در منطق کلاسیک همواره تصور بر این بوده است که همه چیز را مى توان به صورت قطعى بررسى نمود و همه چیز درست یا نادرست است و حالت میانهاى وجود ندارد تا اینکه در سال 1965 میلادى پروفسور لطفىزاده با انتشار اولین مقاله در مورد منطق فازى، این فرضیه را بنا نهاد که حالتهاى میانهاى نیز بجز حالت درست یا نادرست وجود دارد.
منطق فازی، از جمله تئوریهای مطرح شده در سالهای اخیر است که توانایی آن در کار با عدم قطعیتها، باعث برتری این تئوری در مدل کردن پدیدههای طبیعی شده است. چرا که پدیدههای طبیعی به دلیل حضور پارامترهای متعددی که اغلب شناخت کاملی نسبت به آنها وجود ندارد، همواره دارای عدم قطعیتهای زیادی هستند.
منطق فازى در مقابل منطق باینری یا ارسطویی که همه چیز را فقط به دو قسمت سیاه و سفید، بلی و خیر و یا صفر و یک میبیند قرار دارد و منطقی است که در بازهی بین صفر و یک قرار داشته و از مطلق گویی (فقط صفر یا یک) دوری میگزیند و از مقدار تعلق عضوی به مجموعهای بحث میکند.
منطق فازی راهکاری است که به وسیلهی آن میتوان سیستمهای پیچیدهای را که مدلسازی آنها با استفاده از ریاضیات و روشهای مدلسازی کلاسیک غیرممکن یا حداقل بسیار مشکل است را به آسانی و با انعطاف بسیار بیشتری مدلسازی نمود.
پروفسور لطفیزاده در سال 1921 در شهر باکو در جمهوری آذربایجان به دنیا آمد. مادرش یک پزشک روس و پدرش یک ژورنالیست ایرانی بود که در آن زمان به دلایل شغلی در باکو به سر میبرد. او در سن 10 سالگی به همراه خانواده به ایران بازگشت. لطفیزاده در کالج البرز تهران (دبیرستان فعلی البرز) تحصیلات متوسطه را به پایان رساند و در امتحانات کنکور سراسری، مقام دوم را کسب کرد. او در سال 1942 رشتهی برق و الکترونیک دانشگاه تهران را با موفقیت به پایان رساند و در طی جنگ جهانی دوم برای ادامهی تحصیلات به آمریکا رفت و دوره فوق لیسانس مهندسی برق را در انستیتو تکنولوژی ماساچوست MITطی نمود. پس از آن، دانشگاه کلمبیا نیویورک را انتخاب کرد و سرانجام در سال 1949 موفق به دریافت درجه دکترای خود از این دانشگاه شد. وی تئوری و منطق فازی را پایهگذاری کرد و سپس در زمینه کاربردهای این تئوری در هوش مصنوعی، زبانشناسی، منطق، تئوری تصمیمات، تئوری کنترل، سیستمهای خبره و شبکههای اعصاب به تحقیقات گسترده ای پرداخت. در حال حاضر حاصل تحقیقات پرفسور لطفی زاده در زمینهی منطق فازی در بخشهای گوناگون طراحی نرم افزار، سخت افزار و محاسبات کامپیوتری بر مبنای کلمات، تئوری شعور کامپیوتر در درک زبان طبیعی و صنایع سبک و سنگین مورد استفاده قرار میگیرد. پروفسور لطفیزاده به عنوان مبتکر منطق فازی، طی یک مقاله علمی کلاسیک که در سال 1965 به چاپ رسید، شهرت جهانی یافت. پروفسور دارای بیست و سه درجه دکترای افتخاری از دانشگاههای معتبر جهان است، بیش از 200 مقالهی علمی را به تنهایی به نگارش در آورده است. پروفسور لطفیزاده در ۶ سپتامبر ۲۰۱۷ درگذشت.
