در سال 1994 منطق فازی به عنوان بهترین نظریه حالت و آنالیز و تحلیل اعلام شد، اما این ایده به هیچ وجه در آن زمان جدید نبود. درست است که در آن زمان 25 سال بود که تحت نام منطق فازی طرح و شناخته شده بود، اما ریشه‌های آن به 2500 سال قبل از آن باز می‌گشت. ارسطو معتقد بود که درجاتی از درست و نادرست وجود دارد، به‌ویژه در اظهار نظر درباره‌ی رویدادهای احتمالی آینده ارسطو هیچ امری را مطلق و قطعی نمی‌دانست. استاد ارسطو، افلاطون، درجاتی از عضویت را در نظر گرفته بود (degrees of membership). در واقع، کلمه افلاطونی مفهوم ایده آل فکری او را به یاد می‌آورد. به عنوان مثال، یک صندلی، که می‌تواند فقط تا حدی در قالب‌های انسانی یا فیزیکی تحقق یابد. اما افلاطون این تصور را رد کرد. به اروپای قرن هجدهم که نگاهی بیاندازیم، زمانی که سه فیلسوف برجسته با این ایده بازی می‌کردند و کلنجار می‌رفتند: جرج برکلی فیلسوف و روحانی ایرلندی و دیوید هیوم اسکاتلندی بر این باور بودند که هر مفهومی دارای یک هسته انضمامی است که مفاهیمی که به نوعی به آن شباهت دارند جذب آن می‌شوند. منطق فازی بر اساس سیستمی است که زبان طبیعی یا زبان انسانی را درک می‌کند و در نتیجه استدلال انسان را پردازش می‌کند. ما نمی‌توانیم به راحتی زبان طبیعی را به منطق صفر و یک ترجمه کنیم. از این رو می‌توان گفت که FL یا منطق فازی مشابه مغز انسان عمل می‌کند. این فرآیند در شبکه‌های عصبی و هوش مصنوعی استفاده می‌شود. در این مطلب به بررسی منطق فازی، ویژگی‌های آن، ساختار و معماری آن و… می‌پردازیم.
فهرست مطلب
ویژگی‌های اصلی منطق فازی چیست؟
پرفسورلطفی زاده: تولد و ظهور منطق فازی در هوش مصنوعی
ساختار و عملکرد منطق فازی چگونه است؟
چه زمانی از منطق فازی استفاده نکنیم؟
کاربرد منطق فازی در سیستم‌های ماشین لباسشویی
منطق فازی (Fuzzy Logic) چیست؟
منطق فازی (FL) روشی برای استدلال است که شبیه استدلال انسان است. این رویکرد شبیه نحوه تصمیم گیری انسان‌ها است. و همه احتمالات میانی بین بله و خیر را شامل می‌شود.
روند پارک کردن خودرو به صورت موازی چگونه است؟ ابتدا خودروی خود را در کنار خودروی جلوی فضای خود ردیف کنید. سپس با چرخاندن فرمان، ماشین را به داخل فضای پارک مد نظرتان می‌برید و دوباره کمی به عقب برمی‌گردید و دوباره به جلو می‌روید تا خودروی خود را صاف کنید وابن فرآیند را چندین بار تکرار می‌کنید تا خودروی خود را به صورت موازی پارک کنید. در این پروسه شما درواقع یک سری عملیات بر طبق منطق فازی را انجام داده‌اید. Fuzzy و یا مبهم به معنای گیج شدن نیست. اما در دنیای واقعی مبهم است حسی مانند «آهسته جلو رفتن» یا «کمی گرسنه» یا «نیمه ابری» تمایزاتی که مردم همیشه در تصمیم‌گیری از آن استفاده می‌کنند، اما رایانه‌ها و سایر فناوری‌های پیشرفته تا قبل از این مدل نتوانسته بودند از عهده آن برآیند. با حضور مدل منطق فازی عصر جدیدی از فعالیت‌های فکری رایانه‌ها آغاز شد.
ویژگی‌های اصلی منطق فازی چیست؟
۱ـ مدلی انعطاف‌پذیر است که برای پیاده سازی تکنیک یادگیری ماشین نسبت به مدل‌های دیگر پروسه‌ای بسیار آسان دارد.
