واردات و صادرات

تعریف سیستم‌های فازی و انواع آن

واژة فازی در فرهنگ لغت آکسفورد به صورت مبهم، گنگ و نادقیق تعریف شده است. اگر بخواهیم نظریة مجموعه‌های فازی را تعریف کنیم، باید بگوییم که نظریه‌ای است برای اقدام در شرایط عدم اطمینان؛ این نظریه قادر است بسیاری از مفاهیم و متغیر‌ها و سیستم‌هایی را که نادقیق هستند، صورت‌بندی ریاضی ببخشد و زمینه را برای استدلال، استنتاج، کنترل و تصمیم‌گیری در شرایط عدم اطمینان فراهم آورد.

چرا سیستم‌های فازی:

دنیای واقعی ما بسیار پیچیده‌تر از آن است که بتوان یک توصیف و تعریف دقیق برای آن به دست آورد؛ بنابراین باید برای یک مدل،توصیف تقریبی یا همان فازی که قابل قبول و قابل تجزیه و تحلیل باشد معرفی شود.

با حرکت به سوی عصر اطلاعات، دانش و معرفت بشری بسیار اهمیت پیدا می‌کند. بنابراین ما به فرضیه‌ای نیاز داریم که بتواند دانش بشری را به شکلی سیستماتیک فرموله کرده و آن را به همراه سایر مدل‌های ریاضی در سیستم‌های مهندسی قرار دهد.

سیستم‌های فازی چگونه سیستم‌هایی هستند؟

سیستم‌های فازی، سیستم‌های مبتنی بر دانش یا قواعد می‌باشند؛ قلب یک سیستم فازی یک پایگاه دانش است که از قواعد اگر ـ آنگاه فازی تشکیل شده است.

یک قاعده اگر ـ آنگاه فازی، یک عبارت اگر ـ آنگاه است که بعضی کلمات آن به وسیله توابع تعلق پیوسته مشخص شده‌اند.

فرض کنید می‌خواهیم کنترل‌کنند‌ه‌ای طراحی کنیم که سرعت خودرو را به طور خودکار کنترل کند. راه‌حل این است که رفتار رانندگان را شبیه‌سازی کنیم؛ بدین معنی که قواعدی را که راننده در حین حرکت استفاده می‌کند، به کنترل‌کنندة خودکار تبدیل نماییم.

در صحبت‌های عامیانه راننده‌ها در شرایط طبیعی از 3 قاعده زیر در حین رانندگی استفاده می‌کنند:

اگر سرعت پایین است، آنگاه نیروی بیشتری به پدال گاز وارد کنید.

اگر سرعت متوسط است، آنگاه نیروی متعادلی به پدال گاز وارد کنید.

اگر سرعت بالاست، آنگاه نیروی کمتری به پدال گاز وارد کنید.

به طور خلاصه، نقطة شروع ساخت یک سیستم فازی به دست آوردن مجموعه‌ای از قواعد اگر ـ آنگاه فازی از دانش افراد خبره یا دانش حوزه مورد بررسی می‌باشد؛ مرحلة بعدی، ترکیب این قواعد در یک سیستم واحد است

تاریخچة مختصری از نظریه و کاربردهای فازی

دهة 1960 آغاز نظریه فازی

نظریه فازی به وسیله پروفسور لط لطفی‌زاده در سال 1965 در مقاله‌ای به نام مجموعه‌های فازی معرفی شد.

ایشان قبل از کار بر روی نظریه فازی، یک استاد برجسته در نظریه کنترل بود. او مفهوم «حالت» را که اساس نظریه کنترل مدرن را شکل می‌دهد، توسعه داد.

عسگرزاده در سال 1962 چیزی را بدین مضمون برای سیستم‌های بیولوژیک نوشت: ما اساساً به نوع جدید ریاضیات نیازمندیم؛ ریاضیات مقادیر مبهم یا فازی که توسط توزیع‌های احتمالات قابل توصیف نیستند.

وی فعالیت خویش در نظریه فازی را در مقاله‌ای با عنوان «مجموعه‌های فازی» تجسم بخشید.

مباحث بسیاری در مورد مجموعه‌های فازی به وجود آمد و ریاضیدانان معتقد بودند نظریه احتمالات برای حل مسائلی که نظریه فازی ادعای حل بهتر آن را دارد، کفایت می‌کند.

دهة 1960 دهة چالش کشیدن و انکار نظریه فازی بود و هیچ یک از مراکز تحقیقاتی، نظریه فازی را به عنوان یک زمینه تحقیق جدی نگرفتند.

اما در دهة 1970، به کاربردهای عملی نظریه فازی توجه شد و دیدگاه‌های شک‌برانگیز درباره ماهیت وجودی نظریه فازی مرتفع شد.

استاد لطفی‌زاده پس از معرفی مجموعة فازی در سال 1965، مفاهیم الگوریتم فازی را در سال 1968، تصمیم‌گیری فازی را در سال 1970 و ترتیب فازی را در سال 1971 ارائه نمود. ایشان در سال 1973 اساس کار کنترل فازی را بنا کرد.