1- منطق کلاسیک (دودویی، باینری )
منطقی است که در آن گزارهها فقط ارزش درست یا نادرست دارند که آن را منطق 0 و 1 مینامند.
2- منطق چند مقداره
منطقی است که در آن گزاره ها علاوه بر 0 و 1 چند مقدار دیگر را نیز اختیار میکنند.
3- منطق بینهایت مقداره
در این منطق ارزش گزارهها میتواند هر عدد حقیقی بین 0 تا 1 باشد.
4- منطق فازی
نوعی از منطق بینهایت مقداره و در حقیقت یک ابتکار برای بیان رفتار مطلوب سیستمها با استفاده از زبان روزمره است. در واقع منطق فازی یک منطق پیوسته میباشدکه از استدلال تقریبی بشر الگوبرداری کرده است.
منظور از نظریه فازی، تمام نظریههایی است که از مفاهیم اساسی مجموعههای فازی یا توابع تعلق استفاده میکنند. نظریه فازی را میتوان به پنج شاخه عمده تقسیم کرد که عبارتند از:
باید توجه داشت که این پنج شاخه مستقل از هم نبوده و به شدت به هم ارتباط دارند، به طوری که برای تحقیق در یک زمینه، میبایست در مورد زمینههای دیگر نیز اطلاعات مناسب را بدست آورد. به طور مثال کنترل فازی از مفاهیم ریاضیات فازی و منطق فازی استفاده میکند.
تئوری مجموعههای فازی و منطق فازی را اولین بار پروفسور لطفیزاده در رسالهای به نام “مجموعه های فازی اطلاعات و کنترل” در سال 1965 معرفی نمود. در اوایل دههی 60 او فکر کرد که تئوری کنترل کلاسیک بیش از حد بر روی دقت تاکید داشته است، از این رو با سیستم پیچیده نمیتواند کار کند. در سال 1962 چیزی را بدین مضمون برای سیستمهای بیولوژیک نوشت: “ما اساساً به نوع جدیدی ریاضیات نیازمندیم، ریاضیات مقادیر مبهم یا فازی که توسط توزیعهای احتمالات قابل توصیف نیستند”. پس از آن، وی ایدهاش را در مقاله “مجموعه فازی ” تجسم بخشید.
پس از معرفی مجموعه فازی در سال 1965، او مفاهیم الگوریتمهای فازی در سال 1968، تصمیمگیری فازی در سال 1970 و ترتیب فازی را در سال 1971 مطرح نمود. در سال 1973 او مقاله دیگری را منتشر کرد به نام” طرح یک راه حل جدید برای تجزیه و تحلیل سیستمهای پیچیده و فرایندهای تصمیمگیری”. این مقاله اساس کنترل فازی را بنا کرد. او در این مفهوم متغیرهای زبانی و استفاده از قواعد اگر آنگاه را برای فرموله کردن دانش بشری معرفی نمود. رخداد بزرگ در دهه 1970 تولد کنترل کنندههای فازی برای سیستمهای واقعی بود. در سال 1975 ممدانی و اسیلیان چهارچوب اولیهای را برای کنترل کننده فازی مشخص کردند و کنترل کننده فازی را به یک موتور بخار اعمال نمودند. نتایج در مقالهای تحت عنوان “آزمایشی در سنتز زبانی با استفاده از یک کنترل کننده فازی” منتشر گردید. آنها دریافتندکه ساخت کنترل کننده فازی بسیار ساده بوده و به خوبی کار میکند. در سال 1978، هولمبلاد و اوسترگارد اولین کنترل کننده فازی را برای کنترل یک فرآیند کامل صنعتی در کنترل فازی کوره سیمان به کار بردند.
در مجموع، پایه گذاری تئوری فازی در دهه 1970 صورت گرفت. با معرفی مفاهیم جدید، تصویر تئوری فازی به عنوان یک زمینه جدید، هرچه بیشتر شفاف گردید. کاربردهای اولیهای نظیر کنترل موتور بخار و کنترل کوره سیمان نیز تئوری فازی را به عنوان یک زمینه جدید مطرح کرد. معمولاً زمینههای تحقیق جدید باید به وسیله مراکز تحقیقاتی و دانشگاهها حمایت گردد. این امر متاسفانه در مورد تئوری فازی اتفاق نیفتاد و در ابتدا مقاومتهای بسیاری در برابر پذیرش این نظریه صورت گرفت. بخشی از این مقاومتها، ناشی از برداشتهای نادرست از منطق فازی و کارایی آن بود. ضمن اینکه بسیاری از محققین، زمینه کاری خود را به دلیل عدم پشتیبانی تغییر دادند.
در اوایل دهه 1980 این زمینه از نقطه نظر تئوریک پیشرفت کندی داشت. در این مدت راه حلها و مفاهیم جدید اندکی معرفی گردید چرا که هنوز افراد کمی داشتند روی آن کار میکردند. در واقع کاربردهای کنترل فازی بود که هنوز تئوری فازی را سر پا نگاه داشته بود. مهندسان ژاپنی (با حساسیتی که نسبت به فن آوری های جدید دارند) به سرعت دریافتند که کنترل کنندههای فازی به سهولت قابل طراحی بوده و در مورد بسیاری مسائل میتوان ازآنها استفاده کرد. در سال 1980 سوگنو شروع به ساخت اولین کاربرد ژاپنی فازی نمود (کنترل سیستم آب فوجی). در سال 1983 او مشغول کار بر روی یک روبات فازی شد. ماشینی که از راه دور کنترل شده و خودش به تنهایی عمل پارک را انجام میداد. در این سالها یاشونوبو و میاموتو از شرکت هیتاچی کار بر روی سیستم کنترل قطار زیر زمینی سندایی را آغاز کردند. بالاخره در سال 1987پروژه به ثمر نشست و یکی از پیشرفتهترین سیستمهای قطار زیر زمینی را در جهان به وجود آورد. در جولای1987 دومین کنفرانس سیستمهای فازی در توکیو برگزار گردید. این کنفرانس درست سه روز پس از افتتاح قطار زیرزمینی سندایی آغاز به کار نمود. در این کنفرانس هیروتا یک روبات فازی را به نمایش گذارد که پینگ پنگ بازی میکرد، یاماکاوا نیز سیستم فازیای را نشان داد که یک پاندول معکوس را در حالت تعادل قرار میداد. قبل از این رویداد، تئوری فازی چندان در ژاپن شناخته شده نبود ولی پس از آن موجی از توجه مهندسان، دولتمردان و تجار را فرا گرفت.
موفقیت سیستمهای فازی در ژاپن، تعجب محققان را درآمریکا و اروپا برانگیخت. در فوریه 1992 اولین کنفرانس بین المللی IEEE در زمینه سیستمهای فازی در سان دیاگو برگزار گردید. این یک اقدام سمبلیک در مورد پذیرفتن سیستمهای فازی به وسیله بزرگترین سازمان مهندسی یعنی IEEE بود. در سال 1983 بخش سیستمهای فازی IEEEگشایش یافت. از نقطه نظر تئوری سیستمهای فازی و کنترل در اواخر دهه 80 و اوائل دهه 90 رشد چشمگیری پیدا کرد و پیشرفتهایی در زمینه برخی مشکلات اساسی سیستم های فازی صورت گرفت.
با پیدایش نظریه فازی، بحث و جدل ها پیرامون آن نیز آغاز گردید. بعضی آن را تایید کرده و کار روی این ضمینه جدید را شروع کردند و برخی دیگر نیز این ایراد را وارد می کردند که این ایده بر خلاف اصول علمی موجود می باشد. به دلیل اینکه کاربردهای عملی تئوری فازی در ابتدای پیدایش آن مشخص نبود تفهیم آن از جهت فلسفی کار مشکلی بود و تقریباً هیچ یک از مراکز تحقیقاتی، منطق فازی را به عنوان یک زمینه تحقیق جدی نگرفتند.
