Základy fuzzy logiky 1



Podobné dokumenty
Matematická analýza 1

Fuzzy logika a reálný svět, aneb jsou všechny hromady skutečně malé?

Matematická logika. Miroslav Kolařík

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

Každé formuli výrokového počtu přiřadíme hodnotu 0, půjde-li o formuli nepravdivou, a hodnotu 1, půjde-li. α neplatí. β je nutná podmínka pro α

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Matematika I. Přednášky: Mgr. Radek Výrut, Zkouška:

1 Výroková logika 1. 2 Predikátová logika 3. 3 Důkazy matematických vět 4. 4 Doporučená literatura 7

Základní pojmy matematické logiky

Místo pojmu výroková formule budeme používat zkráceně jen formule. Při jejich zápisu

Výroková a predikátová logika - VII

Matematická logika. Lekce 1: Motivace a seznámení s klasickou výrokovou logikou. Petr Cintula. Ústav informatiky Akademie věd České republiky

Základy logiky a teorie množin

Matematická logika. Miroslav Kolařík

LOGIKA VÝROKOVÁ LOGIKA

Booleovská algebra. Booleovské binární a unární funkce. Základní zákony.

Jak je důležité být fuzzy

Výroková logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

0. ÚVOD - matematické symboly, značení,

Aplikovaná matematika I, NMAF071

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Přednáška 2: Formalizace v jazyce logiky.

Unární je také spojka negace. pro je operace binární - příkladem může být funkce se signaturou. Binární je velká většina logických spojek

teorie logických spojek chápaných jako pravdivostní funkce

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

George J. Klir State University of New York (SUNY) Binghamton, New York 13902, USA

Okruh č.3: Sémantický výklad predikátové logiky

Formální systém výrokové logiky

Pravděpodobnost a statistika

1 Množiny, výroky a číselné obory

1 Základní pojmy. 1.1 Množiny

M - Výroková logika VARIACE

Modely Herbrandovské interpretace

Sémantika predikátové logiky

Matematická logika. Miroslav Kolařík

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

Příklad 4.1 Zapište pomocí kvantifikátorů definice minima, maxima, infima a suprema podmnožiny R. Čemu se rovná sup a inf? 2n M = 3n + 1 n N.

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Výroková logika dokazatelnost

NAIVNÍ TEORIE MNOŽIN, okruh č. 5

Logika. 2. Výroková logika. RNDr. Luděk Cienciala, Ph. D.

4.2 Syntaxe predikátové logiky

Výroková logika. Sémantika výrokové logiky

Matematika pro informatiky KMA/MATA

Úvod do TI - logika Predikátová logika 1.řádu (4.přednáška) Marie Duží marie.duzi@vsb.cz

Aplikovaná matematika 1 NMAF071, ZS

Úvod do logiky (presentace 2) Naivní teorie množin, relace a funkce

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

George J. Klir. State University of New York (SUNY) Binghamton, New York 13902, USA

1.3. Číselné množiny. Cíle. Průvodce studiem. Výklad

Fuzzy logika. Informační a znalostní systémy

Další (neklasické) logiky. Jiří Velebil: AD0B01LGR 2015 Predikátová logika 1/20

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

1 Úvod do matematické logiky

1. Matematická logika

Logika, výroky, množiny

Predikátová logika. prvního řádu

λογος - LOGOS slovo, smysluplná řeč )

Bakalářská matematika I

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Úvod do predikátové logiky. (FLÚ AV ČR) Logika: CZ.1.07/2.2.00/ / 1

Logika II. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

1. Predikátová logika jako prostedek reprezentace znalostí

KMA/MDS Matematické důkazy a jejich struktura

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Úvod do výrokové a predikátové logiky

Logika a studijní předpoklady

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

Večerní kurzy matematiky Letní studentská konference Tudy Cesta Nevede

Predikátová logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Matematika B101MA1, B101MA2

Svazy. Jan Paseka. Masarykova univerzita Brno. Svazy p.1/37

Množiny, relace, zobrazení

Logika 5. Základní zadání k sérii otázek: V uvedených tezích doplňte z nabízených adekvátní pojem, termín, slovo. Otázka číslo: 1. Logika je věda o...

přednáška 2 Marie Duží

Premisa Premisa Závěr

Vědecký tutoriál, část I. A Tutorial. Vilém Vychodil (Univerzita Palackého v Olomouci)

I. Úvodní pojmy. Obsah

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

VÝROKOVÁ LOGIKA. Výrok srozumitelná oznamovací věta (výraz, sdělení), která může být buď jen pravdivá nebo jen nepravdivá..

