فازي-قسمت سوم

 يادآوري:

 در شماره قبل، اگر خاطرتان باشد، در مورد مطالعات لطفي زاده، انتخاب نام «فازي» و پيشترفتهاي ژاپن و LIFE مطالبي ارائه شد و گفتيم که LIFE مرکزي تحقيقاتي است که در ابتدا 48 شرکت در آن عضو شدند و حق عضويت خود را پرداختند. در مورد اعتبار و اهداف و برخي پروژه‌هاي LIFE توضيحاتي داديم و قول داديم تا در مورد محصولات فازي و قوانين فازي توضيحاتي ارائه کنيم. از آنجايي که ليست برخي محصولات فازي را به همراه قوانين بکار رفته در آنها ارائه مي‌کنيم لذا ابتدا در مورد قوانين فازي توضيحاتي داده و سپس به سراغ اين محصولات مي‌رويم.

قوانين فازي

 دانشمندان شاخه «هوش مصنوعي» به عنوان طرفداران منطق دودويي و ارسطويي «درست - نادرست»، معتقدند که دانش و معلومات همان قوانين هستند و مي‌توان با زبان سياه و سفيد رايانه، قوانين کاري يک سيستم را نوشت. به عنوان يک مثال ساده : 

مي‌خواهيد روز شنبه يا يکشنبه، به طور مثال فوتبال بازي کنيد و نمي‌خواهيد هنگام بازي خيس شويد. در اخبار مي‌شنويد که به احتمال زياد روز شنبه باران مي‌بارد، اما به احتمال کم روز يکشنبه باران مي‌بارد. بنابراين شما استدلال مي‌کنيد که روز يکشنبه فوتبال بازي کنيد.

شما با استفاده از اگاهي، قانوني را تعريف کرده و بر مبناي آن استدلال مي‌کنيد و به نتيجه يا جواب مي‌رسيد. اين قوانين، يک چيز (مثل شئ، حادثه يا روند) را به يک چيز ديگر ربط مي‌دهند. قرار دادن دانسته‌ها در قالب قوانين، به ارسطو برمي‌گردد و دانشمندان هوش مصنوعي نيز طرفدار آن هستند. اما با وجود بيش از 30 سال تحقيقات و با صرف ميليونها دلار هزينه در هوش مصنوعي، محصولات و ماشين آلات هوشمند زيادي توليد نشده است. دانشمندان و متخصصان هوش مصنوعي حتي با استفاده از سرمايه‌ها و امکانات مهيا شده براي برپايي و گسترش کلاسهاي خود، کنفرانسها و ... نيز نتوانستند يک محصول تجاري که بتوان در اداره، منزل يا ماشين نصب کرد و مورد استفاده قرار داد بسازند. متخصصان هوش مصنوعي دليل آن را عدم بکارگيري کافي قوانين مي‌دانند. «سيستم‌هاي خبره» در هوش مصنوعي از 100 تا 1000 قانون دو ارزشي استفاده مي‌کنند. بنابراين ما نمي‌توانيم «هوش واقعي» را در اينگونه سيستمها بيابيم، مگر آنکه به قول يکي از دانشمندان، از 100.000 قانون استفاده کنيم؛ به عبارت ديگر يعني وضع قوانين بيشتر در مسائل و اين همان چيزي بود که لطفي زاده در دوستان و همکاران خود مي‌ديد و در شماره قبل در مطالعات فازي وي، به آن اشاره کرديم (مراجعه شود به شماره قبل، بخش مطالعات لطفي زاده). اين در حالي است که در عرض چند سال محققان فازي صدها ماشين هوشمند ساخته‌اند و به نظر مي‌رسد علت شکست متخصصان هوش مصنوعي مشخص است :  يک سيستم احتياج به قانون دارد، اما نه به قوانين بيشتر، بلکه به قوانين فازي. حال مثال بالا را با قوانين فازي بررسي مي‌کينم :

اگر هوا باراني باشد، خيس خواهيد شد. کلمه باران، خود جايگزين مجموعه فازي است. باران ممکن است نم نم ببارد يا رگباري باشد. هريک از اينها زيرمجموعه فازي باران مي‌باشند. اين موضوع نسبي است و همان چيزهايي هستند که در هوش مصنوعي بکار نمي‌روند. در حقيقت قانون فازي، مجموعه‌هاي فازي را به يکديگر مرتبط مي‌سازد.

يک مثال عملي

اکنون يک مثال عملي از تعيين قوانين مي‌اوريم تا بيشتر متوجه موضوع شويد (اين مثال را بارت کاسکو در کتاب خود، که ما از آن به عنوان منبع استفاده مي‌کنيم، آورده است) :

معمولاٌ يک سيستم فازي را در 3 مرحله مي‌سازند :

• در مرحله اول «متغيرها» را انتخاب کرده و آنها را X و Y مي‌ناميم. X ورودي سيستم و Y خروجي آن. اگر X آنگاه Y .  علت، معلول. محرک، پاسخ. حال مي‌خواهيم سيستم تهويه مطبوع را کنترل کنيم. به فرض X درجه حرارت در مقياس فارنهايت باشد و Y تغيير سرعت موتور در سيستم تهويه مطبوع باشد. مي‌خواهيم سرعت موتور در هنگام گرم شدن هوا افزايش و سرعت آن هنگام سرد شدن هوا کاهش يابد.

• در مرحله دوم مجموعه‌هاي فازي انتخاب مي‌شوند. زيرمجموعه‌هاي X و Y را انتخاب مي‌کنيم. پنج مجموعه فازي براي X انتخاب مي‌کنيم : { سرد شدن، خنک شدن، کاملاٌ متعادل، گرم شدن، داغ شدن }. در اين ميان بايد بحثي را به صورت کوتاه مطرح کنيم: «صفر فازي». همانطور که مي‌دانيد صفر را به صورت زير نشان مي‌دهند :

اما پياده سازي صفر فوق در سيستم‌ها بسيار مشکل و نزديک به غيرممکن است؛ لذا بحث صفر فازي پيش مي‌آيد که به صورت زير است و مي‌دانم که بيشتر شما از قبل، چنين صِفري را به عنوان صفر فازي حدس مي‌زديد :

اکنون با توجه به منحني صفر فازي، منحني متغيرهاي X را رسم مي‌کنيم (شکل 3).

شکل 3 :  منحني متغيرهاي X براي مثال تهويه مطبوع (نمودار برحسب دما)

البته براي کنترل بهتر مي‌توانيد تعداد متغيرها را بيشتر و مجموعه‌ها را عريض‌تر رسم کنيد.

اکنون با توجه به پنج متغير فوق، پنج متغير يا مجموعه فازي براي Y انتخاب مي‌کنيم : { توقف، آهسته، متوسط، سريع، بسيار سريع } و سپس منحني آنها را مشابه بالا رسم مي‌کنيم (شکل 4).

در شماره قبل اشاره کرديم که تا دهه 1970، کاربردهاي فازي شکل 4 :  منحني متغيرهاي Y براي مثال بالا (نمودار برحسب سرعت موتور يا جريان الکتريکي موتور)

• در مرحله سوم قوانين فازي را انتخاب مي‌کنيم. اين مرحله مجموعه‌هاي سرعت موتور را به مجموعه‌هاي درجه حرارت (دما) مربوط کرده و قوانين را مي‌سازيم. اصل بر اين است که سيستم کنترلي سرعت موتور را طوري تغيير دهد که درجه حرارت کاملاٌ متعادل نگاه ‌داشته شود. بطور مثال مي‌خواهيم اگر هوا بسيار سرد است موتور از کار بايستد. بنابراين :

o قانون اول :  اگر درجه حرارت سرد است، سرعت موتور توقف (Stop) است.

o قانون دوم :  اگر درجه حرارت خنک است، سرعت موتور آهسته (Slow) است.

o قانون سوم :  اگر درجه حرارت کاملاٌ متعادل است، سرعت موتور متوسط (Medium) است.

o قانون چهارم :  درجه حرارت خنک است، سرعت موتور بالا (Fast) است.

o قانون پنجم :  درجه حرارت خنک است، سرعت موتور بسيار بالا (Blast) است.

اکنون مي‌بينيد که قوانين فازي ساخته‌ايم. البته اين بحث بيشتر از اينهاست و در جايي که مجموعه‌هاي فازي کلمات را به رياضي مرتبط مي‌سازيم و جايي که رياضي وجود دارد، علم ژئومتري (هندسه) نيز وجود دارد. اما ما اصل راه را طي کرده‌ايم و بقية ماجرا خيلي کاربردي نيست؛ هرچند که به بحث FAT (قضيه تقريب فازي: Fuzzy Approximation Theorem) و قضياياي رياضي مي‌انجامد ولي تا همينجا کفايت مي‌کند.

برخي محصولات فازي

ظاهر نشد؛ البته بجز استثائي در مورد کار پروفسور ابراهيم ممداني. پس از اين دوره بود که برخي افراد و مراکز تحقيقاتي شروع به طراحي و مهندسي مبتني بر فازي نمودند. رفته رفته کاربردهاي عملي فازي در طراحي سيستم‌هاي مهندسي نمود پيدا کردند. سپس، همانطور که در شماره قبل گفته شد، LIFE در سال 1989 تاسيس شد و کار خود را با عضويت 48 شرکت شروع کرد. اكنون فهرست تعدادي از توليدات فازي اين شركتها و برخي قوانين فازي بكار رفته در اين محصولات را در زير مشاهده مي‌كنيد :

و البته هزاران محصول ديگر ...

اگر بخواهيم در مورد فازي و دانشمندان اين مبحث صحبت كنيم و مطلب بنويسيم، ساليانِ سال بايد بگوييم و بنويسيم و مطالعه كنيم. لذا توصيه مي‌شود كه حتماً در اين زمينه و سيستم‌هاي فازي مربوط به رشته تحصيلي و مورد علاقه خود، به مطالعه و تحقيق و جستجو در كتاب‌ها و گفتگو با اساتيد و استفاده از اينترنت بپردازيد كه همين الان هم دير است، ولي هرچه سريعتر بايد شروع كرد.

منابع: