Εκμάθηση Fuzzy Logic: Τι είναι, Architecture, Εφαρμογή, Παράδειγμα
Έβελιν Κλαρκ
Τι είναι η Ασαφής Λογική;
Ασαφής λογική ορίζεται ως μια λογική μορφή πολλών τιμών η οποία μπορεί να έχει τιμές αλήθειας μεταβλητών σε οποιονδήποτε πραγματικό αριθμό μεταξύ 0 και 1. Είναι η έννοια της λαβής της μερικής αλήθειας. Στην πραγματική ζωή, μπορεί να συναντήσουμε μια κατάσταση όπου δεν μπορούμε να αποφασίσουμε αν η δήλωση είναι αληθινή ή ψευδής. Εκείνη την εποχή, η ασαφής λογική προσφέρει πολύτιμη ευελιξία για συλλογισμό.
Ο αλγόριθμος ασαφούς λογικής βοηθά στην επίλυση ενός προβλήματος αφού ληφθούν υπόψη όλα τα διαθέσιμα δεδομένα. Τότε παίρνει την καλύτερη δυνατή απόφαση για τη δεδομένη είσοδο. Η μέθοδος FL μιμείται τον τρόπο λήψης αποφάσεων σε έναν άνθρωπο που εξετάζει όλες τις πιθανότητες μεταξύ των ψηφιακών τιμών T και F.
Ιστορία των Συστημάτων Ασαφής Λογικής
Ωστόσο, η έννοια της ασαφούς λογικής είχε μελετηθεί από τη δεκαετία του 1920. Ο όρος ασαφής λογική χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1965 από τον Lotfi Zadeh, καθηγητή του UC Berkeley στην Καλιφόρνια. Παρατήρησε ότι η συμβατική λογική υπολογιστών δεν ήταν ικανή να χειριστεί δεδομένα που αντιπροσωπεύουν υποκειμενικές ή ασαφείς ανθρώπινες ιδέες.
Ο ασαφής αλγόριθμος έχει εφαρμοστεί σε διάφορα πεδία, από τη θεωρία ελέγχου έως την τεχνητή νοημοσύνη. Σχεδιάστηκε για να επιτρέπει στον υπολογιστή να προσδιορίζει τις διακρίσεις μεταξύ των δεδομένων που δεν είναι ούτε αληθή ούτε ψευδή. Κάτι παρόμοιο με τη διαδικασία του ανθρώπινου συλλογισμού. Όπως Λίγο σκοτάδι, Λίγη φωτεινότητα κ.λπ.
Χαρακτηριστικά της Ασαφής Λογικής
Ακολουθούν ορισμένα σημαντικά χαρακτηριστικά της ασαφούς λογικής:
- Ευέλικτο και εύκολο στην εφαρμογή μάθηση μηχανής τεχνική
- Σας βοηθά να μιμηθείτε τη λογική της ανθρώπινης σκέψης
- Η λογική μπορεί να έχει δύο τιμές που αντιπροσωπεύουν δύο πιθανές λύσεις
- Εξαιρετικά κατάλληλη μέθοδος για αβέβαιο ή κατά προσέγγιση συλλογισμό
- Η ασαφής λογική βλέπει το συμπέρασμα ως μια διαδικασία διάδοσης ελαστικών περιορισμών
- Η ασαφής λογική σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε μη γραμμικές συναρτήσεις αυθαίρετης πολυπλοκότητας.
- Η ασαφής λογική πρέπει να χτιστεί με την πλήρη καθοδήγηση ειδικών
Πότε δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε ασαφή λογική
Ωστόσο, η ασαφής λογική δεν είναι ποτέ θεραπεία για όλους. Επομένως, είναι εξίσου σημαντικό να κατανοήσουμε ότι δεν πρέπει να χρησιμοποιούμε ασαφή λογική.
Ακολουθούν ορισμένες περιπτώσεις κατά τις οποίες καλύτερα να μην χρησιμοποιείτε το Fuzzy Logic:
- Εάν δεν σας βολεύει να αντιστοιχίσετε έναν χώρο εισόδου σε έναν χώρο εξόδου
- Η ασαφής λογική δεν πρέπει να χρησιμοποιείται όταν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την κοινή λογική
- Πολλοί ελεγκτές μπορούν να κάνουν καλή δουλειά χωρίς τη χρήση ασαφούς λογικής
Ασαφής λογική Archiδομή
Η αρχιτεκτονική Fuzzy Logic έχει τέσσερα κύρια μέρη όπως φαίνεται στο διάγραμμα:
Βάση κανόνων
Περιλαμβάνει όλους τους κανόνες και τις προϋποθέσεις εάν-τότε που προσφέρουν οι ειδικοί για τον έλεγχο του συστήματος λήψης αποφάσεων. Η πρόσφατη ενημέρωση της ασαφούς θεωρίας παρέχει διάφορες μεθόδους για το σχεδιασμό και τον συντονισμό των ασαφών ελεγκτών. Αυτές οι ενημερώσεις μειώνουν σημαντικά τον αριθμό του ασαφούς συνόλου κανόνων.
Συγκολλήσεις
Το βήμα ασαφοποίησης βοηθά στη μετατροπή εισόδων. Σας επιτρέπει να μετατρέπετε ευκρινείς αριθμούς σε ασαφή σύνολα. Ευκρινείς είσοδοι μετρήθηκαν με αισθητήρες και περνούν στο σύστημα ελέγχου για περαιτέρω επεξεργασία. Όπως θερμοκρασία δωματίου, πίεση κ.λπ.
Κινητήρας συμπερασμάτων
Σας βοηθά να προσδιορίσετε τον βαθμό αντιστοιχίας μεταξύ ασαφούς εισαγωγής και κανόνων. Με βάση την αντιστοίχιση %, καθορίζει ποιοι κανόνες πρέπει να εφαρμοστούν σύμφωνα με το δεδομένο πεδίο εισαγωγής. Μετά από αυτό, οι εφαρμοζόμενοι κανόνες συνδυάζονται για την ανάπτυξη των ενεργειών ελέγχου.
Αδιαφορία
Επιτέλους, εκτελείται η διαδικασία Defuzzification για τη μετατροπή των ασαφών συνόλων σε μια ευκρινή τιμή. Υπάρχουν πολλοί τύποι διαθέσιμων τεχνικών, επομένως πρέπει να επιλέξετε αυτή που ταιριάζει καλύτερα όταν χρησιμοποιείται με ένα έμπειρο σύστημα.
Ασαφής Λογική εναντίον Πιθανοτήτων
| Ασαφής λογική | Πιθανότητα |
|---|---|
| Fuzzy: Ο βαθμός συμμετοχής του Tom στο σύνολο των ηλικιωμένων είναι 0.90. | Πιθανότητα: Υπάρχει 90% πιθανότητα ο Τομ να είναι μεγάλος. |
| Η ασαφής λογική παίρνει βαθμούς αλήθειας ως μαθηματική βάση στο μοντέλο του φαινομένου της ασάφειας. | Η πιθανότητα είναι ένα μαθηματικό μοντέλο άγνοιας. |
Crisp εναντίον Fuzzy
| τραγανός | Ασαφής |
|---|---|
| Έχει αυστηρά όρια T ή F | Ασαφές όριο με βαθμό συμμετοχής |
| Ορισμένοι καθορισμένοι χρόνοι μπορεί να είναι ασαφείς | Δεν μπορεί να είναι τραγανό |
| Σωστό/Λάθος {0,1} | Τιμές συνδρομής στις [0,1] |
| Στην Crisp λογική, ο νόμος του Excluded Middle and Non- Contradiction μπορεί να ισχύει ή να μην ισχύει | Στον νόμο της ασαφούς λογικής του Excluded Middle and Non- Contradiction ισχύει |
Κλασικό Σύνολο εναντίον Θεωρίας Ασαφών Συνόλων
| Κλασικό Σετ | Ασαφής Θεωρία Συνόλων |
|---|---|
| Κατηγορίες αντικειμένων με αιχμηρά όρια. | Οι κατηγορίες αντικειμένων δεν έχουν αιχμηρά όρια. |
| Ένα κλασικό σύνολο ορίζεται από σαφή όρια, δηλαδή, υπάρχει σαφήνεια σχετικά με τη θέση των ορίων του συνόλου. | Ένα ασαφές σύνολο έχει πάντα διφορούμενα όρια, δηλαδή, μπορεί να υπάρχει αβεβαιότητα σχετικά με τη θέση των συνόλων. |
| Χρησιμοποιείται ευρέως στο σχεδιασμό ψηφιακών συστημάτων | Χρησιμοποιείται μόνο σε ασαφείς ελεγκτές. |
Παραδείγματα Ασαφής Λογικής
Δείτε το παρακάτω διάγραμμα. Δείχνει ότι σε ένα σύστημα Fuzzy, οι τιμές συμβολίζονται με έναν αριθμό 0 έως 1. Σε αυτό το παράδειγμα, 1.0 σημαίνει απόλυτη αλήθεια και 0.0 σημαίνει απόλυτο ψέμα.
Περιοχές Εφαρμογής Ασαφής Λογικής
Ο πίνακας Blow που δίνεται δείχνει την εφαρμογή της Fuzzy λογικής από διάσημες εταιρείες στα προϊόντα τους.
| Προϊόν | Εταιρεία | Ασαφής λογική |
|---|---|---|
| Αντιμπλοκάρισμα φρένων | Nissan | Χρησιμοποιήστε ασαφή λογική για να ελέγξετε τα φρένα σε επικίνδυνες περιπτώσεις που εξαρτώνται από την ταχύτητα του αυτοκινήτου, την επιτάχυνση, την ταχύτητα του τροχού και την επιτάχυνση |
| Αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων | NOK/Nissan | Η ασαφής λογική χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ψεκασμού καυσίμου και της ανάφλεξης με βάση τη ρύθμιση του γκαζιού, τη θερμοκρασία του νερού ψύξης, τις στροφές ανά λεπτό κ.λπ. |
| Αυτόματος κινητήρας | honda, nissan | Χρησιμοποιήστε το για να επιλέξετε οδήγηση με βάση το φορτίο του κινητήρα, το στυλ οδήγησης και τις συνθήκες του δρόμου. |
| Φωτοτυπικό μηχάνημα | Canon | Χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της τάσης του τυμπάνου με βάση την πυκνότητα της εικόνας, την υγρασία και τη θερμοκρασία. |
| Έλεγχος ταχύτητας | Nissan, Isuzu, Mitsubishi | Χρησιμοποιήστε το για να προσαρμόσετε τη ρύθμιση του γκαζιού για να ρυθμίσετε την ταχύτητα και την επιτάχυνση του αυτοκινήτου |
| Πλυντήριο πιάτων | Matsushita | Η χρήση για την προσαρμογή του κύκλου καθαρισμού, οι στρατηγικές ξεβγάλματος και πλυσίματος εξαρτώνται από τον αριθμό των πιάτων και την ποσότητα του φαγητού που σερβίρεται στα πιάτα. |
| Έλεγχος ασανσέρ | Fujitec, Mitsubishi Electric, Toshiba | Χρησιμοποιήστε το για να μειώσετε την αναμονή με βάση την επιβατική κίνηση |
| Διαγνωστικό σύστημα γκολφ | Maruman Golf | Επιλέγει λέσχη γκολφ με βάση την κούνια και τη σωματική διάπλαση του παίκτη γκολφ. |
| Διαχείριση φυσικής κατάστασης | Omron | Ασαφείς κανόνες που συνεπάγονται για τον έλεγχο της φυσικής κατάστασης των υπαλλήλων τους. |
| Έλεγχος κλιβάνου | Χάλυβας Nippon | Αναμειγνύεται τσιμέντο |
| Φούρνος μικροκυμάτων | Mitsubishi Chemical | Καθορίζει τη στρατηγική του lunes power και μαγειρέματος |
| Υπολογιστής παλάμης | Hitachi, Sharp, Sanyo, Toshiba | Αναγνωρίζει χειρόγραφους χαρακτήρες Kanji |
| Χάραξη πλάσματος | Mitsubishi Electric | Ορίζει χρόνο και στρατηγική χάραξης |
Πλεονεκτήματα του συστήματος Fuzzy Logic
- Η δομή των Fuzzy Logic Systems είναι εύκολη και κατανοητή
- Η ασαφής λογική χρησιμοποιείται ευρέως για εμπορικούς και πρακτικούς σκοπούς
- Η ασαφής λογική στο AI σάς βοηθά να ελέγχετε μηχανές και καταναλωτικά προϊόντα
