background image

Definicja AI

Sztuczna inteligencja to dziedzina 

informatyki która zajmuje si

ę

 

studiowaniem i budowaniem systemów 
komputerowych maj

ą

cych zdolno

ść

 

komputerowych maj

ą

cych zdolno

ść

 

przyswajania, analizowania, przetwarzania 
oraz wykorzystywania faktów i wiedzy 
rozumianej jako informacji przydatnej do 
pozyskiwania nowych faktów 

background image

Fuzzy logic

Logika rozmyta

Logika rozmyta

background image

Teoria zbiorów rozmytych

• Zadeh, L. A.: Fuzzy Sets. Information and Control, 8, s. 338-353, 1965.

• Zadeh, L. A.: Fuzzy Algorithms. Information and Control, 12, s.94-102,
1968.

• Zadeh, L. A.: Towards a theory of fuzzy systems. W: Kalman, R.E.,
DeClaris, R.N., Aspects of Network and System Theory. Holt, Rinehart and
Winston, New York, s. 469-490, 1971.

• Zadeh, L. A.: Outline of a New Approach to the Analysis of Complex
Systems and Decision Processes
. IEEE Trans. Systems, Man and
Cybernetics, 3 (1), s. 28-44, 1973.

• Zadeh, L. A.: The Concept of a Linguistic Variable and Its Application to
Approximate Reasoning. cz. 1
, Inf. Science, 8, s. 199-249, 1975.
•Zadeh, L. A., The Concept of a Linguistic Variable and Its Application to
Approximate Reasoning. cz. 2
, Inf. Science, 8, 301-357, 1975.
• Zadeh, L. A., The Concept of a Linguistic Variable and Its Application to
Approximate Reasoning. cz. 3
, Inf. Science, 9, 43-80, 1975.

background image

Wybrane pozycje literaturowe

Driankov D., Hellendoorn H., Reinfrank M.: 
Wprowadzenie do sterowania rozmytego. WNT ,Warszawa1996.

Rutkowska D.: 
Inteligentne systemy obliczeniowe. Algorytmy genetyczne i sieci 
neuronowe w systemach rozmytych

neuronowe w systemach rozmytych
Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa 1997.

Yager R., Filev D.: 
Podstawy modelowania i sterowania rozmytego
WNT, Warszawa 1995.

background image

Logika rozmyta

logika klasyczna

logika rozmyta

Tradycyjna logika dwuwarto

ś

ciowa: (0 lub 1, prawda lub fałsz), gdzie granice

zbioru s

ą

okre

ś

lone

ś

ci

ś

le.

Logika rozmyta jest rozwini

ę

ciem logiki wielowarto

ś

ciowej i jest oparta na

koncepcji nieostrych granic pomi

ę

dzy zbiorami elementów, których stopie

ń

przynale

ż

no

ś

ci do zbioru jest warto

ś

ci

ą

z przedziału [0, 1].

background image

Zbiór rozmyty

Zbiorem rozmytym w przestrzeni X
zmiennej nazywamy zbiór par:

{

}

X

x

x

x

A

A

=

);

(

,

µ

gdzie

µ

(x) jest funkcją przynależności (ang. membership funcion

gdzie

µ

A

(x) jest funkcją przynależności (ang. membership funcion

zbioru  A, która określa stopień przynależności każdemu elementowi 

do zbioru rozmytego A:

Zbiór elementów przestrzeni X, dla których 
jest nazywany nośnikiem zbioru A (ang. support):

{

}

0

)

(

;

)

(

>

=

x

X

x

A

A

µ

s u p p

]

1

,

0

[

:

)

(

X

x

A

µ

0

)

(

>

x

A

µ

X

background image

Funkcje przynale

ż

no

ś

ci

<

<

<

=

c

x

b

b

c

x

c

b

x

a

a

b

a

x

a

x

c

x

A

,

,

,

0

)

(

µ





=

0

,

,

min

max

)

(

b

c

x

c

a

b

a

x

x

A

µ

trójk

ą

tna funkcja przynale

ż

no

ś

ci

A

A

Matlab’s syntax: trimf(x,[a, b, c])

>> x=0:1:10;
>> y=trimf(x,[2 5 8]);
>> plot(x,y);grid;

x=[0, 1, 2,      3,      4, 5,      6,      7, 8, 9, 10]
y=[0, 0, 0, 0.33, 0.66, 1, 0.66, 0.33, 0, 0,   0]

background image

Funkcje przynale

ż

no

ś

ci

the crossover  point

>>trimf(5,[1, 3, 6])
>>0.3333

>>trimf(5,[3, 6, 9])
>>0.6667

background image

Funkcje przynale

ż

no

ś

ci

funkcja Gaussa (krzywa dzwonowa)

2

2

2

)

(

)

(

σ

µ

c

x

A

e

x

=

A

where:

and 

σ

– are the centre point 

X

and 

σ

– are the centre point 

and width of the gausian curve

Matlab’s syntax:  gaussmf(x,[

σ

σ

σ

σ

c])

background image

Funkcje przynale

ż

no

ś

ci

trapezoidal MF

S-shaped MF

Z-shaped MF

a

b

c

d

a

b

a

b

trapmf(x,[abcd]) 

smf(x,[ab]) 

zmf(x,[ab]) 

trapmf(x,[abcd]) 

smf(x,[ab]) 

zmf(x,[ab]) 

<

<

<

<

=

d

x

c

c

d

x

d

c

x

b

b

x

a

a

b

a

x

a

x

d

x

,

,

1

,

,

0

)

(

µ





=

0

,

,

1

,

min

max

)

(

c

d

x

d

a

b

a

x

x

µ



<

<

+

+

<

=

b

x

b

x

b

a

a

b

x

b

b

a

x

a

a

b

a

x

a

x

x

,

0

2

,

2

2

,

2

1

,

1

)

(

2

2

µ



<

<

+

+

<

=

b

x

b

x

b

a

a

b

x

b

b

a

x

a

a

b

a

x

a

x

x

,

1

2

,

2

1

2

,

2

,

0

)

(

2

2

µ

background image

Operacje arytmetyczne na zbiorach rozmytych

Operacje koniunkcji (AND) i disjunkcji (OR) realizowane s

ą

z zastosowaniem

norm trójk

ą

tnych (T-norma i T-conorma) w celu wyznaczenia cz

ęś

ci wspólnej

(przeci

ę

cie zbiorów rozmytych) lub sumy zbiorów rozmytych (agregacja zbiorów

rozmytych).

T- norma – iloczyn zbiorów rozmytych.

T- conorma (S-norma) – suma zbiorów rozmytych.

Iloczyn dwóch zbiorów rozmytych:

(

)

)

(

*

)

(

)

(

),

(

)

(

x

x

x

x

T

x

B

T

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

=

=

( )

( )

a

b

T

b

a

T

,

,

=

( )

(

)

(

)

c

b

a

T

T

c

b

T

a

T

),

,

(

,

,

=

( )

( )

d

b

c

a

for

d

c

T

b

a

T

,

,

,

,

( )

a

a

T

=

1

,

T-normy spełniaj

ą

prawa:

przemienno

ść

:

ł

ą

czno

ść

:

monotoniczno

ść

:

to

ż

samo

ść

jedynki:

background image

T-norma – iloczyn (przeci

ę

cie) zbiorów rozmytych, 

operacje koniunkcji (AND)

T-norma Zadehaminimum

(

)

(

)

)

(

),

(

min

)

(

),

(

x

x

x

x

T

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

=

=

6

0

,

5

25

.

0

,

4

5

.

0

,

3

75

.

0

,

2

1

A

6

5

4

3

2

=

6

1

,

5

75

.

0

,

4

5

.

0

,

3

25

.

0

,

2

0

B

=

6

0

,

5

25

.

0

,

4

5

.

0

,

3

25

.

0

,

2

0

B

A

background image

(

)

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

T

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

=

T-norma: iloczyn algebraiczny (algebraic product)

A

B

=

6

0

,

5

25

.

0

,

4

5

.

0

,

3

75

.

0

,

2

1

A

T-norma – iloczyn (przeci

ę

cie) zbiorów rozmyty, 

operacje koniunkcji (AND)

=

6

0

,

5

1875

.

0

,

4

25

.

0

,

3

1875

.

0

,

2

0

B

A

6

5

4

3

2

=

6

1

,

5

75

.

0

,

4

5

.

0

,

3

25

.

0

,

2

0

B

background image

(

)

(

)

1

)

(

)

(

,

0

max

)

(

),

(

+

=

x

x

x

x

T

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

T-norm: iloczyn ograniczony (bounded product)

A

B

=

0

,

33

.

0

,

66

.

0

,

1

A

T-norma – iloczyn (przeci

ę

cie) zbiorów rozmytych, 

operacje koniunkcji (AND)

=

6

0

,

5

08

.

0

,

4

16

.

0

,

3

25

.

0

B

A

=

6

0

,

5

33

.

0

,

4

66

.

0

,

3

1

A

=

6

1

,

5

75

.

0

,

4

5

.

0

,

3

25

.

0

B

background image

T-normy

(

)

(

)

1

)

(

)

(

,

0

max

)

(

),

(

+

=

x

x

x

x

T

µ

µ

µ

µ

- ograniczona ró

ż

nica

(

)

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

T

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

=

(

)

(

)

)

(

),

(

min

)

(

),

(

x

x

x

x

T

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

=

- minimum (zwana norm

ą

trójk

ą

tn

ą

Zadeha)

- iloczyn algebraiczny

(

)

(

)

1

)

(

)

(

,

0

max

)

(

),

(

+

=

x

x

x

x

T

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

- norma Einsteina

(

)

(

)

)

(

)

(

)

(

)

(

2

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

x

x

x

x

T

B

A

B

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

µ

µ

µ

+

=

- norma Hamachera

(

)

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

x

x

x

x

T

B

A

B

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

µ

µ

µ

+

=

background image

T-conormy (S-normy: suma zbiorów rozmytych)

T-conormy (S-normy) spełniaj

ą

prawa:

( )

( )

a

b

S

b

a

S

,

,

=

przemienno

ść

:

(

)

)

(

)

(

)

(

),

(

)

(

x

x

x

x

S

x

B

S

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

+

=

=

( )

( )

a

b

S

b

a

S

,

,

=

( )

(

)

(

)

c

b

a

S

S

c

b

S

a

S

),

,

(

,

,

=

( )

( )

d

b

c

a

for

d

c

S

b

a

S

,

,

,

,

( )

1

1

, =

a

S

przemienno

ść

:

ł

ą

czno

ść

:

monotoniczno

ść

:

to

ż

samo

ść

jedynki:

background image

S-norma (T-conorma) – suma zbiorów rozmytych, 

operacja dysjunkcji (OR)

(

)

)

(

),

(

max

)

(

x

x

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

=

S-norma Zadehamaximum

=

0

,

25

.

0

,

5

.

0

,

75

.

0

,

1

A

=

6

0

,

5

25

.

0

,

4

5

.

0

,

3

75

.

0

,

2

1

A

=

6

1

,

5

75

.

0

,

4

5

.

0

,

3

25

.

0

,

2

0

B

=

6

1

,

5

75

.

0

,

4

5

.

0

,

3

75

.

0

,

2

1

B

A

background image

A

B

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

x

x

x

x

x

B

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

+

=

S-norma: suma algebraiczna

=

0

,

25

.

0

,

5

.

0

,

75

.

0

,

1

A

S-norma (T-conorma) – suma zbiorów rozmytych, 

operacja dysjunkcji (OR)

=

6

0

,

5

25

.

0

,

4

5

.

0

,

3

75

.

