منطق فازی و معرفی پروفسور لطفی زاده

منطق فازی و معرفی پروفسور لطفی زاده

اسلاید 1: منطق فازی و معرفی پروفسور لطفی زاده

اسلاید 2: 2009نگاهی به زندگی و فعالیت های پروفسور لطفی زاده: پروفسور لطفی زاده(همچنین با نام های لطفی علی عسگرزاده، لطف الله عسگری زاده، لطفی عسکرزاده، لطفی ع. زاده و زاده شناخته می شود.) در سال 1921 در شهر باکو پایتخت جمهوری آذربایجان به دنیا آمد. مادرش پزشک و پدرش یک روزنامه نگار از اهالی آذربایجان ایران بود. در سن 10 سالگی، همزمان با حکومت دیکتاتوری استالین در اتحاد شوروی سابق، همراه خانواده اش مجبور به مراجعت به ایران شد و در شهر تهران ساکن گردید. لطفی زاده تحصیلات ابتدایی را در تهران ادامه داد و دوره متوسطه را در کالج البرز (دبیرستان البرز فعلی) به پایان رسانید و در کنکور ورودی دانشگاه تهران شرکت و رتبه دوم را احراز نمود.

اسلاید 3: 2009نگاهی به زندگی و فعالیت های پروفسور لطفی زاده: وی پس از فراغت از تحصیل از دانشکده فنی دانشگاه تهران در رشته مهندسی برق در سال 1942، به آمریکا مسافرت کرد و دوره فوق لیسانس مهندسی برق را در انستیتوی تکنولوژی ماساچوست (MIT) واقع در شهر بوستون طی نمود. آنگاه وارد دانشگاه کلمبیا در نیویورک شد و در سال 1949 با درجه دکتری از این دانشگاه فارغ التحصیل گردید.

اسلاید 4: 2009پرفسور لطفی زاده کارهای پژوهشی خود را در رشته تئوری سیستم از دانشگاه کلمبیا آغاز نمود. در سال 1956، وی به عنوان دانشمند میهمان در انستیتوی مطالعات پیشرفته در دانشگاه پرینستون (نیوجرسی) مشغول تدریس و تحقیق بود. علاوه بر آن، پرفسور لطفی زاده مشاغل علمی افتخاری متعددی را احراز نموده است که میتوان به موارد زیر اشاره نمود: استاد میهمان در رشته مهندسی برق در دانشگاه MIT (1968)، دانشمند میهمان در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت ای ـ بی ـ ام IBM در کالیفرنیا (1977، 1973، 1968) و دانشمند میهمان در مرکز مطالعات زبان و اطلاعات در دانشگاه استانفورد کالیفرنیــا (1988ـ1987  ( در سال 1959، .

اسلاید 5: 2009پرفسور لطفی زاده کار تمام وقت خود را با سمت استادی در دانشکده مهندسی برق دانشگاه کالیفرنیا در برکلی شروع کرد. در فاصله سالهای 1968ـ1963، وی ریاست دانشکده مهندسی برق دانشگاه کالیفرنیا در برکلی را عهده دار بود. گرچه پرفسور لطفی زاده در سال 1991 رسما بازنشسته شد، ولی همچنان به فعالیتهای علمی خویش در دانشگاه کالیفرنیا ادامه میدهد. در حال حاضر پرفسور لطفی زاده به عنوان استاد ممتاز (Professor Emeritus) مهندسی برق، مدیریت مرکز نرم افزار کامپیوتری دانشگاه برکلی را عهده دار است. این مرکز بیش از 2000 نفر عضو دارد و یکصد موسسه علمی به آن وابسته اند.

اسلاید 6: 2009تا سال 1965، تحقیقات پرفسور لطفی زاده عمدتا در زمینه تئوری سیستم ها و تجزیه و تحلیل تئوری تصمیمات بود. در آن سال، وی نظریه مجموعه فازی Fuzzy Logic را پایه گذاری کرد و سپس در زمینه کاربردهای این نظریه در حافظه مصنوعی، زبان شناسی، منطق، نظریه تصمیمات، نظریه کنترل، سیستمهای خبره و شبکه های اعصاب به تحقیقات گسترده ای پرداخت. در حال حاضر تحقیقات پرفسور لطفی زاده در زمینه منطق فازی نرم کامپیوتری Fuzzy Logic Computer Norm ) ( بر مبنای کلمات، نظریه رایانه ای ادراک و زبان طبیعی است.