- Μπορεί να μην προσφέρει ακριβή συλλογισμό, αλλά το μόνο αποδεκτό σκεπτικό
- Ασαφής λογική Data Mining σας βοηθά να αντιμετωπίσετε την αβεβαιότητα στη μηχανική
- Κυρίως στιβαρό καθώς δεν απαιτούνται ακριβείς εισαγωγές
- Μπορεί να προγραμματιστεί σε περίπτωση που ο αισθητήρας ανάδρασης σταματά να λειτουργεί
- Μπορεί εύκολα να τροποποιηθεί για να βελτιώσει ή να αλλάξει την απόδοση του συστήματος
- μπορούν να χρησιμοποιηθούν φθηνοί αισθητήρες που σας βοηθούν να διατηρήσετε το συνολικό κόστος και την πολυπλοκότητα του συστήματος σε χαμηλά επίπεδα
- Παρέχει την πιο αποτελεσματική λύση σε περίπλοκα ζητήματα
Μειονεκτήματα των Συστημάτων Ασαφής Λογικής
- Η ασαφής λογική δεν είναι πάντα ακριβής, επομένως τα αποτελέσματα γίνονται αντιληπτά με βάση την υπόθεση, επομένως μπορεί να μην είναι ευρέως αποδεκτή.
- Τα ασαφή συστήματα δεν έχουν τη δυνατότητα μηχανικής μάθησης, καθώς και αναγνώρισης τύπων νευρωνικών δικτύων
- Η επικύρωση και η επαλήθευση ενός ασαφούς συστήματος βασισμένου στη γνώση χρειάζεται εκτεταμένες δοκιμές με υλικό
- Ο καθορισμός ακριβών, ασαφών κανόνων και συναρτήσεων μέλους είναι μια δύσκολη εργασία
- Κάποια λογική ασαφούς χρόνου συγχέεται με τη θεωρία πιθανοτήτων και τους όρους
Περίληψη
- Ο όρος ασαφής σημαίνει πράγματα που δεν είναι πολύ ξεκάθαρα ή ασαφή
- Ο όρος ασαφής λογική χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1965 από τον Lotfi Zadeh έναν καθηγητή του UC Berkeley στην Καλιφόρνια.
- Η ασαφής λογική είναι μια ευέλικτη και εύκολη στην εφαρμογή τεχνική μηχανικής εκμάθησης
- Η ασαφής λογική δεν πρέπει να χρησιμοποιείται όταν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την κοινή λογική
- Η αρχιτεκτονική Fuzzy Logic έχει τέσσερα κύρια μέρη 1) Rule Basse 2) Fuzzification 3) Inference Engine 4) Defuzzification
- Η ασαφής λογική παίρνει βαθμούς αλήθειας ως μαθηματική βάση στο μοντέλο της αοριστίας ενώ η πιθανότητα είναι ένα μαθηματικό μοντέλο άγνοιας
- Το Crisp set έχει αυστηρό όριο T ή F ενώ το Fuzzy όριο με βαθμό συμμετοχής
- Ένα κλασικό σύνολο χρησιμοποιείται ευρέως στο σχεδιασμό ψηφιακού συστήματος ενώ το ασαφές σύνολο Χρησιμοποιείται μόνο σε ασαφείς ελεγκτές
- Αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων, διαχείριση γυμναστικής, διαγνωστικό σύστημα γκολφ, πλυντήριο πιάτων, φωτοτυπικό είναι μερικοί τομείς των εφαρμογών Fuzzy Logic
- Η ασαφής λογική στο Soft Computing σάς βοηθά να ελέγχετε μηχανές και καταναλωτικά προϊόντα
