gbdr. R üst kısmı üçgen formatında olan br matrs olduğu çn n olan kısmı çözüleblen br doğrusal sstemdr ve buradan elde edlen artık snyal büyüklüğü 0 dır. R nn >n le verlen kısmı se kontrol edleblr br kısım değldr, dolayısıyla b vektörünün >n olan kısmının tamamı artık enerjsn verr. Burada elde edlen artık snyal enerjs Eştlk 3 tek le aynıdır. nc bölümdek katsayıları Eştlk 4 te verlen en y polnom oturtmanın malyet J () e aşağıdak şeklde bulunablr. Verlen br e çn en y uyum hatası problem sadece e üzernden br optmzasyona ndrgeneblr. D 0 J () e dr. Dolayısıyla Eştlk 2 dek optmzasyon

Sayfa No: 120 A. YILDIZ, O. ARIKAN İndrgenmş optmzasyon problem orjnal probleme göre çok daha az değşkene sahptr. Halbuk, malyet fonksyonu tpk olarak karmaşık br mnmum yapısına sahptr. Bu da en y çözümün br yerel optmzasyon teknğyle bulunmasını zorlaştırır. Bu nedenle, geçş sınırlarını bulmak çn gereken küresel optmal çözüm bu çalışmada PSO teknğ le bulunmuştur (Bratton ve Kennedy, 2007). PSO döngüsünde her brs br çözüm adayı olan N p sayıda parçacıktan oluşan br sürü kullanılır. Her br parçacık elemanları geçş sınırları çn pozsyon adayı olan D uzunluğundak vektörlerdr. Başlangıç olarak rastgele belrlenmş N vektörden oluşan br popülasyon seçlr. Her br parçacık çersndek geçş sınırları küçükten büyüğe dzlr. Ondan sonra yen popülasyonlar oluşturmak çn aşağıdak PSO güncelleme eştlkler kullanılır (Bratton ve Kennedy, 2007). p Bu eştlklerde, pozsyonudur. e t gb pt, v p nc parçacığın hız vektörüdür,, t anına kadar tüm parçacıklara at en y pozsyondur. pt, e se p nc parçacığın e se tüm süreç boyunca p nc parçacığa at en y pozsyondur. 1 ve 2 [0,1] arasına bağımsız özdeş brbçml dağılmış br rastgele değşkendr., w 1 ve w 2 se yakınsamayı garant edecek en pt, küçük değer olarak seçlr (Clerc ve Kennedy, 2002). Burada e güncellenrken o parçacığın o ana kadar k optmal pozsyonunun hesaba katılması, 1 ve 2 nn rastgele olması çeştllğ ve küresel optmal pozsyona yakınsama olasılığını artırır., PSO döngüsündek e pt ve e parametrelernn güncellenmes çn hata normunun pb hesaplanması gerekr. Hata normu şu şeklde hesaplanır. t gb pt, pb Burada E artık snyaln düzgelenmş hata büyüklüğüdür. Döngünün br basamağında her pt, parçacık çn hata hesaplanır ve parçacıkların almış olduğu en y hatayla karşılaştırılarak e t güncellenr. e gb se o basamaktak hata le o ana kadar tüm parçacıkların aldığı en y hata karşılaştırılarak güncellenr. 3. ÖNERİLEN TEKNİĞİN DİĞER TEKNİKLERLE KARŞILAŞTIRILMASI Bu bölümde önerlen teknk lteratürdek başarımı yüksek dğer teknklerle karşılaştırılacaktır. Bu karşılaştırmalar çn parçalı sabt snyal senaryosu ve daha yüksek derecel polnomsal parçalar çeren daha karmaşık br senaryo kullanılacaktr. İlk olarak önerlen yöntem parçalı sabt snyallern gürültüsünü bastırmak amacıyla kullanılan Pollak ve Wllsky dek toplam değşm yöntem le kıyaslanacaktır (Pollak ve Wllsky, 2005). Çok pb