I. Úvod. I.1. Množiny. I.2. Výrokový a predikátový počet

Úvod do TI - logika 1. přednáška. Marie Duží

platné nejsou Sokrates je smrtelný. (r) 1/??

Výroková logika. p, q, r...

Výroková a predikátová logika - VI

Oproti definici ekvivalence jsme tedy pouze zaměnili symetričnost za antisymetričnost.

Výroková a predikátová logika - XI

Predikátová logika dokončení

Základy matematiky pro FEK

Marie Duží

Lékařská biofyzika, výpočetní technika I. Biostatistika Josef Tvrdík (doc. Ing. CSc.)

Organizace. Zápočet: test týden semestru (pátek) bodů souhrnný test (1 pokus) Zkouška: písemná část ( 50 bodů), ústní část

Úvod do logiky (PL): sémantika predikátové logiky

Marie Duží

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

PŘEDNÁŠKA 5 Konjuktivně disjunktivní termy, konečné distributivní svazy

METRICKÉ A NORMOVANÉ PROSTORY

Výroková logika - opakování

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

Náhodné jevy. Teorie pravděpodobnosti. Náhodné jevy. Operace s náhodnými jevy

Transkript:

A Tutorial Základy fuzzy logiky 1 George J. Klir Petr Osička State University of New York (SUNY) Binghamton, New York 13902, USA gklir@binghamton.edu Palacky University, Olomouc, Czech Republic prepared for International Centre for Information and Uncertainty, Palacky University, Olomouc!!!! P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 1 / 23

Cíl přednášky seznámit vás s motivací pro vznik fuzzy logiky pojmy fuzzy množina, pravdivostní stupeň podrobněji popsat struktury pravdivostních hodnot P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 2 / 23

Neurčitost něco nevíme přesně, určitě, úplně. s neurčitostí se setkáváme v běžném životě i ve vědě existuje několik typů neurčitosti Příklad: nejistota je dána množina alternativ, nastat může jenom jedna. Neurčitost je v tom, že nevíme která existují (hod kostkou, ruleta...) různé teorie pro zpracování neurčitosti (pravděpodobnost, possibility theory) neurčitost se vyskytuje i v situacích, kdy nemáme dostatek zdrojů (výpočetní síla, data, apod) abychom situaci (systém, fenomén) zpracovali přesně. Příklad: statistické zpracování dat. organized simplicity disorganized complexity spektrum P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 3 / 23

Vágnost typ neurčitosti související s používáním přirozeného jazyka neostře definované pojmy, které přesně nevymezují svůj význam Think of arm chairs and reading chairs and dining-room chairs, and kitchen chairs, chairs that pass into benches, chairs that cross the boundary and become settees, dentist s chairs, thrones, opera stalls, seats of all sorts, those miraculous fungoid growths that cumber the floor of arts and crafts exhibitions, and you will perceive what a lax bundle in fact is this simple straightforward term. In cooperation with an intelligent joiner I would undertake to defeat any definition of chair or chairishness that you gave me. H. G. Wells (First and Last Things, London, 1908) další příklady: mít vysoký tlak, být vysoký, rychle běžet, červená barva zákon vyloučeného třetího P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 4 / 23

Paradoxy Na paradoxech lze demonstrovat důsledky použití aparátu pro přesné (ostře vymezené) výrazy na vágní výrazy. Pracujeme s vágním výrokem nebýt plešatý (NP). Můžeme předpokládat, že 1 Muž se 180 000 vlasy není plešatý (výrok NP(180 000) je pravdivý). 2 Pokud muži, který není plešatý, vytrhneme jeden vlas, nestane se plešatým. (pokud je NP(x) pravdivý, pak je NP(x 1) také pravdivý). Sestrojíme posloupnost pravdivých tvrzení: Došli jsme k paradoxu: NP(180000), NP(179999), NP(179998),..., NP(0) elementární kroky jsou logicky správně (přepoklady 1 a 2) dojdeme k evidentně nesprávnému závěru (muž bez vlasů není plešatý) P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 5 / 23

Fuzzy množina zobecňuje pojem množina = ostře vymezená kolekce objektů, crisp množina Pro crisp množinu A v universu X (A X) je charakteristická funkce zobrazení A : X {0, 1} definované pro x X { 1 x A, tj. výrok x patří do A je pravdivý A(x) = 0 x / A, tj. výrok x patří do A není pravdivý Neostře vymezenou kolekci objektů definujeme tak, že umožníme objektům náležet do množiny ve stupních, tj. charakteristická funkce má tvar A : X L. Pro b L [ x patří do množiny A ve stupni b A(x) = b výrok x patří do A je pravdivý ve stupni b A nazýváme fuzzy množina. L je množina pravdivostních stupňů, často voĺıme [0, 1] P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 6 / 23

