بنام خدا فصل :7منطق فازی و منطق گزارهها استدالل تقریبی منطقهای چند ارزشی متغیرهای زبانی متغیر زبانی درستی متغیر زبانی احتمالی منطق فازی استدالل تقریبی قوانین مقدماتی استنتاج فازی قانون قیاس استثنایی تعمیم یافته ()GMP استنتاج فازی به وسیله قوانین ترکیبی استنتاج ()CRI منطق گزارهها یک ح وزه منط ق ،منط ق گزارهه ا ن ام دارد ک ه ب ا گزارهه ا یع نی عباراتی که راست و یا دروغاند سروکار دارد. اصطالح معنی نماد نقیض A چنین نیستA که ~A ترکیب عطفی A وB AوB A B ترکیب فصلی Aو B AوB A B ترکیب شرطی A وB اگر Aآنگاه B Aفقط اگر B A B A B ترکیب دو شرطی AوB جدول :1رابطههای مهم در منطق کالسیک A B A B A B A B B A T T T T T T F F T F F T F T T F T F T T F F F F جدول :2جدول درستی چهار رابطه مهم تعJریف :1یک صورت گزارهای ،یک راسJتگو (تنJاقض) است اگر به ازاء هر ارزشدهی به متغیرهای گزارهای آن ،ارزش )0( 1داشته باشد. مثJال A ~ A:و A ~ ~ AوA B A راستگو هستند و یک تناقض است. A ~ Aچند استداللـی A1 , A2 , , تعJریف :2صـورت A n A نJامعتبر است اگر بتوان ای ،A یک نوع ارزشدهی بــرای متغیرهای , A1 n , آن یافت به طوری که هر یک از گزاره دارای ارزش Tباشند ولی Aدارای ارزش Fباشد .در غیر این صورت استدالل معتبر است. p : A B قالب روبرو تنها قاعده استنتاج در این دستگاه ،قاعJده قیJاس اسJتثنایی در 1 است. p2 : A _________ B * مثال زیر هر چند از لحاظ شهودی استدالل فوق پذیرفتنی است ،ولی این استدالل در چارچوب منطق گزارهها پذیرفتنی نیست. هر انسانی فانی است. سقراط انسان است. پس ،سقراط فانی است. به طور خالصه دو تفاوت مهم با حالتهای قبل داریم. .1اس تفاده از محمJول .توض یح آنک ه ه ر گ زاره س اده ،ی ک موضJوع و ی ک محمول دارد .موضوع چیزی است که گزاره درباره آن چیزی را بیان میکند و محمول به خاصیتی از موضوع مربوط میشود .در گزاره سقراط انسان است” ،سJقراط“ موضJوع و ”انسJان اسJت“ محمJول گزاره میباشد. میتوان گامی در جهت نمادین شدن برداشت و جمله سقراط انسان است را مثًال ب ا ) A(sنش ان داد ک ه در آن Aی کح رف محم ولی اس ت ک ه بج ای ”انسان است“ و sبجای ”سقراط“ قرار گرفته است. .2استفاده از قید ”هر“ ،که آن را سJور عمJومی مینامیم و با نماد نشان نشان قید «بعضی» است و معنی «حداقل یکی» را میدهد و با نماد As همان Jودی Bنام داردAکه; x x میدهیم .البته یک سور دیگر هم داریم که سJور وج x ”انسان داده میشود .