Fuzzy Logic Tutorial: Mikä on, Archirakenne, sovellus, esimerkki

Mikä on sumea logiikka?

Sumea logiikka on määritelty moniarvoiseksi logiikkamuodoksi, jolla voi olla muuttujien totuusarvoja missä tahansa reaaliluvussa välillä 0 ja 1. Se on osittaisen totuuden käsite. Tosielämässä voimme kohdata tilanteen, jossa emme voi päättää, onko väite totta vai tarua. Tuolloin sumea logiikka tarjoaa erittäin arvokasta joustavuutta päättelyyn.

Sumea logiikka-algoritmi auttaa ratkaisemaan ongelman, kun kaikki saatavilla olevat tiedot on otettu huomioon. Sitten se tekee parhaan mahdollisen päätöksen annetulle syötteelle. FL-menetelmä jäljittelee ihmisen päätöksentekotapaa, jossa otetaan huomioon kaikki mahdollisuudet digitaalisten arvojen T ja F välillä.

Sumeiden logiikkajärjestelmien historia

Sumean logiikan käsitettä oli kuitenkin tutkittu 1920-luvulta lähtien. Termiä sumea logiikka käytti ensimmäisen kerran vuonna 1965 Lotfi Zadeh, Kalifornian yliopiston Berkeleyn professori. Hän huomautti, että perinteinen tietokonelogiikka ei kyennyt manipuloimaan tietoja, jotka edustavat subjektiivisia tai epäselviä ihmisen ideoita.

Fuzzy-algoritmia on sovellettu useilla aloilla ohjausteoriasta tekoälyyn. Se on suunniteltu antamaan tietokoneelle mahdollisuus määrittää erot sellaisten tietojen välillä, jotka eivät ole tosia tai vääriä. Jotain samanlaista kuin ihmisen päättelyprosessi. Kuten Pikku tumma, Jonkin verran kirkkautta jne.

Sumean logiikan ominaisuudet

Tässä on joitain sumean logiikan tärkeitä ominaisuuksia:

Joustava ja helppo toteuttaa koneoppiminen tekniikka
Auttaa matkimaan ihmisen ajattelun logiikkaa
Logiikalla voi olla kaksi arvoa, jotka edustavat kahta mahdollista ratkaisua
Erittäin sopiva menetelmä epävarmaan tai likimääräiseen päättelyyn
Sumea logiikka näkee päättelyn elastisten rajoitusten leviämisen prosessina
Sumean logiikan avulla voit rakentaa mielivaltaisen monimutkaisia epälineaarisia funktioita.
Sumea logiikka tulisi rakentaa asiantuntijoiden täydellisellä ohjauksella

Milloin ei käytetä sumeaa logiikkaa

Sumea logiikka ei kuitenkaan koskaan ole parannuskeino kaikille. Siksi on yhtä tärkeää ymmärtää, että missä meidän ei pitäisi käyttää sumeaa logiikkaa.

Tässä on tiettyjä tilanteita, joissa sinun on parempi olla käyttämättä Fuzzy Logicia:

Jos et pidä sopivana kartoittaa syöttöavaruutta tulostusavaruuteen
Sumeaa logiikkaa ei pidä käyttää, kun osaa käyttää maalaisjärkeä
Monet ohjaimet voivat tehdä hienon työn ilman sumeaa logiikkaa

Sumea logiikka Archirakenne

Fuzzy Logic -arkkitehtuurissa on neljä pääosaa, kuten kaaviossa näkyy:

Sääntöperusta

Se sisältää kaikki asiantuntijoiden tarjoamat säännöt ja jos-niin ehdot päätöksentekojärjestelmän ohjaamiseksi. Äskettäinen sumean teorian päivitys tarjoaa erilaisia menetelmiä sumeiden ohjaimien suunnitteluun ja virittämiseen. Nämä päivitykset vähentävät merkittävästi sumean sääntöjoukon määrää.

Sumutus

Sumennuksen vaihe auttaa muuttamaan syötteitä. Sen avulla voit muuntaa teräviä numeroita sumeiksi sarjoiksi. Antureilla mitatut terävät tulot, jotka ohjataan ohjausjärjestelmään jatkokäsittelyä varten. Kuten huoneen lämpötila, paine jne.