عمده ترین انتقادات را می توان در سه گروه تقسیم بندی کرد:
اولین گروه منتقدین سوال میکردند که: کاربردمنطق فازی چیست؟ در مقابل این سوال لطفیزاده و پیروانش برای سالها هیچ کاربردی را نتوانستند نشان دهند. در دهه 1970 اولین کاربردهای منطق فازی ظاهر شد، اما این ها اغلب اسباب بازیهای رایانهای برگرفته از ایدههای ساده ریاضی بود. اولین سیستم فازی توسط ابراهیم ممدانی در انگلستان ارائه شد. در دهه 1980 ژاپنیها از این سیستمها برای کنترل استفاده کردند و تا سال 1990 ژاپنیها بیش از 100 محصول با کاربردهای کنترل فازی ارائه دادند.
دومین گروه منتقدین از مراکز علمی و پژوهشی احتمالات بودند، لطفیزاده از اعداد بین 0 و 1 برای توصیف ابهام موضوعات و مباحث خود استفاده میکرد. متخصصین احتمالات نیز احساس میکردند که آنها نیز همین کار را انجام میدهند و منطق فازی را همان احتمال با لباس مبدل میدانستند. آن ها احساس میکردند که لطفیزاده چیز جدیدی ارائه نکرده است و واقعا کار خاصی انجام نداده است و بیان میکردند که لطفیزاده توان خود را روی قدرت بیان مجموعههای فازی و قدرت تطابق آنها با کلمات معطوف کرده است. در پاسخ به این سوال لطفیزاده بیان میدارد که: اصولاً چنین چارچوبی، راهی برای مواجهه با مسایلی است که در آنها نا دقیق بودن به دلیل عدم وجود معیار صریح عضویت درگروه است نه حضور متغیرهای تصادفی.
سومین منتقدان میگفتند که منطق دو ارزشی کارایی دارد و هزاران سال است که به ما خدمت کرده و رایانهها را به کار میاندازد. ممکن است مقداری هزینه داشته باشد اما ساده است و کار میکند. با این حال بزرگترین چالش از ناحیه ریاضیدانانی بودکه معتقد بودند تئوری احتمالات برای حل مسائلی که تئوری فازی ادعای حل بهتر آن را دارد، کفایت میکند.
یکی از مباحث مهم در منطق فازی، تمیز دادن آن از نظریه احتمالات در علم ریاضیات است .غالباً نظریه فازی با نظریه احتمالات اشتباه میشود. در حالی که این دو مفهوم کاملاً با یکدیگر متفاوتند. منطق فازی با حقایق نا دقیق سروکار دارد و به حدود و درجات یک واقعیت اشاره دارد، حال آنکه نظریه احتمالات بر شالوده مجموعه حالات تصادفی یک پدیده استوار است و درباره شانس وقوع یک حالت خاص صحبت میکند، حالتی که وقتی اتفاق بیفتد، دقیق فرض میشود. ذکر یک مثال میتواند موضوع را روشن کند. فرض کنید در حال رانندگی در یک خیابان هستید. اتفاقاً متوجه میشوید که کودکی در اتومبیل دیگری که به موازات شما در حال حرکت است، نشسته و سر و یک دست خود را از شیشه ماشین بیرون آورده و در حال بازی گوشی است. این وضعیت واقعی است و نمیتوان گفت احتمال این که بدن این کودک بیرون اتومبیل باشد، چقدر است چون بدن او واقعاً بیرون اتومبیل است، با این توضیح که بدن او کاملاً بیرون نیست، بلکه فقط بخشی از بدن او در خارج اتومبیل قرارگرفته است .تئوری احتمالات در اینجا کاربردی ندارد. چون ما نمیتوانیم از احتمال خارج بودن بدن کودک از ماشین صحبت کنیم زیرا آشکارا فرض غلطی است .اما میتوانیم از احتمال وقوع حادثه صحبت کنیم. مثلاً هرچه بدن کودک بیشتر بیرون باشد، احتمال این که در اثر برخورد با بدنه یک اتومبیل در حال حرکت دچار آسیب شود، بیشتر میشود. این حادثه هنوز اتفاق نیفتاده است، ولی میتوانیم از احتمال وقوع آن صحبت کنیم. اما بیرون بودن تن کودک از ماشین همین حالا به واقعیت تبدیل شده است و فقط میتوانیم از میزان و درجات آن صحبت کنیم.
