ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #2: Ασαφή Σύνολα. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

Σχετικά έγγραφα
ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #3: Αρχή της Επέκτασης - Ασαφείς Σχέσεις. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #11: Ασαφής Αριθμητική. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #7: Σύστημα Ασαφούς Λογικής Μαθηματικές Εκφράσεις

ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #8: Βελτιστοποίηση Συστημάτων Ασαφούς Λογικής. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #5: Ασαφής Συλλογισμός. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

TEI Πειραιά Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού ΤΕ Τομέας Βιομηχανικής Πληροφορικής. Σημειώσεις ΕΥΦΥΟΥΣ ΕΛΕΓΧΟΥ

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές ΙΙ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Α: Γραμμικά Συστήματα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Ασαφής Λογική (Fuzzy Logic)

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι

Τεχνητή Νοημοσύνη (ΥΠ23) 6 ο εξάμηνο Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Ουρανία Χατζή

ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #4: Ασαφής Λογική Συνεπαγωγές. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Άλγεβρα των Πινάκων (2) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #13: Εξαγωγή Γνώσης από Δεδομένα. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Λογισμός 3 Ασκήσεις. Μιχάλης Μαριάς Τμήμα Α.Π.Θ.

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ. Ενότητα 3: Αποκατάσταση Εικόνας.

Ανάκτηση Πληροφορίας

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου. Θεωρία Υπολογισμού. Ενότητα 1 : Σύνολα & Σχέσεις (1/2) Αλέξανδρος Τζάλλας

11 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Ασαφή Συστήματα. 1.1 Ασαφή Σύνολα. x A. 1, x

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

2 n N: 0, 1,..., n A n + 1 A

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Στατιστική Επιχειρήσεων Ι

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ. Τμήμα Φαρμακευτικής Α εξάμηνο. Αριστείδης Δοκουμετζίδης. Ύλη. Διανύσματα. Πίνακες Ορίζουσες - Συστήματα. Διαφορικές εξισώσεις

ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Λογισμός ΙΙ. Χρήστος Θ. Αναστασίου Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Μέθοδοι Βελτιστοποίησης

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ. Ενότητα #12: Εισαγωγή στα Nευρωνικά Δίκτυα. Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα Β: Ευστάθεια Συστήματος (Γ Μέρος)

Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου. Θεωρία Υπολογισμού. Ενότητα 2 : Σύνολα & Σχέσεις (2/2) Αλέξανδρος Τζάλλας

Λογιστικές Εφαρμογές Εργαστήριο

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ, ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ 9 Ο εξάμηνο Χημικών Μηχανικών

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Έλεγχος Κίνησης

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

Ενότητα: Δακτύλιοι, Ακέραιες Περιοχές, Σώματα. Διδάσκων: Καθηγητής Μαρμαρίδης Νικόλαος - Θεοδόσιος

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 5: Χρήση μετασχηματισμού Laplace για επίλυση ηλεκτρικών κυκλωμάτων Μέθοδοι εντάσεων βρόχων και τάσεων κόμβων

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Τεχνικό Σχέδιο

Στατιστική Επιχειρήσεων Ι

Πίνακες Γραμμικά Συστήματα

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Στατιστική Επιχειρήσεων Ι

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Διανυσματικοί Χώροι (1) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Διανύσματα στους Rn, Cn, διανύσματα στο χώρο (3) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό με C++

Ανάλυση ευαισθησίας Ανάλυση ρίσκου. Μαυρωτά Γιώργου Αναπλ. Καθηγητή ΕΜΠ

Μηχανική Ι - Στατική

Ποσοτικές Μέθοδοι στη Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Σύνολο- Περιεχόμενο Μαθήματος

8 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Λογισμός 4 Ενότητα 15

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Υδραυλικά & Πνευματικά ΣΑΕ

Προσομoίωση Απόκρισης Συστήματος στο MATLAB

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Διακριτά Μαθηματικά. Ενότητα 4: Εισαγωγή / Σύνολα

Στατιστική Επιχειρήσεων Ι

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

9 ο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Στατιστική. Ενότητα 2 η : Τυχαίες μεταβλητές, Συναρτήσεις Κατανομής Πιθανότητας. Γεώργιος Ζιούτας Τμήμα Χημικών Μηχανικών Α.Π.Θ.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER

Transcript:

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΥΦΥΗΣ ΕΛΕΓΧΟΣ Ενότητα #2: Ασαφή Σύνολα Αναστάσιος Ντούνης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Τ.Ε.