Päätösmoottori

Se auttaa sinua määrittämään sumean syötteen ja sääntöjen vastaavuuden asteen. % vastaavuuden perusteella se määrittää, mitkä säännöt on otettava käyttöön annetun syöttökentän mukaan. Tämän jälkeen sovelletut säännöt yhdistetään ohjaustoimenpiteiden kehittämiseksi.

Defuzzifikaatio

Lopulta suoritetaan sumean joukon poistaminen sumeiksi arvoiksi. Saatavilla on monenlaisia tekniikoita, joten sinun on valittava se, joka sopii parhaiten, kun sitä käytetään asiantuntijajärjestelmän kanssa.

Sumea logiikka vs. todennäköisyys

Sumea logiikka	Todennäköisyys
Fuzzy: Tomin jäsenyysaste vanhusten joukkoon on 0.90.	Todennäköisyys: On 90 %:n todennäköisyys, että Tom on vanha.
Sumea logiikka ottaa totuusasteet matemaattisena perustana epämääräisyysilmiön mallilla.	Todennäköisyys on tietämättömyyden matemaattinen malli.

Crisp vs. Fuzzy

Rapea	Sumea
Sillä on tiukka raja T tai F	Sumea raja tietyn jäsenyyden kanssa
Jotkut terävät aikaasetukset voivat olla sumeita	Se ei voi olla rapeaa
Oikein/epätosi {0,1}	Jäsenyysarvot [0,1]
Terävässä logiikassa poissuljetun keskimmäisen ja ristiriitaisuuden laki saattaa päteä tai ei	Poissuljetun keskimmäisen ja ristiriidan sumean logiikan laissa pitää paikkansa

Klassinen sarja vs. sumea joukko teoria

Klassinen setti	Sumean joukon teoria
Esineiden luokat, joilla on terävät rajat.	Objektiluokilla ei ole teräviä rajoja.
Klassisen joukon määrittelevät terävät rajat, eli asetettujen rajojen sijainti on selkeä.	Sumealla joukolla on aina moniselitteiset rajat, eli joukon rajojen sijainnista voi olla epävarmuutta.
Käytetään laajasti digitaalisten järjestelmien suunnittelussa	Käytetään vain sumeissa ohjaimissa.

Esimerkkejä sumeasta logiikasta

Katso alla oleva kaavio. Se osoittaa, että sumeassa järjestelmässä arvot on merkitty numeroilla 0-1. Tässä esimerkissä 1.0 tarkoittaa absoluuttista totuutta ja 0.0 absoluuttista valhetta.

Sumean logiikan sovellusalueet

Blow-taulukko näyttää sumean logiikan soveltamisen tunnetuissa yrityksissä tuotteissaan.

Tuotteet	Yritys	Sumea logiikka
Lukkiutumattomat jarrut	Nissan	Käytä sumeaa logiikkaa jarrujen ohjaamiseen vaarallisissa tapauksissa auton nopeuden, kiihtyvyyden, pyörän nopeuden ja kiihtyvyyden mukaan
Automaattinen vaihteisto	NOK/Nissan	Sumeaa logiikkaa käytetään polttoaineen ruiskutuksen ja sytytyksen ohjaamiseen kaasuasetuksen, jäähdytysveden lämpötilan, kierrosluvun jne. perusteella.
Auton moottori	honda, nissan	Käytä valitaksesi vaihteiston moottorin kuormituksen, ajotyylin ja tieolosuhteiden perusteella.
Kopiokone	kaanon	Käytä rummun jännitteen säätämiseen kuvan tiheyden, kosteuden ja lämpötilan perusteella.
Vakionopeussäädin	Nissan, Isuzu, Mitsubishi	Käytä sitä kaasuvivun säätämiseen auton nopeuden ja kiihtyvyyden säätämiseksi
Astianpesukone	Matsushita	Käytä puhdistusjakson säätämiseen, huuhtelu- ja pesustrategiat riippuvat astioiden lukumäärästä ja astioilla tarjoiltavan ruoan määrästä.
Hissin hallinta	Fujitec, Mitsubishi Electric, Toshiba	Käytä sitä vähentämään matkustajaliikenteeseen perustuvaa odotusaikaa
Golfin diagnostiikkajärjestelmä	Maruman Golf	Valitsee golfmailan golfaajan swingin ja ruumiinrakenteen perusteella.
Kuntoilun hallinta	Omron	Heidän antamiaan sumeita sääntöjä työntekijöidensä kunnon tarkistamiseksi.
Uunin ohjaus	Nippon Steel	Sekoittaa sementtiä
Mikroaaltouuni	Mitsubishi Chemical	Asettaa Lunesin tehon ja ruoanlaittostrategian
Kämmentietokone	Hitachi, Sharp, Sanyo, Toshiba	Tunnistaa käsinkirjoitetut Kanji-hahmot
Plasman syövytys	Mitsubishi Electric	Asettaa etsausajan ja strategian