فازی بودن و احتمالات، اغلب با هم ترکیب میشوند. یک جمله در صورتی احتمالی است که احتمال یا درجه تحقق را نشان دهد و یا نتیجه یک واقعه اتفاقی را بیان کند .برای مثال جمله “شانس50% است”، یک جمله کاملاً احتمالی است .جملات احتمالی، خود درجهای از مفهوم فازی بودن را نشان میدهند .در جمله “به احتمال زیاد آنجا خواهم بود”، کلیه احتمالات به صورت ذهنی سنجیده شدهاند و درجهای از احتمال تا تحقق بیان شده است. در صورتی که جمله “ممکن است آنجا باشم”، کاملاً نامعلوم و غیرقابل پیشبینی میباشد، لذا فازی بودن را بیان میکند.
تئوری سیستمهای فازی بر مبنای فرآیند کلی پردازش اطلاعات در مغز عمل می کند. فرآیند کلی پردازش اطلاعات در مغز شامل مراحل زیر است:
تصمیم → ارزیابی → قضاوت → تفکر → شناخت → بازیابی اطلاعات
در مرحله بازیابی اطلاعات، به دلیل محدود بودن ظرفیت اطلاعاتی و زمانی ذهن، فقط اطلاعات مهم مورد بازیابی قرار میگیرد تا بتوان آنها را پردازش کرده و اهدافمان را در آنجا متمرکز کنیم. در مرحله شناخت، محتوای اطلاعات بازیابی شده مورد شناسایی قرار میگیرد. سپس در مراحل تفکر و قضاوت از ترکیب و تطابق اطلاعات بازیابی شده و دانش و مهارتهایی که در ذهنمان است در ارتباط با ارائه پیشنهاد برای تصمیمگیری و حل مساله فکر میکنیم و گزینههایی را ارائه میدهیم. در مرحله ارزیابی گزینههای مختلف را بر اساس میزان تحقق اهداف (در صورت انتخاب هر یک از گزینهها) مورد ارزیابی قرار میدهیم و در مرحله آخر رضایت بخشترین گزینه را انتخاب کرده و تصمیم میگیریم. با به کارگیری تئوری سیستمهای فازی روشهای علم مدیریت کلاسیک به محیط فازی گسترش مییابد و میتوان از آن در سیستمهای متعدد مدیریتی از جمله تصمیمگیری، سیاستگذاری، برنامهریزی و مدلسازی استفاده کرد. علم مدیریت فازی در برابر موقعیتهای پویای اقتصادی و اجتماعی به طور انعطافپذیری پاسخگو است. همچنین علم مدیریت فازی قادر است مدلهایی ایجاد کند که تقریباً همانند انسان اطلاعات کیفی را به صورت هوشمند پردازش نماید. بدین ترتیب سیستمهای مدیریت انعطاف بیشتری پیدا میکنند و اداره سازمانهای بزگ و پیچیده در محیطهای متغیر، امکان پذیر میشود. به طور کلی مشخصههای علم مدیریت فازی را میتوان به صورت زیر بیان کرد :
1) ضرایب و شرایط واقعی محدودیتها که به صورت شهودی توسط برنامهریزان تعیین میگردند را میتوان به آسانی و با انعطاف پذیری به وسیله توابع عضویت نشان داد و جواب این مسائل را به طرق ریاضی یافت .
