Tiểu Luận Các Luật Mờ

Tổng Quan

Chương Một

Như đã biết, trong những suy luận đời thường cũng như các suy luận khoa học, logic toán học đóng một vai trò rất quan trọng. Ngày nay, xã hội càng phát triển thì nhu cầu con người ngày càng cao. Do đó, sự tiến bộ của khoa học cũng rất cao.Với hai giá trị đúng, sai hay 1, 0 đã không giải quyết được hết các bài toán phức tạp nảy sinh trong thực tế.
Ví dụ: Quần áo như thế nào được gọi là dầy, là mỏng để máy giặt biết được mà có chế độ tự động sấy khô cho hợp lý ?
Hay trong thơ văn có câu:
" Trăng kia bao tuổi trăng già?
Núi kia bao tuổi gọi là núi non? "
Khái niệm trăng già hay núi non là không được định nghĩa rõ ràng. Những bài toán như vậy ngày một nhiều hơn trong các lĩnh vực điều khiển tối ưu, nhận dạng hệ thống, . nói chung là trong các quá trình quyết định nhằm giải các bài toán với các dữ liệu không đầy đủ, hoặc không được định nghĩa một cách rõ ràng (trong điều kiện thiếu thông tin chẳng hạn).


1.2 Lịch Sử của Logic Mờ (FUZZY LOGIC)
Khái Niệm về logic mờ được giáo sư Lotfi Zadeh của trường đại học California - Mỹ đề ra lần đầu tiên năm 1965. Công trình này thực sự đã khai sinh một ngành khoa học mới là lý thuyết tập mờ và đã nhanh chóng được các nhà nghiên cứu công nghệ mới chấp nhận ý tưởng. Một số kết quả bước đầu và hướng nghiên cứu tiếp theo góp phần tạo nên những sản phẩm công nghiệp đang được tiêu thụ trên thị trường. Lý thuyết tập mờ ngày càng phong phú và hoàn chỉnh, đã tạo nền vững chắc để phát triển logic mờ. Có thể nói logic mờ (Fuzzy logic) là nền tảng để xây dựng các hệ mờ thực tiển.
Ví dụ trong công nghiệp sản xuất xi măng, sản xuất điện năng, các hệ chuyên gia trong y học giúp chuẩn đoán và điều trị bệnh, các hệ chuyên gia trong xử lý tiếng nói, nhận dạng hình ảnh, .Công cụ chủ chốt của logic mờ là tiền đề hóa và lập luận xấp xỉ với phép suy diễn mờ.


1.3 Khái niệm tập mờ (fuzzy set)
Như chúng ta đã biết, tập hợp thường là kết hợp của một số phần tử có cùng một số tính chất chung nào đó. Ví dụ : tập các sinh viên. Ta có :
T = { t / t là sinh viên }
Vậy, nếu một người nào đó là sinh viên thì thuộc tập T, ngược lại là không thuộc tập T. Tuy nhiên, trong thực tế cuộc sống cũng như trong khoa học kỹ thuật có nhiều khái niệm không được định nghĩa









một cách rõ ràng. Ví dụ, khi nói về một "nhóm sinh viên khá", thì thế nào là khá ? Khái niệm về khá không rõ ràng vì có thể sinh viên có điểm thi trung bình bằng 8.4 là khá, cũng có thể điểm thi trung bình bằng 6.6 cũng là khá ( dải điểm khá có thể từ 6.5 đến 8.5), . Nói cách khác, "nhóm sinh viên khá" không được định nghĩa một cách tách bạch rõ ràng như khái niệm thông thường về tập họp. Hoặc, khi chúng ta nói đến một "lớp các số lớn hơn 10" hoặc " một đống quần áo cũ", ., là chúng ta đã nói đến những khái niệm mờ, hay những khái niệm không được định nghĩa một cách rõ ràng. Các phần tử của nhóm trên không có một tiêu chuẩn rõ ràng về tính "thuộc về" ( thuộc về một tập họp nào đó). Đây chính là những khái niệm thuộc về tập mờ. Trong đối thoại hàng ngày chúng ta bắt gặp rất
nhiều khái niệm mờ này. Ví dụ, một ông giám đốc nói: " Năm qua chúng ta đã gặt hái được một số thành tích đáng khen ngợi. Năm tới đây chúng ta phải cố gắng thêm một bước nữa". Đây là một câu chứa rất nhiều khái niệm mờ.
Như vậy, logic rõ có thể biểu diễn bằng một đồ thị như sau :

