- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ НЕЧЁТКИХ МНОЖЕСТВ
- •1.1. НЕЧЁТКОЕ МНОЖЕСТВО
- •1.1.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
- •1.1.2. СРАВНЕНИЕ НЕЧЁТКИХ МНОЖЕСТВ
- •1.1.3. СВОЙСТВА НЕЧЁТКИХ МНОЖЕСТВ
- •1.1.4. ОПЕРАЦИИ НАД НЕЧЁТКИМИ МНОЖЕСТВАМИ
- •1.1.5. АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ НАД НЕЧЁТКИМИ МНОЖЕСТВАМИ
- •1.2. РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ НЕЧЁТКИМИ МНОЖЕСТВАМИ
- •1.2.2. ЕВКЛИДОВО РАССТОЯНИЕ
- •1.2.3. РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ БЕСКОНЕЧНЫМИ СЧЁТНЫМИ НЕЧЁТКИМИ МНОЖЕСТВАМИ
- •1.2.4. РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ БЕСКОНЕЧНЫМИ НЕСЧЁТНЫМИ НЕЧЁТКИМИ МНОЖЕСТВАМИ
- •1.1.6. СВЯЗЬ С ТЕОРИЕЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
- •1.2.5. ВЫБОР МЕРЫ РАССТОЯНИЯ
- •1.3. ИНДЕКСЫ НЕЧЁТКОСТИ
- •1.3.1. ПОНЯТИЕ ИНДЕКСА НЕЧЁТКОСТИ
- •1.3.2. ОБЫЧНОЕ МНОЖЕСТВО, БЛИЖАЙШЕЕ К НЕЧЁТКОМУ
- •1.3.3. ЛИНЕЙНЫЙ ИНДЕКС НЕЧЁТКОСТИ
- •1.3.4. КВАДРАТИЧНЫЙ ИНДЕКС НЕЧЁТКОСТИ
- •1.3.6. ВЕКТОРНЫЙ ИНДИКАТОР НЕЧЁТКОСТИ
- •1.4. ОЦЕНКА НЕЧЁТКОСТИ ЧЕРЕЗ ЭНТРОПИЮ
- •1.4.1. ПОНЯТИЕ ЭНТРОПИИ
- •1.4.2. ЭНТРОПИЯ ПО НЕЧЁТКОСТИ
- •1.4.3. ОСОБЕННОСТЬ ОЦЕНКИ НЕЧЁТКОСТИ ЧЕРЕЗ ЭНТРОПИЮ
- •1.5. ПРИНЦИП ОБОБЩЕНИЯ
- •1.5.1. КЛАССИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТОБРАЖЕНИЯ
- •1.5.2. ОБРАЗ НЕЧЁТКОГО МНОЖЕСТВА
- •2. НЕЧЁТКИЕ ОТНОШЕНИЯ
- •2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЧЁТКОГО ОТНОШЕНИЯ
- •2.1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЧЁТКОГО БИНАРНОГО ОТНОШЕНИЯ
- •2.1.2. НЕЧЁТКОЕ БИНАРНОЕ ОТНОШЕНИЕ «НАМНОГО БОЛЬШЕ»
- •2.1.3. НЕЧЁТКОЕ БИНАРНОЕ ОТНОШЕНИЕ «ДОСТАТОЧНО БЛИЗКО»
- •2.1.4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ НЕЧЁТКОГО БИНАРНОГО ОТНОШЕНИЯ НЕЧЁТКИМ ГРАФОМ
- •2.1.5. НОСИТЕЛЬ НЕЧЁТКОГО БИНАРНОГО ОТНОШЕНИЯ
- •2.1.6. ВКЛЮЧЕНИЕ НЕЧЁТКОГО БИНАРНОГО ОТНОШЕНИЯ
- •2.2. ОПЕРАЦИИ НАД НЕЧЁТКИМИ ОТНОШЕНИЯМИ
- •2.2.1. ОБЪЕДИНЕНИЕ НЕЧЁТКИХ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.2. ПЕРЕСЕЧЕНИЕ НЕЧЁТКИХ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.3. АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ НЕЧЁТКИХ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.4. АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ СУММА НЕЧЁТКИХ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.5. ДОПОЛНЕНИЕ НЕЧЁТКОГО ОТНОШЕНИЯ
- •2.2.6. ДИЗЪЮНКТИВНАЯ СУММА НЕЧЁТКИХ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.8. НОРМАЛЬНОЕ И СУБНОРМАЛЬНОЕ ОТНОШЕНИЯ
- •2.2.9. СЕПАРАБЕЛЬНОЕ ОТНОШЕНИЕ
- •2.2.10. КОМПОЗИЦИЯ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.11. ГРАФОВЫЙ ПОДХОД К КОМПОЗИЦИИ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.12. СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИИ ОТНОШЕНИЙ
- •2.2.13. (MAX-*)-КОМПОЗИЦИЯ
- •2.2.14. ОБЫЧНОЕ ПОДМНОЖЕСТВО НЕЧЁТКОГО ОТНОШЕНИЯ Α-УРОВНЯ
- •2.2.15. ТЕОРЕМА О ДЕКОМПОЗИЦИИ НЕЧЁТКОГО ОТНОШЕНИЯ
- •2.3. УСЛОВНЫЕ НЕЧЁТКИЕ МНОЖЕСТВА
- •2.4. НЕЧЁТКИЕ МНОЖЕСТВА, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ДРУГ ДРУГА
- •2.5. НЕЧЁТКИЕ БИНАРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ ВИДА X R X
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
μR2′ ( y3) = x μR (x, y3) = max μR (x, y3) =
x
= max(μR (x1, y3); μR (x2, y3); μR (x3, y3)) = max(0,7; 0,5; 0,6) =0,7;
μR2′ ( y4 ) = x μR (x, y4 ) = max μR (x, y4 ) =
x
= max(μR (x1, y4 ); μR (x2, y4 ); μR (x3, y4 )) = max(0,3; 0,8; 0,2) =0,8;
μR2′ ( y5 ) = x μR (x, y5 ) = max μR (x, y5 ) =
x
= max(μR (x1, y5); μR (x2, y5); μR (x3, y5)) = max(0,6; 0,5; 0,3) =0,6;
глобальная проекция h (R) = 1:
h(R) = y μR1′ (x) = x μR2′ ( y) = max(0,7; 0,9; 0,6) = max(0,9; 0,2; 0,7; 0,8; 0,6) = 0,9.
Следовательно, нечёткое бинарное отношение, характеризуемое табл. 2.16, является субнормальным.
2.2.9. СЕПАРАБЕЛЬНОЕ ОТНОШЕНИЕ
Цилиндрическим продолжением первой проекции нечёткого бинарного
отношения X R Y (проекции на |
X) R1′ |
|
ˆ |
называется нечёткое отношение R1′, |
|||
заданное на универсальном множестве X × Y и характеризуемое функцией при- |
|||
надлежности |
|
|
|
μ |
ˆ′ (x, y) |
= μR′ (x) |
(2.28) |
R |
1 |
|
|
|
1 |
|
|
при любом y Y.
Например, для нечёткого бинарного отношения X R Y (см. табл. 2.15) цилиндрическим продолжением его первой проекции R1′ = {(x1; 1), (x2; 0,9), (x3; 1)}
является нечёткое отношение ˆ′, заданное на универсальном множестве X × Y =
R1
= {(x1; y1), (x1; y2), (x1; y3), (x1; y4), (x1; y5), (x2; y1), (x2; y2), (x2; y3), (x2; y4), (x2; y5), (x3; y1), (x3; y2), (x3; y3), (x3; y4), (x3; y5)} и характеризуемое функцией принадлеж-
ности μ ˆ |
′ |
(x, y) =μR′ (x) , представленной табл. 2.17. |
|
|
|
|||
R |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
y Y |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
|
y5 |
||
x X |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
x2 |
|
|
0,9 |
0,9 |
0,9 |
0,9 |
|
0,9 |
x3 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
52
Цилиндрическим продолжением второй проекции нечёткого бинарного
отношения X R Y (проекции на Y) R2′ |
|
ˆ |
называется нечёткое отношение R2′ , |
||
заданное на универсальном множестве X × Y и характеризуемое функцией при- |
||
надлежности |
|
|
μ ˆ′ (x, y) |
= μR′ ( y) |
(2.29) |
R2 |
2 |
|
при любом x X.