2) دانش و مهارت مورد نیاز سیستمهای مدیریت را میتوان به زبان طبیعی از خبرگان اخذ کرد و با استفاده از استنتاج فازی مدلها و برنامههای رایانهای را به آسانی ایجاد کرد. در این موارد زبان طبیعی اغلب از صفات و قیودی مثل: خیلی، کم، مقداری وتقریباً استفاده میکند که میتوان آنها را با توابع عضویت نشان داد و در رایانه وارد کرد.
3) به جای محدود کردن جوابهای یک مساله به یک عدد میتوان چند پاسخ محتمل ارائه کرد و از آنجا که حد پایین و بالای پاسخها قابل اخذ است با اضافه کردن نظر خبرگان، مدیران و کارشناسان میتوان راه حلهای کاربردیتری ارائه نمود، چرا که در بسیاری از گزینههای ارائه شده توسط روشهای علم مدیریت کلاسیک به جهت محدود بودن به یک عدد اغلب مورد استفاده قرار نمیگیرد و تصمیمات اخذ شده توسط مدیران جدا از راه حلهای ارائه شده میباشد.
دو نوع توجیه برای تئوری سیستمهای فازی وجود دارد:
– دنیای واقعی ما بسیار پیچیدهتر از آن است که بتوان یک توصیف و تعریف دقیق برای آن بدست آورد، بنابراین باید یک توصیف تقریبی یا همان فازی که قابل قبول و قابل تجزیه و تحلیل باشد برای یک مدل معرفی شود.
– با حرکت ما به سوی عصر اطلاعات، دانش و معرفت بشری بسیار اهمیت پیدا میکند. بنابراین ما به فرضیهای نیاز داریم که بتوان دانش بشری را به شکل سیستماتیک فرموله کرده و آن را به همراه سایر مدلهای ریاضی در سیستمهای مهندسی قرار دهد.
توجیه اول گرچه درست است، با این حال طبیعت واحدی را برای تئوری سیستمهای فازی مشخص نمیکند. در حقیقت تمامی نظریههای علوم مهندسی دنیای واقعی را به شکلی تقریبی توصیف میکنند. یک تئوری مهندسی خوب از یک سو باید بتواند مشخصههای اصلی و کلیدی دنیای واقعی را توصیف کرده و از سویی دیگر قابل تجزیه تحلیل ریاضی باشد. بنابراین از این جنبه، تئوری فازی تفاوتی با سایر تئوریهای علوم مهندسی ندارد.
توجیه دوم مشخصهی واحدی از سیستمهای فازی را توصیف کرده و وجود تئوری سیستمهای فازی را به عنوان یک شاخصه مستقل در علوم مهندسی توجیه میکند. به عنوان یک قاعده کلی یک تئوری مهندسی خوب باید قادر باشد از تمامی اطلاعات موجود به نحو موثری استفاده کند.
در سیستمهای عملی اطلاعات مهم از دو منبع سرچشمه میگیرند. یکی از منابع، افراد خبره میباشند که دانش و آگاهیشان را در مورد سیستم با زبان طبیعی تعریف میکنند. منبع دیگر، اندازه گیریها و مدلهای ریاضی هستند که از قواعد فیزیکی مشتق شدهاند. بنابراین یک مسئله مهم ترکیب این دو نوع اطلاعات در طراحی سیستمها میباشد. برای انجام این ترکیب سوال کلیدی این است که چگونه میتوان دانش بشری را به یک فرمول ریاضی تبدیل کرد. اساساً آنچه که یک سیستم فازی انجام میدهد، همین تبدیل است. برای اینکه بدانیم این تبدیل چگونه صورت میگیرد ابتدا باید بدانیم سیستمهای فازی چگونه سیستمهایی هستند.
جهت دریافت لینک دانلود در ایمیل خود از باکس زیر اقدام کنید
ایمیل خود را برای دریافت رایگان فایل وارد کنید. لینک دانلود به ایمیل شما فرستاده می شود.
شما باید وارد شوید تا بتوانید یک نظر ارسال کنید.