Logic mờ cũng có thể biểu diễn bằng một đồ thị nhưng là đồ thị liên tục

1.3.1 Định nghĩa tập mờ (Fuzzy set)
Cho Ω là không gian nền, một tập mờ A trên Ω tương ứng với một ánh xạ từ Ω đến đoạn [0,1].
A : Ω → [0,1] được gọi là hàm thuộc về (membership function) Kí hiệu A = {(a, µA(a)) / a∈ Ω}
Trong đó, µA(a) ∈ [0,1] chỉ mức độ thuộc về (membership degree) của phần
tử a vào tập mờ A.Khoảng xác định của hàm µA(a) là đoạn [0, 1], trong đó giá trị 0 chỉ mức độ không thuộc về, còn giá trị 1 chỉ mức độ thuộc về hoàn toàn.
Ví dụ 1: Một sự biểu diễn tập mờ cho số "integer nhỏ".




















Ví dụ 2: Một sự biểu diễn tập mờ cho các tập người đàn ông thấp, trung bình và cao.





Ví dụ 3: Cho Ω = {1, 2, 3, 4, 5}, tập mờ A trên Ω tương ứng với ánh xạ µA như sau:
µA : 1 → 0 2 → 1
3 → 0.5
4 → 0.3
5 → 0.2
Ta có tập mờ A = {(1,0), (2,1), (3,0.5), (4,0.3), (5,0.2)}
Cách viết trên là sự liệt kê các phần tử khác nhau cùng với mức độ thuộc về tập hợp A. Từ định nghĩa trên chúng ta có thể suy ra:
- Tập mờ A là rỗng nếu và chỉ nếu hàm thuộc về µA(a)= 0 ,∀a∈ Ω
- Tập mờ A là toàn phần nếu và chỉ nếu µA(a) = 1 ,∀a∈ Ω
- Hai tập mờ A và B bằng nhau nếu µA(x) = µB(x) với mọi x trong Ω.
Ví dụ 4: Cho Ω = {1, 2, 3, 4, 5}, tập mờ A trên Ω tương ứng với ánh xạ µA như ví du trên.
A = {(1,0), (2,1), (3,0.5), (4,0.3), (5,0.2)} Tập mờ B trên Ω tương ứng với ánh xạ µB như sau:
µB : 1 → 0 2 → 1
3 → 0.5









4 → 0.3
5 → 0.2
Ta có tập mờ B = {(1,0), (2,1), (3,0.5), (4,0.3), (5,0.2)} Nhận thấy, µA(x) = µB(x) với mọi x trong Ω. Vậy A= B.
1.4 Các phép toán về tập mờ
Để có thể tiến hành mô hình hóa các hệ thống có chứa tập mờ và biểu diễn các qui luật vận hành của hệ thống này, trước tiên chúng ta cần tới việc suy rộng các phép toán logic cơ bản với các mệnh đề có chân trị trên đoạn [0, 1].
Cho Ω = {P1, P2, .} với P1, P2, . là các mệnh đề. Tập mờ A trên Ω tương ứng với ánh xạ v như sau:
v : Ω → [0, 1]
∀Pi ∈Ω → v(Pi) Ta gọi v(Pi) là chân trị của mệnh đề Pi trên [0, 1].
1.4.1 Phép bù
Phép phủ định trong logic kinh điển là một trong những phép toán cơ bản cho việc xây dựng phép bù của 2 tập hợp. Để suy rộng phép này trong tập mờ chúng ta cần tới toán tử v(NOT P). Toán tử này phải thỏa các tính chất sau :













Định nghĩa 1 :

- v(NOT P) chỉ phụ thuộc vào v(P).
- Nếu v(P)=1 thì v(NOT P)=0
- Nếu v(P)=0 thì v(NOT P)=1
- Nếu v(P1) ≤ v(P2) thì v(NOT P1) ≥ v(NOT P2)

Hàm n : [0,1] → [0, 1] không tăng thỏa mãn các điều kiện n(0) = 1, n(1) = 0, được gọi là hàm phủ định.
Ví dụ : n(x) = 1 - x hay n(x) = 1 – x^2 là các hàm phủ định.
Ta có nhận xét :
- Nếu v(P1) < v(P2) thì v(NOT P1) > v(NOT P2)
- v(NOT P) phụ thuộc liên tục vào v(P)
- v(NOT (NOT P)) = v(P)


Định nghĩa 2 (Phần bù của một tập mờ):
Cho n là hàm phủ định, phần bù A^c của tập mờ A là một tập mờ với hàm thuộc về được xác định bởi :


, với mỗi a∈ Ω. Đồ thị của hàm thuộc về có dạng sau: