پاورپوینت سیستمهای فازی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

سيستمهای فازی

اسلاید 3 :

مقدمه :

اگر چه واژه منطق فازي تداعي كننده منطق بي اعتبار است،ولي دقيقا به منطق تخميني و تقريبي ارجاع داده ميشود.بر خلاف منطق بولي،كه به هر گزاره ارزش درست يا غلط را نسبت مي دهد،منطق فازي درجه درستي به گزاره ها نسبت ميدهد.كامپيوتر ها مي توانند از منطق فازي براي نشان دادن ايده هاي مبهم و غير دقيق استفاده كنند.مانند گرما و بلندي.در اينجا مفاهيم بنيادي و كاربردهاي منطق فازي به اختصار بيان مي شوند .

اسلاید 4 :

تاريخچه :
در نيمه هاي دهه 1960دكتر لطفي زاده استاد دانشگاه بركلي كاليفرنيا،براي اولين بار به معرفي و تشريح منطق فازي پرداخت.لطفي زاده منطق فازي را به عنوان شيوه اي براي پردازش داده ها توسعه داد. وي به جاي اين فرض كه يك عنصر يا عضو يك دسته است و يا عضو يك دسته نيست،عضويت بخشي يك دسته را پيشنهاد كرد.در آغاز توجه خاصي به اين نظريه نشد.اولين كاربرد عملي اين فرضيه در سال 1974 بود ،هنگامي كه ممداني و اصيليان از منطق فازي براي تنظيم يك موتور بخار استفاده كردند.گام بعدي در سال 1985 بود،هنگامي كه محققين در آزمايشگاه بل اولين تراشه اي را كه بر پايه منطق فازي بود ساختند.اين تراشه منجر به ساخت بسياري از محصولات مانند دروبين هاي فيلم برداري ،اجاق هاي پخت و. شد. شركت OMRONدر سال 1993 اولين كامپيوتر مبتني بر منطق فازي را ساخت.امروزه منطق فازي مي رود كه يكي از سريع الرشد ترين شاخههاي هوش مصنوعي شود.

اسلاید 5 :

مفاهيم اساسي:

قبل از هر چيز به مثال رو برو توجه كنيد . اگر فردي در وضعيت بحراني ( خطر سقوط سنگ )
قرار گرفته باشد ، بسيار غير منطقي خواهد بود اگر ما بخواهيم با جزئيات وي را آگاه كنيم ، در
حالي گفتن عبارت "مراقب باش" لازم و كافي خواهد بود .

اسلاید 6 :

سيستم منطق كلاسيك بر پايه منطق بولي است، منطق بولي بر اين فرض استوار است كه يك عنصر يا عضو
مجموعه داده شده است ويا عضو مجموعه مفروض نيست. هر دو فرض فوق نمي توانند تواما درست
باشند.متاسفانه اين سيستم براي نشان دادن مفاهيم مبهم محدوديت دارد.به عنوان مثال،فرض كنيد منطق بولي
براي تشخيص اينكه يك اتاق گرم است يا سرد مورد استفاده قرار گيرد.همه افراد با اين فرض كه 100 درجه
فارنهايت براي دماي اتاق گرم و 25 درجه فارنهايت براي دماي اتاق سرد محسوب مي شود موافقند.اما اگر
دماي اتاق 75 درجه فارنهايت باشد،دسته بندي دماي اتاق بر حسب سرد و يا گرم بودن اتاق بسيار مشكل
خواهد بود. در اين مورد و موارد مشابه منطق بولي وسيلهي مناسبي براي شناسايي مقدار ميانه نيست.منطق
فازي روش توسعه يافته منطق بولي براي به كاربردن مفاهيم مبهم است.