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Βασικοί ορισμοί και ορολογία Συνάρτηση Συμμετοχής Διακριτό και Συνεχές ασαφές σύνολο Γλωσσικές μεταβολές και γλωσσικές τιμές Ιδιότητες ασαφούς συνόλου Συναρτήσεις Συμμετοχής Βασικές πράξεις με ασαφή σύνολα, Βασικές ταυτότητες με ασαφή σύνολα. Γενίκευση και επέκταση των τριών βασικών πράξεων, Γενίκευση του ασαφούς συμπληρώματος, Επιπλέον πράξεις με ασαφή σύνολα. 4

Περιεχόμενα ενότητας (1) Βασικοί ορισμοί και ορολογία Συνάρτηση Συμμετοχής Διακριτό και Συνεχές ασαφές σύνολο Γλωσσικές μεταβολές και γλωσσικές τιμές Ιδιότητες ασαφούς συνόλου Συναρτήσεις Συμμετοχής 5

Περιεχόμενα ενότητας (2) Βασικές πράξεις με ασαφή σύνολα Παραδείγματα Βασικές ταυτότητες με ασαφή σύνολα Γενίκευση και επέκταση των τριών βασικών πράξεων Γενίκευση του ασαφούς συμπληρώματος Επιπλέον πράξεις με ασαφή σύνολα 6

Περιεχόμενα ενότητας (3) Παραδείγματα με Ασαφή Σύνολα Ασκήσεις 7

Βασικοί ορισμοί και ορολογία

Βασικοί ορισμοί και ορολογία (1) Η επέκταση ενός κλασικού συνόλου σε ασαφές σύνολο όσον αφορά τις συναρτήσεις συμμετοχής είναι συγκρίσιμη με την επέκταση του συνόλου των ακεραίων Ζ στο σύνολο των πραγματικών αριθμών R Έτσι η διαστολή του πεδίου τιμών της συνάρτησης συμμετοχής από το {0,1} στο [0,1] είναι ανάλογη με την επέκταση από το Ζ στο R Τα ασαφή σύνολα πρότειναν έναν εναλλακτικό τρόπο σε σχέση με τη θεωρία των πιθανοτήτων για τη μοντελοποίηση της αβεβαιότητας αμφισβητώντας την Αριστοτέλεια λογική. Με τα ασαφή σύνολα μπορούμε να επιτύχουμε: μοντελοποίηση της αβεβαιότητας και αναπαράσταση υποκειμενικής ανθρώπινης γνώσης. 9

Βασικοί ορισμοί και ορολογία (2) Εάν Χ (universe of discourse) είναι μια συλλογή αντικειμένων που καθορίζονται με τη μεταβλητή x, τότε ένα ασαφές σύνολο Α στο Χ ορίζεται από ένα σύνολο διατεταγμένων ζευγών: AA = {(xx, μμ AA (xx) xx XX)} όπου μμ AA (xx) ονομάζεται συνάρτηση συμμετοχής (membership function, MF) ) για το σύνολο Α. Το MF απεικονίζει σε κάθε στοιχείο του Χ έναν βαθμό ή τιμή συμμετοχής μεταξύ του 0 και του 1. 10

Συνάρτηση Συμμετοχής

Συνάρτηση Συμμετοχής (1) μμ ΑΑ Συνάρτηση συμμετοχής του συνόλου AA είναι η συνάρτηση που δίνει το βαθμό συμμετοχής των στοιχείων του υπερσυνόλου αναφοράς, στο σύνολο Έστω το διακριτό υπερσύνολο αναφοράς Χ με στοιχεία x i. Αν το A ανήκει στο X, τότε αυτό αναπαρίσταται με ζευγάρια των στοιχείων και του αντίστοιχου βαθμού συμμετοχής τους στο σύνολο: A = μμ A (xx 1 ) + μμ A (xx 2 ) + xx 1 xx 2 Τα στοιχεία που έχουν βαθμό συμμετοχής 0, δεν είναι απαραίτητο να σημειώνονται. AA 12