0

,

2

1

A

=

6

1

,

5

75

.

0

,

4

5

.

0

,

3

25

.

0

,

2

0

B

=

6

1

,

5

8125

.

0

,

4

75

.

0

,

3

8125

.

0

,

2

1

B

A

background image

A

B

(

)

1

),

(

)

(

min

)

(

x

x

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

+

=

S-norma: suma ograniczona (bounded sum)

S-norma (T-conorma) – suma zbiorów rozmytych, 

operacja dysjunkcji (OR)

A

B

background image

S-normy

(

)

(

)

)

(

)

(

,

1

min

)

(

),

(

x

x

x

x

S

µ

µ

µ

µ

+

=

- ograniczona suma

(

)

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

x

x

S

B

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

µ

+

=

(

)

(

)

)

(

),

(

max

)

(

),

(

x

x

x

x

S

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

=

- maksimum (zwana norm

ą

trójk

ą

tn

ą

Zadeha)

- suma algebraiczny

(

)

(

)

)

(

)

(

,

1

min

)

(

),

(

x

x

x

x

S

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

+

=

- norma Einsteina

(

)

)

(

)

(

1

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

x

x

S

B

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

µ

+

+

=

- norma Hamachera

(

)

)

(

)

(

1

)

(

)

(

2

)

(

)

(

)

(

),

(

x

x

x

x

x

x

x

x

S

B

A

B

A

B

A

B

A

µ

µ

µ

µ

µ

µ

µ

µ

+

=

background image

System wnioskowania rozmytego (FRBS) - MISO

IF x

1

is A

j1

(x

1

) and/or x

2

is A

j2

(x

2

) and/or … and/or x

n

is A

jn

(x

n

THEN is B

j

(y)

background image

Wnioskowanie rozmyte oparte na bazie reguł 

(modelu lingwistycznym)

mały wysoki

bardzo du

ż

y

zmienna wej

ś

ciowa: pr

ę

dko

ść

przy

ś

pieszenie, temperatura, 

µµµµ

mały

du

ż

y

szybko

zmienna wyj

ś

ciowa: napi

ę

cie, 

siła, moc

µµµµ

przy

ś

pieszenie, temperatura, 

pozycja

siła, moc

JE

Ż

ELI 

temperatura

jest 

wysoka

TO  

moc grzejnika 

jest 

mała

przesłanka

konkluzja

Rozmyta reguła warunkowa: 

background image

Implikacja rozmyta

Rozmyta relacja:

JE

Ż

ELI jest  TO  jest  B

( )

))

(

),

(

(

,

y

x

T

y

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

=

Fuzzy T-norm implication:

Fuzzy S-norm implication:

( )

))

(

),

(

(

,

y

x

S

y

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

=

Mamdani’s implication:

Larsen’s implication:

Najbardziej popularne implikacje oparte na T-normach:

(

)

)

(

),

(

min

)

(

'

y

x

y

B

A

B

µ

µ

µ

=

)

(

)

(

)

(

'

y

x

y

B

A

B

µ

µ

µ

=

Mamdani’s implication:

Larsen’s implication:

background image

Implikacje rozmyte z koniunkcyjn

ą

 przesłank

ą

(

)

(

)

)

(

,

)

(

),

(

)

(

1

2

1

1

1

'

1

y

x

x

T

T

y

C

B

A

I

C

µ

µ

µ

µ

=

(

)

{

}

)

(

,

)

(

),

(

min

min

)

(

2

1

'

y

x

x

y

C

B

A

C

µ

µ

µ

µ

=

Implikacja Mamdaniego

:

Je

ż

eli x

jest  A

1

x

2

jest B

1

TO  jest  C

1

(

)

:

1

1

1

C

B

A

Implikacja Larsena

:

(

)

)

(

)

(

),

(

min

)

(

2

1

'

y

x

x

y

C

B

A

C

µ

µ

µ

µ

=

background image

Implikacje rozmyte z dysjunkcyjn

ą

 przesłank

ą

(

)

(

)

)

(

,

)

(

),

(

)

(

1

2

1

1

1

'

1

y

x

x

S

T

y

C

B

A

I

C

µ

µ

µ

µ

=

(

)

{

}

)

(

,

)

(

),

(

max

min

)

(

2

1

'

y

x

x

y

C

B

A

C

µ

µ

µ

µ

=

The Mamdani’s implication

:

IF x

is  A

1

or x

2

is B

1

THEN  is  C

1

(

)

:

1

1

1

C

B

A

The Larsen’s implication

:

(

)

)

(

)

(

),

(

max

)

(

2

1

'

y

x

x

y

C

B

A

C

µ

µ

µ

µ

=

background image

Implikacje rozmyte

( )

(

)

)

(

),

(

min

,

y

x

y

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

=

Implikacja Mamdaniego:

Implikacja Larsena:

( )

)

(

)

(

,

y

x

y

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

=

Implikacja Łukasiewicza:

( )

(

)

)

(

)

(

1

,

1

min

,

y

x

y

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

+

=

( )

(

)

)

(

)

(

1

,

1

min

,

y

x

y

x

B

A

B

A

µ

µ

µ

+

=

Implikacja Yagera:

( ) (

)

)

(

)

(

,

y

A

B

A

B

x

y

x

µ

µ

µ

=

Implikacja Goguena:

( )





=

1

,

)

(

)

(

min

,

x

y

y

x

A

B

B

A

µ

µ

µ

background image

Agregacja wyników implikacji

1. odpalenie reguł warunkowych, których wynikiem są zbiory 

rozmyte B’

i

:

R

i

: IF is A

i

THEN  is B

i

gdzie: i = 1, 2, …, n

B’

i

= A

i

 B

i

2. agregacja wyników wszystkich reguł:

B’=agg(B’ B’ , …, B’ ) = S(B’ B’ , …, B’ )

B’=agg(B’

1

B’

2

, …, B’

n

) = S(B’

1

B’

2

, …, B’

n

)

W celu otrzymania wyników wszystkich implikacji i zsumowania ich stosuje 
si
ę kompozycje T-norm i S-norm:

U

o

n

i

i

i

B

A

B

1

'

=

=

gdzie ‘o’ jest operatorem kompozycji.

background image

Kompozycja typu max-min

0

0

0

1

.

0

2

.

0

2

.

0

2

.

0

1

.

0

0

0

0

0

0

0

3

.

0

4

.

0

4

.

0

4

.

0

3

.

0

0

0

1

.

0

4

.

0

7

.

0

1

6

.

0

2

.

0

0

0

0

0

0

0

1

.

0

5

.

0

1

6

.

0

1

.

0

0

0

0

0

0

0

3

.

0

5

.

0

1

5

.

0

3

.

0

0

5

.

0

2

.

0

4

.

0

'

3

1

=

=

=

=

=

o

o

U

T

n

i

i

i

B

A

B

Implikacja:T-norma minimum.
Agregacja: S-norma maksimum.

[

]

0

1

.

0

4

.

0

5

.

0

5

.

0

5

.

0

4

.

0

4

.

0

3

.

0

0

0

1

.

0

4

.

0

5

.

0

5

.

0

5

.

0

2

.

0

0

0

0

0

0

0

1

.

0

2

.

0

2

.

0

2

.

0

1

.