Fuzzy Logic Systemin edut

Fuzzy Logic Systemsin rakenne on helppo ja ymmärrettävä
Sumeaa logiikkaa käytetään laajalti kaupallisiin ja käytännön tarkoituksiin
Tekoälyn sumea logiikka auttaa hallitsemaan koneita ja kuluttajatuotteita
Se ei ehkä tarjoa oikeaa päättelyä, mutta on ainoa hyväksyttävä perustelu
Sumea logiikka sisään Data Mining auttaa sinua käsittelemään tekniikan epävarmuutta
Useimmiten kestävä, koska tarkkoja tuloja ei tarvita
Se voidaan ohjelmoida tilanteeseen, kun takaisinkytkentäanturi lakkaa toimimasta
Sitä voidaan helposti muokata järjestelmän suorituskyvyn parantamiseksi tai muuttamiseksi
halpoja antureita voidaan käyttää, mikä auttaa pitämään järjestelmän kokonaiskustannukset ja monimutkaisuuden alhaisina
Se tarjoaa tehokkaimman ratkaisun monimutkaisiin ongelmiin

Fuzzy Logic -järjestelmien haitat

Sumea logiikka ei ole aina tarkkaa, joten tulokset havaitaan olettamusten perusteella, joten sitä ei välttämättä hyväksytä laajalti.
Sumeissa järjestelmissä ei ole koneoppimiskykyä samoin kuin hermoverkkotyyppisten kuvioiden tunnistusta
Sumean tietopohjaisen järjestelmän validointi ja todentaminen vaatii laajaa testausta laitteistolla
Tarkkojen, sumeiden sääntöjen ja jäsentoimintojen asettaminen on vaikea tehtävä
Jotain sumeaa aikalogiikkaa sekoitetaan todennäköisyysteoriaan ja termeihin

Yhteenveto

Termi sumea tarkoittaa asioita, jotka eivät ole kovin selkeitä tai epämääräisiä
Termiä sumea logiikka käytti ensimmäisen kerran vuonna 1965 Lotfi Zadeh, Kalifornian yliopiston Berkeleyn professori.
Sumea logiikka on joustava ja helppokäyttöinen koneoppimistekniikka
Sumeaa logiikkaa ei pidä käyttää, kun osaa käyttää maalaisjärkeä
Fuzzy Logic -arkkitehtuurissa on neljä pääosaa 1) sääntöpohja 2) sumeus 3) päättelymoottori 4) sumeuttaminen
Sumea logiikka ottaa totuusasteet matemaattisena perustana epämääräisyyden mallille, kun taas todennäköisyys on tietämättömyyden matemaattinen malli
Crisp setillä on tiukat rajat T tai F, kun taas sumealla rajalla on jäsenyyttä
Klassista sarjaa käytetään laajalti digitaalisessa järjestelmäsuunnittelussa, kun taas sumea sarja Käytetään vain sumeissa ohjaimissa
Automaattivaihteisto, kuntohallinta, golf-diagnostiikkajärjestelmä, astianpesukone, kopiokone ovat joitakin Fuzzy Logic -sovellusten alueita
Soft Computingin sumea logiikka auttaa hallitsemaan koneita ja kuluttajatuotteita