Συνάρτηση Συμμετοχής (2) Το σύμβολο + στην παραπάνω εξίσωση, σημαίνει ένωση και όχι πρόσθεση, ενώ το κλάσμα, δε σημαίνει διαίρεση, απλώς χρησιμοποιείται για να προσδιορίζουμε σε ποιο στοιχείο του Χ, αντιστοιχεί ο κάθε βαθμός συμμετοχής. 13

Συνάρτηση Συμμετοχής (3) Για παράδειγμα, εάν το σύνολο AA έχει ως στοιχεία δύο αριθμούς, έστω τον αριθμό 1 με βαθμό συμμετοχής και τον αριθμό 2 με μμ ΑΑ (2) = 0.4, τότε Αν το Χ είναι συνεχές τότε, το AA = {0.8/1+0.4/2} αναπαρίσταται ως: A = μμ ΑΑ (xx) ή A = μμ ΑΑ (xx) xx xx xx AA Το εδώ εκφράζει το σύνολο και δεν έχει την έννοια του ολοκληρώματος. Το S καλείται σύνολο στήριξης (support set) του συνόλου AA και είναι το σύνολο των x, του Χ για τα οποία ισχύει μμ ΑΑ (xx) > 0 ssssssssssssss(aa ) = {xx μμ ΑΑ (xx) > 0} ss μμ ΑΑ (1) = 0.8 14

Διακριτό και Συνεχές ασαφές σύνολο

Διακριτό και Συνεχές ασαφές σύνολο (1) Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται ένα διακριτό σύνολο AA 1 = {0.1 xx 1 + 0.5 xx 2 + 0.9 xx 3 + 1 xx 4 + 0.9 xx 5 + 0.5 xx 6 + 0.1 xx 7 } Και ένα συνεχές A 2 με συνάρτηση συμμετοχής: 2 μμ A (xx) = ee xx 2 16

Διακριτό και Συνεχές ασαφές σύνολο (2) Διακριτό (A 1) και συνεχές (A 2) ασαφές σύνολο 17

Γλωσσικές μεταβολές και γλωσσικές τιμές

Γλωσσικές μεταβολές και γλωσσικές τιμές (1) Υποθέτουμε τη γλωσσική μεταβλητή Χ όπου Χ = θερμοκρασία. Η γλωσσική μεταβλητή Χ μπορεί να πάρει διαφορετικές γλωσσικές τιμές τις «Υψηλή», «μικρή». Δηλαδή η έκφραση «Η θερμοκρασία είναι μικρή» σημαίνει ότι έχουμε καταχωρίσει τη γλωσσική τιμή «μικρή» στην γλωσσική μεταβλητή «Θερμοκρασία». Επομένως μπορούμε να καθορίσουμε ασαφή σύνολα με ονόματα «Υψηλή Θερμοκρασία» (ΥΘ), «χαμηλή θερμοκρασία» (ΧΘ) και μμ ΥΥΥΥ (xx), μμ ΧΧΧΧ (xx) τα αντίστοιχα ασαφή σύνολα που καθορίζουν πλήρως τις αντίστοιχες γλωσσικές μεταβλητές. 19

Γλωσσικές μεταβολές και γλωσσικές τιμές (2) Σχήμα 9. Συναρτήσεις συμμετοχής των ασαφών συνόλων «υψηλή θερμοκρασία» και «χαμηλή θερμοκρασία» 20

Ιδιότητες ασαφούς συνόλου

Ιδιότητες ασαφούς συνόλου (1) Η υποστήριξη (support) του ασαφούς συνόλου είναι ένα σύνολο σημείων x στο X τέτοια ώστε μ Α (x)>0, support(a )={x μ Α (x)>0} Ο πυρήνας (core) ενός ασαφούς συνόλου είναι το σύνολο όλων των σημείων x στο X έτσι ώστε μ Α (x)=1, core(a)={x μ Α (x)=0.5} Σ ένα ασαφές σύνολο του οποίου η υποστήριξη είναι ένα σημείο στο Χ με μ Α (x)=1 ονομάζεται ασαφές μονοσύνολο (fuzzy singleton). 22

Ιδιότητες ασαφούς συνόλου (2) Το μέτρο (cardinality) ή η πληθικότητα ενός ασαφούς συνόλου ορίζεται ως η ποσότητα A = μ Α (x) όπου U το υπερσύνολο αναφοράς x U A = A U Το σχετικό μέτρο ενός ασαφούς συνόλου ορίζεται ως η ποσότητα μ Α λx 1 + (1 λx 2 ) min(μ Α (x 1 ), μ Α (x 2 ) ) Ένα ασαφές σύνολο καλείται κυρτό, όταν και μόνον όταν Α α = {x U, μ Α (x) α} όπου 0 < α 1 α-cuts ή level sets: ένα α-cut είναι ένα σαφές σύνολο το οποίο περιέχει τα στοιχεία του ασαφούς συνόλου τουλάχιστον με βαθμό συμμετοχής α. Μια α-τομή ορίζεται ως εξής: 23

Ιδιότητες ασαφούς συνόλου (3) Παράδειγμα: Θεωρούμε ένα ασαφές σύνολο Α των «μικρών ακεραίων» Α = 1.0 1 + 1.0 2 + 0.75 3 + 0.5 4 + 0.3 5 + 0.3 6 + 0.1 7 + 0.1 8 Τότε το 0.5-cut του Α είναι απλά ένα σαφές σύνολο Α α ={1,2,3,4}. Οι α-τομές προσφέρουν μια άλλη μέθοδο για την αναλυτική αναπαράσταση οποιοδήποτε ασαφούς συνόλου: μ Α (x) = U 0 < α 1 (α μ Α(x)) 24

Συναρτήσεις Συμμετοχής

Περιγραφή συναρτήσεων συμμετοχής (1) Η δυνατότητα χρησιμοποίησης παραμετροποιημένων συναρτήσεων για τον καθορισμό συναρτήσεων συμμετοχής (Membership Function) είναι πολύ σημαντική στο σχεδιασμό προσαρμοζόμενων ασαφών συστημάτων (Adaptive Fuzzy Systems). 1. Τριγωνική συνάρτηση συμμετοχής. Μια τριγωνική συνάρτηση συμμετοχής καθορίζεται από τρις παραμέτρους (a,b,c), οι οποίες ορίζουν τις τετμημένες των τριών γονιών (corner). Το β είναι η κορυφή του τριγώνου (apex of the triangle). xx aa tttttttttttttttt(xx, aa, bb, cc) = max (min bb aa cc xx,, 0) cc bb 26

Περιγραφή συναρτήσεων συμμετοχής (2) 2. Τραπεζοειδής συνάρτηση συμμετοχής. Μια τραπεζοειδής συνάρτηση συμμετοχής καθορίζεται από τέσσερις παραμέτρους (a,b,c,d), οι οποίες ορίζουν τις τετμημένες των τεσσάρων γονιών (corner). xx aa tttttttttttttttttt(xx, aa, bb, cc, dd) = max (min bb aa dd xx, 1,, 0) dd cc Οι παραπάνω συναρτήσεις συμμετοχής χρησιμοποιούνται ευρέως σε πραγματικού χρόνου εφαρμογές εξαιτίας της υπολογιστικής τους απλότητας. Επειδή οι συναρτήσεις αυτές δεν είναι ομαλές(smooth) στα σημεία καμπής (switching points) εισάγονται άλλοι τύποι συναρτήσεων συμμετοχής που είναι ομαλές και μη γραμμικές. 27

Γκαουζιανή συναρτήση συμμετοχής (1) 1. Γκαουζιανή συναρτήση συμμετοχής. Μια Gaussian συνάρτηση συμμετοχής καθορίζεται από δύο παραμέτρους (σ,c). 2 gggggggggggggggg(xx; σσ; cc) = ee { (xx cc) σσ } όπου c αναπαριστά το κέντρο της συνάρτησης συμμετοχής και σ καθορίζει το εύρος της. Ένα παράδειγμα Gaussian συνάρτησης με c=0 και τυπική απόκλιση σ=0 28

Γκαουζιανή συναρτήση συμμετοχής (2) Gaussian or Radial Function Σχήμα 10. Gaussian συνάρτηση συμμετοχής Gaussian(x;0;0) yy = ee xx 2 29

