Johdatus sumeaan logiikkajärjestelmään
Fuzzy Logic on laskennallinen lähestymistapa, joka perustuu ”totuuden asteeseen” eikä ole rajoitettu Boolean “oikeaan tai väärään”. Termi 'sumea' tarkoittaa jotain, mikä on epämääräistä tai epäselvää. Sumuista logiikkajärjestelmää käytetään tilanteissa, joissa tiloja on vaikea luokitella binaariseksi ”totta tai vääriä”. Sumea logiikka voi sisältää väliarvoja, kuten osittain totta ja osittain väärä. Se voidaan toteuttaa monenlaisilla laitteilla pienestä mikro-ohjaimesta suuriin IT-järjestelmiin. Se yrittää matkia ihmisen kaltaista päätöksentekoa, joka voi sisältää kaikki arvot tosi ja väärän välillä.
Sumuisen logiikkajärjestelmän arkkitehtuuri
Fuzzy Logic -järjestelmässä on neljä pääkomponenttia, jotka selitetään seuraavan arkkitehtuurikaavion avulla:
- Säännöt: Sääntökanta koostuu laajasta joukosta sääntöjä, jotka asiantuntijat ovat ohjelmoineet ja syöttäneet ja jotka ohjaavat päätöksentekoa sumeaan järjestelmään. Säännöt ovat sarja "Jos-sitten" -lausekkeita, jotka päättävät tapahtuman esiintymisen ehdon perusteella.
- Fuzzifikaatio: Fuzzification muuntaa antureista mitatut raa'at tulot sumeaan joukkoon. Nämä muunnetut tulot välitetään ohjausjärjestelmään jatkokäsittelyä varten.
- Päätelmämoottori: Se auttaa sääntöjen kartoittamisessa syöttötietojoukkoon ja siten päättämään, mitä sääntöjä sovelletaan tiettyyn syötteeseen. Se tekee niin laskemalla tietyn syötteen sääntöjen vastaavuusprosentit%.
- Defuzzifikaatio: Se on vastakohta fuzzificationille. Tässä sumea sarja muunnetaan teräviksi tuloiksi. Nämä terävät tulot ovat sumea logiikkajärjestelmän lähtö.
Jäsentoiminto
Jäsenyysfunktio määrittelee kuinka tulo sumeaan järjestelmään yhdistetään arvoihin välillä 0 - 1. Tuloa kutsutaan yleensä nimellä Universe (U), koska se voi sisältää minkä tahansa arvon. Jäsentoiminto on määritelty seuraavasti:
μ A: X → (0, 1).
Tässä X edustaa maailmankaikkeutta ja Y edustaa mitä tahansa arvoa välillä 0 ja 1. Kolmikulmainen jäsenyysfunktio on yleisimmin käytetty jäsentoiminto. Muihin jäsentoimintoihin kuuluu trapetsimuotoinen, Gaussian ja Singleton.
Miksi ja milloin käyttää sumeaa logiikkaa?
Sumuinen logiikka on erityisen hyödyllinen, kun haluat matkia ihmisen kaltaista ajattelua ohjausjärjestelmässä. Tarkkuusperusteiden lisäksi se keskittyy hyväksyttäviin päättelyihin, jotka ovat hyvin lähellä todellisen maailman toimintaa. Se on suunniteltu käsittelemään epävarmuustekijöitä ja osaa selvittää päätelmän johtopäätökset.
Sumuisen logiikkajärjestelmän algoritmi
- Määritä kaikki muuttujat ja termit, jotka toimivat syötteenä sumeaan järjestelmään
- Luo järjestelmän jäsentoiminto (kuten edellä määriteltiin)
- Luo sääntöpohja, joka kartoitetaan jokaiselle tulolle
- Muunna normaali tulo sumeaksi tuloksi, joka syötetään jäsentoiminnolle
- Arvioi tulos jäsentoiminnosta
- Yhdistä kaikki tulos henkilökohtaisista säännöistä
- Muunna tulosteen sumea joukko teräväksi tuloksi (tehoste)
Sumuisen logiikkajärjestelmän soveltaminen
Fuzzy Logic -tekniikkaa käytetään kaikilla tärkeimmillä toimialoilla, mutta Automotive on edelleen suurin käyttöönottaja. Harvat sen sovellukset luetellaan alla:
- Nissan käyttää Fuzzy Logic -järjestelmää jarrujärjestelmän ohjaamiseen vaaratilanteissa. Fuzzy Logic käyttää syötteitä, kuten nopeus, kiihtyvyys, vauhti päättääksesi jarrujen voimakkuudesta.