این مبحث باعث تولد کنترل‌کننده‌های فازی برای سیستم‌های واقعی بود؛ ممدانی (Mamdani) و آسیلیان (Assilian) چهارچوب اولیه‌ای را برای کنترل‌کننده فازی مشخص کردند. در سال 1978 هومبلاد (Holmblad) و اوسترگارد(Ostergaard) اولین کنترل‌کننده فازی را برای کنترل یک فرایند صنعتی به کار بردند که از این تاریخ، با کاربرد نظریه فازی در سیستم‌های واقعی، دیدگاه شک‌برانگیز درباره ماهیت وجودی این نظریه کاملاً متزلزل شد.

دهة 1980 از لحاظ نظری، پیشرفت کندی داشت؛ اما کاربرد کنترل فازی باعث دوام نظریه فازی شد.

مهندسان ژاپنی به سرعت دریافتند که کنترل‌کننده‌های فازی به سهولت قابل طراحی بوده و در مورد بسیاری مسائل می‌توان از آنها استفاده کرد.

به علت اینکه کنترل فازی به یک مدل ریاضی نیاز ندارد، می‌توان آن را در مورد بسیاری از سیستم‌هایی که به وسیلة نظریه کنترل متعارف قابل پیاده‌سازی نیستند، به کار برد.

سوگنو مشغول کار بر روی ربات فازی شد، ماشینی که از راه دور کنترل می‌شد و خودش به تنهایی عمل پارک را انجام می‌داد.

یاشونوبو (Yasunobu) و میاموتو (Miyamoto) از شرکت هیتاچی کار روی سیستم کنترل قطار زیرزمینی سندایی را آغاز کردند. بالاخره در سال 1987 پروژه به ثمر نشست و یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های قطار زیرزمینی را در جهان به وجود آورد.

در دومین کنفرانس‌ سیستم‌های فازی که در توکیو برگزار شد، درست سه روز بعد از افتتاح قطار زیرزمینی سندایی، هیروتا (Hirota) یک روبات فازی را به نمایش گذارد که پینگ‌پونگ بازی می‌کرد؛ یاماکاوا (Yamakawa) نیز سیستم فازی را نشان داد که یک پاندول معکوس را در حالت تعادل نشان می‌داد. پس از این کنفرانس، توجه مهندسان، دولتمردان و تجار جلب شد و زمینه‌های پیشرفت نظریه فازی فراهم شد.

دهة 1990 ، توجه محققان امریکا و اروپا به سیستم‌های فازی

موفقیت سیستم‌های فازی در ژاپن، مورد توجه محققان امریکا و اروپا واقع شد و دیدگاه بسیاری از محققان به سیستم‌های فازی تغییر کرد. در سال 1992 اولین کنفرانس بین‌المللی در مورد سیستم‌های فازی به وسیله بزرگترین سازمان مهندسی یعنی IEEE برگزار شد.

در دهة 1990 پیشرفت‌های زیادی در زمینة سیستم‌های فازی ایجاد شد؛ اما با وجود شفاف شدن تصویر سیستم‌های فازی، هنوز فعالیت‌های بسیاری باید انجام شود و بسیاری از راه‌حل‌ها و روش‌ها همچنان در ابتدای راه قرار دارد. بنابراین توصیه می‌شود که محققان کشور با تحقیق و تفحص در این زمینه، موجبات پیشرفت‌های عمده در زمینة نظریه فازی را فراهم نمایند.

مجموعه‌های فازی

مجموعه‌های فازی از تعمیم نظریهٔ کلاسیک مجموعه‌ها حاصل می‌آید که در منطق فازی کاربرد دارد. این مجموعه‌ها توسط پرفسورعسکرزاده ابداع گردید که در جامعه علمی معروف به لطفی آ. زاده است.

مجموعه فازی

مجموعه فازی براساس تابع عضویت تعریف می شود که تصویر مجموعه فراگیر دربازه[صفر ویک] است.

هریک ازاعضادرجه عضویت دارند .مجموعه فازی ازتعمیم وعمومیت دادن تئوری مجموعه‌های کلاسیک ایجاد شد.در تئوری مجموعه‌هاکلاسیک ،عضویت اعضا در یک مجموعه به صورت جملات باینری بر اساس شرط دودوئی تعیین می‌شوند یک عضو یا به مجموعه تعلق دارد یا ندارد.در حالی که در تئوری فازی درجات نسبی عضویت اعضا در مجموعه مجاز است.

تابع ودرجه عضویت

تابع عضویت تابعی است از تصویرمجموعه کلی به Ù نسبت به بازه بسته [0،1]. مجموعه فازیA با تابع عضویت φA در U تعریف شده است.

عددی که تابع به هر عضو ارزشدهی می نماید درجه عضویت آن عضو در آن مجموعه را مشخص می سازد.اگر درجه عضویت یک عنصر از مجموعه برابر با صفر باشد آن عضو کاملا از مجموعه خارج است واگر درجه عضویت یک عضو برابر با یک باشدآن عضو کاملا در مجموعه قرار دارد می توان نتیجه گرفت مجموعه کلاسیک یک حالت مجموعهفازی یعنی زیرمجموعه مجموعه بازی است .و حال اگر درجه عضویت یک عضو مابین صفر ویک باشد این عدد بیانگر درجه عضویت تدریجی می باشد .