Γενικευμένη Bell συνάρτηση συμμετοχής (1) Γενικευμένη Bell συνάρτηση συμμετοχής. Μια γενικευμένη Bell συνάρτηση συμμετοχής καθορίζεται από τρις παραμέτρους (a,b,c),όπου η παράμετρος b είναι συνήθως 1 θετική bbbbbbbb(xx; aa, bb, cc) = xx cc 1 + aa Στη συνάρτηση αυτή ρυθμίζοντας τις παραμέτρους α και c μεταβάλλονται το κέντρο και το εύρος της συνάρτησης συμμετοχής. Η παράμετρος b καθορίζει τις κλίσεις στα crossover points της καμπύλης. Ένα παράδειγμα bell με c=50, a=20 και b=4. 2bb 30

Γενικευμένη Bell συνάρτηση συμμετοχής (2) x=(0: 0.1: 100) y=1./(1+abs(x-50)/20).8) plot(x,y) saveas(1, c:\figure, eps ) Σχήμα 11. Γενικευμένη συνάρτηση συμμετοχής bell(x;a,4,50) 31

Σιγμοειδής συνάρτηση 1. Σιγμοειδής συνάρτηση συμμετοχής. Μια σιγμοειδής συνάρτηση συμμετοχής καθορίζεται από δύο παραμέτρους (a,c). Η παράμετρος α ρυθμίζει την κλίση στο crossover point x=c. Ένα παράδειγμα σιγμοειδούς συνάρτησης με c=0 και διαφορετικές τιμές κλίσεων α. συμμετοχής 1 ssssssssssssss(xx; aa, cc) = 1 + exp [ aa(xx cc)] Σχήμα12. Σιγμοειδής συνάρτηση συμμετοχής sigmoid(x;a,0) με ποικίλες τιμές της παραμέτρου α. 32

Υπερκωνική (Hyperconic) συνάρτηση συμμετοχής 1. Υπερκωνική (Hyperconic) συνάρτηση συμμετοχής. Χρησιμοποιείται συχνά σε ασαφή συστήματα ελέγχου. Οι ασαφείς κανόνες που χρησιμοποιούν υπερκωνικές συναρτήσεις συμμετοχής έχουν μια τοπική επίπτωση, επειδή το σύνολο αναφοράς τους περιορίζεται σε μια κλειστή υπεσφαίρα (hyperball) ακτίνας r με κέντρο u. Η υπερκωνική συνάρτηση συμμετοχής καθορίζεται από τρείς παραμέτρους (a, u, r). uu hyyyyyyyyyyyyyyyyyy(xx; aa, uu, rr) = 1 xx rr 0 Η παράμετρος u καθορίζει το κέντρο της συνάρτησης και το ρ ορίζει το εύρος της. αα, ffffff xx uu rr, aa > 0 33

Πως καθορίζονται οι συναρτήσεις συμμετοχής Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις για να καθοριστούν οι συναρτήσεις συμμετοχής. Η πρώτη προσέγγιση είναι να χρησιμοποιηθεί η γνώση των εμπειρογνωμόνων για την προδιαγραφή της συνάρτησης συμμετοχής. Η δεύτερη προσέγγιση είναι να χρησιμοποιηθούν δεδομένα από πολλούς αισθητήρες και να καθοριστούν είτε με νευρωνικά δίκτυα είτε με γενετικούς αλγορίθμους οι συναρτήσεις συμμετοχής. 34

Βασικές πράξεις με ασαφή σύνολα

Βασικές πράξεις με ασαφή σύνολα (1) Έχοντας υπερσύνολο αναφοράς το X με στοιχεία x και ΑΑ και ΒΒ να ανήκουν σε αυτό. Κενό σύνολο (empty set): Υπερσύνολο αναφοράς (universe): Ισοτιμία (identity ή equivalent): Υποσύνολο (subset): Ένωση (union): Τομή (intersection) Συμπλήρωμα (compement): μμ 0 μμ XX (xx) 1 ΑΑ = ΒΒ μμ AA (xx) = μμ BB (xx) x X ΑΑ ΒΒ μμ AA (xx) μμ BB (xx) x X μμ ΑΑ ΒΒ (xx) = max (μμ AA (xx), μμ BB (xx)) x X μμ ΑΑ ΒΒ (xx) = min (μμ AA (xx), μμ BB (xx)) x X μμ ΑΑ (xx) = 1 μμ AA (xx) 36

Παραδείγματα

Παράδειγμα Έστω ότι έχουμε ένα διακριτό υπερσύνολο αναφοράς Χ με τους ακέραιους αριθμούς από το 1 έως και το 7, και δύο ασαφή σύνολα ΑΑ κκκκκκ ΒΒ που ανήκουν σε αυτό, όπου ΑΑ ={0/1+0.5/2+1/3+0.5/4+0/5} και ΒΒ ={0/3+0.6/4+1/5+0.6/6+0/7} Τότε: ΑΑ ΒΒ = {1/1+0.5/2+0/3+0.5/4+1/5}, = {1/3+0.4/4+0/5+0.4/6+1/7} ΑΑ ΒΒ ΑΑ ΒΒ = {0/1+0.5/2+1/3+0.6/4+1/5+0.6/6+0/7} = {0/1+0.5/2+0/3+0.5/4+0/5+0.5/6+0/7} 38

Παράδειγμα των τριών βασικών πράξεων με συνεχείς συναρτήσεις συμμετοχής Σχήμα 13. Συμπλήρωμα, Ένωση και Τομή 39

Βασικές ταυτότητες με ασαφή σύνολα

Βασικές ταυτότητες με ασαφή σύνολα (1) Μεταθετική ιδιότητα (commutativity): AA BB = BB AA AA BB = BB AA Μοναδιαία ποσότητα (idempotency): AA AA = AA AA AA = AA Προσεταιριστική ιδιότητα (assosiativity): (AA BB ) CC = AA (BB CC ) (AA BB ) CC = AA (BB CC ) 41

Βασικές ταυτότητες με ασαφή σύνολα (2) Επιμεριστική ιδιότητα (distributivity): AA (BB CC ) = (AA BB ) (AA CC ) AA (BB CC ) = (AA BB ) (AA CC ) Νόμος απορρόφησης (absorption): AA (AA BB ) = AA AA (AA BB ) = AA Θεώρημα De Morgan (De Morgan s Law): (AA ) BB = AA BB (AA ) BB = AA BB 42

Γενίκευση και επέκταση των τριών βασικών πράξεων

Γενίκευση και επέκταση των τριών βασικών πράξεων (1) Γενίκευση της ασαφούς τομής (T-norm τελεστές) Λογικό γινόμενο Αλγεβρικό γινόμενο Φραγμένο γινόμενο mmmmmm[xx, yy] = xx yy xx yy xx yy = mmmmmm[00, xx + yy 11] Δραστικό γινόμενο xx iiii yy = 11 xx yy = yy iiii xx = 11 00 iiii xx, yy < 11 44

Γενίκευση και επέκταση των τριών βασικών πράξεων (2) Γενίκευση της ασαφούς ένωσης (T-conorm τελεστές) Λογικό άθροισμα Αλγεβρικό άθροισμα Φραγμένο άθροισμα mmmmmm[xx, yy] = xx yy xx + yy xx yy xx yy = mmmmmm[11, xx + yy] Δραστικό άθροισμα xx iiii yy = 00 xx yy = yy iiii xx = 00 11 iiii xx, yy < 11 45

Γενίκευση του ασαφούς συμπληρώματος

Γενίκευση του ασαφούς συμπληρώματος (1) 1 aa Συμπλήρωμα Sugeno NN ss(aa) = όπου ss ( 1, ) και το α 1 + ss aa παριστάνει την τιμή μιας συνάρτησης συμμετοχής. Εάν s=0 τότε προκύπτει το κλασσικό ασαφές συμπλήρωμα Συμπλήρωμα Yager NN ww(aa) = (1 aa ww ) 1 ww όπου ww (0, ). Εάν w=1 τότε προκύπτει το κλασσικό ασαφές συμπλήρωμα Ο τελεστής ασαφούς συμπληρώματος είναι μια συνεχής συνάρτηση Ν: [0,1] [0,1] η οποία ικανοποιεί τις παρακάτω απαιτήσεις: Ν(0)=1 και Ν(1)=0, Ν(α) b if a bb όπου α και b είναι συναρτήσεις συμμετοχής κάποιων ασαφών συνόλων. Οι παραπάνω τελεστές ικανοποιούν την ιδιότητα της ενέλιξης (involution): N(N(a))=a 47

