【正文】 模糊邏輯分析和控制復(fù)雜系統(tǒng)的新途徑 托馬斯索沃爾歡迎進(jìn)入模糊邏輯的精彩世界，你可以用新科學(xué)有力地實(shí)現(xiàn)一些東西。在你的技術(shù)與管理技能的領(lǐng)域中，增加了基于模糊邏輯分析和控制的能力，你就可以實(shí)現(xiàn)除此之外的其他人與物無法做到的事情。以下就是模糊邏輯的基礎(chǔ)知識(shí)：隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，對(duì)系統(tǒng)精確的闡述變得越來越難，最終變得無法闡述。于是，終于到達(dá)了一個(gè)只有靠人類發(fā)明的模糊邏輯才能解決的復(fù)雜程度。模糊邏輯用于系統(tǒng)的分析和控制設(shè)計(jì)，因?yàn)樗梢钥s短工程發(fā)展的時(shí)間；有時(shí)，在一些高度復(fù)雜的系統(tǒng)中，這是唯一可以解決問題的方法。雖然，我們經(jīng)常認(rèn)為控制是和控制一個(gè)物理系統(tǒng)有關(guān)系的，但是，扎德博士最初設(shè)計(jì)這個(gè)概念的時(shí)候本意并非如此。實(shí)際上，模糊邏輯適用于生物，經(jīng)濟(jì)，市場(chǎng)營銷和其他大而復(fù)雜的系統(tǒng)。模糊這個(gè)詞最早出現(xiàn)在扎德博士于1962年在一個(gè)工程學(xué)權(quán)威刊物上發(fā)表論文中。1963年，扎德博士成為加州大學(xué)伯克利分校電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)。那就意味著達(dá)到了電氣工程領(lǐng)域的頂尖。扎德博士認(rèn)為模糊控制是那時(shí)的熱點(diǎn)，不是以后的熱點(diǎn)，更不應(yīng)該受到輕視。目前已經(jīng)有了成千上萬基于模糊邏輯的產(chǎn)品，從聚焦照相機(jī)到可以根據(jù)衣服臟度自我控制洗滌方式的洗衣機(jī)等。如果你在美國，你會(huì)很容易找到基于模糊的系統(tǒng)。想一想，當(dāng)通用汽車告訴大眾，她生產(chǎn)的汽車其反剎車是根據(jù)模糊邏輯而造成的時(shí)候，那會(huì)對(duì)其銷售造成多么大的影響。以下的章節(jié)包括：1)介紹處于商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域的人們他們?nèi)绻麖哪：壿嬔葑兌鴣淼睦嬷械玫胶锰?，以及幫助大家理解模糊邏輯是怎么工作的?)提供模糊邏輯是怎么工作的一種指導(dǎo)，只有人們知道了這一點(diǎn)，才能運(yùn)用它用于做一些對(duì)自己有利的事情。這本書就是一個(gè)指導(dǎo)，因此盡管你不是電氣領(lǐng)域的專家，你也可以運(yùn)用模糊邏輯。需要指出的是有一些針對(duì)模糊邏輯的相反觀點(diǎn)和批評(píng)。一個(gè)人應(yīng)該學(xué)會(huì)觀察反面的各個(gè)觀點(diǎn)，從而得出自己的觀點(diǎn)。我個(gè)人認(rèn)為，身為被表揚(yáng)以及因?qū)戧P(guān)于模糊邏輯論文而受到贊賞的作者，他會(huì)認(rèn)為，在這個(gè)領(lǐng)域中的這種批評(píng)有點(diǎn)過激。但是，請(qǐng)不要總相信我的觀點(diǎn)。你應(yīng)該耳聽四方，然后做出自己的看法。這一本書正還未正式出版，如此“正直的簡(jiǎn)單人們” 能充分地了解模糊邏輯的觀念并且利用它, 或至少?zèng)Q定如果他們需要深深地深入在主題上存在的博士水平文學(xué)的很不錯(cuò)的主題。這一本書是引導(dǎo)者，因此，你能對(duì)模糊邏輯做某事,即使你不是一個(gè)專攻領(lǐng)域或一個(gè)先進(jìn)的數(shù)傳系統(tǒng)電子學(xué)工程師的博士。我們應(yīng)該被注意有論爭(zhēng)和關(guān)于模糊邏輯的批評(píng)。一定要讀爭(zhēng)論的各種不同立場(chǎng)并且達(dá)成他們自己的結(jié)論。親自地，為他的關(guān)于模糊邏輯的寫作，兩者都已經(jīng)被稱贊而且辱罵, 感覺批評(píng)家是太硬的在他們的宇宙把握中并且 “不應(yīng)該那么做的”. 