ファジーロジックチュートリアル: とは何か Archi構造、用途、例
エブリン・クラーク
ファジーロジックとは何ですか?
ファジィ論理 は、0 から 1 の間の任意の実数の変数の真理値を持つことができる多値論理形式として定義されます。これは、部分真理のハンドル概念です。 現実の生活では、その発言が正しいか間違っているか判断できない状況に遭遇することがあります。 このとき、ファジー ロジックは推論に非常に貴重な柔軟性を提供します。
ファジー論理アルゴリズムは、利用可能なすべてのデータを考慮した後で問題を解決するのに役立ちます。 次に、与えられた入力に対して可能な限り最善の決定が行われます。 FL メソッドは、デジタル値 T と F の間のあらゆる可能性を考慮する人間の意思決定方法を模倣します。
ファジー論理システムの歴史
ただし、ファジー論理の概念は 1920 年代から研究されていました。 ファジー論理という用語は、1965 年にカリフォルニアのカリフォルニア大学バークレー校の教授である Lotfi Zadeh によって初めて使用されました。 彼は、従来のコンピューター ロジックでは人間の主観的または不明瞭なアイデアを表すデータを操作できないことに気づきました。
ファジィアルゴリズムは制御理論からAIまで様々な分野に応用されています。 これは、コンピュータが真でも偽でもないデータ間の区別を判断できるように設計されています。 人間の推論のプロセスに似ています。 少し暗い、少し明るいなど。
ファジーロジックの特徴
ここでは、ファジー ロジックの重要な特徴をいくつか示します。
- 柔軟で実装が簡単 機械学習 技術
- 人間の思考のロジックを模倣するのに役立ちます
- ロジックには、XNUMX つの可能な解決策を表す XNUMX つの値が含まれる場合があります。
- 不確実な推論または近似的な推論に非常に適した方法
- ファジー ロジックでは、推論を弾性制約を伝播するプロセスとして捉えます。
- ファジーロジックを使用すると、任意の複雑さの非線形関数を構築できます。
- ファジー ロジックは専門家の完全な指導を受けて構築する必要があります
ファジーロジックを使用すべきではない場合
ただし、ファジー ロジックは決してすべてを解決するものではありません。 したがって、ファジー ロジックを使用すべきでない場合を理解することも同様に重要です。
ファジー ロジックを使用しないほうがよい特定の状況を次に示します。
- 入力スペースを出力スペースにマップするのが不便な場合
- 常識が使える場合にはファジーロジックを使用すべきではありません
- 多くのコントローラーは、ファジー ロジックを使用せずに適切な仕事を実行できます。
ファジィ論理 Archi構造
ファジー ロジック アーキテクチャには、図に示すように 4 つの主要な部分があります。
ルールベース
これには、意思決定システムを制御するために専門家が提供するすべてのルールと if-then 条件が含まれています。 ファジー理論の最近の更新により、ファジー コントローラーの設計と調整のためのさまざまな方法が提供されます。 この更新により、あいまいなルール セットの数が大幅に減少します。
ファジー化
ファジー化ステップは、入力の変換に役立ちます。これにより、明確な数値をファジー セットに変換できます。明確な入力はセンサーによって測定され、制御システムに渡されてさらに処理されます。室温、圧力など。
推論エンジン
これは、ファジー入力とルールの間の一致の程度を判断するのに役立ちます。 % 一致に基づいて、指定された入力フィールドに従ってどのルールを実装する必要があるかを決定します。 その後、適用されたルールを組み合わせて制御アクションを開発します。
脱ファジー化
最後に、非ファジー化プロセスが実行され、ファジー セットが鮮明な値に変換されます。 テクニックにはさまざまな種類があるため、エキスパートシステムと併用する場合には最適なものを選択する必要があります。
ファジー論理と確率
| ファジィ論理 | 確率 |
|---|---|
| ファジー: 老人のセット内でのトムのメンバーシップ度は 0.90 です。 | 確率: トムが年老いている可能性は 90% です。 |
| ファジィ ロジックは、曖昧さ現象のモデルの数学的基礎として真理度を採用します。 | 確率は無知の数学的モデルです。 |
クリスプ vs. ファジー
| クリスプ | ファジー |
|---|---|
| 厳密な境界 T または F があります | メンバーシップの程度に関する曖昧な境界 |
| 一部の鮮明な時間設定があいまいになる場合があります | シャキシャキできない |
| 真/偽 {0,1} | [0,1] のメンバーシップ値 |
| 鮮明な論理では、排中律と無矛盾の法則が成り立つ場合もあれば成り立たない場合もある | 排中と無矛盾のファジィ論理法則では、 |
古典集合とファジー集合理論
| クラシックセット | ファジィ集合論 |
|---|---|
| 明確な境界を持つオブジェクトのクラス。 | オブジェクトのクラスには明確な境界がありません。 |
| 古典的なセットは明確な境界によって定義されます。つまり、セット境界の位置が明確です。 | ファジー セットには常に曖昧な境界があります。つまり、セットの境界の位置について不確実性がある可能性があります。 |
| デジタルシステム設計で広く使用されています | ファジー コントローラーでのみ使用されます。 |
ファジーロジックの例
以下の図を参照してください。 ファジー システムでは、値が 0 ～ 1 の数値で表されることがわかります。 この例では、1.0 は絶対的な真実を意味し、0.0 は絶対的な偽を意味します。
ファジー論理の応用分野
Blow Given の表は、有名企業による製品へのファジー ロジックの適用を示しています。
| 業務内容 | プログラム概要 | ファジィ論理 |
|---|---|---|
| アンチロックブレーキ | 日産 | ファジーロジックを使用して、車の速度、加速度、車輪速度、加速度に応じて危険な場合にブレーキを制御します |
| オートマチックトランスミッション | NOK/日産 | ファジーロジックを使用して、スロットル設定、冷却水温度、回転数などに基づいて燃料噴射と点火を制御します。 |
| 自動車エンジン | ホンダ、日産 | エンジン負荷、運転スタイル、道路状況に基づいてギアを選択するために使用します。 |
| コピー機 | カノン | 画像濃度、湿度、温度に基づいてドラム電圧を調整するために使用します。 |
| クルーズコントロール | 日産、いすゞ、三菱 | スロットル設定を調整して車の速度と加速を設定するために使用します。 |
| 食器洗い機 | 松下 | 食器の数と食器に盛り付けられる食品の量に応じて、洗浄サイクル、すすぎ、洗浄戦略を調整するために使用します。 |
| エレベーター制御 | フジテック、三菱電機、東芝 | 乗客の混雑状況に応じて待ち時間を短縮するために使用します。 |
| ゴルフ診断システム | マルマンゴルフ | ゴルファーのスイングや体格に合わせてゴルフクラブを選択します。 |
| フィットネス管理 | オムロン | 従業員の適性をチェックするために暗黙的に定められたあいまいなルール。 |
| 窯制御 | 新日鉄 | セメントを混ぜる |
| 電子レンジ | 三菱化学 | ルーンのパワーと調理戦略を設定します |
| パームトップコンピューター | 日立、シャープ、三洋電機、東芝 | 手書きの漢字を認識します |
| プラズマエッチング | 三菱電機 | エッチング時間と戦略を設定します |
ファジー論理システムの利点
- ファジー論理システムの構造は簡単で理解できる
- ファジーロジックは商業的および実用的な目的で広く使用されています
- AI のファジー ロジックは、機械や消費者製品の制御に役立ちます
- 正確な推論は提供されないかもしれませんが、唯一受け入れられる推論です
- ファジーロジック入力 データマイニング エンジニアリングにおける不確実性への対処に役立ちます
- 正確な入力が必要ないため、ほとんど堅牢
- フィードバックセンサーが動作しなくなった場合にプログラム可能
- システムのパフォーマンスを向上または変更するために簡単に変更できます
- 安価なセンサーを使用できるため、システム全体のコストと複雑さを抑えることができます。
- 複雑な問題に対する最も効果的な解決策を提供します
ファジー論理システムの欠点
- ファジーロジックは必ずしも正確であるとは限らず、結果は仮定に基づいて認識されるため、広く受け入れられない可能性があります。
- ファジー システムには、機械学習やニューラル ネットワーク タイプのパターン認識の機能がありません。
- ファジー知識ベースのシステムの検証と検証には、ハードウェアを使用した広範なテストが必要です
- 正確であいまいなルールとメンバーシップ関数を設定するのは困難な作業です
- 一部のファジー時間ロジックが確率論や用語と混同されている
製品概要
- ファジーという用語は、あまり明確ではない、または曖昧なことを意味します。
- ファジィ論理という用語は、1965 年にカリフォルニア大学バークレー校のロトフィ ザデ教授によって初めて使用されました。
- ファジー ロジックは、柔軟で実装が簡単な機械学習手法です。
- 常識が使える場合にはファジーロジックを使用すべきではありません
- ファジーロジックアーキテクチャには1つの主要部分があります2) ルールベース3) ファジー化4) 推論エンジンXNUMX) 非ファジー化
- ファジィ ロジックは、曖昧さのモデルの数学的基礎として真理度を採用しますが、確率は無知の数学的モデルです。
- 鮮明な集合には厳密な境界 T または F がありますが、メンバーシップの度合いを持つファジー境界があります。
- 古典的なセットはデジタル システム設計で広く使用されますが、ファジー セットはファジー コントローラーでのみ使用されます。
- オートマチックトランスミッション、フィットネス管理、ゴルフ診断システム、食器洗い機、コピー機はファジーロジックの応用分野の一部です。
- ソフト コンピューティングのファジー ロジックは、機械や消費者製品の制御に役立ちます
