همه چیز در مورد منطق فازی

• مدیریت
• wolf123

[زندیه]

منطق فازی چیست؟

حتماً بارها شنیده‌اید كه كامپیوتر از یك منطق صفر و یك تبعیت می‌كند. در چارچوب این منطق، چیزها یا درستند یا نادرست، وجود دارند یا ندارند. اما انیشتین می‌گوید: <آن‌جایی كه قوانین ریاضیات (كلاسیك) به واقعیات مربوط می‌شوند، مطمئن نیستند و آنجا كه آن‌ها مطمئن هستند، نمی‌توانند به واقعیت اشاره داشته باشند.> هنگامی كه درباره درستی یا نادرستی پدیده‌ها و اشیایی صحبت می‌كنیم كه در دنیای واقعی با آن‌ها سروكار داریم، توصیف انیشتین تجسمی است از ناكارآمدی قوانین كلاسیك در علم ریاضیات. از این رو می‌بینیم اندیشه نسبیت شكل می‌گیرد و توسعه می‌یابد. در این مقاله می‌خواهیم به اختصار با منطق فازی آشنا شویم. منطقی كه دنیا را نه به صورت حقایق صفر و یكی، بلكه به صورت طیفی خاكستری از واقعیت‌ها می‌بیند و در هوش مصنوعی كاربرد فراوانی یافته ‌است.

كجا اتومبیل خود را پارك می‌كنید؟
تصور كنید یك روز مطلع می‌شوید، نمایشگاه پوشاكی در گوشه‌ای از شهر برپا شده است و تصمیم می‌گیرید، یك روز عصر به اتفاق خانواده سری به این نمایشگاه بزنید. چون محل نمایشگاه كمی دور است، از اتومبیل استفاده می‌كنید، اما وقتی به محل نمایشگاه می‌رسید، متوجه می‌شوید كه عده زیادی به آنجا آمده‌اند و پاركینگ نمایشگاه تا چشم كار می‌كند، پر شده است.
اما چون حوصله صرف وقت برای پیدا كردن محل دیگری جهت پارك اتومبیل ندارید، با خود می‌گویید: <هر طور شده باید جای پاركی در این پاركینگ پیدا كنم.> سرانجام در گوشه‌ای از این پاركینگ محلی را پیدا می‌كنید كه یك ماشین به طور كامل در آن جا نمی‌شود، اما با كمی اغماض می‌شود یك ماشین را در آن جای داد، هرچند كه این ریسك وجود دارد كه فضای عبور و مرور دیگر خودروها را تنگ كنید و آن‌ها هنگام حركت به خودرو شما آسیب برسانند. اما به هرحال تصمیم می‌گیرید و ماشین خود را پارك می‌كنید.
بسیارخوب! اكنون بیایید بررسی كنیم شما دقیقاً چه كار كردید؟ شما دنبال جای توقف یك اتومبیل می‌گشتید. آیا پیدا كردید؟ هم بله، هم نه. شما در ابتدا می‌خواستید ماشین را در جای مناسبی پارك كنید. آیا چنین عملی انجام دادید؟ از یك نظر بله، از یك دیدگاه نه. در مقایسه با وقت و انرژی لازم برای پیدا كردن یك مكان راحت برای توقف خودرو، شما جای مناسبی پیدا كردید. چون ممكن بود تا شب دنبال جا بگردید و چنین جایی را پیدا نكنید. اما از این نظر كه اتومبیل را در جایی پارك كردید كه فضای كافی برای قرارگرفتن ماشین شما نداشت، نمی‌توان گفت جای مناسبی است

اگر به منطق كلاسیك در علم ریاضیات مراجعه كنیم و این پرسش را مطرح نماییم كه قبل از ورود به پاركینگ چند درصد احتمال می‌دادید جایی برای پارك‌كردن پیدا كنید، پاسخ بستگی به این دارد كه واقعاً چه تعداد مكان مناسب (فضای كافی) برای توقف خودروها در آنجا وجود داشت؟ اگر به حافظه خود رجوع كنید، شاید به یاد بیاورید كه هنگام ورود به پاركینگ و چرخیدن در قسمت‌های مختلف آن، گاهی خودروهایی را می‌دیدید كه طوری پارك كرده‌اند كه مكان یك و نیم خودرو را اشغال كرده‌اند. بعضی دیگر نیز كج و معوج پارك كرده بودند و این فكر از ذهن شما چندبار گذشت كه اگر صاحب بعضی از این خودروها درست پارك ‌كرده بودند، الان جای خالی برای پارك كردن چندین ماشین دیگر هم وجود داشت.
به این ترتیب علم ریاضیات و آمار و احتمال در مواجهه با چنین شرایطی قادر به پاسخگویی نیست. اگر قرار بود بر اساس منطق صفر و یك یا باینری كامپیوتر، روباتی ساخته شود تا اتومیبل شما را در یك مكان مناسب پارك‌ كند، احتمالش كم بود. چنین روباتی به احتمال زیاد ناكام از پاركینگ خارج می‌شد. پس شما با چه منطقی توانستید اتومبیل خود را پارك‌ كنید؟ شما از منطق فازی استفاده كردید.
دنیای فازی‌
می‌پرسم <هوا ابری است یا آفتابی؟> پاسخ می‌دهی: نیمه‌ابری. می‌پرسم <آیا همه آنچه كه دیروز به من گفتی، راست بود؟> پاسخ می‌دهی: بیشتر آن حقیقت داشت. ما در زندگی روزمره بارها از منطق فازی استفاده می‌كنیم.
واقعیت این است كه دنیای صفر و یك، دنیایی انتزاعی و خیالی است. به ندرت پیش می‌آید موضوعی صددرصد درست یا صددرصد نادرست باشد؛ زیرا در دنیای واقعی در بسیاری از مواقع، همه‌چیز منظم و مرتب سرجایش نیست. تئوری مجموعه‌های فازی و منطق فازی را اولین بار پرفسور لطفی‌زاده در رساله‌ای به نام <مجموعه‌های فازی - اطلاعات و كنترل> در سال 1965 معرفی نمود.