Mühendslk Blmler Dergs Clt : 12 Sayı : 3 Sayfa No: 121 sayıda polnom parçasından oluşan snyal durumu çn se Rudn vd. ve Özertem vd. gb daha genel teknklerle karşılaştırma yapılacaktır (Rudn vd., 1992; Özertem vd., 2008). Şekl 1 de gösterlen snyal çn 5 ayrı gürültü değernde smülasyonlar yapılmıştır. Şekl 2 ve Şekl 3 te gösterlen sonuçların kıyaslaması, önerlen teknğn toplam değşmden daha etkl br gürültü bastırım sağladığını göstermektedr. Önerlen teknğn Pollak ve Wllsky dek algortmadan daha y sonuç vermesnn temel sebeb, algortmanın PSO sayesnde br sonuç snyalne yakınsayıp otomatk olarak durmasından, toplam değşm teknğnn se nerede duracağının açık olmamasından kaynaklanır (Pollak ve Wllsky, 2005). Toplam değşm algortması durdurulmadığında sabt br snyale yakınsar. Bu süreç daha önce belrl br zamanda durdurulduğunda sonuç snyalnde yapay basamaklar gözlenr. Önerlen teknkte se, sonuç snyal k basamaktan oluşur. Eğer snyaln uzunluğu sonsuza gderse algortmanın hatası sıfıra gder. Bu, sabt snyaln EBO kestrmnn snyal parçasının zaman ortalamasına eşt olmasından ve gürültünün ergodk yapısından dolayı zaman ortalamasının statstksel ortalamaya yakınsamasından kaynaklanır. Şekl 1. Gürültülü kısm parçalı sabt snyal Şekl 2. Önerlen PSO tabanlı teknkle beş farklı gürültü sevyes çn orjnal snyaln kestrmndek hatası

Sayfa No: 122 A. YILDIZ, O. ARIKAN Şekl 3. Toplam değşm teknğnn beş farklı gürültü sevyes çn orjnal snyaln kestrmndek hatası Şekl 4. Önerlen teknkle elde edlen gürültü bastırım sonucu

Mühendslk Blmler Dergs Clt : 12 Sayı : 3 Sayfa No: 123 Şekl 5. Rudn teknğnn üç sınırlı gürültülü br snyale uygulanmasıyla elde edlen sonuç snyal Şekl 6. Ana eğr zdüşümü teknğnn üç sınırlı gürültülü br snyale uygulanmasıyla elde edlen sonuç snyal Şekl 7. Geçş sınırı sayısı D ye karşılık uydurma hatasının grafğ

