Нечеткая логика и нейронные cети

121

Чтобы иметь возможность сравнивать различные ситуации, вычислим значения

у* на выходе нечеткой модели и значения у на выходе моделируемой системы для входных значений x1* = 2.5. и x2*= 7.5.

Рис. 2.1.9.. Общая схема рассматриваемой нечеткой модели На рис. 2.1.10 представлен процесс вычисления. Для входных значений х1 =

2.5, х2 = 7.5 на выходе моделируемой системы, реализующей отображение у =

х1 + x2, получаем значение 10. Это же значение будет получено и на выходе

2.2. Фаззификация. Дефаззификация результирующей функции

принадлежности

Цель фаззификации – установление соответствия между конкретным

(обычно числовым) значением конкретной входной переменной системы нечеткого вывода и ее соответствующим лингвистическим значением в виде нечеткого множества и функции принадлежности.

До начала этапа фаззификации вычисляются области определения всех входных переменных, являющихся универсальными множествами, на которых будут определяться лингвистические значения и соответствующие им нечеткие множества.

В общем случае входной переменной xi может быть поставлено в соответствие терм-множество лингвистических значений , множество имен лингвистической переменной и соответствующие нечеткие множества , где - число

123

рис. 2.2.1.) истинность высказывания « xi есть yj» больше, чем истинность

высказывания .

При фаззификации могут быть получены два результата, что определяет возможность использования нескольких правил нечеткого условного вывода для получении окончательного заключения. Поэтому при построении системы должно быть принято решение, как будут применяться результаты фаззификации: будет использоваться один результат или оба.

лингвистические значения. Если соблюдаются правила построения исходных функций принадлежности, то текущее значение входной переменной идентифицируется только с двумя соседними лингвистическими значениями

(рис. 2.2.1.).

В блоке фаззификации, представленном на рис. 2.2.1., вычисляются степени принадлежности числовых значений входных параметров модели входным нечетким множествам.

125

В процессе фаззификации четкий входной вектор X* преобразуется в вектор М степеней принадлежности, которые, в свою очередь, являются входными данными для блока вывода:

Определение подходящего правила

Для выработки заключения в базе знаний системы выбирают правила нечеткого вывода, в условной части которых содержатся высказывания и присутствует

входная переменная с установленным в процессе фаззификации

лингвистическим значением.

В зависимости от использования результатов фаззификации, выбирается различное число правил вывода, которые рассматриваются для получения заключения. Алгоритм поиска правил сказывается на эффективности системы в целом.

Время поиска правил важно для нечетких систем управления техническими объектами, когда задача управления решается в реальном масштабе времени и время ограничено условиями динамики управляемого процесса.

Агрегация высказываний в условной части и обработка правил. Обычно в условной части правил нечеткого вывода содержится составное нечеткое высказывание, составленное из простых правил, логически связанных. Внутри простых высказываний возможно использование логических связок,

модификаторов и квантификаторов. В соответствии со структурой условной

126

части выбранных правил нечеткого условного вывода по правилам нечеткой

логики должна быть выполнена свертка высказываний с целью получения интегрального условия, соответствующего всей совокупности высказываний в

условной части правила.

На этапе фаззификации для простого высказывания получается оценка его

истинности в виде значения некоторой функции принадлежности µrez(y). В

результате выполнения свертки простых высказываний с соответствующими

оценками истинности получается интегральная оценка истинности выполнения

использованию правил для формирования заключения может быть использовано одно правило с максимальным значением истинности выполнения условной части или же несколько правил, на основе которых будет выработано интегральное заключение. Количество правил может быть уменьшено, если установить некоторый порог истинности.

Последним этапом будет вычисление нечеткой импликации по одной из приведенных формул и получено некоторое множество нечетких заключений,

вытекающих из конкретных правил вывода. Интегральное заключение

представляется в форме нечеткого множества, на котором нужно будет выбрать единственное заключение. Эта задача решается на этапе дефаззификации.

Дефаззификация

В общем случае после вычисления импликаций имеется набор нечетких

множеств ,

где р – число обработанных нечетких правил в виде множество допустимых значений вывода (управления).

На полученном нечетком множестве допустимых управлений выбирают единственное значение, представленное в количественной форме.

128

функций принадлежности с несколькими экстремумами метод максимума не дает однозначного решения.

Рис. 2.2.4. Метод максимума функции принадлежности

2. Метод центра площади (COA). Искомое значение z* определяется из уравнения

Иными словами, определяется абсцисса прямой, делящей площадь по кривой функции принадлежности на две равные части. Метод центра площадей достаточно неудобен при реализации, и не может быть использован, если функция принадлежности задана дискретными значениями

3. Метод центра тяжести (COG). Этот метод состоит в том, что функцию принадлежности рассматривают как систему материальных точек, массы которых равны значениям функции принадлежности.

Известно, что координата центра тяжести является обобщенной характеристикой системы материальных точек [20]. Для непрерывных функций принадлежности координата центра тяжести определяется соотношением

129

.

Для дискретных функций 1

Поскольку значения функции принадлежности интерпретируются как оценки истинности, при выполнении дефаззификации, нужно обращать внимание на максимальное значение функция принадлежности, представляющей нечеткое заключение.

рис. 2.2.4. Метод центра тяжести Если это значение мало (рис. 2.2.4.), то от принятия решения лучше

воздержаться. Не исключается и вариант по пересмотру условий задачи.

Результирующая функция принадлежности В(z) может иметь достаточно сложную форму (рис.2.2.5.), и преобразование ее в физическую переменную нужно выполнять с помощью техники усреднения. Метод центра тяжести

(center of gravity –cog) является методом, использующим усреднение: