2.2 模糊逻辑与近似推理
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模糊系统理论一、主要内容(1)模糊数学,它用模糊集合取代经典集合从而扩展了经典数学中的概念;(2)模糊逻辑与人工智能,它引入了经典逻辑学中的近似推理,且在模糊信息和近似推理的基础上开发了专家系统;(3)模糊系统,它包含了信号处理和通信中的模糊控制和模糊方法;(4)不确定性和信息,它用于分析各种不确定性;(5)模糊决策,它用软约束来考虑优化问题。
当然,这五个分支并不是完全独立的,他们之间有紧密的联系。
例如,模糊控制就会用到模糊数学和模糊逻辑中的概念。
从实际应用的观点来看,模糊理论的应用大部分集中在模糊系统上,尤其集中在模糊控制上。
也有一些模糊专家系统应用于医疗诊断和决策支持。
由于模糊理论从理论和实践的角度看仍然是新生事物,所以我们期望,随着模糊领域的成熟,将会出现更多可靠的实际应用。
早在20世纪20年代,就有学者开始思考和研究如何描述客观世界中普遍存在的模糊现象。
1923年,著名的哲学家和数学家B.Russell在其有关“含模糊性”的论文中就认为所有的自然语言均是模糊的,如“年轻的”和“年老的”都不是很清晰的或准确的概念。
它们没有明确的内涵和外延,实际上是模糊的概念。
然而,在一个特定的环境中,人们用这些概念来描述某个具体对象时却又能让人们心领神会,很少引起误解和歧义。
与B.Russell同时代的逻辑学家和哲学家人Kasiewicz发现经典的:值逻辑只是理想世界的模型,而不是现实世界的模型,因为它在对待诸如“某人个子比较高”这一客观命题时不知所措。
他在1920年创立了多值逻辑,为建立正式的模糊模型走出了关键的第一步。
但是,多值逻辑本质不仍是精确逻辑,它只是二值逻辑的简单推广[9]。
1966年,P.N.Marinos发表了有关模糊逻辑的研究报告。
这一报告真正标志着模糊逻辑的诞生。
模糊逻辑和经典的二值逻辑的不同之处在于:模糊逻辑是一种连续逻辑。
一个模糊命题是一个可以确定隶属度的句子,它的真值可取[o,U区间中的任何数。
近似推理AI技术中的近似推理与模型简化大标题:近似推理AI技术中的近似推理与模型简化在人工智能(Artificial Intelligence, AI)领域中,近似推理(Approximate Reasoning)是一种被广泛使用的技术。
它帮助机器以近似的方式进行推理和决策,以便在复杂的问题中获得合理的结果。
与此同时,模型简化也是近似推理技术中的一个重要环节,它能够在保证一定准确度的前提下,降低模型的复杂性,提高计算效率。
本文将探讨近似推理与模型简化在AI技术中的应用与意义。
近似推理作为一种基于不完全或不确定信息进行推理的方法,被广泛应用于机器学习、自然语言处理、图像识别等领域。
它通过对问题进行适当的简化和概括,以便在计算上能够更快地得到结果。
近似推理可以处理那些现实世界中存在的模糊、不确定和不完全信息,使得AI系统能够更好地应对复杂的现实问题。
近似推理技术中的一个重要概念是模糊逻辑(Fuzzy Logic),它允许变量具有模糊的、连续的取值范围,而不仅仅是离散的取值。
通过模糊逻辑,可以更好地建模和处理具有不确定性的问题。
例如,在自动驾驶系统中,通过模糊逻辑可以将语义模糊的指令(如“稍微靠左一点”)转化为具体的操作,以实现精确的控制。
另一个重要的近似推理技术是概率推理(Probabilistic Reasoning),它基于概率论的基本原理,通过计算不同事件的概率来进行推理。
概率推理在处理不确定性问题和决策制定中具有广泛的应用。
例如,在金融领域中,概率推理可以用于风险评估和投资决策,通过计算不同投资方案的概率分布,帮助投资者做出合理的决策。
除了近似推理,模型简化也是近似推理技术中的一个重要环节。
在AI技术中,模型的复杂性往往与计算的复杂性成正比。
为了提高计算效率,降低计算成本,模型简化变得至关重要。
模型简化的核心思想是通过去除冗余参数和简化计算过程,减少计算负担,同时保持一定的准确度。
模型简化可以采用多种技术手段。
模糊数学概述任何事物都具有质和量两个侧面。
在分析和解决问题时,我们既可以考察对象的性质、属性等质的方面,也可以对对象的数量关系与空间位置进行分析。
数学就是研究现实世界中量的关系和空间形式的学科。
现实世界中,客观现象在质的表现上具有确定性和不确定性,而不确定性又分为随机性和模糊性。
这种属性反映在量的方面,自然导致研究量的数学学科要按照如下三种划分来分别刻画客观现象:⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧模糊数学研究的领域—模糊性的量随机数学研究的领域—随机性的量不确定性的量精确数学研究的领域—确定性的量量因而,与精确数学和随机数学一样,模糊数学创立并发展为一门独立的数学学科,也是科学技术发展和社会实践需求的历史必然。
模糊数学是从量上来研究和处理模糊现象的一个数学分支,它以“模糊集合论”为基础。
模糊数学提供了一种处理不肯定性和不精确性问题的新方法,是描述模糊信息的有力工具,其应用范围已遍及自然科学和社会科学的几乎所有的领域。
由于模糊性数学发展的主流在于它的应用,因此人们也常称之为“模糊系统理论”、“模糊集与系统理论”或“模糊理论”。
1.模糊数学的产生现代数学是建立在集合论基础之上的。
集合论的重要意义就在于它能将数学的抽象能力延伸到人类认识过程的深处:用集合来描述概念,用集合的关系和运算表达判断和推理,从而将一切现实的理论系统都纳入集合描述的数学框架中。
毫无疑问,以经典集合论为基础的精确数学和随机数学在描述自然界多种客观现象的内在规律中,获得了显著的效果。
但是,和随机现象一样,在自然界和人们的日常生活中普遍存在着大量的模糊现象,如多云,阴天,小雨,大雨,贫困,温饱等。
由于经典集合论只能把自己的表现力限制在那些有明确外延的现象和概念上,它要求元素对集合的隶属关系必须是明确的,决不能模棱两可,因而对于那些经典集合无法反映的外延不分明的概念,以前人们都是尽量回避它们。
然而,随着现代科技的发展,我们所面对的系统日益复杂,模糊性总是伴随着复杂性出现;此外人文、社会学科及其它“软科学”的数学化、定量化趋向,也把模糊性的数学处理问题推向中心地位;更重要的是,计算机科学、控制理论、系统科学的迅速发展,要求电脑要像人脑那样具备模糊逻辑思维和形象思维的功能。