但是,為它大家可以不用在意我所說的話。你一定看所有的立場(chǎng)而且組成你自己的思想。段落直接地在下面在一些短字中說,“什么是模糊邏輯”。但是，我們看看這一本書的余下部分和其他的相關(guān)文章，相信會(huì)對(duì)我們進(jìn)一步理解模糊邏輯有所幫助。假設(shè)你開著車行駛在傳統(tǒng)的雙向道，6個(gè)車道的公路上，交通燈之間距離是1公里。車速限制在45M之內(nèi)，而最好的速度應(yīng)該在48M。你如何定義“遵守交通規(guī)則”呢？很難！但是，這卻是人類經(jīng)常要做并且做的很好的事情。將會(huì)有一些車手的車速總是在48M前后，也有一些人的車速總是定在45M。實(shí)際上，大部分的人會(huì)將車速控制在48M，他們用的就是模糊推理。在交通中還存在著一系列此類的案例。你在城鎮(zhèn)中駕駛車輛的這個(gè)模糊推理能力，也曾被我們的祖先用于獲得食物，衣服，骨具等。人類和外界的物理世界相接觸的時(shí)候，有能力吸納和分清從物理世界中得到的信息。并且綜合它們而得到最好的行為方式。所有的動(dòng)物都會(huì)這么做，只不過，人類做的比較好，因此他成為了地球的主宰者。你想一想，我們攝入的大部分信息都是不精確的。比如：汽車的沖刺速度。我們將這稱為模糊輸入；但是也有一些是很合理的，精確的輸入，比如：你的閱讀速度。我們稱為模糊處理。模糊學(xué)理論家就會(huì)建議運(yùn)用所謂的模糊推理。模糊邏輯是人腦工作的方式。我們可以將這移植到機(jī)器身上，所以，有時(shí)，機(jī)器具有了人腦的相似思維。模糊邏輯和分析系統(tǒng)可以使自然界中的電氣自動(dòng)化。比如經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等內(nèi)，人類語言中總是含有：“如果那么”的規(guī)則。模糊邏輯分析和控制的過程是：1)接受一個(gè)或者多個(gè)我們希望去分析的數(shù)據(jù)量或者其他的變量。2)綜合傳統(tǒng)的非模糊系統(tǒng)，用簡(jiǎn)便的“如果—那么”模式來表示，并將要處理的量進(jìn)行處理。3)從由不同規(guī)則里得到的輸出結(jié)果中進(jìn)行平衡。得出的結(jié)果要求芯片如果工作。最后得到的就是一個(gè)不再是模糊而是精確的量。模糊就是一種用于估算無法精確測(cè)量的系統(tǒng)的概念。事實(shí)上，在宇宙中，人們?cè)u(píng)估任何事情都存在一定的模糊。不論你對(duì)某工具的測(cè)量是多么的精確，模糊概念始終是模糊邏輯中模糊分析和控制的基礎(chǔ)。對(duì)模糊邏輯系統(tǒng)來說，可測(cè)量的，非模糊的輸入數(shù)據(jù)是最主要的。例如：溫度傳感器檢測(cè)到的溫度，經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。人類進(jìn)行模糊控制的時(shí)候，應(yīng)該將模糊轉(zhuǎn)化成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的信號(hào)。我們將它的值域定在0到1之間。比如，房屋內(nèi)部的溫度是多少，如果溫度處于零下。你可以看出來，這些就是模糊概念。通過模糊評(píng)估，值域定在0到1之間。這就給我們進(jìn)行模糊推理提供了一種規(guī)則，這樣，我們就可以完成控制工程。 諾瓦瓷利用運(yùn)用模糊邏輯的電腦就可以打敗數(shù)學(xué)家們靠公式和傳統(tǒng)編程的控制器。模糊邏輯利用人們的一般思維；這種一般思維對(duì)一個(gè)新的系統(tǒng)來說合情合理，并且對(duì)一個(gè)曾有人控制的系統(tǒng)來說，它又能顯示出很有經(jīng)驗(yàn)。這里有一個(gè)將人類的一般思維運(yùn)用到一個(gè)控制系統(tǒng)的例子。元件產(chǎn)品的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了你的想象。最后，他們將人類的大量經(jīng)驗(yàn)通過“如果那么”的規(guī)則輸入機(jī)器中。模糊邏輯分析和控制的部件包括：物理控制，比如機(jī)器速度或者操作一個(gè)元件；經(jīng)濟(jì)和財(cái)政決策；心理情景；安全狀態(tài)以及其他一些改善產(chǎn)品的眾多例子。這本書要探討的是模糊邏輯在控制機(jī)器，經(jīng)濟(jì)決策等方面的應(yīng)用。看起來，當(dāng)初，扎德博士發(fā)明模糊邏輯時(shí)，想將它運(yùn)用到經(jīng)濟(jì)，政治等各個(gè)方面。如果沒有個(gè)人電腦，就很難將模糊邏輯運(yùn)用于控制機(jī)器和其他一些地方。沒有了個(gè)人電腦的速度，就很難運(yùn)用人力控制機(jī)器以及具有足夠的持久力去控制機(jī)器。你用一臺(tái)內(nèi)含模糊邏輯的BASIC或者C++的個(gè)人電腦比用一臺(tái)其他的電腦更節(jié)省錢。編程邏輯控制器擁有了自己的地方，他們簡(jiǎn)單，可靠，并且維持著美國工業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，最好的方法就是用電腦和模糊邏輯將系統(tǒng)組合，尤其當(dāng)一個(gè)非專業(yè)人士來主持重大工程項(xiàng)目的時(shí)候。這是地球上智能生命里的一個(gè)里程碑：在宇宙任何地方出現(xiàn)的智能生命，都可能應(yīng)用到模糊邏輯。它是一個(gè)廣泛的規(guī)則和概念。我們開始認(rèn)識(shí)到在智能化的進(jìn)程中，定義和應(yīng)用模糊邏輯是一個(gè)重要的階段。在地球上，我們只是剛剛到達(dá)那個(gè)時(shí)刻，你需要知道并開始應(yīng)用模糊邏輯。至今的爭(zhēng)論并沒有使我們適應(yīng)和理解模糊邏輯的大部分書籍和論文。因?yàn)椋切┳髡叽蠖嗍菆A滑老練的。以下是一些可以幫助我們理解的解釋性語言。這些最早是由扎德博士發(fā)明模糊邏輯的時(shí)候建立的。模糊—系統(tǒng)分析可以精確區(qū)分的模糊的程度。在這里我們不能稱之為模糊，因?yàn)槭腔谝粋€(gè)人的觀點(diǎn)的。因此，模糊還是不模糊就和系統(tǒng)分析精確的程度有關(guān)。一個(gè)系統(tǒng)分析規(guī)則的精確與一個(gè)人的模糊意念不相干。不如你有一個(gè)這樣的規(guī)則：如果氣壓上升到600P，那么關(guān)掉一切設(shè)備。這個(gè)規(guī)則就不是模糊的。隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，對(duì)系統(tǒng)精確的闡述變得越來越難，最終變得無法闡述。于是，終于到達(dá)了一個(gè)只有靠人類發(fā)明的模糊邏輯才能解決的復(fù)雜程度。模糊集合—模糊集合幾乎存在于任何場(chǎng)合，比如：高的，矮的，速度快，慢等。我們給它們定了一個(gè)從0到1的值域。例如，我遇到了一個(gè)6尺3寸的人，我認(rèn)為他是我見過的最高的人了。于是。在一個(gè)模糊控制系統(tǒng)中，模糊集是以下列方法進(jìn)行的。以測(cè)量速度來作為例子。系統(tǒng)編程便會(huì)在“太快”和“無須改變”之間選擇，最終進(jìn)行反饋并將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)當(dāng)中。這樣的情況我們?cè)谝韵碌恼鹿?jié)中將會(huì)有進(jìn)一步的談?dòng)?。摘要信息—人們處理信息不是基于開關(guān)的兩個(gè)端點(diǎn)，而是基于模糊概念的。所有的輸入最后處理得到精確的數(shù)值輸出，這些可以指導(dǎo)人們進(jìn)行行動(dòng)。模糊邏輯控制系統(tǒng)的目的也是在此。輸入的數(shù)據(jù)可能是極大的，但是人們可以處理它。操縱這些并最終變成人們可以執(zhí)行的輸出是人類大腦的特有功能。這是人類和電腦之間存在的一個(gè)重要特性。人們創(chuàng)造基于人工智能的電腦來挑戰(zhàn)人類的這種能力，但是很難建造一種這樣的電腦。模糊多樣化—一些概念如紅色等，都是模糊的，他們都是基于人類概念的，而不是精確的。這些詞就具有模糊多樣化。語言多樣化—這些語言和我們平常用的語言有關(guān)聯(lián)。速度是一種模糊多樣化。模糊多樣化變成語言多樣化，這是當(dāng)我們應(yīng)用語言去描述它的時(shí)候。比如：非?？?，極慢等。