Neuro-Car - Benutzerdokumentation

Benutzerdokumentation

Ausführen des Programms (unter Windows bzw. Linux)

Laden Sie sich das Programm hier herunter.
Benutzen Sie WinZip, um das Programm zu entpacken.
Beachten Sie auch, dass Sie in der Download-Webseite erwähnte Runtime Umgebung von Sun installiert haben.
Nach dem Entpacken finden Sie eine exe-Datei, mit der Sie das Programm leichter starten können.

Falls es Probleme gibt, diese exe-Datei auszuführen, können Sie auch mit folgendem Befehl das Programm starten.
java -jar neurocar.jar

Allgemeine Informationen zum Programm

Anwendungsfluss

Anwendung des Pacecar-Netzes

Laden Sie im Menü unter "Pace Car Net"→Load Net... die pacecarnet.xml Datei. - Diese Datei enthält vorgefertigte Informationen für ein funktionierendes Abstandfahrverhalten.
Schalten Sie im Menü unter "Simulation"→"Use Pace Car Net" (Taste 1) das Pacecar-Netz zur Anwendung hinzu.
Starten Sie im Menü "Simulation"→"Start" die Simulation (Taste Bild-Auf)
Hinweis: Betätigen Sie die Taste Bild-Ab, um die Simulation zu beenden, dabei werden auch alle Autos auf der Autobahn neu platziert und geben ggf. eine andere Testkonstellation.
Hinweis: Simultan können Sie das SpeedLane-Netz anwenden.

Erzeugen eines Musters

Falls Ihre Simulation noch läuft, beenden Sie diese (Taste Bild-Ab).
Falls die Netze noch aktiviert sind, empfehlen wir Ihnen, diese Netze für das Erzeugen von neuen Mustern zu deaktivieren (Taste 1 und Taste 2). Sehen Sie sich dazu die Kontrollboxen im Menü "Simulation" an.
Starten Sie die Simulation (Menü: "Simulation"→"Start").
Starten Sie das Erzeugen eines neuen Musters, indem Sie im Menü "Pace Car Net"→"Generate New Pattern" (Taste F3) auswählen.
Mit den Pfeiltasten können Sie die Geschwindigkeit, bzw. die Fahrbahnspur, je nach Netz, des Neuro-Autos ändern.
Hinweis: Bei Erzeugung eines SpeedLane-Musters wird automatisch nach Betätigen einer beliebigen Pfeiltaste die Musterdatei erweitert. Um dem Netz die Entscheidung zu ermöglichen, wann es nicht überholen soll, sollten Sie in diesen Situationen die Pfeiltaste nach oben (beschleunigen) oder nach unten (bremsen) drücken. Dies erzeugt ein Muster mit dem Zieloutput "nicht überholen".
Nach gegebener Zeit können Sie im Menü "Pace Car Net"→"Stop Generating Pattern" beenden.
Sie können jetzt die Simulation anhalten (Taste Bild-Ab). Dies beendet das Aufzeichnen des Muster.
Speichern Sie das neue Muster in einer Datei ab. Wählen Sie hierfür "Pace Car net"→"Save Generated Pattern...".
Hinweis: Es empfiehlt sich die Musterdatei zu editieren, um das spätere Training besser beeinflussen zu können. Lesen Sie dazu mehr im Abschnitt Musterdateien.

Trainieren eines Musters

Laden sie dazu ein Musterdatei für das ausgewählte Netz z.B.: "Pace Car Net"→"Load Pattern..."
Sie können die Anzahl der Trainingsschritte im "Properties" Dialog ändern, indem Sie für das jeweilige Netz "Properties" wählen.
Das Training leiten Sie mit "Train Pattern" im jeweiligen Netz ein.
Hinweis: Während des Trainings wird Ihnen die Eingabe auf das Programm entzogen, so dass Sie das Trainingsende abwarten müssen.
Jetzt können Sie nach Punkt "Anwendung des Netzes" siehe oben, fortfahren.

