Rozmyte systemy doradcze



Podobne dokumenty
ELEMENTY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI. Wstęp do logiki rozmytej

Jeśli X jest przestrzenią o nieskończonej liczbie elementów:

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Inżynieria Wiedzy i Systemy Ekspertowe. Logika rozmyta. dr inż. Michał Bereta Politechnika Krakowska

INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

SZTUCZNA INTELIGENCJA

STANDARDOWE FUNKCJE PRZYNALEŻNOŚCI. METODY HEURYSTYCZNE wykład 6. (alternatywa dla s) (zdef. poprzez klasę s) GAUSSOWSKA F.

Inżynieria Wiedzy i Systemy Ekspertowe. Niepewność wiedzy. dr inż. Michał Bereta Politechnika Krakowska

Wnioskowanie rozmyte. Krzysztof Patan

Podstawy sztucznej inteligencji

Inteligencja obliczeniowa

Zadanie 0 gdy nie mamy logiki rozmytej. Zadanie 1- gdy już mamy logikę rozmytą

Sztuczna inteligencja: zbiory rozmyte

Temat: Model SUGENO. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Piegat A.: Modelowanie i sterowanie rozmyte, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 1999 r.

ZBIORY ROZMYTE I WNIOSKOWANIE PRZYBLIŻONE

W narzędziu typu Excel, Calc czy Gnumeric napisz formułę logiczną która wyznaczy wartośd przynależności dla podanej temperatury do zbioru gorąco.

Piotr Sobolewski Krzysztof Skorupski

Sztuczna inteligencja : Zbiory rozmyte cz. 2

WYKŁAD 10 Rozmyta reprezentacja danych (modelowanie i wnioskowanie rozmyte)

Uniwersytet Zielonogórski Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych

ALGORYTM PROJEKTOWANIA ROZMYTYCH SYSTEMÓW EKSPERCKICH TYPU MAMDANI ZADEH OCENIAJĄCYCH EFEKTYWNOŚĆ WYKONANIA ZADANIA BOJOWEGO

Zasada rozszerzania. A U A jest zbiorem rozmytym, B jest obrazem zbioru A Przeniesienie rozmytości A w odwzorowaniu f na zbiór B. sup.

Reprezentacja rozmyta - zastosowania logiki rozmytej

Zadanie 0 gdy nie mamy logiki rozmytej

Sterowanie z wykorzystaniem logiki rozmytej

METODY INTELIGENCJI OBLICZENIOWEJ wykład 6

Logika rozmyta. Agnieszka Nowak - Brzezińska

Tworzenie rozmytego systemu wnioskowania

Logika Stosowana Ćwiczenia

Sztuczna inteligencja : Zbiory rozmyte cz. III

Cel projektu: Wymogi dotyczące sprawozdania:

6. Zagadnienie parkowania ciężarówki.

Układy logiki rozmytej. Co to jest?

Metody sterowania sterowanie rozmyte System rozmyty (patrz MiPI) użyty jako sterownik/regulator nazywamy sterownikiem/regulatorem rozmytym

Logika rozmyta. Agnieszka Nowak - Brzezińska

Inteligencja obliczeniowa

7. Zagadnienie parkowania ciężarówki.

SID Wykład 7 Zbiory rozmyte

Temat: Model TS + ANFIS. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Problemy złożone trudno jest analizować precyzyjnie Wiedza eksperta w złożonych przypadkach daje się opisać tylko w sposób nieprecyzyjny, np.