語言多樣化最主要的功能就是，它可以處理那些靠公式等難以處理的復(fù)雜系統(tǒng)。語言多樣化在控制系統(tǒng)中帶有反饋的功能以及和其他的狀態(tài)相聯(lián)系。比如：速度太快，則關(guān)掉加速器。討論范圍—拿女人當(dāng)例子，如果我們談到女人，那么各個(gè)地方的女人都成了我們談?wù)摰膶?duì)象。討論范圍是一種將同類的物質(zhì)組合在一起的概念。它是由模糊集合組成的。比如：女人的討論范圍是由專業(yè)女士，高的女人等組成的。世界上的第一個(gè)模糊邏輯控制器。1973年，英國倫敦大學(xué)的師生正試圖穩(wěn)定一個(gè)先前制造的流動(dòng)動(dòng)力機(jī)，雖然，他們擁有各種不同的先進(jìn)物質(zhì)，但是卻無法按照自己的意愿來控制動(dòng)力機(jī)。它的速度不是太快，就是太慢，無法與其他器件相配套。瑪達(dá)尼教授讀了一篇扎德博士寫的文章，扎德博士是加州大學(xué)伯克利分校電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)。那就意味著達(dá)到了電氣工程領(lǐng)域的頂尖。他是模糊方面的權(quán)威，但是當(dāng)時(shí)有一些人以不同名義反對(duì)模糊概念?，斶_(dá)尼教授和他的學(xué)生決定用模糊邏輯來試一試。在周末，他們給自己的流動(dòng)動(dòng)力機(jī)安裝了世界上第一個(gè)模糊系統(tǒng)。并且載入了歷史。這個(gè)模糊控制器運(yùn)行的相當(dāng)好，比以往他們用過的各個(gè)方案都要好。流動(dòng)動(dòng)力機(jī)運(yùn)行的速度控制的很好。正如你想的那樣，它運(yùn)行的不錯(cuò)，總是可以定在某個(gè)區(qū)域，不會(huì)抖動(dòng)并且總處于穩(wěn)定。這是科學(xué)發(fā)展歷史上一個(gè)令人興奮并且重要的時(shí)刻?，斶_(dá)尼教授的模糊控制系統(tǒng)有四個(gè)輸入：溫度檢測(cè)偏差糾正，速度，氣壓等的糾正等。并且，這個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)輸出。他們是獨(dú)立工作的。要想制造一個(gè)模糊系統(tǒng)，我們無須上述瑪達(dá)尼教授的模糊控制系統(tǒng)中的持續(xù)反饋系統(tǒng)。你能從模糊邏輯文章中得到不少深刻的印象。一個(gè)模糊邏輯控制系統(tǒng)應(yīng)該簡(jiǎn)單成“如果摩托車的缸體溫度有點(diǎn)太高，那么就應(yīng)該關(guān)掉熱源如發(fā)動(dòng)機(jī)等?！被蛘摺肮镜睦峡偤推渌邔尤耸空诔鍪酃镜墓善保敲次覀円矐?yīng)該盡快賣掉”。模糊邏輯系統(tǒng)無須變成一個(gè)電子機(jī)械系統(tǒng)。比如，模糊邏輯系統(tǒng)可以用于3千萬美元和日元的兌換決策。模糊邏輯控制器可以控制摩托車和其他的一些東西并進(jìn)行持續(xù)的反饋控制。控制器典型的有多輸入和多輸出。在計(jì)算機(jī)中輸入了各個(gè)適當(dāng)?shù)某绦颍敲茨：壿嬁刂破骶涂梢赃M(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制各種輸入。程序可以從一個(gè)任務(wù)跳轉(zhuǎn)到另外一個(gè)任務(wù)，程序獲得數(shù)據(jù)輸入并且向命令控制器發(fā)出指令。向模糊邏輯控制系統(tǒng)輸入的各種輸入數(shù)據(jù)是由現(xiàn)實(shí)世界中得來的。向財(cái)政交易系統(tǒng)輸入的也是從人們的評(píng)估中得到的。模糊邏輯的進(jìn)步，從一開始，模糊系統(tǒng)就是在不斷應(yīng)用和重要性中發(fā)展起來的，現(xiàn)在，這已經(jīng)是應(yīng)用廣泛的概念。基于模糊邏輯的個(gè)人電腦是很迷人的。用從前的傳統(tǒng)方法是無法定義和解決這些問題的。一個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)電子和機(jī)械的系統(tǒng)，它能使被控制系統(tǒng)的輸出能夠自動(dòng)地停留在操作者所預(yù)定的位置上。