Grafische Elemente

	Neuro-Auto (neuro car) Das Neuro-Auto kann mit den Pfeiltasten gesteuert werden. Und hat eine Maximalgeschwindigkeit von 30 m/s.
	Pace-Car (pace car) Pace Cars engl. Geschwindigkeitsmacher werden z.B. auch im Pferdesport verwendet. Das Pace Car mit der ID 0 kann mit den Tasten W,A,S,D und das Pace Car mit der ID 1 kann mit den Tasten F,G,H,T gesteuert werden.
	Autobahn (highway) Der Highway - Autobahn stellt den Hintergrund des Programms dar und verbessert das visuelle Simulationsverhalten. Demnach wird der Hintergrund bewegt.
	Tachometer Der Tachometer unterstützt dahingehend, dass man leichter erkennen kann, wann Geschwindigkeitsunterschiede für das Neuro-Auto stattfinden.
	Neuro-Auto Nachbarschaft Hier werden Ihnen genaue Informationen darüber gegeben, welche Autos das Neuro-Auto als Nachbar sieht. Diese Informationen stellen die Eingabe für die neuronalen Netze dar.
	Meta Information Die Ihnen hier gegebenen Informationen sollen Aufschluß über den Zustand jedes einzelnen Autos geben. Sie bekommen Informationen über die Autonummer, die Geschwindigkeit, den relativen Abstand zum Neuro-Auto und die Fahrbahnseite jedes Autos.

Neuronale Netze

Nach dem Laden des Programms wird jeweils ein Pacecar-Netz sowie ein SpeedLane-Netz erzeugt und mit zufälligen Werten initiiert. Wird das Pacecar-Netz durch Verwendung des Menüs hinzugeschaltet, verwenden alle Autos das gleiche Netz. Dies gilt jedoch nicht für das SpeedLane-Netz. D.h. Wird das SpeedLane-Netz zugeschaltet, wird nur das Netz für das Neuroauto verwendet.

Musterdateien

Je nach Art und Anzahl der Eingabe- und Ausgabeneuronen der einzelnen Netze gibt es unterschiedliche Musterdateien. Ein einzelnes Muster für ein Netz liegt jeweils als ein Zeile in einer Textdatei vor.

Pacecar Musterdatei (11 Muster)
```
6 7 12 0.0
6 7 13 0.0
6 8 13 0.0
6 8 14 0.0
6 9 15 0.0
6 9 16 0.0
6 9 17 0.0
6 10 18 1.0
6 10 20 1.0
6 10 21 1.0
6 11 23 1.0
```
Spalte 1 Eigengeschwindigkeit (EG)

Spalte 2 Geschwindigkeit des Pace Cars (GP)

Spalte 3 Abstand zum Pace Car (AP)

Spalte 4 Beschleunigung (A)

SpeedLane Musterdatei (13 Muster)

20 0 0 22 0 0 0 11 0 0 0
19 0 0 36 0 0 0 10 0 0 0
18 0 0 45 0 0 0 9 0 0 0
17 0 0 61 0 0 0 7 0 0 0
16 0 0 71 0 0 0 6 0 0 0
15 0 0 87 0 0 0 4 0 0 0
14 0 0 109 0 0 0 2 0 0 0
0 17 17 5 23 1 0 2 4 0 0
1 17 17 4 21 1 0 2 4 0 0
2 16 16 4 19 1 0 2 4 0 0
3 31 31 7 115 6 2 3 6 0 0
4 37 37 10 2 7 0 3 2 0 0
3 47 47 10 4 7 0 3 2 0 0

Spalte 1	Eigengeschwindigkeit (EG)
Spalte 2	Abstand zum Vorgänger der eigenen Spur (AVE)
Spalte 3	Abstand zum Vorgänger der Gegenspur (AVG)
Spalte 4	Abstand zum Nachfolger der eigenen Spur (ANE)
Spalte 5	Abstand zum Nachfolger der Gegenspur (ANG)
Spalte 6	Geschwindigkeit des Vorgängers der eigenen Spur (GVE)
Spalte 7	Geschwindigkeit des Vorgängers der Gegenspur (GVG)
Spalte 8	Geschwindigkeit des Nachfolgers der eigenen Spur (GNE)
Spalte 9	Geschwindigkeit des Nachfolgers der Gegenspur (GNG)
Spalte 10	eigene Spur (S)
Spalte 11	Spurwechsel (W)

Weitere Informationen über die Verwendung der Musterdateien können Sie in der Neuro-Seite finden.

Menü

Das Menü befindet sich am oberen Rand des Programmfensters. Dort haben sie folgende Möglichkeiten das Programm zu steuern:

Pace Car Net	Zur Berechnung der Beschleunigung des Neuro-Car
Load Net...	Laden eines vorhandenen Pacecar-Netzes.
Save Net...	Speichern eines Pacecar-Netzes, das durch Training geändert wurde.
Properties	Öffnet einen Dialog zum Ändern der Trainingseigenschaften des Pacecar-Netzes.

Load Pattern...	Laden eines vorhandenen Musters für das Training eines Pacecar-Netzes.
Train Pattern...	Durchführen eines Trainings, dessen Eigenschaften (Erlaubter Fehler, Lernrate, Momentumfaktor, Trainingsschritte) für ein Training angewendet werden.
Error Graph	Zeigt einen Fehlergraphen nach einem durchgeführten Training an.

