用于求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的方法，尤其在使用帶有 硬件單元的控制組件（Steuerbaustein)的情況下，該硬件單元構(gòu)造用于硬接線地 (hartverdrahtet)計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了在控制設(shè)備、尤其在用于內(nèi)燃機(jī)的馬達(dá)控制設(shè)備中執(zhí)行函數(shù)模型，可以設(shè)置 基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型?；跀?shù)據(jù)的函數(shù)模型也稱作無(wú)參數(shù)的模型并且可以在沒有特殊規(guī)定 的情況下從訓(xùn)練數(shù)據(jù)、也就是訓(xùn)練數(shù)據(jù)點(diǎn)的量中建立。
[0003] 由現(xiàn)有技術(shù)公開了控制組件，其具有主運(yùn)算單元和單獨(dú)的模型計(jì)算單元用來計(jì)算 控制設(shè)備中基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型。文件DE 10 2010 028 259 Al例如公開了帶有作為模型 計(jì)算單元的額外邏輯電路的控制設(shè)備，該模型計(jì)算單元構(gòu)造用于計(jì)算指數(shù)函數(shù)，從而支持 貝葉斯回歸方法的實(shí)施，所述貝葉斯回歸方法尤其需要用于計(jì)算高斯過程模型。
[0004] 模型計(jì)算單元總體設(shè)計(jì)用于實(shí)施基于參數(shù)和控制點(diǎn)（StUtzstelle)或者說訓(xùn)練 數(shù)據(jù)為計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的數(shù)學(xué)過程。尤其純粹以硬件實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算單元的用于有 效計(jì)算指數(shù)函數(shù)以及和函數(shù)（Summenfunktion)的功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)以比軟件控制的主 運(yùn)算單元中更高的運(yùn)算速度來運(yùn)算高斯過程模型。
[0005] 在控制設(shè)備、尤其用于內(nèi)燃機(jī)的控制設(shè)備中基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值的計(jì)算 足夠用于許多應(yīng)用情況。然而公開了需要基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的應(yīng)用情況，尤其用 于以此計(jì)算逆轉(zhuǎn)（inverse)的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明提出了根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度、 尤其高斯過程模型的梯度的方法以及根據(jù)并列權(quán)利要求所述的裝置。
[0007] 其它設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中得到說明。
[0008] 根據(jù)第一方面提出了用于計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度、尤其高斯過程模型的 梯度的方法。模型計(jì)算單元構(gòu)造用于基于硬件以兩個(gè)嵌套的循環(huán)操作來計(jì)算具有指數(shù)函 數(shù)、和函數(shù)以及乘法函數(shù)的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值，其中使用模型計(jì)算單元用于為 預(yù)先給出的輸入?yún)⒘康乃Ｍ闹涤?jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度。
[0009] 上述方法的構(gòu)思在于，實(shí)施基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的計(jì)算，其中基本上應(yīng)該 使用存在的以硬件執(zhí)行的算法用于計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值。這實(shí)現(xiàn)了在基 于硬件的模型計(jì)算單元中實(shí)施基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的計(jì)算，在該模型計(jì)算單元中 基本上固定地也就是在硬件方面接線地執(zhí)行用于計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的算法。通 過簡(jiǎn)化地計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度，尤其可以借助于牛頓迭代法計(jì)算反向模型 (RtickwSrtsmode11)，其中針對(duì)關(guān)于確定的輸入維度所給出的目標(biāo)值可以局部地進(jìn) 行數(shù)值反演（Invertierung)。
[0010] 此外可以提出，通過控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、超參數(shù)以及參數(shù)矢量定義了基于數(shù)據(jù)的函 數(shù)模型，其中參數(shù)矢量包含一定數(shù)量的元素，所述元素的數(shù)量相應(yīng)于控制點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn) (Stutzstellendatenpunkt)的數(shù)量，其中為了計(jì)算用于預(yù)先給出的輸入?yún)⒘康乃Ｍ闹?的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度而修改基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型，其方式是用取決于控制點(diǎn)數(shù)據(jù) 點(diǎn)的權(quán)重矢量加載參數(shù)矢量。