0

0

0

=

=

background image

Kompozycja typu max-min

(

)

(

)

{

}

)

(

,

)

(

),

(

min

max

)

(

2

1

y

x

x

T

y

C

B

A

Y

y

µ

µ

µ

µ

=

background image

Kompozycja typu max-product 

(

)

{

}

)

(

)

(

),

(

min

max

)

(

2

1

y

x

x

y

C

B

A

Y

y

µ

µ

µ

µ

=

background image

Wyostrzanie - defuzzification

‘centroid’ – center of gravity,

‘bisector’ – bisector vertical line divides the region into two equal areas,

‘lom’ – largest of maximum,

‘mom’ – middle of maximum,

‘som’ – smallest of maximum.

background image

Rozmyte singletony

IF x

is  A

1

and x

is  B

1

THEN  is  C

1

T-norma - minimum

background image

Rozmyte singletony

IF x

is  A

1

and x

is  B

1

THEN  is  C

1

T-norma : iloczyn algebraiczny

background image

IF x

is  A

11

and/or x

is A

21

and/or … and/or  x

is A

n

Wnioskowanie Takagi-Sugeno-Kang (TSK)

• Takagi T., Sugeno M.: Fuzzy Identification of Systems and its Application to

Modeling and Control. IEEE Trans. Systems, Man and Cybernetics 15(1), s. 116-
132, 1985.

• Sugeno M., Kang T.: Structure Identification of Fuzzy Model. Fuzzy Sets and

Systems 28, s. 15-33, 1988.

IF x

is  A

11

and/or x

is A

21

and/or … and/or  x

is A

n

THEN  y

k

=f

k

(x

1

x

2

, …, x

n

)

background image

Wnioskowanie Takagi-Sugeno-Kang (TSK)

- stopień aktywacji reguły (waga reguły, poziom odpalenia reguły,
ang. firing strength):

IF x

is  A

11

and/or x

is A

21

and/or … and/or x

is A

n1  

THEN  y

k

=f

k

(x

1

x

2

, …, x

n

)

(

)

)

(

...,

),

(

),

(

1

21

11

2

1

n

A

A

A

k

x

x

x

T

w

n

µ

µ

µ

=

(

)

)

(

...,

),

(

),

(

1

21

11

2

1

n

A

A

A

k

x

x

x

S

w

n

µ

µ

µ

=

=

=

=

N

k

k

N

k

k

k

w

y

w

y

1

1

Wyostrzanie (obliczenie wartości zmiennej wyjściowej systemu rozmytego)
realizowane jest zazwyczaj jako średnia arytmetyczna ważona wszystkich
wyników implikacji (reguł warunkowych):

1

21

11

2

1

n

A

A

A

k

n

background image

R

1

:

IF x

1

is  A

1

and x

2

is  B

1

THEN  y

1

=2*x

1

+3*x

2

+4

R

2

:

IF x

1

is  A

2

and x

2

is  B

2

THEN  y

2

=5*x

1

+4*x

2

+4  

Wnioskowanie TSK - przykład

)

(

)

(

2

1

x

x

w

B

A

k

µ

µ

=

R

1

:

w

1

=0.5*0.8=0.4;

y

1

= 20

R

2

:

w

2

=0.5* 0.2=0.1;

y

2

= 30

background image

R

1

:

IF x

1

is  A

1

and x

2

is  B

1

THEN  y

1

=2*x

1

+3*x

2

+4

R

2

:

IF x

1

is  A

2

and x

2

is  B

2

THEN  y

2

=5*x

1

+4*x

2

+4  

R

1

:

w

1

=0.5*0.8=0.4;

y

1

= 20

R :

=0.5*0.2=0.1;

= 30

)

(

)

(

2

1

x

x

w

B

A

k

µ

µ

=

Wnioskowanie TSK - przykład

R

2

:

w

2

=0.5*0.2=0.1;

y

2

= 30

22

5

.

0

3

8

1

.

0

4

.

0

30

1

.

0

20

4

.

0

2

1

2

1

=

+

=

+

+

=

=

=

=

=

=

N

k

k

N

k

k

k

w

y

w

y

background image

R

1

:

IF x

1

is  A

1

and x

2

is  B

1

THEN  y

1

=2*x

1

+3*x

2

+4

R

2

:

IF x

1

is  A

2

and x

2

is  B

2

THEN  y

2

=5*x

1

+4*x

2

+4  

Wnioskowanie TSK - przykład

)

(

)

(

2

1

x

x

w

B

A

k

µ

µ

=

background image

R

1

:

IF x

1

is  A

1

or x

2

is  B

1

THEN  y

1

=2*x

1

+3*x

2

+4

R

2

:

IF x

1

is  A

2

or x

2

is  B

2

THEN  y

2

=5*x

1

+4*x

2

+4  

Wnioskowanie TSK - przykład

R

1

:

w

1

=max(0.5, 0.8)=0.8;

y

1

= 20

R

2

:

w

2

=max(0.5, 0.2)=0.5;

y

2

= 30

(

)

)

(

),

(

max

2

1

x

x

w

B

A

k

µ

µ

=

background image

R

1

:

IF x

1

is  A

1

or x

2

is  B

1

THEN  y

1

=2*x

1

+3*x

2

+4

R

2

:

IF x

1

is  A

2

or x

2

is  B

2

THEN  y

2

=5*x

1

+4*x

2

+4  

Wnioskowanie TSK - przykład

R

1

:

w

1

=max(0.5, 0.8)=0.8;

y

1

= 20

R

2

:

w

2

=max(0.5, 0.2)=0.5;

y

2

= 30

85

.

23

3

.

1

15

16

5

.

0

8

.

0

30

5

.

0

20

8

.

0

2

1

2

1

=

+

=

+

+

=

=

=

=

=

=

N

k

k

N

k

k

k

w

y

w

y

background image

Zmienna lingwistyczna

Zmienna lingwistyczna jest zmienn

ą

, której warto

ś

ci wyra

ż

one

s

ą

j

ę

zykiem naturalnym lub sztucznym. Temperatura jest zmienn

ą

lingwistyczn

ą

,

je

ż

eli

jej

warto

ść

wyra

ż

ona

jest

terminami

lingwistycznymi: wysoka, bardzo wysoka, ciepło, chłodno, raczej
chłodno. Zamiast: 10

0

, 14

0

, 19

0

, 32

0

Rozmyta reguła warunkowa: 

JE

Ż

ELI 

temperatura

jest 

wysoka

TO  

moc grzejnika 

jest 

mała

JE

Ż

ELI 

temperatura

jest 

wysoka

TO  

moc grzejnika 

jest 

mała

przesłanka

konkluzja

reakcja

decyzja

rada

prognoza

background image

Rozmyte singletony

IF x

is  A

1

and x

is  B

1

THEN  is  C

1

T-norma: minimum

Implikacja: minimum (Mamdaniego)

background image

Rozmyte singletony

IF x

is  A

1

and x

is  B

1

THEN  is  C

1

T-norma: minimum

Implikacja: product (Larsena)

background image

IF x

is  A

11

and x

is A

21

and … and x

is A

n

Wnioskowanie Takagi-Sugeno-Kang (TSK)

• Takagi T., Sugeno M.: Fuzzy Identification of Systems and its Application to

Modeling and Control. IEEE Trans. Systems, Man and Cybernetics 15(1), s. 116-
132, 1985.

• Sugeno M., Kang T.: Structure Identification of Fuzzy Model. Fuzzy Sets and

Systems 28, s. 15-33, 1988.

IF x

is  A

11

and x

is A

21

and … and x

is A

n

THEN  y

k

=f

k

(x

1

x

2

, …, x

n

)

background image

Wnioskowanie Takagi-Sugeno-Kang (TSK)

Wyostrzanie (obliczenie wartości zmiennej wyjściowej systemu rozmytego)

- stopień aktywacji reguły (waga reguły, poziom odpalenia reguły: firing
strength
):

IF x

is  A

11

and x

is A

21

and … and x

is A

n1  

THEN  y

k

=f

k

(x

1

x

2

, …, x

n

)

(

)

)