اسلاید 7: 2009پرفسور لطفی زاده به عنوان کاشف و مبتکر منطق فازی شهرت جهانی دارد. وی طی یک مقاله علمی کلاسیک که در سال 1965 به چاپ رسید مفهوم مجموعه فازی را که اساس نظریه تجزیه و تحلیل سیستمهای پیچیده است، معرفی نمود که در آن زبان طبیعی به جای متغیرهای عددی برای تشریح رفتار و عملکرد سیستمها به کار میرود. پس از معرفی مجموعه فازی، بیش از 15000 مقاله علمی توسط دانشمندان جهان درباره منطق فازی و کاربردهای گسترده آن در نشریات علمی منتشر گردیده و حدود 3000 درخواست ثبت اختراع در این زمینه در کشورهای مختلف جهان به عمل آمده است.

اسلاید 8: 2009در سال مالی 1992- 1991، کمپانی ماتسوشیتای(Matsushta) ژاپن به تنهایی توانست تجهیزات و سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی به ارزش یک میلیارد دلار به فروش برساند که در آنها از منطق فازی استفاده میشود. در حال حاضر 12 ژورنال علمی در دنیا چاپ میشوند که در عناوین آنها کلمه فازی دیده میشود. تنها در کشور ژاپن بیش از 2000 مهندس و دانشمند در رشته منطق فازی به تحقیقات علمی و صنعتی مشغول هستند.

اسلاید 9: 2009پرفسور لطفی زاده عضو ارشد (Fellow) انستیتوی مهندسی برق و الکترونیک آمریکا، عضو ارشد بنیاد گوگن هایم (Guggenheim) ، عضو ارشد آکادمی ملی مهندسی آمریکا، عضو ارشد کنگره جهانی Cybernetics ، عضو آکادمی علوم روسیه، عضو افتخاری انجمن مطالعات فرمانشناسى اتریش  ( Cybernetics ) ، عضو ارشد اتحادیه بین المللی سیـستم های فـازی و عضـو ارشد چندیـــن انـجـمـن و موـسـه عــلمــی دیـگـر است.

اسلاید 10: 2009این روزها علم هوش مصنوعی مدرن از نظریه فازی بهره فراوانی می برد. اندیشه متعالی او قفلی را که سال ها بر چارچوب علوم بشر باقی مانده بود، شکست و دریچه ای شد به سوی جهان پیچیده و ناشناخته ای که انسان معاصر هنوز در تکاپوی شناختنش است. نام او بر پیشانی تاریخ علم همواره جاویدان خواهد بود.

اسلاید 11: 2009از آن زمان که انسان اندیشیدن را آغاز کرد، همواره کلمات و عباراتى را بر زبان جارى ساخته که مرزهاى روشنى نداشته اند. کلماتى نظیر «خوب»، «بد»، «جوان»، «پیر»، «بلند»، «کوتاه»، «قوى»، «ضعیف»، «گرم»، «سرد»، «خوشحال»، «باهوش»، «زیبا» و قیودى از قبیل «معمولاً»، «غالباً»، «تقریباً» و «به ندرت». روشن است که نمى توان براى این کلمات رمز مشخصى یافت، براى مثال در گزاره «على باهوش است» یا «گل رز زیباست» نمى توان مرز مشخصى براى «باهوش بودن» و «زیبا بودن» در نظر گرفت.

اسلاید 12: 2009اما در بسیارى از علوم نظیر ریاضیات و منطق، فرض بر این است که مرزها و محدوده هاى دقیقاً تعریف شده اى وجود دارد و یک موضوع خاص یا در محدوده آن مرز مى گنجد یا نمى گنجد. مواردى چون همه یا هیچ، فانى یا غیرفانى، زنده یا مرده، مرد یا زن، سفید یا سیاه، صفر یا یک، یا «این» یا «نقیض این» . در این علوم هر گزاره اى یا درست است یا نادرست، پدیده هاى واقعى یا «سفید» هستند یا «سیاه».

اسلاید 13: 2009این باور به سیاه و سفیدها، صفر و یک ها و این نظام دو ارزشى به گذشته بازمى گردد و حداقل به یونان قدیم و ارسطو مى رسد. البته قبل از ارسطو نوعى ذهنیت فلسفى وجود داشت که به ایمان دودویى با شک و تردید مى نگریست. بودا در هند، پنج قرن قبل از مسیح و تقریباً دو قرن قبل از ارسطو زندگى مى کرد. اولین قدم در سیستم اعتقادى او گریز از جهان سیاه و سفید و برداشتن این حجاب دو ارزشى بود. نگریستن به جهان به صورتى که هست.

اسلاید 14: 2009کجا اتومبیل خود را پارک می کنید؟ تصور کنید یک روز مطلع می شوید، نمایشگاه پوشاکی در گوشه ای از شهر برپا شده است و تصمیم می گیرید، یک روز عصر به اتفاق خانواده سری به این نمایشگاه بزنید. چون محل نمایشگاه کمی دور است، از اتومبیل استفاده می کنید، اما وقتی به محل نمایشگاه می رسید، متوجه می شوید که عده زیادی به آنجا آمده اند و پارکینگ نمایشگاه تا چشم کار می کند، پر شده است. اما چون حوصله صرف وقت برای پیدا کردن محل دیگری جهت پارک اتومبیل ندارید، با خود می گویید: هر طور شده باید جای پارکی در این پارکینگ پیدا کنم. سرانجام در گوشه ای از این پارکینگ محلی را پیدا می کنید که یک ماشین به طور کامل در آن جا نمی شود، اما با کمی اغماض می شود یک ماشین را در آن جای داد،

اسلاید 15: 2009هرچند که این ریسک وجود دارد که فضای عبور و مرور دیگر خودروها را تنگ کنید و آن ها هنگام حرکت به خودرو شما آسیب برسانند. اما به هرحال تصمیم می گیرید و ماشین خود را پارک می کنید. بسیارخوب! اکنون بیایید بررسی کنیم شما دقیقاً چه کار کردید؟ شما دنبال جای توقف یک اتومبیل می گشتید. آیا پیدا کردید؟ هم بله، هم نه. شما در ابتدا می خواستید 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 پیدا کردن یک مکان راحت برای توقف خودرو، شما جای مناسبی پیدا کردید. چون ممکن بود تا شب دنبال جا بگردید و چنین جایی را پیدا نکنید. اما از این نظر که اتومبیل را در جایی پارک کردید که فضای کافی برای قرارگرفتن ماشین شما نداشت، نمی توان گفت جای مناسبی است.

اسلاید 16: 2009اگر به منطق کلاسیک در علم ریاضیات مراجعه کنیم و این پرسش را مطرح نماییم که قبل از ورود به پارکینگ چند درصد احتمال می دادید جایی برای پارک کردن پیدا کنید، پاسخ بستگی به این دارد که واقعاً چه تعداد مکان مناسب (فضای کافی) برای توقف خودروها در آنجا وجود داشت؟علم ریاضیات و آمار و احتمال در مواجهه با چنین شرایطی قادر به پاسخگویی نیست. 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، احتمالش کم بود. چنین روباتی به احتمال زیاد ناکام از پارکینگ خارج می شد. پس شما با چه منطقی توانستید اتومبیل خود را پارک  کنید؟ شما از منطق فازی استفاده کردید.

اسلاید 17: 2009دنیای فازی: می پرسم هوا ابری است یا آفتابی؟ پاسخ می دهی: نیمه ابری. می پرسم آیا همه آنچه که دیروز به من گفتی، راست بود؟ پاسخ می دهی: بیشتر آن حقیقت داشت. ما در زندگی روزمره بارها از منطق فازی استفاده می کنیم. واقعیت این است که دنیای صفر و یک، دنیایی انتزاعی و خیالی است. به ندرت پیش می آید موضوعی صددرصد درست یا صددرصد نادرست باشد؛ زیرا در دنیای واقعی در بسیاری از مواقع، همه چیز منظم و مرتب سرجایش نیست.از نخستین روز تولد اندیشه فازی، بیش از چهل سال می گذرد. در این مدت نظریه فازی، چارچوب فکری و علمی جدیدی را در محافل آکادمیک و مهندسی معرفی نموده و دیدگاه دانشمندان را نسبت به کمٌ و کیف دنیای اطراف ما تغییر داده است. منطق فازی جهان بینی بدیع و واقع گرایانه ای است که به اصلاح شالوده  منطق علمی و ذهنی بشر کمک شایانی کرده است.

اسلاید 18: 2009در زبان فارسی، فازی به نامهای مشکک و شولای نیز ترجمه شده است. شاید این مثال از خود پروفسور لطفی زاده جالب باشد:“منطق کلاسیک شبیه شخصی است که بایک لباس رسمی  مشکی، بلوز سفید آهاردار، کروات مشکی، کفش های براق و غیره که به یک مهمانی رسمی آمده است و منطق فازی تا اندازه ای شبیه فردی است که با لباس غیررسمی، شلوارجین، تی شرت و کفشهای پارچه ای به همان مهمانی آمده است.  این لباس را درگذشته نمی پذیرفتند،  اما امروز  جور دیگری است .”

اسلاید 19: 2009پیشینه منطق فازی : تئوری مجموعه های فازی و منطق فازی را اولین بار پرفسور لطفی زاده (در ادامه مطالبی در مورد زندگی نامه ایشان آمده است.)در رساله ای به نام مجموعه های فازی - اطلاعات و کنترل در سال 1965 معرفی نمود. هدف اولیه او در آن زمان، توسعه مدلی کارآمدتر برای توصیف فرآیند پردازش زبان های طبیعی بود. او مفاهیم و اصلاحاتی همچون مجموعه های فازی، رویدادهای فازی، اعداد فازی و فازی سازی را وارد علوم ریاضیات و مهندسی نمود. از آن زمان تاکنون، پرفسور لطفی زاده به دلیل معرفی نظریه بدیع و سودمند منطق فازی و تلاش هایش در این زمینه، موفق به کسب جوایز بین المللی متعددی شده است.پس از معرفی منطق فازی به دنیای علم، در ابتدا مقاومت های بسیاری دربرابر پذیرش این نظریه صورت گرفت.

اسلاید 20: 2009بخشی از این مقاومت ها، چنان که ذکر شد، ناشی از برداشت های نادرست از منطق فازی و کارایی آن بود. جالب این که، منطق فازی در سال های نخست تولدش بیشتر در دنیای مشرق زمین، به ویژه کشور ژاپن با استقبال روبه رو شد، اما استیلای اندیشه کلاسیک صفر و یک در کشورهای مغرب زمین، اجازه رشد اندکی به این نظریه داد. با این حال به تدریج که این علم کاربردهایی پیدا کرد و وسایل الکترونیکی و دیجیتالی جدیدی وارد بازار شدند که بر اساس منطق فازی کارمی کردند، مخالفت ها نیز اندک اندک کاهش یافتند.در ژاپن استقبال از منطق فازی، عمدتاً به کاربرد آن در روباتیک و هوش مصنوعی مربوط می شود. موضوعی که یکی از نیروهای اصلی پیش برندهِ این علم طی چهل سال گذشته بوده است. در حقیقت می توان گفت بخش بزرگی از تاریخچه دانش هوش مصنوعی، با تاریخچه منطق فازی همراه و هم داستان است.