Temat: Projektowanie sterownika rozmytego. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Technologie i systemy oparte na logice rozmytej

Implementacja rozmytych systemów wnioskujących w zdaniach regulacji

Temat: Projektowanie sterownika rozmytego. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Kurs logiki rozmytej - zadania. Wojciech Szybisty

Systemy rozmyte i ich zastosowania. Krzysztof Rykaczewski

Temat: ANFIS + TS w zadaniach. Instrukcja do ćwiczeń przedmiotu INŻYNIERIA WIEDZY I SYSTEMY EKSPERTOWE

Sztuczna Inteligencja Projekt

Sieci Neuronowe - Rok III - kierunek IS w IFAiIS UJ 2008/2009. Sieci Neuronowe. Wykład 11 Algorytmy genetyczne; Systemy rozmyte

Logika rozmyta. Agnieszka Nowak - Brzezioska

Rachunek zdań i predykatów

KARTA PRZEDMIOTU. 17. Efekty kształcenia:

Logika Stosowana. Wykład 5 - Zbiory i logiki rozmyte Część 1. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW. Wykład monograficzny, semestr letni 2016/2017

Temat: Sterowanie mobilnością robota z wykorzystaniem algorytmu logiki rozmytej

Systemy uczące się wykład 1

PODSTAWY BAZ DANYCH. 19. Perspektywy baz danych. 2009/2010 Notatki do wykładu "Podstawy baz danych"

Systemy ekspertowe i ich zastosowania. Katarzyna Karp Marek Grabowski

Metoda zaburz-obserwuj oraz metoda wspinania

Metody i techniki sztucznej inteligencji / Leszek Rutkowski. wyd. 2, 3 dodr. Warszawa, Spis treści

Logika rozmyta. Agnieszka Nowak - Brzezioska

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Jeśli przeszkoda jest blisko to przyhamuj

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Wstęp do Techniki Cyfrowej... Algebra Boole a

1. Logika, funkcje logiczne, preceptron.

Logika binarna. Prawo łączności mówimy, że operator binarny * na zbiorze S jest łączny gdy (x * y) * z = x * (y * z) dla każdego x, y, z S.

PODSTAWY INŻYNIERI WIEDZY

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Wybrane rozkłady zmiennych losowych. Statystyka

Zagadnienia AI wykład 1

ANALIZA I PROGNOZA WODOCHŁONNOŚCI SEKTORÓW GOSPODARKI Z ZASTOSOWANIEM WNIOSKOWANIA ROZMYTEGO

ZASTOSOWANIE LOGIKI ROZMYTEJ W ZARZĄDZANIU ZAPASAMI THE USE OF FUZZY LOGIC IN INVENTORY MANAGEMENT

0.1. Logika podstawowe pojęcia: zdania i funktory, reguły wnioskowania, zmienne zdaniowe, rachunek zdań.

Jest to zasadniczo powtórka ze szkoły średniej, być może z niektórymi rzeczami nowymi.

KOMPUTERY W STEROWANIU. Ćwiczenie 6 Projektowanie układu regulacji rozmytej

Elementy logiki. Zdania proste i złożone

Systemy Inteligentnego Przetwarzania wykład 4: algorytmy genetyczne, logika rozmyta

Interwałowe zbiory rozmyte

ZASTOSOWANIE LOGIKI ROZMYTEJ W BUDOWIE SYSTEMÓW ZARZĄDZANIA WIEDZĄ PRODUKCYJNĄ

Przetwarzanie obrazów wykład 4

Logika rozmyta typu 2

PDF created with FinePrint pdffactory Pro trial version

Metoda tabel semantycznych. Dedukcja drogi Watsonie, dedukcja... Definicja logicznej konsekwencji. Logika obliczeniowa.

Metodyka i system dopasowania protez słuchu w oparciu o badanie percepcji sygnału mowy w szumie

METODY BADAŃ NA ZWIERZĘTACH ze STATYSTYKĄ wykład 3-4. Parametry i wybrane rozkłady zmiennych losowych

Sztuczna inteligencja wprowadzenie

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

ROZMYTY REGULATOR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ ODPORNY NA ZMIANY BEZWŁADNOŚCI

Inżynieria Wiedzy i Systemy Ekspertowe. Niepewność wiedzy. dr inż. Michał Bereta Politechnika Krakowska

ĆWICZENIE 4 ZASTOSOWANIE METOD I NARZĘDZI LOGIKI ROZMYTEJ DO KLASYFIKACJI DANYCH I APROKSYMACJI ODWZOROWAŃ STATYCZNYCH

1 Podstawowe oznaczenia

Jacek Skorupski pok. 251 tel konsultacje: poniedziałek , sobota zjazdowa

THE PART OF FUZZY SYSTEMS ASSISTING THE DECISION IN DI- AGNOSTICS OF FUEL ENGINE SUBASSEMBLIES DEFECTS

Logika Stosowana. Wykład 7 - Zbiory i logiki rozmyte Część 3 Prawdziwościowa logika rozmyta. Marcin Szczuka. Instytut Informatyki UW

Wybrane rozkłady zmiennych losowych. Statystyka

BADANIE GOTOWOŚCI PRZEDSIĘBIORSTW DO ZARZĄDZANIA STRATEGICZNEGO Z WYKORZYSTANIEM ROZMYTEGO RACHUNKU ZDAŃ

Systemy ekspertowe - wiedza niepewna

Ziemia obraca się wokół Księżyca, bo posiadając odpowiednią wiedzę można stwierdzić, czy są prawdziwe, czy fałszywe. Zdaniami nie są wypowiedzi:

WPŁYW OPÓŹNIENIA NA DYNAMIKĘ UKŁADÓW Z REGULACJĄ KLASYCZNĄ I ROZMYTĄ

Transkrypt:

Systemy ekspertowe Rozmyte systemy doradcze Plan. Co to jest myślenie rozmyte? 2. Teoria zbiorów rozmytych. 3. Zmienne lingwistyczne. 4. Reguły rozmyte. 5. Wnioskowanie rozmyte (systemy doradcze). typu Mamdani, 2. typu Sugeno. 2

Co to takiego myślenie rozmyte? Nawet eksperci używają sformułowań: Metoda X jest znacznie bardziej efektywna niż metoda Y. Ocenę stanów, rzeczy wykonuje się w pewnej skali stopniowania: mały, duży, wielki, niski, wysoki, bardzo wysoki, wolny, średnio wolny, szybki, itd... Trudno jest zatem odróżnić element danej klasy od innych. Logika rozmyta to logika użyta by opisywać rozmycie, a nie logika, która jest rozmyta (mętna). 3 Uwaga! 4 2

Myślenie według logiki konwencjonalnej Logika boolowska używa ostrego rozróżniania: albo coś jest elementem klasy, albo nie jest, np.: kabel jest długi > 300 m, albo kabel krótki <=300m Tomek jest wysoki, bo ma 8cm (wysoki > 80cm) Michał jest niski (nie wysoki), bo mierzy 79cm 5 http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/fuzzy/fuzzy.shtml 6 3

Zbiory w ujęciu klasycznym Zbiór - podstawowe pojęcie w matematyce. X - zbiór klasyczny, x element zbioru X. (x X) x jest elementem zbioru X. Każdy element, który przynależy do zbioru ma ustawianą wartość. (x X) x nie należy zbioru X. Każdy element, który nie jest elementem zbioru ma ustawianą wartość 0. 7 Główna idea zbiorów rozmytych Element należy do zbioru rozmytego z pewnym stopniem przynależności. Zatem stwierdzenie może być częściowo prawdziwe lub częściowo fałszywe. Przynależność jest liczbą rzeczywistą z przedziału 0 do. 8 4

Porównanie Imię Wysokość Funkcja charkterystyczna Logika klasyczna Przynależność Logika Rozmyta Krzyś 208,00 Marek 205,00 Jan 98 0,98 Tomek 8 0,82 Dawid 79 0 0,78 Michał 72 0 0,24 Bartek 67 0 0,5 Staś 58 0 0,06 Piotr 55 0 0,0 9 Zbiór / Zbiór rozmyty X uniwersum, zbiór uniwersalny, przestrzeń. x element uniwersum. Klasyczna logika definiuje funkcję charakterystyczną zbioru : f (x) X 0,, gdzie: f, if x ( x) = 0, if x Logika rozmyta definiuje funkcję przynależności zbioru z uniwersum X: µ (x) X [0,], gdzie: µ ( x) = µ ( x) = 0 if x na pewno jest w if x nie jest w 0 < µ ( x) < if x czesciowo jest w 0 5

Skąd wiadomo jakie stosować funkcje przynależności? Od pojedynczego eksperta. Zbierając dane od wielu ekspertów. Sztuczne sieci neuronowe uczą się na dostępnych dla systemu danych i określają zbiór rozmyty. Typy funkcji przynależności 2 6

Przykład funkcja przynależności stopień przynależności stopień przynależności 0 0.5 0 50 niski niski średni wysoki 70 średni 80 95 20 wysoki przypadek logiki klasycznej wzrost w cm przypadek logiki rozmytej 84cm przynależność do zbioru średni ze stopniem 0.4, a do zbioru wysoki ze stopniem 0.6 50 65 80 95 20 wzrost w cm 3 Reprezentacja zbioru rozmytego Niech X jest to zbiór par: {x i, µ (x) } {element, jego funkcja przynależności}. jest podzbiorem X. Sposoby reprezentowania podzbioru :. 2. { x µ ( x )}, { x, µ ( x )}, K, { x, ( x )} = µ, 2 2 n n { µ x ) / x }, { µ ( x ) / x }, K, { ( x ) x } = / ( 2 2 µ Przykład: wysoki mężczyzna=(0/80, /90) niski mężczyzna=(/60, 0/70) średniego wzrostu mężczyzna=(0/65, /75, 0/85) n n 4 7

Zmienne lingwistyczne Zmienne lingwistyczne: Jan jest wysoki. Jan przyjmuje lingwistyczna wartość (term) wysoki. [Wzrost jest zmienną lingwistyczną] Przykłady reguł rozmytych (na zmiennych lingwistycznych): IF wiatr jest silny THENżaglowanie jest dobre IF czas projektu jest długi THEN ryzyko ukończenia wysokie IF prędkość wolna THEN droga hamowania krótka 5 Operacje na zbiorach klasycznych dopełnienie zawieranie się NOT B B B przecięcie unia 6 8

Zbiory rozmyte - Dopełnienie Zbiór klasyczny: Kto/co nie należy do zbioru? Zbiór rozmyty: Jak bardzo element nie przynależy do zbioru? Przykład: µ ( x) = µ ( x) wysoki mężczyzna = (0/80, 0.25/82.5, 0.5/85, 0.75/87, /90) NOT wysoki mężczyzna = (/80. 0.75/82.5, 0.5/85, 0.25/87, 0/90) µ (x) 0 x µ (x) NOT 0 x 7 Zbiory rozmyte - Zawieranie się Zbiór klasyczny: Który zbiór należy do innych zbiorów? Zbiór rozmyty: Który zbiór rozmyty należy do innych zbiorów rozmytych? Przykład: wysoki mężczyzna = (0/80, 0.25/82.5, 0.5/85, 0.75/87, /90) bardzo wysoki mężczyzna = (0/80, 0.06/82.5, 0.25/85, 0.56/87, /90) µ(x) 0 B x 8 9