ازلحاظ مفهومی در ضمن می تواند هر مجموعه بصورت تداخلی با درجه ای در مجموعه دیگر قرار گیرد. مثلا در متغیر زبانی سن صفت جوانی را مد نظر بگیریم حال با توجه به انتخاب تابع عضویت مانند گاوسیان صفت میان سالی با درجه عضویت کم می تواند در مجموعه صفت جوانی قرار گیرد و صفت پیری نیز با درجه عضویت کمتری درمجموعه صفت جوانی ظاهر می شود.

عضو پشتیبان

اعضای ازمجموعه اصلی اند برای آنها درجه عضویت غیر صفر براساس تابع عضویت تعیین می گردد درواقع حامی وپشتیبان مجموعه فازی اند.

برش آلفا

مجموعه ای از تمام عناصر مربوط به دامنه ای از مجموعه اصلی با درجه ی عضویت آلفا

کانون

اعضای ازمجموعه اصلی اند برای آنها درجه عضویت براساس تابع عضویت برابر "یک" ارزشدهی می شوند

بلندی

دامنه فوقانی درجات عضویت را گویند درحالت استاندارد برابر"یک" است.

مجموعه مساوی یاتراز

مجموعه ای که درجات عضویت آن بادرجات عضویت مجموعه موردنظر برابراست.

زیرمجموعه

مجموعه ای که تمامی درجات عضویت آن ازدرجات عضویت مجموعه موردنظر کمتراست.

مجموعه تهی فازی

مجموعه مجموعه فازی Φ است که برای تمامی عناصر آن،ارزش تابع عضویت صفر باشد .

اعمال اساسی مجموعه‌ها

اجتماع: اگر B,A دو مجموعه دلخواه باشند. اجتماع B,A برابر است با ماکزیمم تابع عضویت مجموعه B,A و آن را به صورتφA∪B(x) نشان می‌دهیم.

φA∪B(x) = max(φA(x),φB(x))

اشتراک: اگر B,A دو مجموعه دلخواه باشند آنگاه اشتراک آنها برابر است با مینیمم تابع عضویت مجموعه B,A و آن را به صورت A∩B نشان می‌دهند.

φA∩B(x) = min(φA(x),φB(x))

متمم: اگر S یک مجموعه باشد و A زیر مجموعه‌ای از آن باشد. آن متمم مجموعهA حاصل کسر تمام اعضای A ازیک است و آن را با Ā یا φnot A(x) نشان می‌دهند.

φnot A(x) = 1-φA(x))

خواص اعمال مجموعه‌ای

اعمال مجموعه‌ای که عبارتند از اجتماع ، اشتراک ، تفاضل و متمم دارای خواص زیرند. بافرض φAو φB و φC به ترتیب توابع عضویت برای مجموعه های فازیAو BوC از مجموعه کل p باشد:

x = φA(p), y = φB(p) z = φC(p)

دارای خاصیت جابجایی‌اند.

خاصیت جابجایی اجتماع :A ∪ B = B ∪ A در مجموعه فازی Max(A,B)=Max(B,A) خاصیت جابجایی اشتراک A∩B = B∩A در مجموعه فازی Min(A,B)=MIN(B,A)

شرکت پذیرند. (AUB)UC = AU(BUC)

توزیع پذیرند. (A∩(BUC) = (A∩B) U (A∩C و یا (AU(B∩C) = (AUB) ∩ (AUC

max(x,max(y,z)) = max(max(x,y),z)

min(x,min(y,z)) = min(min(x,y),z)

متمم متمم هر مجموعه مساوی خود آن مجموعه است:

1 - (1 - x) = x

اشتراک هر مجموعه با متممش برابر تهی نیست و اجتماع آنها باهم برابر مجموعه عناصر (S) نمی‌باشد.
قوانین دمورگان (´AUB)´ = (A´∩B) و یا (´A∩B)´ = (A´UB)

تفاوت مجموعه کلاسیک و مجموعه فازی

دلیل اصلی تقسیم بندی مجموعه کلاسیک و مجموعه فازی با وجود تشابهات خاص، عدم تبعیت بعضی از قوانین است:

در تئوری مجموعه فازی توابع عضویت بکار می رود .
اشتراک مجموعه با متممش خالی نیست. ( نفی قانون «طرد شق ثالث» یا «استحالة ارتفاع نقیضین The law of excluded middle)
اجتماع مجموعه با متممش برابربایک مجموعه کل نیست. نفی قانون عدم تضاد contradiction

مثالها

خود لطفی زاده مثال خوبی از تعریف تابع عضویت در مجموعه فازی است. تعیین قومیت لطفی زاده تاحدی سخت است. پدر او یک ترک ایرانی (آذربایجانی) و مادرش روسی یهودی بود. پدر او یک روزنامه نگار مشغول به کار در باکو ، جمهوری آذربایجان در اتحاد جماهیر شوروی سابق بود. او به عنوان یک خبرنگار برای روزنامه های ایران خدمت کرده است در حالی که خرید و فروش تجارت صادرات و واردات نیزمی کرد. مادر او پزشک متخصص اطفال بود. لطفی زاده در باکو در سال 1921 متولد شد و در آنجا زندگی می کردند تا خانواده در سال 1931 به تهران منتقل شد دبیرستان ودانشگاه در ایران تمام کرد ولی فوق لیسانس ودکتری را در ایالات متحده خواند.