Generate New Pattern [F3]	Erzeugt ein neues Muster für das Pacecar-Netz.
Stop Generating Pattern [Alt-F3]	Hält das Erzeugen des neuen Muster für das Pacecar-Netzes an.
Save Generated Pattern...	Speichert das neu vorhandene Pacecar-Netz Muster ab.

Speed Lane Net	Zur Berechnung der Einleitung eines Spurwechsels (Überholen) des Neuro-Car
Load Net...	Laden eines vorhandenen SpeedLane-Netzes.
Save Net...	Speichern eines SpeedLane-Netzes, dass durch Trainging geändert wurde.
Properties	Öffnet einen Dialog zum Ändern der Trainingseigenschaften des SpeedLane-Netzes.

Load Pattern...	Laden eines vorhandenen Muster für das Training eines SpeedLane-Netzes.
Train Pattern...	Durchführen eines Trainings, dessen Eigenschaften (Erlaubter Fehler, Lernrate, Momentumfaktor, Trainingsschritte) für einen Training angewendet werden.
Error Graph	Zeigt einen Fehlergraphen nach einem durchgeführten Training an.

Generate New Pattern [F4]	Erzeugt ein neues Muster für das SpeedLane-Netz.
Stop Generating Pattern [Alt-F4]	Hält das Erzeugen des neuen Muster für das SpeedLane-Netzes an.
Save Generated Pattern...	Speichert das neu vorhandene SpeedLane-Netz Muster ab.

Simulation	Starten, Beenden und Zu-, Abschalten von Netzen und Anzeige von Meta Informationen
Start [Bild Auf]	Beginn der Simulation. Alle Autos (grün) beginnen mit einer Zufallsbeschleunigung und einer Zufallsgeschwindigkeit, die sich während der Simulation ändert, zu fahren.
Stop [Bild Ab]	Die Simulation wird unterbrochen und alle Autos (grün) werden zufällig neu positioniert.

Use Pace Car Net [1]	Das Pacecar-Netz übernimmt die Beschleunigungssteuerung des Neuro-Autos (blau) sowie der Pace-Cars (grün).
Use Speed Lane Net [2]	Das SpeedLane-Netz übernimmt die Steuerung für die Spurwechsel des Neuro-Autos (blau).

Display Meta Information [3]	Zeigt Geschwindigkeiten und Abstände der einzelnen Autos an. Im blauen Rahmen werden Vorgänger- und Nachfolgerfahrzeuge des Neuro-Autos (blau) detailliert angezeigt.

?	Anzeigen von zusätzlichen Programminformationen.
About	Öffnet ein Fenster, welches Informationen über die Version und die Autoren des Programms gibt.

Dialoge

Fehler Graph

Dieser Graph stellt Ihnen eine visualisierte Form des Fehlers eines Netzes in Bezug auf die Lernschritte dar.

Legende
Ordinate	Fehler des Netzes
Abszisse	Anzahl der Lernschritte

rote Zahl	Erreichter Fehler nach n Trainingsschritten
blaue Gerade	tollerierter Fehler, wenn dieser Fehler unterschritten wird (Standard: 0.01), dann wird das Training beendet. Achten Sie auch darauf, dass das Traing eine maximale Anzahl von Trainingsschritten eingrenzt (Standard: 1000 Schritte).

Fehlergraph

Abbildung 1: Fehlergraph

Properties

Dieser Dialog gibt Ihnen die Möglichkeit, einfache Änderungen bzw. Eigenschaften eines jeweiligen Netzes zu ändern. Sie können diesen Dialog im Menü für das Pacecar-Netz unter "pace car net" und für das SpeedLane-Netz unter "speed lane net" aufrufen.

Feldbeschreibung
name	Name des Netzes, der zur Identifikation verwendet wird, wenn das Netz in eine XML-Datei abgespeichert wird.
discription	Hier können Sie eine Beschreibung für das Netz hinterlegen.
tolerated error	Tolerierter Fehler. Geben Sie an, bei welcher Fehlerunterschreitung das im Training aufhören soll.
learning rate	Lernrate. Stellen Sie hier die Lernrate für das jeweilige Netz ein.
momentum	Momentumfaktor. Geben Sie ein signifikant größeres Momentum, als die Lernrate ist, an.

Eigenschaften Dialog

Abbildung 2: Eigenschaften Dialog

About

Dieser Dialog gibt Ihnen Informationen über die Programmversion und die Autoren.

Info Dialog

Abbildung 3: Info Dialog

HOME - Neuronales Netz - Benutzerdokumentation - Download