[0011] 根據(jù)另一實(shí)施方式，基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度作為用于預(yù)先給出的輸入?yún)⒘康?所希望的值的修改的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值可在模型計(jì)算單元中進(jìn)行計(jì)算并且加 上偏移值。
[0012] 此外在將控制點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，可以將修改的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值與 偏移值之和的結(jié)果與基于關(guān)于輸出數(shù)據(jù)的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的因子相乘，從而得到基 于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度。
[0013] 在修改的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的計(jì)算期間可以重復(fù)地用取決于控制點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的 權(quán)重矢量加載參數(shù)矢量。
[0014] 根據(jù)一種實(shí)施方式，基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型可以通過控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、超參數(shù)以及參數(shù) 矢量定義，其中參數(shù)矢量包含一定數(shù)量的元素，所述元素的數(shù)量相應(yīng)于控制點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù) 量，其中為了關(guān)于預(yù)先給出的輸入?yún)⒘坑?jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度而修改所述基于數(shù) 據(jù)的函數(shù)模型，其方式是針對(duì)預(yù)先給出的輸入?yún)⒘康乃Ｍ闹翟谀Ｐ陀?jì)算單元中計(jì)算基 于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值，將結(jié)果與預(yù)先給出的輸入?yún)⒘康乃Ｍ闹迪喑瞬⑶译S后在 模型計(jì)算單元中用變化的參數(shù)矢量重新對(duì)基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型實(shí)施計(jì)算。
[0015] 根據(jù)另一方面提出一種用于在具有主運(yùn)算單元和模型計(jì)算單元的控制組件中實(shí) 施基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的牛頓迭代法的方法，其中該模型計(jì)算單元構(gòu)造用于在兩個(gè)循環(huán) 操作中基于硬件地計(jì)算具有指數(shù)函數(shù)、和函數(shù)以及乘法函數(shù)的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù) 值，其中根據(jù)上述方法求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度并且借助于模型計(jì)算單元計(jì)算基于 數(shù)據(jù)的函數(shù)模型。
[0016] 此外在模型計(jì)算單元的第一運(yùn)算核心中可以計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度，并 且在模型計(jì)算單元的第二運(yùn)算核心中可以計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值。
[0017] 根據(jù)另一方面提出了一種裝置，尤其是具有主運(yùn)算單元和模型計(jì)算單元的控制組 件，其中模型計(jì)算單元構(gòu)造用于在兩個(gè)循環(huán)操作中基于硬件地計(jì)算具有指數(shù)函數(shù)、和函數(shù) 以及乘法函數(shù)的基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的函數(shù)值，其中該裝置構(gòu)造用于實(shí)施上述方法。
【附圖說明】
[0018] 下面根據(jù)附圖更詳細(xì)地解釋實(shí)施方式。在附圖中：
[0019] 圖1示出了具有主運(yùn)算單元和單獨(dú)的模型計(jì)算單元的集成的控制組件的示意圖；
[0020] 圖2示出了用于圖解說明求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的方法的流程圖；
[0021] 圖3示出了用于圖解說明求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的替代方法的流程圖； 以及
[0022] 圖4示出了用于圖解說明求得基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的梯度的替代方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 圖1示出了用于集成的控制組件1、例如微控制器形式的硬件結(jié)構(gòu)的示意圖，在該 控制組件中以集成的方式設(shè)置了主運(yùn)算單元2以及單獨(dú)的用于純粹基于硬件計(jì)算基于數(shù) 據(jù)的函數(shù)模型的模型計(jì)算單元3。所述主運(yùn)算單元2以及模型計(jì)算單元3經(jīng)由內(nèi)部的通信 連接4、例如系統(tǒng)總線相互處于通信連接之中。
[0024] 原則上所述模型計(jì)算單元3基本上硬接線地并且與此相應(yīng)地未構(gòu)造成如主運(yùn)算 單元2 -般實(shí)施軟件代碼。用于計(jì)算基于數(shù)據(jù)的函數(shù)模型的模型計(jì)算單元3提供受限制的 高度專門化的指令組的解決方案可以是替代的。所述模型計(jì)算單元3設(shè)計(jì)成專門的僅僅用 于計(jì)算預(yù)先確定的運(yùn)算過程的運(yùn)算單元。這能夠資源最佳（ressourcenoptimiert)地實(shí)現(xiàn) 這種模型計(jì)算單元3或者說以集成的構(gòu)造方式實(shí)現(xiàn)面積最佳（f ISchenoptimiert)的