Myšlenku více pravdivostních stupňů lze snadno použít i v matematické logice, pravdivostní funkci fuzzy množiny můžeme interpretovat jako predikát. Predikát = funkce, která přiřazuje objektům (nebo n-ticím objektů) pravdivostní stupeň. Příklady predikátů: vysoký-muž: Muži L. Použití: vysoký-muž(prof. Bělohlávek) = 1, vysoký-muž(dr. Outrata) = 0.5 podobné-barvy: Barvy Barvy L. Použití: podobné-barvy(bílá, černá) = 0, podobné-barvy(azurová, modrá) = 0.8 Predikáty lze pomocí logických spojek skládat do logických formuĺı: ϕ := Vysoky-muž(x) & Vysoky-tlak(x) Formule: muž x je vysoký a má vysoký tlak. V závisloti na tom, koho doplníme za x má formule nějakou pravdivostní hodnotu. (ozn. ϕ ) P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 7 / 23

Řešení paradoxů NP(x) můžeme brát jako charakteristickou funkci crisp množiny muži, kteří nejsou plešatí Pokud je NP fuzzy množina s L = [0, 1], pak můžeme paradox vyřešit následovně: 1 Muž se 180000 vlasy není plešatý: NP(180000)=1. 2 Pokud vytrneme muži vlas, bude o malinko plešatější: pokud NP(x) = a, pak NP(x 1) = a 1 180000 Posloupnost NP(x) pro x = 180000, 179999,..., 0: NP(180000)=1, NP(179999)= 179999 180000,..., NP(0) = 0 P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 8 / 23

Komparativní sémantika Kde vezmu hodnoty pravdivostních stupňů? Záleží na tom, jestli je byt-vysoky(franta) = 0.5 nebo byt-vysoky(franta) = 0.45? 1 Pravdivostní stupně mají komparativní význam 2 Konkrétní pravdivostní stupně získáme např. od odborníků a mohou být důležité v aplikacích (např. fuzzy regulátorech) Při volbě pravdivostních stupňů tedy záleží hlavně na tom, aby správně popisovaly konkrétní množinu (Např. byt-vysoky má vyšší pravdivostní stupeň pro někoho, kdo má 2m, než pro někoho, kdo má 170 cm) V konkrétních aplikacích (při zpracování fuzzy množin), lze pak stupně doladit tak, jak je pro danou aplikace vhodné. P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 9 / 23

Množina pravdivostních stupňů Pro L existují rozumné požadavky, ze kterých vyplyne příslušná formalizace: 1. Chceme porovnávat pravdivost různých výroků Definice Uspořádaná množina je L,, kde A je množina a pro všechny x, y, z L platí x x (reflexivita) x y a y x implikuje x = y (antisymetrie) x y a y z implikuje x z (tranzitivita) a b c b d c a a b c d P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 10 / 23

Množina pravdivostních stupňů 2. Úplná pravda je větší než všechny ostatní pravdivostní stupně, úplná nepravda je menší než všechny pravdivostní stupně Definice Uspořádaná množina L, je ohraničená pokud existují prvky 0, 1 takové, že 0 x pro všechna x L (0 je nejmenší prvek) x 1 pro všechna x L (1 je největší prvek) 1 b c 0 P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 11 / 23

Množina pravdivostních stupňů 3. Kvantifikátory = symboly používané ve formuĺıch matematické logiky Universální kvantifikátor význam pro všechny : ϕ := ( x) Vysoky-tlak(x) Význam: pro všechna možná dosazení za x platí, že x má vysoký tlak, tj. všichni muži mají vysoký tlak Jak dostaneme pravdivostní hodnotu ϕ? vysoký-tlak(x) ϕ pro všechna dosazení za x chceme, aby ϕ bylo co největší možné největší pravdivostní stupeň menší než všechna vysoký-tlak(x) přirozeně vede na pojem infimum P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 12 / 23

Infimum Definice Necht L, je uspořádaná množina a B L. Dolní kužel L L (B) množiny B vzhledem k A je L L (B) = {a L a b pro všechny b B}. Pokud má L L (B) největší prvek, nazýváme jej infimem B. Operaci nalezení infima říkáme průsek, označujeme. P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 13 / 23