با این توضیح که با در نظر گرفتن Aبرای محمول _________ یر، متغ اس ت“ و Bبج ای ف انی اس ت و sبج ای س قراط و xدر مق ام ی کB s صورت استداللی فوق اینگونه میشود. لوکاسیویچ منطقهJای چنJد ↔ → V Λ b a 1 1 0 0 0 0 ½ 1 ½ 0 ½ 0 جدول :1ج دول تعری ف 0 1 1 0 1 0 رابطه ا ب رای منط ق س ه ½ ½ ½ 0 0 ½ ارزشی لوکاسیویچ 1 1 ½ ½ ½ ½ ½ 1 1 ½ 1 ½ 0 0 1 0 0 1 ½ ½ 1 ½ ½ 1 1 1 1 1 1 1 ارزشی منطق دو ارزشی و سه ارزشی وتعمیم آن • • • • • برخی راستگوهای منطق دو ارزشی در حالت سه ارزشی راستگو نیستند قوانین ش مول( )aΛ~a=0و ط رد ()aV~a=1در منط ق س ه ارزش ی برق رار نیستند (مثًال .)a=1/2 نیم ه راس تگو (نیم ه تن اقض) گ زاره ای اس ت ک ه ب ه ازای ه ر ارزش دهی ب ه ½ ( 0یا ½) داشته باشد. متغیرهای آن ،حاصل عبارت ارزش 1یا برای ه ر ،n≥3منط ق -nارزش ی تعمیمی از منط ق دو و س ه ارزش ی اس ت بطوریکهارزش درستی هر گزاره با عدد گویایی از بازه [1و ]0تعیین می شود. منطق چند ارزشی لوکاسویچ (استاندارد لوکاس ویچ) :در این منطق درجات درستی گزاره ها از مجموعه Tnانتخاب می شوند. 0 1 2 n 2 n 1 Tn 0 , , ,..., , 1 n 1 n 1 n 1 n 1 n 1 و رابطهای منطقی بصورت زیر تعریف شده اند: • ~a = 1 – a )a Λ b = min (a, b )a → b = min (1, 1+b – a )a V b = max (a, b |a ↔ b = 1 – |a – b منطق چند ارزشی لوکاسویچ وقتی ∞→ ،nبا نظریه مجموعه های فازی برپایه عملگرهای minو maxو متمم معمولی یکریخت است. متغیرهای زبانی می گJوییم :در جامع ه ای ب ا م یزان باس وادی ب اال ،ناهنجاریه ای اجتماعی کم است؛ نمی گJوییم :در جامع ه ای ب ا م یزان باس وادی ببیشتر از ،٪90 ناهنجاریهای اجتم اعی در کمتر از ٪23افراد جامعه مشاهده می شود؛ می گوییم :افراد سنگین وزن بیشتر از افراد کم وزن در معرض ایست قلبی هستند؛ نمی گJوییم :افراد سنگین تر از 100کیلوگرم ،دو برابر ونیم بیشتر از افراد زیر 70کیلوگرم در معرض ایست قلبی هستند؛ تعریف متغیر معمولی تعریف :1سه تایی مرتب () )X , U , R (X ; uبطوریکه: • Xنام متغیر • Uزیر مجموعه مرجع • ) R(X ; uیک زیرمجموعه از Uاست که به عنوان تحدیدی بر مقادیری از Uکه Xمی تواند آنها را اختیار کند ،عمل میکند. مثال :فرض کنید Xمتغیر طول قد برای انسانها باشد و ) U=(0,250و ] R(X)=[100,150در این صورت ) R(Xنشان دهنده تمام انسانهایی است که طول قد آنها حداقل 100و حداکثر 150سانتیمتر باشد ،دقت کنید که ) R(Xیک تحدید برای مجموعه مقادیری است که Xمیتواند در Uاختیار کند. بعالوه این تحدید کامًال مشخص و معین است. تعریف متغیر زبانی تعریف :2پنج تایی مرتب ( )X,T(X),U,G,Mبطوریکه: • Xنام متغیر • Uمجموعه مرجع رمهای مربوط به متغیر Xاست • ) T(Xمجموعه ِت • ترم ،یک مجموعه فازی است که توسط قاعJده نحJوی Gتولید میشود • Mی ک قاعJده معنJایی اس ت ک ه ب ه ه ر ت رم ) T(Xمعن ای آن را مربوط میسازد ،یعنی تابع عضویت آن ترم را مشخص میکند. مثJال :فرض کنید ،Xمتغیر زبانی طول قد باشد و ] ،U=[0,250ترمهای این متغ یر زب انی ک ه ه ر ک دام ی ک زیرمجموع ه ف ازی از Uهس تند میتوانن د چ نین باشند :بلند ،کوتاه ،خیلی بلند ،نه خیلی بلند و . ...بنابراین ) T(Xدر اینجا به ص ورت زی ر اس ت ،ک ه البت ه در ح الت کلی میتوان د توس ط ی ک قاع ده )G(X بطورمنظم تولید شود. } نه خیلی بلند ،خیلی بلند ،کوتاه ،بلند )={... ،طول قد(T ) M(Xقاع دهای اس ت ک ه ت رم ،معن ایی را ب ه ص ورت ی ک ت ابع عض ویت از U میبخشد .مثًال برای ترم ” :Aبلند“ ،میتوان تابع عضویت زیر را در نظر گرفت }U که در آن 0 u 150 150 u 250 )={(u , A(u)) , uبلند(M 0 2 1 Au u 150 1 30 متغیر زبانی درستی گزارهای میتواند بطور پیوسته از • در منطق ∞-ارزشی مقدار درستی [1و ]0انتخاب شود. • مقادیر درستی گزارهها خود مقادیر زبانی هستند یعنی با متغیر زبانی درستی سر وکار داریم .مجموعه ترمهای آن میتواند به صورت زیر باشد: { ،...نه درست نه نادرست ،... ،کامًال درست ،خیلی درست ،نادرست، درست} = (درستی) T • • • • مجموعه مرج ع [1وU=]0است .برای نمونه یک عضو از (درستی)T مثًال درس ت توس ط مجم وعهی ف ازی از [1وI-]0تعری ف میش ود ک ه بستگی به زمینهی کاربرد آن دارد. تعریف بالدوین از ترم ”درست“ تابع همانی است ،یعنی A(u) = u بالدوین ترمهای ”خیلی درست“ را با () 2)A(uو ”تقریب ًا درست“ را با () ½)A(uتعریف میکند. مثًال اگر درجه درستی گزارهای 8/0باشد آن گزاره به اندازه 64/0 خیلی درست و به اندازه 89/0تقریبًا درست است. برای 0ترم ” =Aدرست“ 0: تعریف زاده :تابع عضویت u a u a 2 Au 2 150 u 250 1 a 2 u 1 a 1 1 u 1 1 a 2 شJکل :3ترمه ای ”درس ت“ و ”نادرس ت“ (= 6/0 )aب ر اس اس دو تعریف مختلف بال دوین و زاده .ت رم نادرس ت بص ورت منطق کالسیک یا منطق ∞-ارزشی مقدار درستی گزاره ”افراد چاق ،خونسردند“ زیاد است مقدار درستی گزاره ”افراد خونسرد ،صبورند“ تقریبًا درست است مقدار درستی گزاره ”افراد چاق ،صبورند“ کم و بیش درست است • استنتاج زیر در قالب منطق کالسیک و حتی منطق ∞-ارزشی نمیگنجد ،اما با استفاده از متغیر زبانی درستی میتوان بسیاری از گزارهه ا و اس تنتاجها را مانن د اس تنتاج ف وق ص ورتبندی و تحلیل کرد. متغیر زبانی احتمالی تعریJف :3یک قیJد زبJانی ،عملگری است که معنای یک ترم (مجموعه فازی) را تغییر میدهد .اگر Aیک ترم باشد و mیک قید زبانی ،آنگاه ) B= m(Aیک ترم مرکب است که نتیجه اعمال قید mبر ترم Aاست. الگوهای ریاضی رایج برای قیدهای زبانی : تعمیم چهار عمل اصلی برای اعداد فازی CON Au A2 u 1 2 (concentration) DIL Au Au تمرکز 1 2 0 Au 1 Au 1 2 2 2 A u INT Au 1 21 Au 2 گسترش یا اتساع )(dilatation تشدید )(Intensification الگوهای قبل به این نحو استفاده میشوند که چنانچه Aیک ترم (مجموعه فازی) باشد ،آنگاه داریم : )) Very (A) = CON (Aخیلی (A )) more or less A = DIL (Aکم و بیش (A ) plus A = A1.25بیش از (A ])not (very A ) slightly = INT [ Plus Aکمی (A تعJریف :4متغیر زبانی Xرا سJاختیافته گوییم اگر مجموعه ) T(Xو معانی ترمهای آن را بتوان توسط یک الگوریتم ،مشخص کرد. شکل 2توابع سازگاری چند ترم از متغیر زبانی «احتمال» مثJال :فرض کنید Xمتغیر طول قد باشد و ] U=[0,250و ترم (مجموعه فازی) بلند قد که آن را با Aنشان میدهیم با تابع سازگاری (عضویت) زیر تعریف 0 u 150 0 شده باشد. 1 u u Au u 150 2 150 u 250 1 بلند 30 قد در این صورت ترمهای (مجموعههای فازی) بیانگر طول قد ”خیلی بلند“ و ”کم بود و بیش بلند“ دارای توابع 0 u 150 سازگاری (عضویت) زیر خواهند 0 2 very A ConA u 150 2 150 u 250 خیلی 1 30 بلند 0 u 150 150 u 250 0 1 2 more or less A DILA u 150 2 1 کم و 30 بیش بلند شکل 3نمودار توابع سازگاری (عضویت) بلند ،خیلی بلند و کم و بیش بلند مربوط به مثال قبل منطق فازی ویژگیها و سیمای اصلی منطق فازی که آن را از سیستمهای منطق کالسیک جدا میسازد ،به شرح زیر است: .1در سیستمهای منطق دو ارزشی ،یک گزاره یا درست است و یا نادرست. در منطقهای چند ارزشی ،هر گزاره میتواند درست یا نادرست باشد و یا یک مقدار درستی میانه داشته باشد که این مقدار درستی میتواند عضوی از یک مجموعه متناهی یا نامتناهی مقادیر درستی ( Tمعموًال ] )T= [0,1باشد. اما در منطق فازی مقادیر درستی ،زیرمجموعههای فازی از [ ]0,1هستند. مثًال «خیلی درست» یک مقدار درستی در منطق فازی است که به وسیله یک زیر مجموعه فازی از [ ]0,1تعریف و توصیف میشود .تابع عضویت این مجموعه ف ازی را که در موارد متفاوت میت وان مختلف تعریف کرد ،تابع سازگاری ”خیلی درست“ نیز میگوییم. .3در منطقهای کالسیک تنها دو سور عمومی و وجودی داریم .که به ترتیب بی انگر هم ه و بعض ی (ح داقل یکی) اس ت .در مقاب ل ،در منط ق ف ازی میتوانیم از سورهای فازی استفاده کنیم مانند :اکثر ،خیلی ،بندرت ،خیلی کم. ... ، .4در منطق کالسیک تنها قیدی که معنای یک گزاره را تغییر میدهد قید نفی (نه ،چنین نیست که) است .اما در منطق فازی میتوان از قیدهای فازی برای تعدیل و تشدید و ، ...و به طور کلی تغییر معنای گزارهها استفاده کرد .مانند قیدهای خیلی ،کم و بیش ،کمی ،خیلی خیلی. ... ، .5منطق کالسیک یک وجJه توصJیفی دارد که همان وجه درستی گزارههاست و ه ر گزاره یا اس تنتاج از جنب ه درس تی س نجیده میش ود .در ح الی ک ه در منطق فازی سه وجه توصیفی به شرح زیر دارد: .aتوصJیف درسJتی .