اسلاید 7 :

براي بيان ابهام در قالب يك عدد،منطق فازي تابعي براي عضويت در يك دسته معرفي مي كند،که به هر
عنصر يك عدد حقيقي بين صفرو يك نسبت مي دهد(صفر و يك هم شامل اين اعداد مي باشند). اين عدد نشان
دهنده درجه عضويت عنصر نسبت به مجموعه مورد نظر مي باشد. عضويت صفر بيانگر اين است كه
عنصر مورد نظر كاملا خارج از مجموعه است. در حالي كه عدد يك نشان دهنده اين است كه عنصر مورد
نظر كاملا در مجموعه قرار دارد.هر عدد بين اين دو مقدار بيانگر درجه عضويت بخشي مي باشد.حال بياييد
مثالي را كه درپاراگراف قبل بررسي شد مورد بحث قرار دهيم.اگر منطق فازي براي بررسي گرمي اتاق
مورد استفاده قرارگيرد،100 درجه فارنهايت،داراي مقدار يك و 25 درجه فارنهايت مقدار صفر را دارا
خواهد بود.از طرف ديگر 75 درجه فارنهايت مقداري بين صفر و يك خواهد داشت.

اسلاید 8 :

یک مثال:
"سارا پیر است."
اگر سن سارا 75 سال باشد ، ممکن است مقدار درست 0.8 را به آن نسبت دهیم.
كه به این صورت ترجمه می شود:"سارا یک عضوی از مجموعه افراد پیر است." این مورد در
مجموعه فازی اینگونه ارائه می شودmOLD(sara) = 0.80 m :
m فانکشن عضویت می باشد،كه بر مجموعه فازی افراد پیر انجام می شود و به مقداری بین 0و1 برمیگردد.
در این موقعیت تشخیص تفاوت میان ”سیستمهای فازی و احتمالات“ اهمیت خاصی دارد. هر دو با رنج یکسانی از ارقام انجام میشود، و در نظر اول مقادیر مشابهی دارند.0 نشاندهنده غلط بودن ( یا غیر عضویت) و 1 نشانگر درست بودن (یا عضویت).

ممكن است اينگونه بيان شود:"80 % شانس این است که سارا پیر باشد" !!
در حاليكه منظور اين است :" درجه عضویت سارا در مجموعه افراد پیر0.8 است.”بنابراين تفاوتهای مربوط به معانی مهم هستند :اولین دیدگاه بیان میکند که سارا پیر
هست یا نیست. درمقابل اصطلاحات فازی بیان میکند که سارا بیشتر یا کمتر پیر است.

اسلاید 9 :

توضيحي در مورد تابع عضويت:
يك متخصص بايد تابع عضويتي ارائه دهد كه با عقايد عمومي سازگاري داشته باشد.تابع
عضويتي كه گرمي يك اتاق را توصيف مي كند، بايستي مفهوم سردي و گرمي را كه در ذهن افراد
است منعكس نمايد.اين تابع مي تواند اشكال مختلفي داشته باشد:مثلثي،زنگي،ذوزنقه اي،نمايي و
.شكل زير نشان دهنده چندين تابع براي نشان دادن گرمي اتاق است.در اين توابع دماي 75 درجه
فارنهايت به عنوان دماي ميانگين در نظر گرفته شده است.

اسلاید 10 :

از آنجا كه منطق فازي توسعه يافته منطق بولي است،مفاهيم منطقي مشترك زيادي مي توانند در هر دو
اعمال شوند.بويژه اعمال كلاسيكي مانند :اجتماع ، اشتراك و متمم در منطق فازي تعريف مي شوند.در عين
حال اين مفاهيم داراي تعاريف متفاوتي هستند. 

اجتماع:
اجتماع دو مجموعه فازي A,B برابر با بزرگترين درجه عضويت بخشي عناصر A , B است.به عنوان
مثال،اجتماع مقادير فازي 0.7 و 0.5 برابرست با 0.7

اشتراك:
اشتراك دو مجموعه فازي A,B برابر با كوچكترين درجه عضويت بخشي عناصر A , B است. به عنوان
مثال،اشتراک مقادير فازي 0.7 و 0.5 برابرست با 0.5 

متمم:
متمم مجموعه فازي A با كم كردن آن عدد از يك بدست مي آيد. براي مثال متمم مقدار فازي 0.7 برابرست با
0.3
مانند منطق بولي، منطق فازي نيز ميتواند از قانون ” اگر ‹شرط› آنگاه ‹عمل› “ استفاده كند.براي مثال
قانوني براي تهويه مطبوع مي تواند به اين صورت باشد: ”اگر اتاق گرم و مرطوب است آنگاه دستگاه را
روشن كن“ اما برخلاف منطق بولي،قسمت شرط با عبارات صحيح يا غلط سنجيده نمي شود،بلكه با درجه
درستي مورد ارزيابي قرار مي گيرد.

اسلاید 11 :

كاربردها:
دستگاه تهويه مطبوع:دستگاه طوري تنظيم مي شود تا به تدريج دماي اتاق به دماي مورد نظر برسد 
دستگاه تنظيم سرعت:سرعت وسيله نقليه را با كاهش يا افزايش شتاب و همچنين كنترل سوخت و ترمز، بر روي مقدار ثابتي حفظ مي كند.
ديگ بخار كشتي:دما،فشار و محتويات شيميايي را كنترل كرده و در سطح قابل اطميناني قرار مي دهد.
دوربين هاي فيلمبرداري:تشخيص مي دهد كه شيئي كه از آن فيلمبرداري مي شود حركت مي كند يا حركت، ناشي از لرزش دست فيلمبردار است.
ماشين هاي لباسشويي:چرخه شستشو را با امتحان اندازه لباسها،مقدار پودر لباسشويي و ميزان پاك كنندگي بهينه مي كند.

اسلاید 12 :

کاربردهای دیگری که در استفاده از سیستم فازی مفید خواهد بود در سیستمهای بازیابی اطلاعات
ميباشد. یک سیستم کشتیرانی برای ماشینهای اتوماتیک، کنترلر منطق فازی غیرمستقیم برای
عملیات اتوماتیک قطارها، کنترلرهای سطح آب آزمایشگاه ، کنترلرهایی برای روباتهای جوشکار،
کنترلرهایی خاص برای بینایی روباتها ، کنترلرهای گرافیکی برای طراحان پلیس اتوماتیکی، و
موارد بسیار دیگر.

سیستمهای کارشناس اززمانیکه حوزه فعالیتشان لزوما فازی شده،از منطق فازی بسیار استفاده
کرده اند . چنین سیتمهای کارشناسی با کنترل منطق فازی بطور مثال سیستمهای decision-
support ، برنامه ریزهای مالی، سیستمهای تشخیصی در تعیین نوع بیماریها و سیستمهای
متخصص در زمینه نجوم می باشند. زمینه های دیگر کاربرد منسوب به سیستمهای کارشناسی
بازیابی اطلاعات است.

اسلاید 13 :

کاربردهای منطق فازی در بیو انفورماتیک :
زيست شناسان مولكولي در حال حاضر در يك پروژه عظيم براي جمع آوري اطلاعات به كار گماشته شده اند .پروژه هاي اخير در زمينه توالي ژني اطلاعات بسيار زيادي را در زمينه چگونگي عملكرد و ساختار مولكولهاي زيستي حاصل نموده است.

تكنولوژي فازي و منطق فازي بطور مكرر در بيو انفورماتيك مورد استفاده قرار مي گيرد.در زير چند مثال را مي بينيم

1- مطالعه تفاوت هاي بين پلي نوكلئيدها
2- آناليز اطلاعات تجربي با استفاده از تئوري انطباقي رزونانس فازي
3- تنظيم توالي ها بر پايه الگوريتم برنامه نويسي ديناميك در قالب فازي
4- ترتيب گذاري DNA با استفاده از سيستم ژنتيكي فازي
5- جمع آوري ژن ها بوسيله اطلاعات از ريز آرايه ها
6- تخمين محل قرارگيري پروتئين هاي زير سلولي از تركيبات دي پپتيدي با استفاده از الگوريتم فازي
k-nearst neighbors
7- شبيه سازي ويژگي هاي پيچيده تحت تاثير با ژن بوسيله تاثير فازي در جمعيت
8- نسبت دادن مقادير عضويت گروهي به ژن ها با استفاده از متود c-mean فازي

اسلاید 14 :

روش چهار مرحله ای استفاده از منطق فازی:
1)فازي كردن:در اين مرحله واقعيات بر اساس سيستم فازي تعريف مي شوند.ابتدا بايد ورودي و خروجي سيستم معرفي شده،سپس قوانين اگر-آنگاه مناسب به كار گرفته شوند . براي ساخت تابع عضويت بايستي از داده هاي خام استفاده شود.حال سيستم براي اعمال منطق فازي آماده است.

مثالي براي فازي كردن: دستگاه تهويه اي را در نظر بگيريد كه با اندازه گيري دما و رطوبت اتاق ميزان به جريان در آوردن هوا را مشخص مي كند.در اين مورد ورودي عبارتست از دما و ميزان رطوبت وخروجي نيز سطح جريان هواي خروجي از دستگاه تهويه مطبوع است كه شامل سه حالت ، خاموش،كم و زياد مي باشد.همچنين اين قوانين اگرـآنگاه استفاده مي شوند:
1)اگر اتاق گرم باشد آنگاه هواي زيادي منتشر كن
2)اگر اتاق خنك باشد،آنگاه هيچ هوايي منتشر نكن
3)اگر اتاق سرد و مرطوب است ، آنگاه كمي هوا را به جريان بيينداز.
در آخر، متخصص بايد دو تابع عضويت تعين كند.يكي براي اينكه دما را به مقدار فازي تبديل كند وديگري براي تبديل ميزان رطوبت به مقدار فازي

اسلاید 15 :

2)استنتاج:هنگامي كه ورودي ها به سيستم مي رسنداستنتاج، همه قوانين اگر-آنگاه را مورد ارزيابي قرار مي دهد و ”درجه درستي“ آنها را مشخص مي كند.اگر يك ورودي داده شده به طور صريح با يك قانون اگر-آنگاه مشخص نشده باشد، آنگاه تطابق بخشي مورد استفاده قرار مي گيرد تا جوابي مشخص شود.راههاي متعددي براي پيدا كردن پاسخ بخشي وجود دارد كه خارج از این بحث است.

مثالي براي استنتاج: فرض كنيد دستگاه تهويه مطبوع دما و درجه رطوبت را اندازهگيري كرده و به آنها به ترتيب مقادير فازي 0.7 و 0.1 را نسبت داده باشد.حال اين سيستم بايستي درستي هر يك از قوانين فازي را كه در بالا بحث شد مورد بررسي قرار دهد.براي اين منظور روشهاي استنتاج بسياري وجود دارد.اين مثال ساده ترين روش را مورد استفاده قرار مي دهدكه روش ماكسيمم-مينيمم ناميده مي شود.اين روش مقدار فازي قسمت آنگاه (نتيجه) را به قسمت اگر نسبت ميدهد.بنابراين اين روش مقادير فازي 0.7 و 0.1 و 0.1 را به ترتيب به قوانين 1، 2 و 3 نسبت مي دهد.

اسلاید 16 :

3)ساخت: در اين قسمت براي بدست آوردن يك نتيجه كلي تمامي مقادير بدست آمده از قسمت استنتاج با هم تركيب مي شوند.قوانين فازي مختلف نتايج مختلفي خواهند داشت.بنابراين ضروري است تا همه قوانين در نظر گرفته شوند.براي اين منظور روشهاي متعددي وجود دارند كه توضيح همه آنها در اين بحث نمي گنجد.
مثالي براي ساخت: هر نتيجه استنتاجي درباره سيستم تهويه مطبوع عمل خاصي را پيشنهاد مي كند.در مثال فوق قانون اول، سطح گردش هواي زياد را پيشنهاد مي كند. قانون دوم، خاموش كردن، و قانون سوم، سطح گردش هواي كم را بيان ميكند. تكنيك هاي متعددي براي بدست آوردن نتيجه كلي وجود دارند.اين مثال از روش ماكزيمم-مينيمم كه روش ساده اي است استفاده مي كند. اين روش ماكزيمم مقدار فازي قسمت استنتاج به عنوان نتيجه در نظر مي گيرد.يعني در عمل، قسمت ساخت مقدار 0.7 را انتخاب مي كند چون مقدار بيشتري را بين مقادير فازي دارا است.