۲ـ این مدل به شما کمک می‌کند تا از منطق تفکر انسان تقلید کنید.
۳ـ منطق فازی می‌تواند مقدارهای مختلف داشته باشد که به خوبی احتمالات را در راه‌حل‌های ممکن در نظر می‌گیرد.
۴ـ مدل منطق فازی روش بسیار مناسب برای استدلال نامطمئن یا تقریبی است.
۵ـ منطق فازی استنتاج را به عنوان فرآیندی برای انتشار محدودیت های الاستیک می بیند
۶ـ منطق فازی به شما امکان می دهد توابع غیرخطی با پیچیدگی دلخواه بسازید.
۷ـ مدل منطق فازی باید با راهنمایی و تحت نظر کامل متخصصان ساخته شود.
لطفی زاده: تولد و ظهور منطق فازی در هوش مصنوعی
پرفسور لطفی زاده ریاضیدان ایرانی ـ باکویی مخترع مدل فازی است. منطق فازی (Fuzzy Logic) که اولین بار در دهه ۱۹۶۰ میلادی در قالب مقاله‌ای از پروفسور لطفی زاده در نشریه اطلاعات و کنترل مطرح شد، بر این مبنا استوار است که همه مفاهیم در قالب منطق دوارزشی صفر و یک و درست و نادرست قابل طبقه‌بندی نیست و ما در زندگی روزمره بیشتر با مفاهیمی روبرو هستیم که با درجات مختلفی، بین صفر و یک، عضوی از یک مجموعه هستند. این نظریه در عرصه‌های مختلف علوم و مهندسی به فناوری‌های مختلف منجر شده است.
نوآوری پروفسور لطفی زاده این بود که ریاضیاتی را پیشنهاد داد که بتوان طبق آن، مفاهیم نادقیق را به نحو مناسبی مدل‌سازی کرد و سپس قواعد ریاضی برای بررسی این مدل‌ها مطرح کرد. اساس کار هم تعمیم مفهوم مجموعه و معرفی مجموعه فازی (Fuzzy Set) بود یعنی مجموعه‌ای که هر عنصر با درجاتی عضو مجموعه است. در واقع، برخلاف نظام قبلی عضویت فقط صفر و یک نیست بلکه عضویت در مجموعه فازی می‌تواند هر عدد بین صفر و یک باشد. و حتی میزان عضویت می‌تواند یک واژه کیفی باشد مانند اینکه بگوییم ناصر با درجه نسبتاً بالایی یک فوتبالیست خوب است (یعنی درجه عضویت ناصر در مجموعه فوتبالیست‌های خوب، نسبتاً بالا است).
ساختار و عملکرد منطق فازی چگونه است؟
معماری منطق فازی از چهار بخش اصلی تشکیل شده است:
۱ـ قوانین: شامل کلیه قوانین و شرایط اگر آن‌گاه توسط کارشناسان برای کنترل سیستم تصمیم گیری است. به روز رسانی اخیر در تئوری فازی روش‌های مؤثر متفاوتی را برای طراحی و تنظیم کنترل کننده‌های فازی ارائه می‌دهد. معمولاً این پیشرفت‌ها باعث کاهش تعداد قوانین فازی می‌شود.
۲ـ فازی سازی: این مرحله ورودی‌ها یا اعداد واضح را به مجموعه‌های فازی تبدیل می‌کند. می‌توانید ورودی‌های واضح را توسط حسگرها اندازه‌گیری کنید و آنها را برای پردازش بیشتر به سیستم کنترل منتقل کنید. سیگنال ورودی را به پنج مرحله تقسیم می کند:
۳ـ موتور استنتاج : میزان تطابق بین ورودی فازی و قوانین را تعیین می کند. با توجه به فیلد ورودی، قوانینی که قرار است حذف شوند را تعیین می‌کند. با ترکیب قوانین در نظر گرفته شده، اقدامات کنترلی را تشکیل دهید.
۴ـ فاززدایی: فرآیند فازی سازی مجموعه های فازی را به یک مقدار واضح تبدیل می کند. انواع مختلفی از تکنیک ها در دسترس است و شما باید بهترین روش را با یک سیستم خبره انتخاب کنید.
