منطق فازی - وبلاگ چت روم کامپیوتر و شبکه در سایت الفور

ای مردم! بدانید که کمال دین جستجوی دانش و عمل به آن است . [امام علی علیه السلام]

امروز: شنبه 103 اردیبهشت 8

منطق فازی

مفهوم منطق فازی (Fuzzy logic) اولین بار در پی تنظیم نظریه مجموعه‌های فازی به وسیله پروفسور لطفی زاده (1965 م) در صحنه محاسبات نو ظاهر شد.

مقدمه

دانش مورد نیاز برای بسیاری از مسائل مورد مطالعه به دو صورت متمایز ظاهر می‌شود:

1. دانش عینی مثل مدل‌ها، و معادلات، و فورمول‌های ریاضی که از پیش تنظیم شده و برای حل و فصل مسائل معمولی فیزیک، شیمی، یا مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. دانش شخصی مثل دانستنی‌هایی که تا حدودی قابل توصیف و بیان زبان‌شناختی بوده، ولی، امکان کمی کردن آن‌ها با کمک ریاضیات سنتی معمولاً وجود ندارد.

از آن جا که در عمل هر دو نوع دانش مورد نیاز است منطق فازی می‌کوشد آن‌ها را به صورتی منظم، منطقی، و ریاضیاتی بایکدیگر هماهنگ گرداند.

ملاحظات آغازین

منطق فازی از جمله منطق‌های چندارزشی بوده، و بر نظریه مجموعه‌های فازی تکیه می‌کند. مجموعه‌های فازی خود از تعمیم و گسترش مجموعه‌های قطعی به صورتی طبیعی حاصل می‌آیند.

مجموعه‌های قطعی

مجموعه‌های قطعی (Crisp sets) در واقع همان مجموعه‌های عادی و معمولی هستند که در ابتدای نظریه کلاسیک مجموعه‌ها معرفی می‌شوند. افزودن صفت قطعی به واقع وجه تمایزی را ایجاد می‌نماید که به کمک آن می‌شود یکی از مفاهیم ابتکاری و حیاتی در منطق فازی موسوم به تابع عضویت را به آسانی در ذهن به وجود آورد.

در حالت مجموعه‌های قطعی، تابع عضویت فقط دو مقدار در برد خود دارد:

آری و خیر (یک و صفر) که همان دو مقدار ممکن در منطق دوارزشی کلاسیک هستند. بنابراین:

$\mathbf{\mu}_A(x) = \left\{\begin{matrix} 1 &\mbox{if}\ x \in A, \\ 0 &\mbox{if}\ x \notin A. \end{matrix}\right.$

که در اینجا $\mathbf{\mu}_A(x)$ تابع عضویت عنصر x در مجموعه قطعی A است.

مجموعه‌های فازی

برد تابع عضویت از {0,1} در مورد مجموعه‌های قطعی به بازه بسته [0,1] برای مجموعه‌های فازی تبدیل می‌شود.

متغیرهای زبانی

متغیرهای زبانی به متغیرهایی گفته می‌شود که مقادیر مورد قبول برای آن‌ها به جای اعداد، کلمات و جملات زبانهای انسانی یا ماشینی هستند. همچنین که در محاسبات ریاضی از متغیرهای عددی استفاده می‌گردد در منطق فازی نیز از متغیرهای زبانی (گفتاری یا غیر عددی) استفاده میگردد متغیرهای زبانی بر اساس ارزشهای زبانی (گفتاری) که در مجموعه عبارت(کلمات /اصطلاحات) قرار دارند بیان می‌شود:عبارت زبانی(گفتاری Linguistic terms) صفاتی برای متغیرهای زبانی هستند. به عنوان مثال متغیر زبانی «سن» بسته به تقسیمات مورد نظرشخصی وشرایط می‌تواند مجموعه عبارت از قبیل «نوجوان»، «جوان»، «میان سال»، «سالمند» باشد: مجموعه عبارات (اصطلاحات)فازی (سن) = { «جوان»، «نه جوان»، «نه چندان جوان»، «خیلی جوان»، ...، «میان سال»، «نه چندان میان سال»، ...، «پیر»، «نه پیر»، «خیلی پیر»، «کم و بیش پیر»، ...، «نه خیلی جوان و نه خیلی پیر»، «نه جوان و نه پیر»... }

یا مثال دیگر، فشار(خون) را می‌شود متغیری زبانی در نظر گرفت، که ارزش‌های (خصوصیت‌های)از قبیل پایین، بالا، ضعیف، متوسط، و قوی را می‌تواند در خود جای دهد. به زبان ریاضی داریم (T = Terms):

{پایین، بالا، ضعیف، متوسط، قوی} = (فشار)T

توابع عضویت

عدم قطعیت

صفت عدم قطعیت، به صور گوناگون، در همه زمینه‌ها و پدیده‌ها صرف نظر از روش شناسی مورد کاربرد جهت مطالعه، طراحی، و کنترل پدیدار می‌شود.

انگیزه‌ها و اهداف

برای مقابله مؤثر با پیچیدگی روزافزون در بررسی، مطالعه، مدل‌سازی، و حل مسائل جدید در فیزیک، مهندسی، پزشکی، زیست شناسی، و بسیاری از امور گوناگون دیگر ایجاد و ابداع روشهای محاسباتی جدیدی مورد نیاز شده‌است که بیشتر از پیش به شیوه‌های تفکر و تعلم خود انسان نزدیک باشد. هدف اصلی آنست که تا حد امکان، رایانه‌ها بتوانند مسائل و مشکلات بسیار پیچیده علمی را با همان سهولت و شیوایی بررسی و حل و فصل کنند که ذهن انسان قادر به ادراک و اخذ تصمیمات سریع و مناسب است.

در جهان واقعیات، بسیاری از مفاهیم را آدمی به صورت فازی (fuzzy به معنای غیر دقیق، ناواضح، و مبهم) درک می‌کند و به کار می‌بندد. به عنوان نمونه، هر چند کلمات و مفاهیمی همچون گرم، سرد، بلند، کوتاه، پیر، جوان، و نظائر اینها به عدد خاص و دقیقی اشاره ندارند، ذهن انسان با سرعت و با انعطاف پذیری شگفت‌آوری همه را می‌فهمد و در تصمیمات و نتیجه گیریهای خود به حساب می‌گیرد. این، در حالی ست که ماشین فقط اعداد را میفهمد و اهل دقّت است. اهداف شیوه‌های نو در علوم کامپیوتر آن است که اولا رمز و راز اینگونه تواناییها را از انسان بیاموزد و سپس آنها را تا حد امکان به ماشین یاد بدهد.

قوانین علمی گذشته در فیزیک و مکانیک نیوتونی همه بر اساس منطق قدیم استوار گردیده‌اند. در منطق قدیم فقط دو حالت داریم: سفید و سیاه، آری و خیر، روشن و تاریک، یک و صفر، و درست و غلط. متغیرها در طبیعت یا در محاسبات بر دو نوعند: ارزش‌های کمی که می‌توان با یک عدد معین بیان نمود و ارزش‌های کیفی که براساس یک ویژگی بیان می‌شود. این دو ارزش قابل تبدیلند:

مثلا در مورد قد افراد با ارزش عددی (سانتی‌متر)اندازه‌گیری شود و افراد را به دسته‌های قدکوتاه و قدبلند تقسیم‌بندی کنیم و حد آستانه 180 سانتی‌متر برای قد بلندی مدنظر باشد. تمامی افراد زیر 180 سانتی متر براساس منطق قدیم قدکوتاهند حتی اگر قد فرد 179 سانتی‌متر باشد. ولی در مجموعه فازی هر یک از این صفات براساس تابع عضویت تعریف و بین صفر تا یک ارزشگذاری می‌شود. از آن جا که ذهن ما با منطق دیگری کارهایش را انجام می‌دهد و تصمیماتش را اتّخاذ می‌کند، جهت شروع، ایجاد و ابداع منطق‌های تازه و چندارزشی مورد نیاز است که منطق فازی یکی از آن‌ها می‌باشد.

تفاوت نظریه فازی و نظریه احتمالات: