سیستم های فازی و منطق فازی ، از گذشته تا کنون ، چگونه دنیای مارا تغییر دادند ؟

سلام من نگار نقدیان هستم دانشجوی کارشناسی علوم کامپیوتر در دانشگاه آزاد واحد تهران مرکز و این اولین مقاله‌ی فعالیت کلاسی درس طراحی اصول نرم‌افزار استاد حاجی‌اسمعیلی است. دومین مقاله با عنوان خودرو های خودران ، سطح جدیدی از تکنولوژی بشر را میتونید در لینک ارجاع داده شده بخوانید.در این بخش می خواهیم در مورد مبحثی بسیار جالب و شاید دور از انتظار صحبت کنیم ، مبحث منطق فازی .قبل از اینکه وارد این مبحث و توضیح و تفسیر بخش های اون بشیم ، بیاید کمی قبل تر بریم . زمانی که در کلاس های درس ریاضی استاد تخته سیاه کلاس را پر می کرد از قوانین و فرمول های مختلف و جورواجور و شروع به اثبات آن ها می کرد اما نقطه اشتراک تمامی این قواعد و اصول در این بود که ثابت می شد یک چیز یا درست است ویا نادرست .این موضوع دقیقا اتفاقی است ک در ریاضی کلاسیک و در مبحث منطق ارسطویی اتفاق می افتد . طبق منطق کلاسیک ،(قاعده اصل طرد شق وسط یا طرد شق ثالث)، یک گزاره یا اثبات می‌شود یا رد، حالت سومی ندارد ب عبارت دیگر یک چیز یا درست است یا غلط و حد وسطی وجود ندارد ، یک چیز یا سیاه است یا سفید و .... اما این نگاه سیاه و سفید ،(نگاه صفر و یکی)و این نظام دو ارزشی مربوط به دوران گذشته است . نتیجه منطق ارسطو ميتواند مطالب رياضي و پردازش رايانهاي را ساده كند.گرچه شایدبتونیم تا مدت ها مثال ها و مواردی بیابیم ک منطق ارسطویی در آن ها صدق می کند اما همواره با مواردی رو برو می شویم ک منطق ارسطویی در بیان ان ناتوان است . نمی توان چون قانونی برای موارد خاص قابل بیان است به تمام پدیده ها و موارد دیگر نسبت داده شود . ما در دنیای زندگی می کنیم که سیل عظیمی از پدیده های اطرافمان که آن ها را "صحیح" می پنداریم ، درواقع "نسبتا صحیح " هستند و هرچند کم ،عدم قطعیت و عدم اطمینان در ان ها وجود دارد. به عبارتي ديگر پديده های اطراف ما تنها سياه يا سفيد نيستند، بلكه می تونند گستره ای از رنگ های "خاكستري" میباشند .فازی یعنی چه ؟فازی (fuzzy) در لغت به معنی مبهم ، ناواضح ، تیره و غیر شفاف (indistinct; blurred; not clear) میباشد .بیاید کمی به پدیده های اطراف خود با دقت بیشتر بنگریم؛ شاید به وفور این جمله را شنیده باشیم :«امروز بسیار زیبا شدی . » در ابتدا این جمله ، یک جمله ساده و روزمره بنظر می رسد اما اگر کمی بیشتر دقت کنیم ؛به این سوال می رسیم چه چیزی باعث شد که زیبا بنظر برسم ؟ اصلا معیار «زیبا بودن» چیست که با داشتن ان شما زیبا هستید و با نداشتنش زشت ؟ آیا مرز مشخصی وجود دارد ؟حال بیاید جمله دیگری را مطرح کنیم : «نگار دختر خوبی است . » در این جمله هم «خوب بودن » ویژگی است که با عدد نمی توان نشان داد و مرز مشخصی بین خوب و بد بودن وجود ندارد .پدیده های طبیعی از این موضوع مستثنا نیستند مثل سرما و یا گرما؛ بسیاری از این پدیده ها مرز های مشخصی ندارند و اصطلاحا مرز های بین آن ها مبهم است اما در بسیاری علوم مانند منطق (کلاسیک) و ریاضیات فرض بر این گرفته می شود ک مرز ها کاملا مشخص هستند ، یک قضیه یا درست است و یا نادرست .اولین نشانه های تزلزل منطق ارسطویی:برتراندراسل فیلسوف قرن 20 و هایزنبرگ فیزیکدان آلمانی جز اولین کسانی بودند ک منطق ارسطویی را زیر سوال برندند .هایزنبرگ با کشف « اصل عدم قطعیت » تاثیر بسیاری در نوع نگاه به پدیده های طبیعی داشت .همانطور که از نام این اصل مشخص است ؛ به زبان ساده بیان کردکه نمی توان بطور قطع ویژگی های یک جسم را تشخیص داد بلکه باید «حدی » وجد داشته باشد . اتفاقی که شاید با دیدگاه منطق ارسطویی مغایرت داشت . پیش از ان دانشمندان فکر می کردند ما در یک لحظه مشخص می توانیم تمام ویژگی های یک جسم را بررسی کنیم .برتراندراسلاولین قدم های منطق فازی :همانطور ک مشاهده کردید، دانشمندان حال متوجه ناکارآمدی علم کلاسیک در توصیف پدیده های طبیعی نظیر سرد و گرم و ... شدند. این موضوع موجب شد تا ماکس بلک مبحثی بنام منحنی« عضویت» را بیان کند .منحنی عضویت ، مقیاس اندازهگیری عضویت عناصر در مجموعه A یا مجموعه نقیض A می باشد .بلک نشان داد ک یک عنصر تاحدی می تواند جز A و تا حدی جزی نقیض A باشد . مبحثی که بعد ها لطفی زاده پرفسور ایرانی از اون با نام « درجه عضویت Membership degree« نام برد .لطفی زاده سیستم های فازی:حال که دانشمندان کمی بیشتر با منطق فازی آشنا شده اند . کم کم سر و کله سیستم های فازی و چالش های جدید آن ها پیدا می شود .سیستم های فازی ، سیستم هایی هستند که با استفاده از تکنیک ها و روش های فازی به پردازش اطلاعات می پردازند مخصوصا در جایی که مجموعه ها و قوانین کلاسیک کاربردی ندارند .سیستم های فازی ، غالبا مجموعه ای از چندین قانون «اگر-آنگاه» هستند . فرض کنید می خواهیم کنترل کننده ای طراحی کنیم که دمای اتاق را بوسیله شوفاژ خودکار کنترل کند . این کار معمولا به وسیله کنترل کننده های معمول مثل کنترلر دما انجام می شود . اما در روش دیگر سعی می کنیم رفتار خودمان را برای گرم و سرد تر کردن یک اتاق شبیه سازی کنیم .ما از سه قاعده اگر انگاه استفاده می کنیم اما به یاد داشته باشید برای پدیده های طبیعی تعداد قواعد بسیار بیشتر است1. اگر دمای اتاق پایین است ، آنگاه دمای شوفاژ را افزایش بده .2. اگر دمای اتاق بالا است ، آنگاه دمای شوفاژ را کاهش بده .3. اگر دمای اتاق متوسط است ، آنگاه دمای شوفاژ را تغییر نده .همانطور ک مشاهده کردید ما کلماتی نظیر متوسط و بالا و پایین را در توابع بکار بردیم و یک کنترلر فازی ساختیم .همانطور که مشخص شد آولین قدم برای ساخت سیستم های فازی بدست آوردن قوانین آگر آنگاه است .ما سه نوع سیستم فازی داریم :1. سیستم های فازی خالص2. سیستم های فازی TSK3. سیستم های فازی ساز و غیر فازی سازیتلاش همه این انواع سیستم های فازی تبدیل این قواعد اگر انگاه به توابع ریاضی است ک در طول دوران سعی در تکمیل نقض های یکدیگر کردند .