                                                                                 



از نخستین روز تولد اندیشه فازی، بیش از چهل سال می‌گذرد. در این مدت نظریه فازی، چارچوب فكری و علمی جدیدی را در محافل آكادمیك و مهندسی معرفی نموده و دیدگاه دانشمندان را نسبت به كمّ و كیف دنیای اطراف ما تغییر داده است. منطق فازی جهان‌بینی بدیع و واقع‌گرایانه‌ای است كه به اصلاح شالوده ‌منطق علمی و ذهنی بشر كمك شایانی كرده‌است.

كاربردهای منطق فازی‌
منطق فازی كاربردهای متعددی دارد. ساده‌ترین نمونه یك سیستم كنترل دما یا ترموستات است كه بر اساس قوانین فازی كار می‌كند. سال‌هاست كه از منطق فازی برای كنترل دمای آب یا میزان كدرشدن آبی كه لباس‌ها در آن شسته شده‌اند در ساختمان اغلب ماشین‌های لباسشویی استفاده می‌شود.

امروزه ماشین‌های ظرفشویی و بسیاری از دیگر لوازم خانگی نیز از این تكنیك استفاده می‌كنند. منطق فازی در صنعت خودروسازی نیز كاربردهای فروانی دارد. مثلاً سیستم ترمز و ABS در برخی از خودروها از منطق فازی استفاده می‌كند. یكی از معروف‌ترین نمونه‌های به‌كارگیری منطق فازی در سیستم‌های ترابری جهان، شبكه مونوریل (قطار تك ریل) توكیو در ژاپن است. سایر سیستم‌های حركتی و جابه‌جایی بار، مثل آسانسورها نیز از منطق فازی استفاده می‌كنند.

سیستم‌های تهویه هوا نیز به وفور منطق فازی را به‌كار می‌گیرند. از منطق فازی در سیستم‌های پردازش تصویر نیز استفاده می‌شود. یك نمونه از این نوع كاربردها را می‌توانید در سیستم‌های <تشخیص لبه و مرز> اجسام و تصاویر(3) مشاهده كنید كه در روباتیك نیز كاربردهایی دارد. به طور كلی خیلی از مواقع در ساختمان سیستم‌های تشخیص الگوها (Pattern Recognition) مثل سیستم‌های تشخیص گفتار و پردازش تصویر از منطق فازی استفاده می‌شود.

منطق فازی و هوش مصنوعی‌
جالب‌ترین كاربرد منطق فازی، تفسیری است كه این علم از ساختار تصمیم‌گیری‌های موجودات هوشمند، و در راس آن‌ها، هوش انسانی، به دست می‌دهد.
شاید یكی از جالب‌ترین كاربردهای منطق فازی هوش مصنوعی در بازی‌های رایانه‌ای و جلوه‌های ویژه سینمایی باشد. فیلم ارباب حلقه‌ها را بخاطر بیاورید.شاید اگر بگوییم ارباب حلقه‌ها فیلمی تقریبا مجازی است، سخنی به گزاف نگفته باشیم. بیشتر قسمت‌های این فیلم اساسا درون کامپیوتر خلق شده‌اند و واقعیت خارجی ندارند.کارگردان فیلم نزد یک متخصص جلوه‌های ویژه رفت و از او خواست که نرم‌افزاری بسازد که بتواند 70 هزار سوار کار زره‌پوش در حال حرکت را همچنان که به کشتار و خونریزی مشغولند، شبیه سازی کند.
در این برنامه متخصصان كامپیوتر و انیمیشن ابتدا موجوداتی را به صورت الگو ایجاد كرده بودند و سپس به كمك منطق فازی مصداق‌هایی تصادفی از این موجودات خیالی پدیدآورده بودند كه حركات تصادفی - اما از پیش تعریف شده‌ای ‌-‌ در اعضای بدن خود داشتند.
این موجودات در حقیقت دارای نوعی هوش مصنوعی بودند و می‌توانستند برای نحوه حركت دادن اعضای بدن خود تصمیم بگیرند. در عین حال تمام موجوداتی كه در یك لشكر به سویی می‌تاختند یا با دشمنی می‌جنگیدند، از جهت حركت یكسانی برخودار بودند و به سوی یك هدف مشخص حمله می‌كردند.
این ساختار كاملا‌ً پیچیده و هوشمند به فیلمسازان اجازه داده بود كه این موجودات افسانه‌ای را در دنیای مجازی كامپیوتر به حال خود رها كنند تا به سوی دشمنان حمله كنند و این همه بی‌تردید بدون بهره‌گیری از منطق فازی امكان‌پذیر نبود.شركت Massive Software كه به دلیل به‌كارگیری منطق فازی برای ایجاد هوش‌مصنوعی در طراحی لشكریان فیلم‌ ارباب حلقه‌ها برنده جایزه اسكار شد، بعداً این تكنیك را در فیلم‌های دیگری همچون I.Robot و King Kong نیز به‌كار برد.استفاده از منطق فازی برای هوشمند‌كردن موجودات نرم‌افزاری تنها گونه‌ای از كاربردهای این نظریه در هوش‌مصنوعی است. منطق فازی در هوشمند ساختن روبات‌های سخت‌افزاری نیز كاربردهای زیادی دارد.