Množina pravdivostních stupňů Existenční kvantifikátor význam existuje alespoň jeden : ϕ := ( x) Vysoky-tlak(x) Význam: pro všechna možná dosazení za x platí, že alespoň jedno x má vysoký tlak, tj. existuje muž, který má vysoký tlak Jak dostaneme pravdivostní hodnotu ϕ? vysoký-tlak(x) ϕ pro všechna dosazení za x chceme, aby ϕ bylo co nejmenší možné nejmenší pravdivostní stupeň větší než všechna vysoký-tlak(x) přirozeně vede na pojem supremum P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 14 / 23

Supremum Definice Necht L, je uspořádaná množina a B L. Horní kužel U L (B) množiny B vzhledem k A je U L (B) = {a L a b pro všechny b B}. Pokud má U L (B) nejmenší prvek, nazýváme jej supremem B. Operaci nalezení supremem říkáme spojení, označujeme. P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 15 / 23

Konjunkce 4. Pravdivostní hodnoty složených formuĺı se počítají z pravdivostních hodnot jejích podformuĺı ϕ := Vysoky-muž(x) & Vysoky-tlak(x) Kolik je ϕ, kdyz vysoky-muž(x) = b, a vysoky-tlak(x) = c? Použijeme pravdivostní funkci, která odpovídá spojce & : L L L. ϕ nyní spočítáme jako b c. Definice (Pravdivostní funkce spojky &) Funkci považujeme za pravdivostní funkci spojky &, pokud pro všechna a, b, c L a b = b a (a b) c = a (b c) a 1 = a P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 16 / 23

Implikace Pravdivostní funkce implikace : Chceme, aby dobře fungovalo pravidlo modus ponens Požadavky ve vícehodnotovém prostředí: 1 ϕ ( ϕ ψ ) ψ z ϕ a (ϕ ψ) odvod ψ 2 přitom ale chceme, aby modus ponens bylo silné pravidlo, tj. chceme aby pravdivostní hodnota ϕ ( ϕ ψ ) byla maximální možná Požadavky vedou na podmínku adjunkce: Pro všechna a, b, c L a b c právě když a b c P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 17 / 23

Residuovaný svaz Definice (Svaz) Úplný svaz je spořádaná množina (L, ), ve které existují infima a suprema pro všechny podmnožiny L. Definice (Residuovaný svaz) Residuovaný svaz je algebra L = L,,, 0, 1,, taková, že (L,,, 0, 1) je ohraničený úplný svaz je komutitavní, asociativní a pro všechna a L platí a 1 = 1 a b c právě když a b c P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 18 / 23

Příklady residuovaných svazů Často používanými residuovanými svazy jsou svazy s nosičem L = [0, 1]. L,,, 0, 1 tvoří úplný svaz, kde a b = max(a, b) a a b = min(a, b). Operace multiplikace a residua jsou v něm definovány: a b = max(a + b 1, 0), a b = min(1 a + b, 1) (Lukasiewitzova struktura) { 1 a b a b = min(a, b), a b = (Gödelova struktura) b a > b { 1 a b a b = a b, a b = (produktová struktura) b/a a > b P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 19 / 23

Příklady residuovaných svazů Definice (t-norma) Zobrazení t : [0, 1] [0, 1] [0, 1] je t-norma, když pro všechna x, y, z [0, 1] platí: T (x, y) = T (y, x) T (T (x, y), z) = T (x, T (y, z)) x y implikuje T (x, z) T (y, z) T (x, 1) = x Lze použí jako v residuovaném svazu, pokud je t-norma zleva spojitá, tj. lim t(a n, b) = t( lim a n, b) n n Pak totiž existuje unikátní operace tak, že ( a ) tvoří adjungovaný pár. P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 20 / 23

Základní vlastnosti residuovaných svazů Věta (Základní vlastnosti, ) V každém residuovaném svazu L platí pro všechna x, y L: 1 y 1 y 2 implikuje x y 1 x y 2, 2 x (x y) y, 3 x y je největší prvek {z x z y} 4 x y p.k. x y = 1, 5 x x = 1, x 1 = 1, 0 x = 1, 6 1 x = x, 7 x y x, 8 x 0 = 0, P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 21 / 23

Průnik a sjednocení fuzzy množin Průnik fuzzy množin A, B L X je fuzzy množina A B, definovaná (A B)(x) = A(x) B(x). Sjednocení fuzzy množin A, B L X je fuzzy množina A B (A B)(x) = A(x) B(x). P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 22 / 23

Podmnožiny Pro fuzzy množiny A, B L X je stupeň, ve kterém je A podmnožinou B, definován Crisp varianta: S(A, B) = x X(A(x) B(x)) A B právě když A(x) B(x) pro všechna x X Je vidět, že A B právě když S(A, B) = 1 P. Osička (DAMOL) Základy fuzzy logiky 1 20. října 2011 23 / 23