کاربرد سیستم های فازی :رد پای سیستم های فازی تقریبا امروزی در بسیاری از تکنولوژی ها از پردازش سیگنال ، ساخت سیستم های خبره ، پزشکی ، بازرگانی و حتی در لوازم خانه نیز دیده می شود از سوی دیگر شاید بتونیم بزرگترین سهم رشد هوش مصنوعی را مدیون منطق فازی و سیستم های فازی بدونیم چرا که هدف هوش مصنوعی شبیه سازی دقیق تر رفتار های انسانی و تفکر و تعقل انسانی است و منطق فازی در های پیشرفت بشریت در این حوضه را برای ما گشود.حال بیاید از دو نمونه سیستم های فازی مشهور در دنیا که حتی امروزه بطور کامل در دسترس مردم عادی قرار گرفته و زندگی عادی ما را تغییر داده صحبت کنیم .مشهور ترین نمونه سیستم های فازی ، کنترل فازی قطار های زیزمینی سندایی در ژاپن است .این سیستم دارای 4 پارامتر مهم است : ایمنی ، راحتی سرنشین ها ، دقت ترمز و سرعت رسیدن .این سیستم از دو بخش کنترلر سرعت و توقف هم تشکیل شده ؛ بخش کنترلر سرعت از قواعد زیر تشکیل شده :ایمنی: اگر سرعت قطار به حال حداکثر سرعت نزدیک می شود ، آنگاه بیشترین حالت ترمز .راحتی سرنشینان : اگر سرعت در محدوده مجاز باشد ، آنگاه تغییری در ترمز ایجاد نشود .قوانین سیستم کنترلر توقف :راحتی سرنشینان: اگر قطار درمنطقه مجاز متوقف خواهد شد آنگاه عمل کرد کنترل ترمزراتغییرندهید.ایمنی: اگر قطار در منطقه مجاز قرار دارد آنگاه عمل کرد کنترل ترمزرا از حالت شتاب به حالت ترمز تغییر دهید.البته توجه کنید که در حالت واقعی تعداد پارامتر ها و قوانین بسیار بیشتر است . امروزه این سیستم قطار های زیرزمینی یکی از پیشرفته ترین سیستم های فازی دنیا محسوب می شود .ماشین شستشوي فازي: سیستم فازي مورد استفاده یک سیستم سه پارامتری با یک خروجی است : نوع کثیفی و مقدار اندازه گیري شده کثیفی وحجم لباس بوده و خروجی تعداد دورهاي مناسب شستشو میباشد. سنسورهایی نوری در این سیستم قرار گرفته شده که میزان نوري را که از طرف مقابل ساطع شده و از آب عبور کرده اندازه گیري می نمایند. سنسور نوري همچنین میتواند معین کند که نوع کثیفی چیست لباس گل آلود است یا چرب؟ گل درآب سریعتر حل می شود بنابراین اگر نور دریافتی بسرعت کاهش پیدا کند، در آن صورت لباس گل آلود است. در حالی که اگر لباس روغنی باشد کندتر در آب حل شده و نور دریافتی کندتر دریافت خواهد شد. ماشین همچنین داراي یک سنسور بار می باشد که حجم لباس ها را ثبت می کند واضح است که تعداد لباس هاي بیشتر زمان بیشتري براي شستشو لازم دارد. حال می توان در تعدادي قاعده اگر- آنگاه فازي براي ساخت یک سیستم فازي استفاده بشن .امیدوارم تا به اینجای کار ، اطلاعات جالبی از دنیای عجیب سیستم های فازی و علم منطق فازی در اختیارتون قرار گرفته باشد .ممنون از همراهی تون .منابع :کتاب منطق فازی و کاربرد های آن نوشته اسفندیار اسلامی کتاب نخستین درس در نظریه های مجموعه های فازی نوشته دکتر سید علی موسوی کتاب منطق ارسطو ترجمه ادیب سلطانی https://parsmodir.com/mcdm/fuzzy-md.php