حتی نام لطفی در حال حاضر به درجه ای از عدم قطعیت موضوع دارد. هجی درست لطفیعلی عسکرزاده است ، اما مورداشتباه املائی LOFTI از معکوس بودن F و T حتی در کتاب های نوشته شده در موردمنطق فازی آورده شده است. درجستجوی گوگل نیز برای "lofti zadeh" و"lotfi zadeh"، به ترتیب 254,000 و 223,000 مورد پیدا می شود با توجه به سیستم هوشمند موتور جستجوی گوگل احتمالامورداولی شامل دومی نیز است.

در علوم طبیعی اکثر مواد مرکبند و مواد خالص طبیعی کمتر یافت می شود وپس مجموعه اجزای موادطبیعی درجات عضویتی فازی بودن دارند و مرزهادر نفشه های طبیعی مانند زمین شناسی و خاکشناسی تدریجی اند .

تاریخچة مجموعه‌های فازی

نظریة مجموعه فازی در سال 1965 توسط پروفسور لطفی عسگرزاده، دانشمند ایرانی‌تبار و استاد دانشگاه برکلی امریکا عرضه شد.اگر بخواهیم نظریه مجموعه‌های فازی را توضیح دهیم، باید بگوییم نظریه‌ای است برای اقدام در شرایط عدم اطمینان؛ این نظریه قادر است بسیاری از مفاهیم و متغیرها و سیستم‌هایی را که نادقیق و مبهم هستند، صورت‌بندی ریاضی ببخشد و زمینه را برای استدلال، استنتاج، کنترل و تصمیم‌گیری در شرایط عدم اطمینان فراهم آورد.پرواضح است که بسیاری از تصمیمات و اقدامات ما در شرایط عدم اطمینان است و حالت‌های واضح غیر مبهم، بسیار نادر و کمیاب‌ می‌باشند.نظریة مجموعه‌های فازی به شاخه‌های مختلفی تقسیم شده است که بحث کامل و جامع در مورد هر شاخه، به زمان بیشتر و مباحث طولانی‌تری احتیاج دارد.

مقدمه ای از منطق فازی

حتماً بارها شنیده‌اید که کامپیوتر از یک منطق صفر و یک تبعیت می‌کند. درچارچوب این منطق، چیزها یا درستند یا نادرست، وجود دارند یا ندارند. اماانیشتین می‌گوید: <آن‌جایی که قوانین ریاضیات (کلاسیک) به واقعیاتمربوط می‌شوند، مطمئن نیستند و آنجا که آن‌ها مطمئن هستند، نمی‌توانند بهواقعیت اشاره داشته باشند.> هنگامی که درباره درستی یا نادرستیپدیده‌ها و اشیایی صحبت می‌کنیم که در دنیای واقعی با آن‌ها سروکار داریم،توصیف انیشتین تجسمی است از ناکارآمدی قوانین کلاسیک در علم ریاضیات. ازاین رو می‌بینیم اندیشه نسبیت شکل می‌گیرد و توسعه می‌یابد. در این مقالهمی‌خواهیم به اختصار با منطق فازی آشنا شویم. منطقی که دنیا را نه به صورتحقایق صفر و یکی، بلکه به صورت طیفی خاکستری از واقعیت‌ها می‌بیند و درهوش مصنوعی کاربرد فراوانی یافته ‌است.

کجا اتومبیل خود را پارک می‌کنید؟
تصور کنید یک روز مطلع می‌شوید، نمایشگاه پوشاکی در گوشه‌ای از شهر برپاشده است و تصمیم می‌گیرید، یک روز عصر به اتفاق خانواده سری به ایننمایشگاه بزنید. چون محل نمایشگاه کمی دور است، از اتومبیل استفادهمی‌کنید، اما وقتی به محل نمایشگاه می‌رسید، متوجه می‌شوید که عده زیادیبه آنجا آمده‌اند و پارکینگ نمایشگاه تا چشم کار می‌کند، پر شده است.
اما چون حوصله صرف وقت برای پیدا کردن محل دیگری جهت پارک اتومبیل ندارید،با خود می‌گویید: <هر طور شده باید جای پارکی در این پارکینگ پیداکنم.> سرانجام در گوشه‌ای از این پارکینگ محلی را پیدا می‌کنید که یکماشین به طور کامل در آن جا نمی‌شود، اما با کمی اغماض می‌شود یک ماشین رادر آن جای داد، هرچند که این ریسک وجود دارد که فضای عبور و مرور دیگرخودروها را تنگ کنید و آن‌ها هنگام حرکت به خودرو شما آسیب برسانند. امابه هرحال تصمیم می‌گیرید و ماشین خود را پارک می‌کنید.
بسیارخوب!اکنون بیایید بررسی کنیم شما دقیقاً چه کار کردید؟ شما دنبال جای توقف یکاتومبیل می‌گشتید. آیا پیدا کردید؟ هم بله، هم نه. شما در ابتدامی‌خواستید ماشین را در جای مناسبی پارک کنید. آیا چنین عملی انجام دادید؟از یک نظر بله، از یک دیدگاه نه. در مقایسه با وقت و انرژی لازم برای پیداکردن یک مکان راحت برای توقف خودرو، شما جای مناسبی پیدا کردید. چون ممکنبود تا شب دنبال جا بگردید و چنین جایی را پیدا نکنید. اما از این نظر کهاتومبیل را در جایی پارک کردید که فضای کافی برای قرارگرفتن ماشین شمانداشت، نمی‌توان گفت جای مناسبی است.

اگر به منطق کلاسیک در علمریاضیات مراجعه کنیم و این پرسش را مطرح نماییم که قبل از ورود به پارکینگچند درصد احتمال می‌دادید جایی برای پارک‌کردن پیدا کنید، پاسخ بستگی بهاین دارد که واقعاً چه تعداد مکان مناسب (فضای کافی) برای توقف خودروها درآنجا وجود داشت؟ اگر به حافظه خود رجوع کنید، شاید به یاد بیاورید کههنگام ورود به پارکینگ و چرخیدن در قسمت‌های مختلف آن، گاهی خودروهایی رامی‌دیدید که طوری پارک کرده‌اند که مکان یک و نیم خودرو را اشغالکرده‌اند. بعضی دیگر نیز کج و معوج پارک کرده بودند و این فکر از ذهن شماچندبار گذشت که اگر صاحب بعضی از این خودروها درست پارک ‌کرده بودند، الانجای خالی برای پارک کردن چندین ماشین دیگر هم وجود داشت.
با علم ریاضیات و آمار و احتمال در مواجهه با چنین شرایطی قادر بهپاسخگویی نیستیم. اگر قرار بود بر اساس منطق صفر و یک یا باینری کامپیوتر،روباتی ساخته شود تا اتومیبل شما را در یک مکان مناسب پارک‌ کند، احتمالشکم بود. چنین روباتی به احتمال زیاد ناکام از پارکینگ خارج می‌شد. پس شمابا چه منطقی می توانستید اتومبیل خود را پارک‌ کنید؟ شما از منطق فازیاستفاده کردید.

دنیای فازی‌

می‌پرسم <هواابری است یا آفتابی؟> پاسخ می‌دهی: نیمه‌ابری. می‌پرسم <آیا همهآنچه که دیروز به من گفتی، راست بود؟> پاسخ می‌دهی: بیشتر آن حقیقتداشت. ما در زندگی روزمره بارها از منطق فازی استفاده می‌کنیم.

واقعیت این است که دنیای صفر و یک، دنیایی انتزاعی و خیالی است. به ندرتپیش می‌آید موضوعی صددرصد درست یا صددرصد نادرست باشد؛ زیرا در دنیایواقعی در بسیاری از مواقع، همه‌چیز منظم و مرتب سرجایش نیست.

تئوری مجموعه‌های فازی و منطق فازی را اولین بار پرفسور لطفی‌زاده دررساله‌ای به نام <مجموعه‌های فازی - اطلاعات و کنترل> در سال 1965معرفی نمود. از نخستین روز تولد اندیشه فازی، بیش از چهل سال می‌گذرد. دراین مدت نظریه فازی، چارچوب فکری و علمی جدیدی را در محافل آکادمیک ومهندسی معرفی نموده و دیدگاه دانشمندان را نسبت به کمّ و کیف دنیای اطرافمان تغییر داده است. منطق فازی جهان‌بینی بدیع و واقع‌گرایانه‌ای است که بهاصلاح شالوده ‌منطق علمی و ذهنی بشر کمک شایانی کرده‌است.

کاربردهای منطق فازی‌
منطق فازی کاربردهای متعددی دارد. ساده‌ترین نمونه یک سیستم کنترل دما یاترموستات است که بر اساس قوانین فازی کار می‌کند. سال‌هاست که از منطقفازی برای کنترل دمای آب یا میزان کدرشدن آبی که لباس‌ها در آن شستهشده‌اند در ساختمان اغلب ماشین‌های لباسشویی استفاده می‌شود.