Sayfa No: 124 A. YILDIZ, O. ARIKAN Şekl 8. Polnom dereces k ye göre uyum hatasının grafğ Çzelge 1. Üç sınırlı snyal çn hata büyüklükler Teknk Hata Büyüklüğü Rudn'n Toplam Değşm 1.3754 Ana Eğr İzdüşümler 1.1866 Polnom Uyumu 1.0859 Orjnal snyaln dört polnom kısmından oluştuğu daha karmaşık br durum çn elde edlen sonuçlar 'te gösterlmştr. Önerlen teknğn performansı Rudn vd. dek parçalı sabt parçalar çermeyen snyaller çn de gürültü bastırımını sağlayablen toplam değşm teknğyle ve parametrk olmayan ana eğr zdüşüm teknğyle karşılaştırılmıştır (Rudn vd., 1992; Özertem vd., 2008). Bu deneyde karşılaştırma amacıyla Pollak ve Wllsky nn çalışmasındak algortma yerne Rudn vd. nn algortmasının kullanılma sebeb Rudn vd. dek teknğn sonuç snyalnn Pollak ve Wllsky dek kesn sabt parçalara göre daha yumuşak sonuç snyaller üretmesdr (Pollak ve Wllsky, 2005; Rudn vd., 1992). Bu teknk kullanılırken gradyan düzgünleştrme parametres 1 ve zaman basamağı da 0.2 olarak alınmıştır. Ayrıca doku onarımında kullanılan C ve parametreler sıfır olarak seçlmştr. Bu değerler Rudn vd. nn çalışmasında önerlen değerlerdr (Rudn vd., 1992). Elde edlen gürültü bastırımı sonuçları Şekl 4 ve Şekl 6 dak gbdr. Bu şekllerde ve Çzelge 1 de görüldüğü gb, önerlen teknk orjnal snyaln daha y br kestrmn sağlamaktadır. Bunun sebeb her ne kadar Rudn vd. dek teknk yumuşak snyaller üretse de toplam değşm bedelnn küçültülmesnden dolayı monoton azalma ve artış olan yamaç kısımlarını düzgünleştrememesdr (Rudn vd., 1992). Bu kısımlarda sonuç snyal gürültülü gözlem snyalne fazlaca oturmaktadır. Teknğn ana eğr zdüşümü yöntemnden daha y çalışmasının sebeb se önerlen teknğn kullandığı parçalı polnomsal yapıya uygun br snyaln analz edlmesdr. Bu modele uygun snyallerde önerlen teknk bu model kullanmayan modellere göre beklenldğ gb üstünlük sağlamaktadır. Şekl 7 de gösterldğ gb kestrlmş polnom snyalnn aşağıda verlen düzgelenmş uyum hatası geçş sınır sayısı D nn fonksyonu olarak tekdüze azalır. Br parçadak polnom dereces k ya göre uyum hatası da benzer yapıdadır ( Şekl 8). 4. SONUÇLAR Bu bldrde, parçalı polnom modelne yönelk klask gürültü bastırımı problem çn polnom parçalarının derecesn belrlemek amacıyla gelştrlen yöntem başarılı sonuçlar üretmştr. Önerlen teknkte, polnom kısımların sınırları hızlı yakınsayan PSO teknğ kullanılarak bulunmuştur. EBO yönünden optmal çözüm üreten önerlen gürültü bastırım teknğnn gürbüz br performansa sahp olduğu ve toplam değşm yöntemne göre başarımının daha yüksek olduğu smülasyonlar kullanılarak gösterlmştr. Gelecekte yapılacak çalışmalarda küresel optmum sonuçlar üreten Dnamk Programlama, PSO optmzasyonu yerne uygulanacak ve ortaya çıkacak yen teknğn hızlandırılması çn çalışmalar yürütülecektr. Ayrıca, polnom dereceler ve geçş sınırı sayısının blnmedğ durum çn mevcut algortma genelleştrlecektr. KAYNAKLAR

Mühendslk Blmler Dergs Clt : 12 Sayı : 3 Sayfa No: 125 Bratton D., Kennedy J. (2007): Defnng a Standard for Partcle Swarm Optmzaton, Honolulu Hawa USA, Proceedngs of the 2007 IEEE Swarm Intellgence Symposum (SIS 2007). Clerc M., Kennedy J. (2002): The Partcle Swarm Exploson, Stablty, and Convergence n a Multdmensonal Complex Space, IEEE Transactons on Evolutonary Computaton, Clt 6, s. 58-73. Ddas S. (2004): Hgher Order Varatonal Methods for Nose Removal n Sgnals and Images, Saarbrücken, Saarland Unverstes. Heath T. M. (1997): Scentfc Computng, New York, McGraw Hll. Özertem U., Erdoğmuş D., Arıkan O. (2008): Pecewse Smooth Sgnal Denosng va Prncpal Curve Projectons, IEEE Workshop on Machne Learnng for Sgnal Processng, s. 426-431. Pollak I., Wllsky A. S. (2005): Nonlnear Evoluton Equatons as Fast and Exact Solvers of Estmaton Problems, IEEE Transactons on Image Processng, Clt 53, s. 484-498. Rudn L. I., Osher S., Fatem E. (1992): Nonlnear Total Varaton based Nose Removal Algorthms, Physca D., Clt 60, s. 259-268. Savtzky A., Golay M. J. E. (1994): Smoothng and Dfferentaton of Data by Smplfed Least Squares Procedures, Analytc Chemstry, Clt 36, s. 1627-1639. Spokony V. G. (1998): Estmaton of a Functon wth Dscontnutes va Polynomal Ft wth an Adaptve Wndow Choce, The Annals of Statstcs.