Підручник з нечіткої логіки: що таке, Archiтектура, застосування, приклад

Що таке нечітка логіка?

Fuzzy Logic визначається як багатозначна логічна форма, яка може мати значення істинності змінних у будь-якому дійсному числі від 0 до 1. Це концепція ручки часткової істинності. У реальному житті ми можемо зіткнутися з ситуацією, коли не можемо вирішити, правдиве твердження чи хибне. У той час нечітка логіка пропонує дуже цінну гнучкість для міркувань.

Алгоритм нечіткої логіки допомагає вирішити проблему після врахування всіх наявних даних. Тоді він приймає найкраще можливе рішення для даного вхідного сигналу. Метод FL імітує спосіб прийняття рішень людиною, який враховує всі можливості між цифровими значеннями T і F.

Історія нечітких логічних систем

Хоча концепція нечіткої логіки вивчалася з 1920-х років. Термін нечітка логіка вперше був використаний у 1965 році Лотфі Заде, професором Каліфорнійського університету в Берклі в Каліфорнії. Він зауважив, що звичайна комп’ютерна логіка не здатна маніпулювати даними, що представляють суб’єктивні або незрозумілі людські ідеї.

Нечіткий алгоритм застосовувався в різних областях, від теорії управління до ШІ. Він був розроблений, щоб дозволити комп’ютеру визначати відмінності між даними, які не є ні правдивими, ні помилковими. Щось схоже на процес людського мислення. Наприклад, трохи темряви, трохи яскравості тощо.

Характеристики нечіткої логіки

Ось деякі важливі характеристики нечіткої логіки:

• Гнучкий і простий у реалізації навчання за допомогою машини техніка
• Допомагає наслідувати логіку людської думки
• Логіка може мати два значення, які представляють два можливі рішення
• Дуже придатний метод для невизначених або приблизних міркувань
• Нечітка логіка розглядає висновок як процес поширення пружних обмежень
• Нечітка логіка дозволяє будувати нелінійні функції довільної складності.
• Нечітка логіка повинна будуватися під повним керівництвом експертів

Коли не використовувати нечітку логіку

Однак нечітка логіка ніколи не є ліками від усіх. Тому так само важливо розуміти, що де ми не повинні використовувати нечітку логіку.

Ось деякі ситуації, коли вам краще не використовувати Fuzzy Logic:

• Якщо вам не зручно зіставляти вхідний простір із вихідним простором
• Нечітку логіку не слід використовувати, якщо ви можете використовувати здоровий глузд
• Багато контролерів можуть добре виконувати роботу без використання нечіткої логіки

Fuzzy Logic Archiтектура

Архітектура Fuzzy Logic складається з чотирьох основних частин, як показано на схемі:

База правил

Він містить усі правила та умови «якщо-тоді», запропоновані експертами для контролю системи прийняття рішень. Недавнє оновлення нечіткої теорії надає різні методи проектування та налаштування нечітких контролерів. Ці оновлення значно зменшують кількість нечіткого набору правил.

Фазифікація

Крок фазифікації допомагає конвертувати вхідні дані. Це дозволяє конвертувати чіткі числа в нечіткі набори. Чіткі вхідні дані вимірюються датчиками та передаються в систему керування для подальшої обробки. Наприклад, кімнатна температура, тиск тощо.

Висновок двигуна

Це допомагає вам визначити ступінь відповідності між нечітким введенням і правилами. На основі % відповідності він визначає, які правила потрібно застосувати відповідно до заданого поля введення. Після цього застосовані правила комбінуються для розробки керуючих дій.

Дефазифікація

Нарешті виконується процес дефазифікації для перетворення нечітких наборів у чітке значення. Існує багато типів доступних методів, тому вам потрібно вибрати той, який найкраще підходить для використання з експертною системою.

Нечітка логіка проти ймовірності

Fuzzy Logic	Ймовірність
Нечіткість: ступінь приналежності Тома до групи старих людей становить 0.90.	Імовірність: існує 90% шансів, що Том старий.
Нечітка логіка використовує ступені істинності як математичну основу на моделі явища невизначеності.	Ймовірність є математичною моделлю незнання.

Чіткий проти нечіткого

Крисп	Нечіткий
Він має суворі межі T або F	Нечітка межа зі ступенем приналежності
Деякий чіткий набір часу може бути нечітким	Це не може бути хрустким
Правда/Невірно {0,1}	Значення членства на [0,1]
У чіткій логіці закон виключеної середини та несуперечності може виконуватися, а може і не виконуватися	У нечіткій логіці виконується закон виключеної середини та несуперечності

Класична множина проти теорії нечітких множин

Класичний комплект	Теорія нечітких множин
Класи об'єктів з різкими межами.	Класи об'єктів не мають різких меж.
Класичний набір визначається чіткими межами, тобто існує ясність щодо розташування меж набору.	Нечітка множина завжди має неоднозначні межі, тобто може існувати невизначеність щодо розташування меж множини.
Широко використовується в проектуванні цифрових систем	Використовується тільки в нечітких контролерах.

Приклади нечіткої логіки

Дивіться наведену нижче схему. Це показує, що в нечіткій системі значення позначаються числом від 0 до 1. У цьому прикладі 1.0 означає абсолютну істину, а 0.0 означає абсолютну хибність.

Області застосування Fuzzy Logic

Наведена таблиця Blow показує застосування нечіткої логіки відомими компаніями у своїх продуктах.

Продукт	Компанія	Fuzzy Logic
Антиблокувальні гальма	Nissan	Використовуйте нечітку логіку для керування гальмами в небезпечних випадках залежно від швидкості автомобіля, прискорення, швидкості коліс і прискорення
Автоматична трансмісія	NOK/Nissan	Нечітка логіка використовується для керування уприскуванням палива та запалюванням на основі налаштування дросельної заслінки, температури охолоджувальної води, обертів на хвилину тощо.
Авто двигун	Хонда, Нісан	Використовуйте для вибору потужності залежно від навантаження двигуна, стилю водіння та дорожніх умов.
Копіювальний апарат	канон	Використовується для регулювання напруги барабана залежно від щільності зображення, вологості та температури.
Круїз-контроль	Nissan, Isuzu, Mitsubishi	Використовуйте його для налаштування дросельної заслінки, щоб налаштувати швидкість і прискорення автомобіля
Посудомийна машина	Мацусіта	Використовуйте для налаштування циклу очищення, стратегії полоскання та миття залежать від кількості посуду та кількості їжі, що подається на посуд.
Керування ліфтом	Fujitec, Mitsubishi Electric, Toshiba	Використовуйте його, щоб зменшити час очікування на основі пасажиропотоку
Система діагностики гольфу	Маруман Гольф	Вибирає ключку для гольфу на основі розмаху та статури гравця.
Фітнес-менеджмент	Omron	Нечіткі правила, передбачені ними для перевірки придатності своїх співробітників.
Керування піччю	Nippon Steel	Замішує цемент
Мікрохвильова піч	Mitsubishi Chemical	Встановлює потужність лунки та стратегію приготування
КПК	Hitachi, Sharp, Sanyo, Toshiba	Розпізнає рукописні символи кандзі
Плазмове травлення	Mitsubishi Electric	Встановлює час травлення та стратегію

Переваги системи нечіткої логіки

• Структура систем нечіткої логіки проста і зрозуміла
• Нечітка логіка широко використовується в комерційних і практичних цілях
• Нечітка логіка в ШІ допомагає вам керувати машинами та споживчими товарами
• Він може не пропонувати точне міркування, але єдине прийнятне міркування
• Нечітка логіка в Видобуток даних допомагає впоратися з невизначеністю в техніці
• Переважно надійний, оскільки не вимагає точних даних
• Його можна запрограмувати на ситуацію, коли датчик зворотного зв'язку перестає працювати
• Його можна легко модифікувати для покращення або зміни продуктивності системи
• можна використовувати недорогі датчики, що допомагає знизити загальну вартість і складність системи
• Це забезпечує найбільш ефективне вирішення складних питань

Недоліки систем нечіткої логіки

• Нечітка логіка не завжди точна, тому результати сприймаються на основі припущень, тому вона може не бути широко прийнятою.
• Нечіткі системи не мають можливості машинного навчання, а також розпізнавання шаблонів типу нейронної мережі
• Валідація та верифікація нечіткої системи, заснованої на знаннях, потребує широкого тестування апаратного забезпечення
• Встановлення точних, нечітких правил і функцій приналежності є важким завданням
• Деяку логіку нечіткого часу плутають з теорією ймовірностей і термінами

Підсумки

• Термін «нечіткі» означає речі, які є не дуже чіткими або розпливчастими
• Термін «нечітка логіка» вперше вжив у 1965 році Лотфі Заде, професор Каліфорнійського університету в Берклі в Каліфорнії.
• Нечітка логіка — це гнучкий і простий у реалізації метод машинного навчання
• Нечітку логіку не слід використовувати, якщо ви можете використовувати здоровий глузд
• Архітектура нечіткої логіки складається з чотирьох основних частин: 1) Базове правило 2) Фазифікація 3) Механізм висновку 4) Дефазифікація
• Нечітка логіка приймає ступені істинності як математичну основу на моделі невизначеності, тоді як ймовірність є математичною моделлю невігластва
• Чіткий набір має сувору межу T або F, тоді як нечітка межа зі ступенем приналежності
• Класичний набір широко використовується в проектуванні цифрових систем, тоді як нечіткий набір використовується лише в нечітких контролерах
• Автоматична коробка передач, керування фітнесом, система діагностики гольфу, посудомийна машина, копіювальний апарат – це деякі сфери додатків Fuzzy Logic
• Нечітка логіка в Soft Computing допомагає вам керувати машинами та споживчими продуктами