امروزه ماشین‌های ظرفشویی و بسیاری از دیگر لوازم خانگی نیز از این تکنیکاستفاده می‌کنند. منطق فازی در صنعت خودروسازی نیز کاربردهای فروانی دارد.مثلاً سیستم ترمز و ABS در برخی از خودروها از منطق فازی استفاده می‌کند.یکی از معروف‌ترین نمونه‌های به‌کارگیری منطق فازی در سیستم‌های ترابریجهان، شبکه مونوریل (قطار تک ریل) توکیو در ژاپن است. سایر سیستم‌هایحرکتی و جابه‌جایی بار، مثل آسانسورها نیز از منطق فازی استفاده می‌کنند

سیستم‌های تهویه هوا نیز به وفور منطق فازی را به‌کار می‌گیرند. از منطقفازی در سیستم‌های پردازش تصویر نیز استفاده می‌شود. یک نمونه از این نوعکاربردها را می‌توانید در سیستم‌های <تشخیص لبه و مرز> اجسام وتصاویر(3) مشاهده کنید که در روباتیک نیز کاربردهایی دارد. به طور کلیخیلی از مواقع در ساختمان سیستم‌های تشخیص الگوها (Pattern Recognition)مثل سیستم‌های تشخیص گفتار و پردازش تصویر از منطق فازی استفاده می‌شود

منطق فازی و هوش مصنوعی‌

جالب‌ترین کاربرد منطق فازی، تفسیری است که این علم از ساختارتصمیم‌گیری‌های موجودات هوشمند، و در راس آن‌ها، هوش انسانی، به دستمی‌دهد.

شاید یکی از جالب‌ترین کاربردهای منطق فازی هوش مصنوعی دربازی‌های رایانه‌ای و جلوه‌های ویژه سینمایی باشد. فیلم ارباب حلقه‌ها رابخاطر بیاورید.شاید اگر بگوییم ارباب حلقه‌ها فیلمی تقریبا مجازی است،سخنی به گزاف نگفته باشیم. بیشتر قسمت‌های این فیلم اساسا درون کامپیوترخلق شده‌اند و واقعیت خارجی ندارند.کارگردان فیلم نزد یک متخصص جلوه‌هایویژه رفت و از او خواست که نرم‌افزاری بسازد که بتواند 70 هزار سوارکارزره‌پوش در حال حرکت را همچنان که به کشتار و خونریزی مشغولند، شبیه سازیکند.

در این برنامه متخصصان کامپیوتر و انیمیشن ابتداموجوداتی را به صورت الگو ایجاد کرده بودند و سپس به کمک منطق فازیمصداق‌هایی تصادفی از این موجودات خیالی پدیدآورده بودند که حرکات تصادفی- اما از پیش تعریف شده‌ای ‌-‌ در اعضای بدن خود داشتند.

اینموجودات در حقیقت دارای نوعی هوش مصنوعی بودند و می‌توانستند برای نحوهحرکت دادن اعضای بدن خود تصمیم بگیرند. در عین حال تمام موجوداتی که در یکلشکر به سویی می‌تاختند یا با دشمنی می‌جنگیدند، از جهت حرکت یکسانیبرخودار بودند و به سوی یک هدف مشخص حمله می‌کردند.

این ساختارکاملا‌ً پیچیده و هوشمند به فیلمسازان اجازه داده بود که این موجوداتافسانه‌ای را در دنیای مجازی کامپیوتر به حال خود رها کنند تا به سویدشمنان حمله کنند و این همه بی‌تردید بدون بهره‌گیری از منطق فازیامکان‌پذیر نبود.

شرکت Massive Software که به دلیل به‌کارگیریمنطق فازی برای ایجاد هوش‌مصنوعی در طراحی لشکریان فیلم‌ ارباب حلقه‌هابرنده جایزه اسکار شد، بعداً این تکنیک را در فیلم‌های دیگری همچونI.Robot و King Kong نیز به‌کار برد.

استفاده از منطق فازی برای هوشمند‌کردن موجودات نرم‌افزاری تنها گونه‌ای از کاربردهای این نظریه درهوش‌مصنوعی است. منطق فازی در هوشمند ساختن روبات‌های سخت‌افزاری نیزکاربردهای زیادی دارد.

نظریه فازی به وسیله پروفسور لطفی‌زاده در سال 1965 در مقاله‌ای به نام مجموعه‌های فازی معرفی شد.

وی فعالیت خویش در نظریه فازی را در مقاله‌ای با عنوان «مجموعه‌های فازی» تجسم بخشید.

دهة 1980 از لحاظ نظری، پیشرفت کندی داشت؛ اما کاربرد کنترل فازی باعث دوام نظریه فازی شد.

دهة 1990 ، توجه محققان امریکا و اروپا به سیستم‌های فازی

موفقیت سیستم‌های فازی در ژاپن، مورد توجه محققان امریکا و اروپا واقع شد و دیدگاه بسیاری از محققان به سیستم‌های فازی تغییر کرد.

در سال 1992 اولین کنفرانس بین‌المللی در مورد سیستم‌های فازی به وسیله بزرگترین سازمان مهندسی یعنی IEEE برگزار شد.

زندگینامة پروفسور لطفی‌زاده

استاد لطفی‌زاده در سال 1921 در باکو متولد شد. آنجا مرکز آذربایجان شوروی بود. لطفی‌زاده یک شهروند ایرانی بود؛ پدرش یک تاجر و نیز خبرنگار روزنامة ایرانیان بود.