(

...,

),

(

),

(

1

21

11

2

1

n

A

A

A

k

x

x

x

T

w

n

µ

µ

µ

=

=

=

=

N

k

k

N

k

k

k

w

y

w

y

1

1

Wyostrzanie (obliczenie wartości zmiennej wyjściowej systemu rozmytego)
realizowane jest zazwyczaj jako średnia arytmetyczna ważona wszystkich
wyników implikacji (reguł warunkowych):

background image

IF x

is  A

1

and x

is  B

1

THEN  y

k

=2*x

1

+3*x

2

+4

Wnioskowanie Takagi-Sugeno-Kang (TSK)

w

k

*y

k

=w

k

*(2*x1+3*x2+4) = 8

background image

Identyfikacja parametrów 

modelu rozmytego 

z zastosowaniem algorytmów 

z zastosowaniem algorytmów 

grupowania rozmytego

background image

Algorytm samoorganizacji (algorytm c-

ś

rednich)

Fuzzy c-means (FCM)

Dane zarejestrowane w procesie pomiarowym:

{

}

n

X

x

x

x

...,

,

,

2

1

=

{

}

N

c

c

c

C

...,

,

,

2

1

=

Ś

rodki rozmytych podprzestrzeni zmiennych wej

ś

ciowych 

nazywanych rozmytymi klastrami (w postaci elipsoid):

background image

Algorytm samoorganizacji (algorytm c-

ś

rednich)

Fuzzy c-means (FCM)

∑∑

= =

=

n

j

N

i

i

j

m

ij

J

1

1

2

c

x

µ

{

}

n

X

x

x

x

...,

,

,

2

1

=

{

}

N

c

c

c

C

...,

,

,

2

1

=

Celem algorytmu c-

ś

rednich jest minimalizacja funkcji celu 

wyra

ż

onej jako suma odległo

ś

ci punktów x

j

od c

i

w przestrzeni 

euklidesowskiej:

= =

j

i

1

1

ij

µ

- stopie

ń

 przynale

ż

no

ś

ci wektora x

j  

zmiennych wej

ś

ciowych 

(danych ucz

ą

cych) do klastra, którego 

ś

rodkiem jest c

i

.

- przyjmowana warto

ść

 wykładnika stopnia przynale

ż

no

ś

ci, 

zazwyczaj m=2. 

[

)

∈ ,

1

m

background image

Algorytm samoorganizacji (algorytm c-

ś

rednich)

Fuzzy c-means (FCM)

=

=

n

n

j

j

m

ij

i

1

µ

x

c

1

2

1

=

m

N

i

j

m

ij

c

x

µ

=

n

j

m

ij

1

µ

1

=





k

k

j

i

j

c

x

c

x

background image

Algorytm grupowania ró

ż

nicowego danych

(subtractive clustering)

{

}

n

X

x

x

x

...,

,

,

2

1

=

Potencjalnymi 

ś

rodkami klastrów s

ą

 wszystkie próbki ucz

ą

ce x

dla 

których wyznaczane s

ą

 potencjały:

2

Krok 1

=

2

2

2

exp

)

(

a

i

j

j

r

P

c

x

x

r

a

– współczynnik okre

ś

laj

ą

cy wielko

ść

 s

ą

siedztwa.

background image

Algorytm grupowania ró

ż

nicowego danych

(subtractive clustering)

Pierwszym 

ś

rodkiem c

1

rozmytego klastra wybierany jest wektor x

j

o najwi

ę

kszej warto

ś

ci potencjału P(x

j

).

Nast

ę

pnie aktualizowane s

ą

 warto

ś

ci potencjałów wszystkich 

wektorów warto

ś

ci zmiennych wej

ś

ciowych:

2

Krok 2

a

b

b

i

j

j

j

r

r

r

P

P

P

=

,

2

exp

)

(

)

(

)

(

2

2

1

c

x

c

x

x

zazwyczaj:

a

b

r

r

5

.

1

=

Prowadzi to zredukowania potencjałów próbek, znajduj

ą

cych si

ę

 

blisko 

ś

rodka klastra c

1

background image

Algorytm c-

ś

rednich i grupowania ró

ż

nicowego danych

Przykład Matlab:

>> findcluster(‘clusterdemo.dat’)