مانند آنکه بگوییم :گزاره ” :Pاحمد جوان است،“. تقریبًا درست است. در اینجا گزاره Pبه وسیله یک توصیف درستی ارزیابی شده است. استدالل تقریبی مقدمه: اگر x، Aباشد ،آنگاه y، B است. مشاهده x، A :است. نتیجه: y، Bاست. قوانین مقدماتی استنتاج فازی قانون استلزام مثا ل : مریم خیلی جوان است. خیلی جوان زیر مجموعه جوان است. نتیجه :مریم جوان X is A AB _____ X is B قانون عطف مثا ل : هوا خیلی گرم نیست. و هوا خیلی سرد نیست. نتیجه :هوا نه خیلی گرم است و نه خیلی سرد قانون فصل مثا ل : X is A and X is B _________ X is A B یا فشار خیلی زیاد است. فشار خیلی کم است. نتیجه :فشار ،خیلی زیاد یا خیلی کم است. X is A or X is B _________ X is A B X is A قانون حاصلضرب دکارتی مثا ل : Y is B _________ فشار زیاد است. دما متوسط است. نتیجه( :فشار و دما)، متوسط × زیاد است. X , Y is R قانون تصویر مثا ل : X , Y is A B _________ X is R X ( )X,Yنزدیک به ()7,3 است. نتیجه X :نزدیک به 7 است. X , Y is R قانون ترکیب مثا ل : هوای کوهرنگ بسیار سردتر از هوای شهرکرد است. هوای شهرکرد سرد است. Y is B _________ X is B R نتیجه :هوای کوهرنگ بسیار سردتر Oسرد است. قانون نفی مثا ل : not X is A _________ X is A چنین نیست که فشار باال است. نتیجه :فشار باال نیست. قانون (اصل) گسترش که در آن Aی ک مجموع ه ف ازی در Uب ه ص ورت زیر X is A ___________ f X is f A 1 n 2 A , , , u u u 2 n 1 و ) f(Aنیز به صورت مجموعه فازی زیر است 1 n 2 f A , , , f u n f u1 f u 2 مثا ل : Xکوچک است. نتیجهX2، )2 :کوچک( است. قانون قیاس استثنایی تعمیم یافته ()GMP مثا ل : if X is A then Y is B مقدمه : X is A مشاهده : Y is B نتیجه : مقدمه:اگر فشار بیش از 10باشد ،آنگاه دما بیش از °65است. مشاهده:فشار بیش از 10است. نتیجه:دما بیش از °65است. استنتاج فازی به وسیله قانون ترکیبی )CRI( استنتاج P1 : if X is A then Y is B P2 : X is A* Y is B* , B* = A* O R = A* O (A × B) مثال :قانون فازی P1و مشاهده P2به صورت زیر داده شدهاند :P1اگر در یک روز هوا بارانی ( )Aباشد؛ آن شب هوا مرطوب ( )Bاست. :P2امروز هوا نیمه بارانی ( )*Aاست. که در آن مجموعههای فازی (توزیعهای امکان) بیانگر = Aهوای بارانی و = B هوای مرطوب و = *Aهوای نیمه بارانی از مجموعههای مرجع Uو Vزیر میباش ند .ب رای س ادگی ،مجموعهه ای مرج ع را گسس ته اختی ار ک ردهایم. رطوبت به نزدیکترین عدد بارندگی درجهU یا 0 , 5 , , 15و10 بنابراین فرض کنید هر مقدار , 20 از مجموعه مرجع خود گرد شودV 25 , 50 , 75 , 100. مجموعه مرجع میزان بارندگی 0 0.3 0.6 0.8 1 A , , , , مجموعه مرجع درجه رطوبت 0 5 10 15 20 0.1 0.4 0.7 0.9 B , , , 25 50 75 100 0.1 0.4 1 0.4 0.1 A* , , , , 0 5 10 15 20 بارانی مرطوب مشاهده (نیمه بارانی) حال میخ واهیم درب اره م یزان رط وبت ه وای امش ب اس تنتاجی انج ام دهیم. یعنی یافتن یک مجموعه فازی *Bاز Vکه گزاره نتیجه زیر را کامل کند. امشب هوا )*B( ....است. بر اساس رابطه B* = A* O Rباید ابتدا Rو آنگاه A* O Rرا بیابیم .همانطور که گفته شد انتخابهای مختلفی برای رابطه استلزام Rو عملگر ترکیب O در A*O Rپیشنهاد شده است .ما در اینجا از دو عملگر رایج minو product 0.1 0.4 0.6 0.6 B * , , کنیم, . استفاده کرده *Bرا min محاسبه م ی 25 50 75 100 product 0.06 0.24 0.42 0.54 B , , , 75 100 25 50 * استنتاج فازي به روش مقايسه الگو ()PM P1 : if X is A then Y is B *P2 : X is A Y is B * B * min 1, B (v) / SM الف) روش افزايش تابع عضويت: عضويتB * T B (v), SM : ب) روش کاهش تابع که در آن • Tيک -Tنرم مناسب به ويژه ضرب است. • SMميزان مشابهت Aو *Aيا ميزان زيرمجموعگي *A در Aاست. ميزان مشابهت برحسب فاصله تعJریف :1ف رض کنی د Aو Bدو زی ر مجموع ه ف ازی (تعری ف ش ده در m 1 نقطه) از مجموعه مرجع متناهی گسسته PX pباشند .فاصJله 1 Aو Bبه صورت DM A , B Ax Bx زیر تعریف میشود m xX 1 2 فاصله اقلیدسی در می1 2 آید که در حالت خاص برای P = 2به صورت DM A , B Ax Bx m xX صورتT A شودDM A تعریف 1می, B زیر sup همچنین اندازه دیگری برای فاصله Aو )Bبه( x), B( x x که در آن -Tنرم دلخواه را میتوان به کار برد. تعJریف :2با مفروضات تعریف پیشین ،انJدازه مشJابهت Aو Bبه صورت تابعی معکوس از فاصله Aو ،Bو یا مکمل آن ،تعریف میشود. یعنی یا 1 DM A , B SM A , B 1 SM A , B 1 DM A , B که با استفاده از رابطه سوم در تعریف قبل برای برای اندازه فاصله، SM A , B sup T Ax , Bx آید: رابطه قبل بدین صورت در می x مثJال :فرض کنی د } X={ 1 , 2 , … , 10و دو مجموع ه ف ازی Aو Bاز Xبه 1 0.8 0.6 0.4 0.2 صورت زیر تعریف شوند. A , , , , 1 2 3 4 5 1 0.4 0.7 1 0.7 0.4 0.1 B , , , , , , 2 3 4 5 6 7 8 1 1 2 2 داریم: تعریف8 DM A , B A1 B1 یک A بنابر رابطه یک 2از B8 8 1 1 1.71 2 1 , , 0.01 0.21 8 8 minبه جای -T نظر همچنین از رابطه دو از گرفتنA , B تعریفx یک, Bوx با A عملگرDM 1 sup درmin نرم داریم x 1 sup 0 , 0.1 , , 0 1 0.4 0.6 x ميزان زيرمجموعگي تعJریف :3با مفروضات تعریف 1مJیزان زیرمجمJوعگی Aدر Bبه صورت زیر تعریف میشود A B A QA , B که در آن | |Aعدد اصلی مجموعه Aاست. همچ نین م یزان فJوق مجمJوعگی A صO A,B نسA , B ورت متمم م یزان 1ب ه بت بQه ،B زیرمجموعگی تعریف میشود .یعنی AB از تعریف زیرمجموعگی معلوم میشود که در حالت خاصکه Q(A,B)=1و نیز اگر .آنگاه .Q(A , B) = Q(B , A) = 0 A B ،داریم مثال :برای دو مجموعه Aو Bبه صورت زیر داریم: 1 0.8 0.6 0.4 0.2 A , , , , 1 2 3 4 5 1 0.4 0.7 1 0.7 0.4 0.1 B , , , , , , 2 3 4 5 6 7 8 0.1 0.4 0.4 0.2 A B , , , 2 3 4 5 و A B 0.1 0.2 1.1 و لذا زیر مجموعگی Aدر B 1.1 0.37 3 فوق مجموعگی Aنسبت به B و A 1 0.2 3 A B A QA , B OA , B 1 0.37 0.63 یعنی مجموعه Aبه اندازه 0.37زیرمجموعه Bاست و بالعکس مجموعه Bبه اندازه 0.63فوق مجموعه Aاست.
55,000 تومان