اسلاید 21: 2009کاربردهای منطق فازی: منطق فازی کاربردهای متعددی دارد. ساده ترین نمونه یک سیستم کنترل دما یا ترموستات است که بر اساس قوانین فازی کار می کند. سال هاست که از منطق فازی برای کنترل دمای آب یا میزان کدرشدن آبی که لباس ها در آن شسته شده اند در ساختمان اغلب ماشین های لباسشویی استفاده می شود.امروزه ماشین های ظرفشویی و بسیاری از دیگر لوازم خانگی نیز از این تکنیک استفاده می کنند. منطق فازی در صنعت خودروسازی نیز کاربردهای فروانی دارد. مثلاً سیستم ترمز و ABS در برخی از خودروها از منطق فازی استفاده می کند. یکی از معروف ترین نمونه های به کارگیری منطق فازی در سیستم های ترابری جهان، شبکه مونوریل (قطار تک ریل) توکیو در ژاپن است. سایر سیستم های حرکتی و جابه جایی بار، مثل آسانسورها نیز از منطق فازی استفاده می کنند.

اسلاید 22: 2009سیستم های تهویه هوا نیز به وفور منطق فازی را به کار می گیرند. از منطق فازی در سیستم های پردازش تصویر نیز استفاده می شود. یک نمونه از این نوع کاربردها را می توانید در سیستم های تشخیص لبه و مرز اجسام و تصاویر  ( Edge Detection Systems )  مشاهده کنید که در روباتیک نیز کاربردهایی دارد. به طور کلی خیلی از مواقع در ساختمان سیستم های تشخیص الگوها  ( Pattern Recognition )  مثل سیستم های تشخیص .گفتار و پردازش تصویر از منطق فازی استفاده می شود.

اسلاید 23: 2009منطق فازی و هوش مصنوعی: جالب ترین کاربرد منطق فازی، تفسیری است که این علم از ساختار تصمیم گیری های موجودات هوشمند، و در راس آن ها، هوش انسانی، به دست می دهد.این منطق به خوبی نشان می دهد که چرا منطق دو ارزشی صفر و یک در ریاضیات کلاسیک قادر به تبیین و توصیف مفاهیم نادقیقی همچون گرما و سرما که مبنای بسیاری از تصمیم گیری های هوشمند را تشکیل می دهند، نیست.شاید یکی از جالب ترین کاربردهای منطق فازی هوش مصنوعی در بازی های رایانه ای و جلوه های ویژه سینمایی باشد. در فیلم سینمایی ارباب حلقه ها از نرم افزار Massive استفاده شده است. از این نرم افزار در بسیاری از صحنه های فیلم برای تولید حرکات لشکر موجودات متخاصم استفاده شده بود.در این برنامه متخصصان کامپیوتر و انیمیشن ابتدا موجوداتی را به صورت الگو ایجاد کرده بودند و سپس به کمک منطق فازی مصداق هایی تصادفی از این موجودات خیالی پدیدآورده بودند که حرکات تصادفی - اما از پیش تعریف شده ای  -  در اعضای بدن خود داشتند.

اسلاید 24: 2009این موجودات در حقیقت دارای نوعی هوش مصنوعی بودند و می توانستند برای نحوه حرکت دادن اعضای بدن خود تصمیم بگیرند. در عین حال تمام موجوداتی که در یک لشکر به سویی می تاختند یا با دشمنی می جنگیدند، از جهت حرکت یکسانی برخودار بودند و به سوی یک هدف مشخص حمله می کردند.این ساختار کاملا ً پیچیده و هوشمند به فیلمسازان اجازه داده بود که این موجودات افسانه ای را در دنیای مجازی کامپیوتر به حال خود رها کنند تا به سوی دشمنان حمله کنند و این همه بی تردید بدون بهره گیری از منطق فازی امکانپذیر نبود. شرکت Massive Software که به دلیل به کارگیری منطق فازی برای ایجاد هوش مصنوعی در طراحی لشکریان فیلم  ارباب حلقه ها برنده جایزه اسکار شد، بعداً این تکنیک را در فیلم های دیگری همچون I.Robot و King Kong نیز به کار برد. استفاده از منطق فازی برای هوشمند کردن موجودات نرم افزاری تنها گونه ای از کاربردهای این نظریه در هوش مصنوعی است. منطق فازی در هوشمند ساختن روبات های سخت افزاری نیز کاربردهای زیادی دارد.