چه زمانی از منطق فازی استفاده نکنیم؟
با وجود تمام مزایا و قابلیت‌های مدل‌های مبتنی بر منطق فازی شرایط خاصی وجود دارد که بهتر است از منطق فازی استفاده نکنید:
۱ـ بسیاری از کنترلرها می‌توانند بدون استفاده از منطق فازی بازده بسیار بالاتری فعالیت‌هایشان را انجام دهند.
۲ـ وقتی می‌توانید از عقل سلیم استفاده کنید، نباید از منطق فازی استفاده کرد
۳ـ اگر نگاشت فضای ورودی به فضای خروجی را راحت نمی‌دانید
کاربردهای منطق فازی
| محصول | کمپانی | کاربرد استفاده‌ی منطق فازی |
| ترمزهای ضد قفل | Nissan | از منطق فازی برای کنترل ترمزها در موارد خطرناک به سرعت خودرو، شتاب، سرعت چرخ و شتاب بستگی دارد. |
| گیربکس اتوماتیک | NOK/Nissan | منطق برای کنترل پاشش سوخت و احتراق بر اساس تنظیم دریچه گاز، دمای آب خنک کننده، RPM و غیره استفاده می‌شود. |
| موتور خودرو | Honda, Nissan | برای انتخاب geat بر اساس بار موتور، سبک رانندگی و شرایط جاده استفاده کنید. |
| دستگاه کپی | Canon | برای تنظیم ولتاژ درام بر اساس تراکم، رطوبت و دما استفاده می‌شود. |
| کروز کنترل | Nissan, Isuzu, Mitsubishi | از آن برای تنظیم دریچه گاز برای تنظیم سرعت و شتاب خودرو استفاده کنید |
| ماشین ظرفشویی | Matsushita | استفاده برای تنظیم چرخه تمیز کردن، راهبردهای شستشو و شستشو بر اساس تعداد ظروف و مقدار غذای سرو شده روی ظروف بستگی دارد. |
| کنترل آسانسور | Fujitec, Mitsubishi Electric, Toshiba | از آن برای کاهش انتظار برای زمان بر اساس ترافیک مسافر استفاده کنید |
| سیستم تشخیص گلف | Maruman Golf | باشگاه گلف را بر اساس چرخش و هیکل گلف باز انتخاب می‌کند. |
| مدیریت تناسب اندام | Omron | قوانین فازی که توسط آنها برای بررسی تناسب اندام کارمندانشان ذکر شده است. |
| کنترل کوره | Nippon Steel | سیمان را مخلوط می‌کند |
| اجاق مایکروویو | Mitsubishi Chemical | استراتژی lunes و پخت و پز را تنظیم می‌کند |
| کامپیوتر Palmtop | Hitachi, Sharp, Sanyo, Toshiba | شخصیت های دست نوشته کانجی ( کانجی: کاراکترهای زبان چینی)را می‌شناسد |
| Plasma etching | Mitsubishi Electric | زمان و استراتژی اچ (etch) را تنظیم می‌کند |
کاربرد منطق فازی در سیستم‌های ماشین لباسشویی
ماشین‌های لباسشویی مدرن با استفاده از Fuzzy Logic این روزها محبوب شده‌اند. آنها سنسورهایی دارند که به طور مداوم تغییرات دما را ردیابی می کنند. بر این اساس کنترل‌ها و عملیات را تنظیم می‌کنند. این سیستم‌ها عملکرد خوبی دارند: مولد و مقرون به صرفه هستند. Fuzzy Logic فرآیند شستشو، دمای آب، سرعت چرخش، زمان شستشو، مصرف آب و عملکرد آبکشی را کنترل می‌کند. ماشین‌های پیشرفته که با مدل منطق فازی کار می‌کنند کارهای زیر را انجام می‌دهند:
۱ـ برای جلوگیری از اضافه بار، بار دستگاه را بررسی می‌کنید.
۲ـ به کاربر در مورد مقدار بهینه مواد شوینده توصیه می‌کند. آنها همچنین بررسی می‌کنند که آیا مواد شوینده به صورت مایع یا پودری است.
۳ـ مدل‌های منطق فازی از تجربیات قبلی شستشو یاد می‌گیرند و الگوریتم‌هایی را حفظ می‌کنند تا نتایج شستشو را بهبود دهند.
۴ـ بیشتر سیستم‌ها مبتنی بر فناوری صرفه‌جویی در انرژی هستند که به شما کمک می‌کند در هنگام شستن لباس‌ها در مصرف برق صرفه‌جویی کنید. این ویژگی‌ها به شما کمک می‌کند حتی اگر لباس‌های زیادی را ۲ تا ۳ بار در هفته بشویید، در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنید. سنسورها کل فرآیند شستشو را کنترل می کنند و تنظیمات و اصلاحات لازم را برای بهترین نتایج شستشو انجام می دهند.
Fuzzy Logic در این ماشین لباسشویی‌ها میزان کثیفی و کثیفی لباس، جهت چرخش و مقدار صابون مورد نیاز را بررسی می‌کند. برای چرخش بهتر، مطمئن می‌شود بار شستوشو به درستی متعادل است. در صورت تشخیص عدم تعادل، سرعت چرخش کاهش می‌یابد. علاوه بر این، متعادل کردن بار شستوشو به کاهش صدای چرخش کمک می‌کند. Fuzzy Logic در تنظیم چرخه تمیز کردن ماشین‌های ظرفشویی به همراه روش‌های شستوشو و آبکشی استفاده می‌شود. عملکرد دستگاه همچنین به تعداد ظروف قرار داده شده در ماشین لباسشویی بستگی دارد. شرکت‌هایی مانند پاناسونیک از فناوری مشابه‌ای در ماشین ظرفشویی خود استفاده می‌کنند.
مزایای منطق فازی
۱ـ ساختار سیستم‌های منطق فازی آسان و قابل درک است.
۲ـ منطق فازی مؤثرترین راه حل را برای مسائل پیچیده ارائه می‌دهد.
۳ـ می‌توان در به کار گیری منطق فازی از سنسورهای ارزان قیمت استفاده کرد که به شما کمک می کند هزینه و پیچیدگی کلی سیستم را پایین نگه دارید.
۴ـ به راحتی می‌توان آن را برای بهبود یا تغییر عملکرد سیستم تغییر داد.
۵ـ می‌توان آن را در شرایطی برنامه‌ریزی کرد که سنسور بازخورد کار نمی کند.
۶ـ عمدتاً به دلیل عدم نیاز به ورودی دقیق محبوبیت زیادی دارد.
۷ـ ممکن است استدلال دقیق ارائه نکند، اما تنها استدلال‌های قابل قبول ارائه می‌دهد.
۸ـ منطق فازی در داده کاوی به شما کمک می‌کند تا با عدم قطعیت در مهندسی مقابله کنید.
۹- منطق فازی در هوش مصنوعی به شما کمک می‌کند تا ماشین‌ها و محصولات مصرفی را کنترل کنید.
معایب استفاده از منطق فازی
۱ـ منطق فازی همیشه دقیق نیست، بنابراین نتایج بر اساس فرض درک می‌شوند، در نتیجه ممکن است به طور گسترده پذیرفته نشود.
۲ـ سیستم‌های فازی قابلیت یادگیری ماشین و همچنین تشخیص الگوی شبکه عصبی را ندارند.
۳ـ اعتبارسنجی و تأیید یک سیستم مبتنی بر دانش و منطق فازی نیاز به آزمایش گسترده با سخت افزار دارد.
۴ـ تنظیم قوانین دقیق و فازی و همچنین توابع عضویت کار دشواری است.
۵ـ برخی مفاهیم منطق زمان فازی با نظریه احتمال و اصطلاحات مشابه را با یک دیگر اشتباه می‌گیرند.
سخن آخر
سیستم‌های فازی می‌توانند برای تخمین، تصمیم‌گیری و در صنایع مکانیکی به کار گرفته شوند. سیستم‌های کنترلی مانند تهویه مطبوع، کنترل خودرو و حتی خانه‌های «هوشمند» و همچنین کنترل‌کننده‌های فرآیند صنعتی و بسیاری دیگر از برنامه‌های کاربردی در حضور منطق فازی بازده و عملکرد بسیار بهتری داشته‌اند. اولین حضور منطق فازی در صنعت در اروپا اتفاق افتاده است و به مرور به آمریکا و کشورهای دیگر نیز منتقل شده است. تا اینجا به طور خلاصه به معرفی کوتاهی از منطق فازی ویژگی‌ها و کاربردهای آن پرداختیم، امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد.