استاد لطفی‌زاده از 10 تا 23 سالگی در ایران زندگی کرد و به مدرسة مذهبی رفت. خاندان لطفی‌زاده از اشراف و ثروتمندان ایرانی بودند که همیشه ماشین و خدمتکار شخصی داشتند.

در سال 1942 با درجة کارشناسی مهندسی برق از دانشکده فنی دانشگاه تهران فارغ‌التحصیل شد. او در سال 1944 وارد امریکا شد و به دانشگاه MIT رفت و در سال 1946 درجة کارشناسی‌ارشد را در مهندسی برق دریافت کرد. در سال 1951 درجة دکترای خود را در رشتة مهندسی برق دریافت نمود و به استادان دانشگاه کلمبیا ملحق شد. سپس به دانشگاه برکلی رفته و در سال 1963 ریاست دپارتمان مهندسی برق دانشگاه برکلی را که بالاترین عنوان در رشتة مهندسی برق است، کسب نمود. لطفی‌زاده انسانی است که همیشه موارد مخالف را مورد بررسی قرار داده و به بحث دربارة آن می‌پردازد. این خصوصیت، قابلیت پیروزی بر مشکلات را به لطفی‌زاده اعطا نموده است.

در سال 1956 لطفی‌زاده بررسی منطق چند ارزشی و ارائة مقالات تخصصی در مورد این منطق را آغاز کرد.

پروفسور لطفی‌زاده از طریق مؤسسة پرینستون با استفن کلین آشنا شد. استفن کلین کسی است که از طرف مؤسسة پرینستون، منطق چند ارزشی را در ایالات متحده رهبری می‌کرد. کلین متفکر جوان ایرانی را زیر بال و پر خود گرفت. آنها هیچ مقاله‌ای با یکدیگر ننوشتند، اما تحت تأثیر یکدیگر قرار داشتند.

لطفی‌زاده اصول منطق و ریاضی منطق چند ارزشی را فرا گرفت و به کلین اساس مهندسی برق و نظریة اطلاعات را آموخت.

وی پس از آشنایی با پرینستون، شیفتة منطق چند ارزشی شد.

در سال 1962 لطفی‌زاده تغییرات مهم و اصلی را در مقالة «از نظریة مدار به نظریة سیستم» در مجلة IRE که یکی از بهترین مجله‌های مهندسی آن روز بود، منتشر ساخت. در اینجا برای اولین بار عبارت فازی را برای چند ارزشی پیشنهاد داد.

لطفی‌زاده پس از ارائة منطق فازی، در تمام دهة 1970 و دهة 1980 به منتقدان خود در مورد این منطق پاسخ می‌داد. متانت، حوصله و صبوری استاد در برخورد با انتقادات و منتقدان منطق فازی از خود بروز می‌داد، در رشد و نمو منطق فازی بسیار مؤثر بوده است، به طوری که رشد کاربردهای کنترل فازی و منطق فازی در سیستم‌های کنترل را مدیون تلاش و کوشش پروفسور لطفی‌زاده می‌دانند و هرگز جهانیان تلاش این بزرگ‌مرد اسطوره‌ای ایرانی را فراموش نخواهند کرد.

تعریف سیستم‌های فازی و انواع آن

چرا سیستم‌های فازی:

دنیای واقعی ما بسیار پیچیده‌تر از آن است که بتوان یک توصیف و تعریف دقیق برای آن به دست آورد؛ بنابراین باید برای یک مدل، توصیف تقریبی یا همان فازی که قابل قبول و قابل تجزیه و تحلیل باشد معرفی شود.

سیستم‌های فازی چگونه سیستم‌هایی هستند؟

یک قاعده اگر ـ آنگاه فازی، یک عبارت اگر ـ آنگاه است که بعضی کلمات آن به وسیله توابع تعلق پیوسته مشخص شده‌اند.

مثال:

اگر سرعت خودرو بالاست، آنگاه نیروی کمتری به پدال گاز وارد کنید.

کلمات «بالا» و «کم» به وسیله توابع تعلق مشخص شده‌اند؛ توضیحات کامل در شکل ارائه شده است.

مثال 1-1:

در صحبت‌های عامیانه راننده‌ها در شرایط طبیعی از 3 قاعده زیر در حین رانندگی استفاده می‌کنند:

اگر سرعت پایین است، آنگاه نیروی بیشتری به پدال گاز وارد کنید.

اگر سرعت متوسط است، آنگاه نیروی متعادلی به پدال گاز وارد کنید.

اگر سرعت بالاست، آنگاه نیروی کمتری به پدال گاز وارد کنید.

انواع سیستم‌های فازی

سیستم‌های فازی خالص

سیستم‌های فازی تاکاگی ـ سوگنوکانگ (TSK)

سیستم‌های با فازی‌ساز و غیر فازی‌ساز

سیستم فازی خالص

موتور استنتاج فازی، این قواعد را به یک نگاشت از مجموعه‌های فازی در فضای ورودی به مجموعه‌های فازی و در فضای خروجی بر اساس اصول منطق فازی ترکیب می‌کند.