Zbiory rozmyte - Iloczyn Zbiór klasyczny: Który element należy do obu zbiorów? Zbiór rozmyty: Jak bardzo element przynależy do obu zbiorów rozmytych? µ B x) = min[ µ ( x), µ B ( x)] = µ ( x) µ B ( ( x) Przykład: wysoki mężczyzna = (0/65, 0/75, 0/80, 0.25/82.5, 0.5/85, /90) średni mężczyzna = (0/65, /75, 0.5/80, 0.25/82.5, 0/85, 0/90) wysoki mężczyzna średni mężczyzna = (0/80, 0.25/82.5, 0/85) µ(x) 0 B x µ (x) 0 B x 9 Zbiory rozmyte - Suma Zbiór klasyczny: Który element należy do jednego z, lub obu zbiorów? Zbiór rozmyty: Jak bardzo element przynależy do jednego z, lub obu zbiorów? µ B x) = max[ µ ( x), µ B ( x)] = µ ( x) µ B ( Przykład: wysoki mężczyzna = (0/65, 0/75, 0/80, 0.25/82.5, 0.5/85, /90) średni mężczyzna = (0/65, /75, 0.5/80, 0.25/82.5, 0/85, 0/90) wysoki mężczyzna średni mężczyzna = (0/65, /75, 0.5/80, 0.25/82.5, 0.5/85, /90 ) ( x) µ(x) 0 B x µ (x) 0 B x 20 0

Reguły rozmyte IF prędkość duża THEN droga hamowania długa IF prędkość mała THEN droga hamowania krótka IF x jest THEN y jest B x,y zmienne lingwistyczne,,b wartości lingwistyczne (termy), X,Y uniwersa 2 Reguły złożone Wiele przesłanek: IF czas projektu długi ND liczba pracowników duża ND fundusze są nieodpowiednie THEN ryzyko duże IF jedzenie dobre OR obsługa miła THEN napiwek wysoki Wielokrotna konsekwencja: IF temperatura powietrza wysoka THEN temperatura wody jest obniżona; zwiększana jest zimna woda. 22

Wnioskowanie z reguł Logika klasyczna: Jeżeli przesłanka (IF) jest prawdą to i implikacja jest prawdziwa. Logika rozmyta: Jeżeli przesłanka jest w pewnym stopniu prawdziwa, to i konsekwencja jest w pewnym stopni prawdziwa. 23 Wnioskowanie rozmyte 24 2

Etapy w modelu rozmytym (Wnioskowanie rozmyte). Czynności wstępne:. Określenie reguł rozmytych. 2. Określenie funkcji przynależności do wartości wejść i wyjść. 2. Główne kroki:. Rozmycie wejść poprzez użycie funkcji przynależności (fuzyfikacja). 2. Łączenie rozmytych przesłanek (wejść) poprzez rozmyte reguły by uzyskać rozmyte konsekwencje (z wielu reguł). 3. Łączenie wniosków (konsekwencji), by otrzymać ostateczny rozkład wyjścia. 4. Defuzyfikacja wyjścia (wyostrzenie) tylko, gdy musimy uzyskać jednoznaczną odpowiedź. 25 Przykład Cel: zbudować rozmyty system ekspertowy wspomagający wnioskowanie o operacjach wydobycia na podstawie: cen ropy i wykazanych rezerw korporacji. Dane są: zbiory rozmyte dla cen ropy (wejście ), zbiory rozmyte dla wykazanych rezerw korporacji (wejście 2), Zbiory rozmyte zaangażowania w operację wydobycia (wyjście). Reguły postępowania przy zadanych wejściach. Przykład zaczerpnięty z: http://www.intelligentsolutionsinc.com/part3.htm 26 3

Przykład cd. Wejście : rezerwy korporacji. 27 Przykład cd. Wejście 2: cena ropy. 28 4

Przykład cd. Wyjście: zaangażowania w operację zwiększenia wydobycia. 29 Przykład cd. reguły rozmyte Reguła : IF cena ropy jest wysoka ND wykazane rezerwy są niskie THEN zwiększenie operacji wydobycia wysoce wskazane. 30 5