اسلاید 17 :

4)بازگرداندن از حالت فازي:در اين مرحله مقدار فازي بدست آمده از قسمت ساخت به يك داده قابل استفاده تبديل مي شود.اين قسمت از كار اغلب پيچيده است چون مجموعه فازي نبايستي مستقيما به داده قابل استفاده تبديل شود.از آنجا كه كنترلگر هاي سيستم هاي فيزيكي به سيگنال هاي گسسته نياز دارند،اين مرحله بسيار مهم مي باشد. 

مثالي براي باز گرداندن از حالت فازی: به خاطر داريد كه مقدار فازي بدست آمده از مرحله قبل 0.7 بود.اين مقدارعددي براي سيستم تهويه مطبوع قابل فهم نيست.بايد مشخص شود كه دستگاه كداميك از فرامين كم ،زياد يا خاموش را به جريان بيندازد.مرحله بازگرداندن از حالت فازي بايستي عدد 0.7 را به يكي از فرامين فوق تبديل كند.در اين مثال واضح است كه مقدار خروجي 0.7 بيانگر اين است كه سيستم تهويه مطبوع بايستي در حالت زياد باشد.

اسلاید 18 :

كمبودها و نواقص كار:
منطق فازي و منطق بولي هر دو بر پايه واقعيات مي باشند.با اين تفاوت كه منطق فازي توانايي
كاركردن با داده هاي مبهم را نيز داراست.با اين وجود منطق فازي هنوز قادر به حل بعضي مسائل
نيست .
بسياري از سيستم ها، مانند آنچه در بحث كاربرد گفته شدميتوانند از منطق فازي بدون هيچ مشكلي استفاده كنند.چون نياز به هيچ تصميم گيري دروني و فكري ندارند.اما بعضي سيستم ها به منطق پيچيده تري نياز دارند تا بتوانند به بيان گمان، تعقل ،شك و . بپردازند.

اسلاید 19 :

كمبودها و نواقص كار:
براي نشان دادن نقصان منطق فازي مي توان به سيستم شناخت دوست يا دشمن اشاره كرد (Identify Friend or Foe : IFF) اين سيستم براي شناخت هواپيماهاي ارتشي يا مسافربري دوست و دشمن به كار مي رود.در حالت عادي سيستم از هر هواپيما يك سيگنال شناسايي دريافت مي كند .دلايل زيادي وجود دارند كه ممكن است سيستم اين سيگنال را دريافت نكند مانند: بد عمل كردن سيستم، بد عمل كردن فرستنده، نبودن اين سيستم روي هواپيماها ،پارازيت سيگنال يا خاموش بودن راديو. در اين موارداين سيستم بايد از منطق براي شناسايي هواپيماها استفاده كند. كه فقط مربوط به داده هاي از قبيل مسير پرواز نيست.چون اين داده ها هواپيماهاي دوست را از دشمن تشخيص نمي دهند. بنابراين منطق فازي در سيستم تشخيص دوست از دشمن كاربردي ندارد! براي اين منظور بايد از منطقي استفاده شود كه توانايي تصميم گيري دروني را داشته باشد.

اسلاید 20 :

نتيجه گـــــــــيـــري :
با وجود اينكه منطق فازي از حل بعضي مسائل عاجز است(مانند مثال قبل) ولي به جزء لاينفك روشهاي حل
مساله در هوش مصنوعي بدل شده است.كه راه ساده اي را براي ساخت نتيجه صريح بر پايه اطلاعات
ورودي غير صريح،مبهم،نويز دار و مفقود شده مهيا مي سازد.

Fuzzy Logic يا Fuzzy Theory يک نوع منطق برنامه نويسي است که بر پايه روش هاي
نتيجه گيري در مغز بشرميباشد. منطق فازي در واقع با استفاده از مجموعه اي از معلومات نادقيق که
با الفاظ و جملات زباني تعريف شده اند به دنبال استخراج نتايج دقيق است .