مشکل اصلی در رابطه با سیستم‌های فازی خالص این است که ورودی‌ها و خروجی‌های آن مجموعه‌های فازی می‌باشند. درحالی که در سیستم‌های مهندسی، ورودی‌ها و خروجی‌ها متغیرهایی با مقادیر حقیقی می‌باشند.

برای حل این مشکل، تاکاگی سوگنو و کانگ، نوع دیگری از سیستم‌های فازی معرفی کرده‌اند که ورودی‌ها و خروجی‌های آن متغیرهایی با مقادیر واقعی هستند.

سیستم فازی تاکاگی ـ سوگنو و کانگ

بدین ترتیب قاعده فازی از یک عبارت توصیفی با مقادیر زبانی، به یک رابطة ساده تبدیل شده است؛ به طور مثال در مورد خودرو می‌توان اعلام کرد که اگر سرعت خودرو X باشد، آنگاه نیروی وارد بر پدال گاز برابر Y=CX می‌باشد.

مشکلات عمدة سیستم فازی TSK عبارت است از:

بخش «آنگاه» قاعدة یک فرمول ریاضی بوده و بنابراین چهارچوبی را برای نمایش دانش بشری فراهم نمی‌کند.

این سیستم دست ما را برای اعمال اصول مختلف منطق فازی باز نمی‌گذارد و در نتیجه انعطاف‌پذیری سیستم‌های فازی در این ساختار وجود ندارد.

برای حل این مشکلات نوع سومی از سیستم‌های فازی یعنی سیستم فازی با فازی‌سازها و غیر فازی‌سازها مورد استفاده قرار گرفت.

سیستم‌های فازی با فازی‌ساز و غیر فازی ساز

این سیستم فازی معایب سیستم فازی خالص و سیستم فازی TSK را می‌پوشاند. در این مبحث، از این پس سیستم فازی با فازی ساز و غیر فازی‌ساز منظور خواهد بود.

به عنوان نتیجه‌گیری برای این بخش لازم است یادآوری شود که جنبة متمم نظریه سیستم‌های فازی این است که یک فرایند سیستماتیک را برای تبدیل یک پایگاه دانش به یک نگاشت غیر فعلی فراهم می‌سازد.

زمینه‌های تحقیق عمده در نظریه فازی

منظور از نظریه فازی، تمام نظریه‌هایی است که از مفاهیم اساسی مجموعه‌های فازی یا توابع تعلق استفاده می‌کنند.

مطابق شکل، نظریه فازی را می‌توان به پنج شاخة عمده تقسیم کرد که عبارتند از:

ریاضیات فازی

مفاهیم ریاضیات کلاسیک، با جایگزینی مجموعه‌های فازی با مجموعه‌های کلاسیک توسعه پیدا کرده است.

منطق فازی و هوش مصنوعی

که در آن منطق کلاسیک تقریب‌هایی یافته و سیستم‌های خبره بر اساس اطلاعات و استنتاج تقریبی توسعه پیدا کرده است.

سیستم‌های فازی

سیستم‌های فازی که شامل کنترل فازی و راه‌حل‌هایی در زمینة پردازش سیگنال و مخابرات می‌باشد.

عدم قطعیت و اطلاعات

انواع عدم قطعیت‌ها را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.

تصمیم‌گیری فازی

مسائل بهینه‌سازی را با محدودیت‌ها در نظر می‌گیرد.

اصل منطق فازی

استدلال تقریبی

سیستم‌های خبره فازی

منطق فازی و هوش مصنوعی

عدم قطعیت و اطلاعات

تصمیم‌گیری فازی

سیستم‌های فازی

ریاضیات فازی

نظریه فازی

مخابرات

پردازش سیگنال فازی

کنترل فازی

متعادل سازی کانال

بازشناسی الگو پردازش تصویر

طراحی کنترل کننده

تحلیل پایداری

تئوری امکان

اندازه گیری عدم قطعیت

بهینه‌سازی چندگانه برنامه‌ریزی فازی

مجموعه‌های فازی

اندازه‌گیریهای فازی

تحلیل فازی

روابط فازی

توپولوژی فازی

باید توجه داشت که پنچ شاخة مستقل از یکدیگر نبوده و به شدت به هم ارتباط دارند.

+ نوشته شده توسط محمد در دوشنبه یازدهم آذر ۱۳۹۲ و ساعت ۹:۲۹ ق.ظ |

وضعیت آب و هوا

مترجم سایت

اصل منطق فازی

استدلال تقریبی

سیستم‌های خبره فازی

منطق فازی و هوش مصنوعی

عدم قطعیت و اطلاعات

تصمیم‌گیری فازی

سیستم‌های فازی

ریاضیات فازی

نظریه فازی

مخابرات

پردازش سیگنال فازی

کنترل فازی

متعادل سازی کانال

بازشناسی الگو پردازش تصویر

طراحی کنترل کننده

تحلیل پایداری

تئوری امکان

اندازه گیری عدم قطعیت

بهینه‌سازی چندگانه برنامه‌ریزی فازی

مجموعه‌های فازی

اندازه‌گیریهای فازی

تحلیل فازی

روابط فازی

توپولوژی فازی