Cechy wnioskowania rozmytego W procesie wnioskowania kilka reguł jest odpalanych jednocześnie, co bardziej przypomina sposób analizy prowadzony przez człowieka. Informacje wykorzystywane są w pełni symultanicznie. 3 Rozmywanie (fuzyfikacja) Podane są jednoznaczne (liczbowe, ostre) wejścia do systemu wnioskowania. Dane mogą mieć różne pochodzenie i stąd wartości. Każde wejście jest zamieniane na wartość rozmytą poprzez funkcję przynależności. Przykład: Cena ropy $20.00 za baryłkę i zapasy korporacji wielkości 9 MMBBLs (million barrels). 32 6

33 Odpalenie reguł Wykorzystuje się, w zależności od reguły, operatory zdefiniowane dla zbiorów rozmytych takie jak: suma (MX), iloczyn (MIN) do składania wejść. W wyniku obliczeń powstaje zbiór rozmyty, tzw. konsekwencja. Różnorodność operatorów sum i iloczynów prowadzi do różnych rozwiązań. 34 7

35 gregacja reguł (akumulacja) Jest to proces łączenia wszystkich reguł wyjściowych w jeden zbiór rozmyty. Najczęściej wykorzystuje się operator max. 36 8

Wyostrzanie (defuzyfikacja) Proces uzyskiwania jednoznacznej (ostrej) wartości jako wyniku wnioskowania. Metody defuzyfikacji: metoda środka ciężkości (Center of Gravity) najpopularniejsza, metoda środka maximum (Mean Of Maximum), metoda pierwszego maximum (First of Maxima). 37 stopień przynależności Wyostrzanie - metoda COG Metoda środka ciężkości Dla funkcji ciągłej: Dla próbkowanego przedziału zmiennej: 0.5 0 a b Y b a COG = b Y µ ( x) xdx a µ ( x) dx b x= a COG = b x= a µ ( x) x µ ( x) 60 80 200 wzrost w cm 38 9

COG przykład stopień przynależności 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 0 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 00 Y COG (0 + 0+ 20) 0.+ (30+ 40+ 50+ 60) 0.2 + (70+ 80+ 90+ 00) 0.5 = = 67.4 0.+ 0.+ 0.+ 0.2 + 0.2 + 0.2 + 0.2 + 0.5 + 0.5 + 0.5 + 0.5 39 Wyostrzanie - metoda MOM Metoda środka maksimum Wyjście przyjmuje wartość: Y = Y ( µ ) term stopień przynależności MOM max 0.5 0 a b 60 80 200 wzrost w cm 40 20

Typ wejść pojedyncza liczba http://www.engr.sjsu.edu/~knapp/hcifuzzy/fuzzy004.htm#e7e50 4 Typ wejść wartość rozmyta http://www.engr.sjsu.edu/~knapp/hcifuzzy/fuzzy004.htm#e7e50 42 2

Wnioskowanie typu Segueno Wnioskowanie typu Mamdani nie jest korzystne obliczeniowe, ponieważ należy wyznaczać centra dwuwymiarowych figur. Wnioskowanie typu Segueno stosuje pojedyncze wartości (singletony) jako funkcje przynależności znalezionych konsekwencji. Mają one wartości różne od zera tylko w jednym punkcie. 43 Mamdani http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/fuzzy/fuzzy.html 44 22

Segueno http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/fuzzy/fuzzyt27.shtml 45 Zalety Segueno Efektywny obliczeniowo Pracuje poprawnie z technikami liniowymi Jest wydajny dla technik optymalizacji i adaptacji. Gwarantuje ciągłość płaszczyzny wyjściowej. Dopasowany do analiz matematycznych. Mamdani Jest intuicyjny. Metoda szeroko wykorzystywana i akceptowana. Dobrze dopasowana do wejść opisywanych przez człowieka. 46 23

Zastosowania Medyczne systemy diagnozowania. Systemy meteorologiczne. Systemy nadzorujące chów bydła. Inne zastosowanie poza systemami ekspertowymi: Inteligentne lodówki, pralki, windy, opiekacze do grzanek, aparaty fotograficzne. Zastosowania w finansach i ekonomii 47 24