- Nissan käyttää myös sumeaa logiikkaa polttoaineen ruiskutuksen määrän ja sytytyksen ohjaamiseen syöttöjen, kuten moottorin kierrosluvun, lämpötilan ja kantavuuden, perusteella.
- Sitä käytetään satelliiteissa ja ilma-aluksissa korkeuden ohjaamiseen.
- Mitsubishi käyttää Fuzzy Logic -sovellusta hissinhallinnan tehostamiseen ottamalla matkustajaliikenne lähtöksi.
- Nippon Steel käyttää sumeaa logiikkaa päättääkseen, missä suhteessa erityyppisiä sementtejä tulisi sekoittaa kestävän sementin valmistamiseksi.
- Fuzzy Logic löytää sovelluksensa kemianteollisuudessa erilaisten prosessien, kuten pH-arvon hallinta, kuivausprosessi ja tislaus, hallintaan.
- Sumuinen logiikka voidaan yhdistää keinotekoiseen hermoverkkoon (ANN) ihmisen aivojen toiminnan jäljittelemiseksi. Fuzzy Logic aggregoi tiedot ja muuntaa merkityksellisemmäksi informaatioksi, jota käytetään sumeaisina sarjoina.
Fuzzy Logic -järjestelmän edut
Seuraavassa on sumean logiikkajärjestelmän viisi etua:
- Sumea logiikka voi toimia minkä tahansa sisääntulon kanssa, vaikka se olisi jäsentämätöntä, vääristynyt, epätarkka tai sisältää melua.
- Sumea logiikan rakenne on erittäin helppo lukea ja ymmärtää, koska se jäljittelee läheisesti tapaa, jolla ihminen-mieli tekee päätöksen.
- Fuzzy Logicin vivahteisiin sisältyy keskeisten matemaattisten käsitteiden, kuten joukkoteorian ja todennäköisyyden, käyttö, mikä tekee siitä sopivan ratkaisemaan kaikenlaisia ihmiskunnan päivittäisiä haasteita.
- Sumea logiikka voi tarjota tehokkaita ratkaisuja erittäin monimutkaiseen ongelmaan eri toimialoilla.
- Fuzzy Logic System tarvitsee hyvin vähän dataa vakaan mallin valmistamiseksi. Siksi se tarvitsee vain rajoitetun määrän muistia suorittamiseen.
Fuzzy Logic -järjestelmän haitat
Alla on sumean logiikkajärjestelmän neljä parasta haittaa:
- Ei ole olemassa vakiotapaa ratkaista ongelma Fuzzy Logic -sovelluksen avulla, joten eri asiantuntijoilla voi olla erilainen ratkaisu ongelmaan, joka johtaa epäselvyyteen.
- Koska sumea logiikkajärjestelmä toimii sekä tarkkojen että epätarkkojen tietojen kanssa, joten ajoittain sen tarkkuus voi vaarantua.
- Sumea logiikkajärjestelmä ei voi oppia menneistä virheistä tai epäonnistumisista, koska sillä ei ole itsensä oppimisen kykyä, kuten koneoppiminen ja hermoverkko.
- Standardoinnin puutteen vuoksi ei ole yhtä kiinteää tapaa löytää sääntöjä ja jäsentoimintoja tietylle ongelmalle. Siksi joskus on vaikea löytää tarkkoja sääntöjä ja jäsentoimintoja joihinkin ongelmiin.
johtopäätös
Fuzzy Logic tarjoaa vaihtoehtoisen tavan lähestyä todellisia ongelmia laskentamaailmassa. Sitä voidaan helposti soveltaa erilaisiin sovelluksiin ja ohjausjärjestelmiin, joista voi olla hyötyä pitkällä aikavälillä. Koska se kykenee toimimaan hyvin “totuuden asteen” kanssa, se avaa paljon ovia nykyaikaiseen tietojenkäsittelyyn. Se ei kuitenkaan ole ihmelääke kaikille ongelmille, sillä sen tarkkuuteen ja sen kyvyttömyyteen oppia epäonnistumisesta, kuten koneoppimisessa, on vakavia rajoituksia.
Suositellut artikkelit
Tämä on opas sumeaan logiikkajärjestelmään. Tässä keskustellaan siitä, miksi ja milloin sumeaa järjestelmää käytetään arkkitehtuurilla, sovelluksella ja viimeiseksi eduilla ja haitoilla. Voit myös käydä läpi muiden aiheeseen liittyvien artikkeleidemme saadaksesi lisätietoja -
- Mikä on sumea logiikka?
- Sumujen testaus
- Internet-yritykset
- R datakehys
- Anturilaite
- 12 suosituinta anturityyppiä ja niiden sovelluksia