在你空調(diào)里面的溫度檢測(cè)器是一個(gè)控制系統(tǒng)。你車上的線路控制是一個(gè)控制系統(tǒng)?？刂瓶赡苁情g斷的信號(hào)或者是持續(xù)的控制流。在日本，一個(gè)教授創(chuàng)立了一個(gè)可以控制直升飛機(jī)的模糊邏輯控制系統(tǒng)。而這是人類直升飛機(jī)飛行員無法作到的。并且日本在這方面研究深入，建立了一個(gè)舒適的就像臥室里面通道一樣的地鐵。在美國，模糊邏輯控制正在得到名聲, 但是不是同樣地廣泛地使用，像在日本一樣。日本賣被控制的照相機(jī)，洗衣機(jī)和更多的模糊邏輯。一個(gè)英特網(wǎng)搜尋引擎歸還超過16,000 頁，當(dāng)你搜尋的時(shí)候在模糊+邏輯。被建立控制跟隨人類模糊的式樣活動(dòng)的模糊邏輯的個(gè)人計(jì)算機(jī)。然而，人類通常接受,處理而且有所反應(yīng)較多的輸入超過被建立模糊邏輯控制器的典型計(jì)算機(jī)。(這是不一定如此；一部在日本被建立模糊邏輯控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在財(cái)政的市場(chǎng)中交易并且利用 800 輸入)。模糊邏輯控制輸入人類和被建立模糊邏輯機(jī)器控制的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)像人類的模糊邏輯控制,但是當(dāng)計(jì)算機(jī)的輸入性質(zhì)被考慮的時(shí)候有一種不同的特性。人類以模糊樣子評(píng)估來自他們的環(huán)境輸入,然而機(jī)器/ 計(jì)算機(jī)獲得像 112 度 F 這樣的精確價(jià)值,以對(duì)數(shù)傳轉(zhuǎn)換器的一個(gè)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)類比獲得。計(jì)算機(jī)輸入會(huì)是計(jì)算機(jī)測(cè)定,讓我們說,112 度 。人類的發(fā)言權(quán)：雨水太熱 。計(jì)算機(jī)類比輸入測(cè)量的結(jié)果說,雨水是我的計(jì)劃112度和“如果 然后”：我見到二個(gè)高的人和一個(gè)短的。計(jì)算機(jī)說：我測(cè)量二個(gè)人,639。6 和 639。9,分別比一個(gè)人 539。1 高和如果然后我的計(jì)劃陳述告訴我有二個(gè)高的人和一個(gè)矮人。即使測(cè)量了輸入因?yàn)橛?jì)算機(jī)變得更精確, 轉(zhuǎn)換器源自輸入的點(diǎn)向前地我們?nèi)匀辉谀：壿嫹椒ǚ绞街惺褂盟麄冏窂奈覀兊哪：?人類接近控制。對(duì)于一個(gè)人類，如果陣雨水太溫暖,那么就準(zhǔn)備稍微使溫度下降下去。對(duì)于一部計(jì)算機(jī)，如果 然后 計(jì)畫的陳述會(huì)開始以一個(gè)被提供的人類為基礎(chǔ)的溫度降低人 “如果然后”規(guī)則,藉由操作一個(gè)活瓣的指令輸出。為了要產(chǎn)生一部被建立模糊邏輯控制系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，我們：1)決定輸入。2)用 描述因素和效果系統(tǒng)的行動(dòng)模糊規(guī)則在簡(jiǎn)單的英文字中陳述。3)寫一個(gè)電腦程式給對(duì)輸入有所反應(yīng)而且決定輸出,分開的考慮每個(gè)輸入。規(guī)則變成“如果然后”計(jì)劃的陳述。(當(dāng)將會(huì)在下面被見到之時(shí), 回應(yīng)使控制成環(huán)哪里被牽涉,圖解式三角形的使用能幫助看得見而且計(jì)算這個(gè)輸入 輸出的行動(dòng))。4)在計(jì)劃中，使用被重量的平均合并進(jìn)入不同的輸出在受約束的系統(tǒng)方面的演戲之內(nèi)被個(gè)別的輸入要求的各種不同的行動(dòng)(在事件中只有輸出, 然后合并不是必需的,當(dāng)作需要的唯一計(jì)數(shù)輸出)。模糊邏輯方式概念化并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)是比較容易。程序被轉(zhuǎn)為一系列 visualizable 步驟。這