Например, для нечёткого бинарного отношения X R Y (см. табл. 2.15) цилиндрическим продолжением его второй проекции R2′ = {(y1; 0,9), (y2; 0,2),
(y3; 1), (y4; 1), (y5; 0,9)} является нечёткое отношение ˆ2′ , заданное на универ-
R
сальном множестве X × Y = {(x1; y1), (x1; y2), (x1; y3), (x1; y4), (x1; y5), (x2; y1), (x2; y2), (x2; y3), (x2; y4), (x2; y5), (x3; y1), (x3; y2), (x3; y3), (x3; y4), (x3; y5)} и харак-
теризуемое |
функцией |
принадлежности |
μ ˆ′ (x, y) = μR′ ( y) , |
представленной |
|||||
|
|
|
|
|
|
R2 |
2 |
|
|
табл. 2.18. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y Y |
|
y1 |
|
y2 |
|
y3 |
y4 |
|
y5 |
x X |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
0,9 |
|
0,2 |
|
1 |
1 |
|
0,9 |
x2 |
|
0,9 |
|
0,2 |
|
1 |
1 |
|
0,9 |
x3 |
|
0,9 |
|
0,2 |
|
1 |
1 |
|
0,9 |
Нечёткое бинарное отношение X R Y называется сепарабельным, если оно является пересечением цилиндрических продолжений своих проекций
ˆ |
ˆ |
(2.30) |
R = R1′ |
∩ R2′ , |
т.е. характеризуется функцией принадлежности
μR (x, y) = μ ˆ′ |
(x, y) ∩μ ˆ′ (x, y). |
(2.31) |
R1 |
R2 |
|
Вычислим элементы пересечения цилиндрических проекций (см. табл. 2.17, 2.18) нечёткого бинарного отношения X R Y, заданного табл. 2.15:
μ ˆ′ |
(x1, y1) ∩μ ˆ′ |
(x1, y1) = min(μ ˆ′ (x1, y1); μ ˆ′ (x1, y1)) = min(1; 0,9) = 0,9; |
|
R1 |
R2 |
R1 |
R2 |
μ ˆ′ |
(x1, y2 ) ∩μ ˆ′ |
(x1, y2 ) = min(μ ˆ′ |
(x1, y2 ); μ ˆ′ (x1, y2 )) = min(1; 0,2) = 0,2; |
R1 |
R2 |
R1 |
R2 |
μ ˆ′ |
(x1, y3) ∩μ ˆ′ |
(x1, y3) = min(μ ˆ′ |
(x1, y3); μ ˆ′ (x1, y3)) = min(1; 1) = 1; |
R1 |
R2 |
R1 |
R2 |
μ ˆ′ |
(x1, y4 ) ∩μ ˆ′ |
(x1, y4 ) = min(μ ˆ′ |
(x1, y4 ); μ ˆ′ (x1, y4 )) = min(1; 1) = 1; |
R1 |
R2 |
R1 |
R2 |
53
μ ˆ′ |
(x1, y5 ) ∩μ ˆ′ |
(x1, y5 ) = min(μ ˆ′ (x1, y5 ); μ ˆ′ |
(x1, y5 )) = min(1; 0,9) = 0,9; |
|||||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x2 |
, y1) ∩μ ˆ′ |
(x2 |
, y1) = min(μ ˆ′ (x2 , y1); μ ˆ′ |
(x2 , y1)) = min(0,9; 0,9) = 0,9; |
|||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x2 |
, y2 ) ∩μ ˆ′ |
(x2 |
, y2 ) = min(μ ˆ′ |
(x2 |
, y2 ); μ ˆ′ (x2, y2 )) = min(0,9; 0,2) = 0,2; |
||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x2 |
, y3) ∩μ ˆ′ |
(x2 |
|
, y3) = min(μ ˆ′ |
(x2 , y3); μ ˆ |
′ (x2 , y3)) = min(0,9; 1) = 0,9; |
|
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x2 |
, y4 ) ∩μ ˆ′ |
(x2 |
, y4 ) = min(μ ˆ′ |
(x2 |
, y4 ); μ ˆ′ (x2, y4 )) = min(0,9; 1) = 0,9; |
||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x2 |
, y5 ) ∩μ ˆ′ |
(x2 |
, y5 ) = min(μ ˆ′ |
(x2 |
, y5 ); μ ˆ′ (x2 , y5 )) = min(0,9; 0,9) = 0,9; |
||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x3 |
, y1) ∩μ ˆ′ |
(x3, y1) = min(μ ˆ′ (x3, y1); μ ˆ′ |
(x3, y1)) = min(1; 0,9) = 0,9; |
||||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x3 |
, y2 ) ∩μ ˆ′ |
(x3 |
, y2 ) = min(μ ˆ′ |
(x3, y2 ); μ ˆ |
′ (x3, y2 )) = min(1; 0,2) = 0,2; |
||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x3 |
, y3) ∩μ ˆ′ |
(x3 |
, y3) = min(μ ˆ′ (x3, y3); μ ˆ′ (x3, y3)) = min(1; 1) = 1; |
||||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x3 |
, y4 ) ∩μ ˆ′ |
(x3 |
, y4 ) = min(μ ˆ′ |
(x3, y4 ); μ ˆ |
′ (x3, y4 )) = min(1; 1) = 1; |
||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
μ ˆ′ |
(x3 |
, y5 ) ∩μ ˆ′ |
(x3 |
, y5 ) = min(μ ˆ′ (x3, y5 ); μ ˆ′ (x3, y5 )) = min(1; 0,9) = 0,9 |
||||
R1 |
|
R2 |
|
|
R1 |
|
R2 |
|
и результаты вычислений сведём в табл. 2.19.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y Y |
|
y1 |
|
y2 |
y3 |
|
y4 |
|
y5 |
x X |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
0,9 |
|
0,2 |
1 |
|
1 |
|
0,9 |
x2 |
|
0,9 |
|
0,2 |
0,9 |
|
0,9 |
|
0,9 |
x3 |
|
0,9 |
|
0,2 |
1 |
|
1 |
|
0,9 |
Таблица |
2.15, |
характеризующая |
нечёткое |
бинарное |
отношение X R Y, |
||||
и табл. 2.19, представляющая пересечение цилиндрических продолжений его
≠ ˆ′ ∩ ˆ′
проекций, не совпадают, следовательно R R1 R2 , т.е. нечёткое бинарное отношение, определяемое табл. 2.15, не является сепарабельным.
Заметим, что нечёткое бинарное отношение X R Y является сепарабельным, если оно является декартовым произведением своих проекций:
R = R1′×R2′ , |
(2.32) |
которое определяется функцией принадлежности
54
μR (x, y) =μR′ |
×R′ |
(x, y) =μR′ (x) μR′ |
( y) = min(μR′ (x), μR′ ( y)) (2.33) |
|||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
или |
|
|
μR (x, y) = μR′ |
(x)μR′ |
( y) |
(2.34) |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
для каждого x R1′ |
и для каждого y R2′ . |
|
|
|
||
Вычислим декартово произведение, например, проекций |
R1′ = {(x1; 1), |
|||||
(x2; 0,9), (x3; 1)} и |
R2′ = {(y1; 0,9), (y2; 0,2), (y3; 1), (y4; 1), (y5; 0,9)}, используя |
|||||
функцию принадлежности (2.33): |
|
|
|
|||
μR1′×R2′ (x1, y1) =μR1′ (x1) μR2′ ( y1) = min(μR1′ (x1), μR2′ ( y1)) = min(1; 0,9) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x1, y2 ) = μR1′ (x1) μR2′ ( y2 ) = min(μR1′ (x1), μR2′ ( y2 )) = min(1; 0,2) = 0,2 ;
μR1′×R2′ (x1, y3) = μR1′ (x1) μR2′ ( y3) = min(μR1′ (x1), μR2′ ( y3)) = min(1;1) =1;
μR1′×R2′ (x1, y4 ) = μR1′ (x1) μR2′ ( y4 ) = min(μR1′ (x1), μR2′ ( y4 )) = min(1;1) =1;
μR1′×R2′ (x1, y5 ) = μR1′ (x1) μR2′ ( y5 ) = min(μR1′ (x1), μR2′ ( y5 )) = min(1; 0,9) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x2, y1) = μR1′ (x2 ) μR2′ ( y1) = min(μR1′ (x2 ), μR2′ ( y1)) = min(0,9; 0,9) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x2, y2 ) = μR1′ (x2 ) μR2′ ( y2 ) = min(μR1′ (x2 ), μR2′ ( y2 )) = min(0,9; 0,2) = 0,2 ;
μR1′×R2′ (x2, y3) =μR1′ (x2 ) μR2′ ( y3) = min(μR1′ (x2 ), μR2′ ( y3)) = min(0,9;1) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x2, y4 ) =μR1′ (x2 ) μR2′ ( y4 ) = min(μR1′ (x2 ), μR2′ ( y4 )) = min(0,9;1) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x2, y5) =μR1′ (x2 ) μR2′ ( y5) = min(μR1′ (x2 ), μR2′ ( y5 )) = min(0,9; 0,9) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x3, y1) =μR1′ (x3) μR2′ ( y1) = min(μR1′ (x3), μR2′ ( y1)) = min(1; 0,9) = 0,9 ;
μR1′×R2′ (x3, y2 ) = μR1′ (x3) μR2′ ( y2 ) = min(μR1′ (x3), μR2′ ( y2 )) = min(1; 0,2) = 0,2 ;
μR1′×R2′ (x3, y3) = μR1′ (x3) μR2′ ( y3) = min(μR1′ (x3), μR2′ ( y3)) = min(1;1) =1;
μR1′×R2′ (x3, y4 ) = μR1′ (x3) μR2′ ( y4 ) = min(μR1′ (x3), μR2′ ( y4 )) = min(1;1) =1;
μR1′×R2′ (x3, y5 ) = μR1′ (x3) μR2′ ( y5 ) = min(μR1′ (x3), μR2′ ( y5 )) = min(1; 0,9) = 0,9.
Результаты вычислений сведём в табл. 2.20.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x X |
y Y |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
|
y5 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
x2 |
|
0,9 |
0,2 |
0,9 |
0,9 |
|
0,9 |
x3 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
55
Пусть теперь некоторое нечёткое бинарное отношение X R Y характеризуется матрицей смежности, представленной табл. 2.20. Тогда его первая про-
екция R1′ = {(x1; 1), (x2; 0,9), (x3; 1)}, вторая проекция R2′ = {(y1; 0,9), (y2; 0,2), (y3; 1), (y4; 1) , (y5; 0,9)}, цилиндрическое продолжение его первой проекции представлено табл. 2.21 и цилиндрическое продолжение его второй проекции – табл. 2.22.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y Y |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
|
y5 |
x X |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
x2 |
|
0,9 |
0,9 |
0,9 |
0,9 |
|
0,9 |
x3 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y Y |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
|
y5 |
x X |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
x2 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
x3 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
Вычислим элементы пересечения цилиндрических проекций (см. табл. 2.21, 2.22) и результаты вычислений сведём в табл. 2.23.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y Y |
y1 |
y2 |
y3 |
y4 |
|
y5 |
x X |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
x2 |
|
0,9 |
0,2 |
0,9 |
0,9 |
|
0,9 |
x3 |
|
0,9 |
0,2 |
1 |
1 |
|
0,9 |
Таблица 2.20, характеризующая нечёткое бинарное отношение X R Y, и табл. 2.23, представляющая пересечение цилиндрических продолжений его
ˆ |
ˆ |
проекций, совпадают, следовательно, R = R1′ |
∩R2′ , т.е. нечёткое бинарное отно- |
шение, определяемое табл. 2.20, является сепарабельным.
56