Γενίκευση του ασαφούς συμπληρώματος (2) Η συνάρτηση Ν μετασχηματίζει τη συνάρτηση συμμετοχής του ασαφούς συνόλου A σε συνάρτηση συμμετοχής του συμπληρώματος. ΝΝ μμ ΑΑ (xx) = μμ ΑΑ (xx) 48

Επιπλέον πράξεις με ασαφή σύνολα

Επιπλέον πράξεις με ασαφή σύνολα (1) Έστω ένα υπερσύνολο αναφοράς U={1,2,3,4,5,6,7}, και δύο ασαφή σύνολα ΑΑ = 0.8 3 + 1 5 + 0.6 6 0.7 και ΒΒ = 3 + 1 4 + 0.5 6 Αλγεβρικό γινόμενο: Φραγμένο άθροισμα: ΑΑ ΒΒ = 0.56 3 + 0.3 6 ΑΑ ΒΒ = 1 3 + 1 4 + 1 5 + 1 6 Φραγμένο γινόμενο: Αλγεβρικό άθροισμα: ΑΑ ΒΒ = 0.5 3 + 0.1 6 ΑΑ + ΒΒ = 0.94 3 + 1 4 + 1 5 + 0.8 6 50

Παραδείγματα με Ασαφή Σύνολα

Fuzzy Sets (1) U=1+2+3+4+5+6+7, AA = 0.8 + 1 + 0.6 3 5 6 Union Intersection Complement Product Bounded Sum AA BB = 0.8 3 + 1 4 + 1 5 + 0.6 6 AA BB = 0.7 3 + 0.5 6 AA = 1 1 + 1 2 + 0.2 3 + 1 4 + 0.4 6 + 1 7 AAAA = 0.56 3 + 0.3 6 ΑΑ ΒΒ = 1 3 + 1 4 + 1 5 + 1 6 ΑΑ ΒΒ = 1 (μμ ΑΑ(xx) + μμ BB (xx)) xx 0.7, BB = + 1 + 0.5 3 4 6 : mmmmmm : mmmmmm 52

Fuzzy Sets (2) Cartesian Product UU 1 = 1 1 + 0.8 2 UU 2 = 0.6 1 + 0.9 2 + 1 3 UU 1 UU 2 = 0.6 (1,1) + 0.9 (1,2) + 1 (1,3) + 0.6 (2,1) + 0.8 (2,2) + 0.8 (2,3) 53

Ασκήσεις

Ασκήσεις στα ασαφή σύνολα (1) 1. Το ασαφές σύνολο Α έχει συνάρτηση συμμετοχής 1 bell(x, a, b, c) = μa(x) = xx cc 1 + aa 2aa Να δειχτεί ότι το ασαφές συμπλήρωμα του Α περιγράφεται από τη συνάρτηση συμμετοχής bell(x,a,-b,c) 2. Να δειχτεί ότι οι τελεστές του Sugeno και Yager ικανοποιούν το νόμο της ενέλιξης: Ν(Ν(α))=α 3. Έστω δύο ασαφή σύνολα Α και Β στο υπερσύνολο αναφοράς U. Να αποδειχθεί η σχέση Α + Β = Α Β + Α Β όπου ο τελεστής ορίζει την πληθικότητα του ασαφούς συνόλου. 4. Να αποδειχτεί ότι οι νόμοι του De Morgan ισχύουν και για τα ασαφή σύνολα, δηλαδή (AA BB) = AA BB, (AA BB) = AA BB 55

Ασκήσεις στα ασαφή σύνολα (2) 5. Έστω το υπερσύνολο αναφοράς U=1+2+3+4+...+10 και τα ασαφή σύνολα Α=0.8/3+1/5+0.6/6 και Β=0.7/3+1/4+0.5/6. Να γίνουν οι παρακάτω πράξεις: 1. Α or B 2. A and B 3. AA BB 4. aa AA για α=0.5 5. Α α για α=2 6. (AA BB) = AA BB, (AA BB) = AA BB 7. AA AA 8. AA AA 56

Τέλος Ενότητας