Biểu diễn tri thức bằng logic mờ và suy diễn

Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

Biểu diễn tri thức bằng Logic
mờ và suy diễn
Bởi:
Khoa công nghệ thông tin Đại học phương đông

Tập mờ( Fuzzy set)
Trở lại với các kiểu định nghĩa về tập hợp (set) . Chúng ta đã biết là có hai kiểu định
nghĩa tập hợp:
Phương pháp lệt kê tất cả các phần tử thuộc tập hợp đó. Ví dụ tập số nguyên nhỏ hơn 10
là tập: N=1,2,3,4,5,6,7,8,9
Phương pháp mô tả thông qua vị từ đặc trưng( characteurstic predicate)

PA: U → {0,1}
X ∈ U ⇒ PA(x)
Trực quan Trừu tượng
A∩B

PA ? PA

A∪B

PA ? PA

A \B

P A? ¬ P B

A =B

PA ⇔ PB

Mở rộng: μA˜ → [0,1]

1/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

:x 0 ≤ μA˜ (x) ≤ 1
˜

˜

Vậy khi có tập mờ A: thì μA˜ (x) gọi là độ thuộc của x vào A
Hàm thuộc
là hàm do người quan sát cung cấp (subjective opinon).
Mờ hoá:
Với mọi mọi giá trị ngôn ngữ ta gán một tập mờ

Các phép toán trên tập mờ
Cho tập nền ( tập vũ trụ ) U ( Universer Set)
˜

Một tập mờ A trên U được một mô tả bởi hàm thuộc ( mebership function)
μA:U → [0,1]

S= {x/ μA(x) > 0} Tập giá đỡ
K={x/ μA(x) = 1} Tập core
2/15

Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

Aα = {x | μA ≥ α}
Một số dạng thường gặp:
• Dạng 1:

• Dạng 2

˜
A= (a, b, c, d)
˜

˜

Tập mờ A không phải là tập theo nghĩa thông thường nên quan niệm A phải định nghĩa
theo hàm thuộc. Do đó không biểu diễn bằng biểu đồ Ven mà biểu biểu diễn bằng đồ thị

3/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

Hợp của các tập mờ
Cho hai tập mờ A, B với μA và μB là hai hàm thuộc tương ứng
Từ đó ta xây dựng

Lấy tất cả phần trên của đồ thị
Khi đó hợp của hai tập mờ là một tập rõ

Bây giờ ta lấy toàn bộ phần dưới.

4/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

Các tính chất:

˜
A = {(a, 0.1),(b, 0.2),(c, 0.3),(d, 0.4)}

5/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

- L. Zadel (max, min, 1-)
MỞ RỘNG PHÉP TOÁN TẬP MỜ

- Hàm s là t – conorm :

- Hàm t là t – norm :
• Hàm t – conorm thỏa mãn các tính chất :
s : [0, 1] x [0, 1] → [0, 1]

• Hàm t – norm thỏa mãn các tính chất :

→ Kiểm tra :

1. Giao hoán : hiển nhiên
2. Kết hợp :

6/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

Hàm s :

Hàm t :
→ hiển nhiên
3. Tính chất cuối :

Hàm negation :

Hàm 1 – x
- Bộ ba : (s, t, n) → thích hợp khi :
1.
2.
3.
4.

s (x, t (y, z)) = t (s (x, y), s (x, z))
t (x, s (y, z)) = s (t (x, y), t (x, z))
n ( s (x, y)) = t (n (x), n (y))
n ( t (x, y)) = s (n (x), n (y))

Biểu diễn tri thức mờ
• Dạng luật If X1 = v1 và X2 = v2 và ... và Xn = vn then Y

= v
vi , v : là giá trị ngôn ngữ.
• Mờ hóa

7/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

*) xét X = A → Y = B
- Logic kinh điển :
ˉ

A → B ≡ AB
U = {x1, ... xn} = tập vũ trụ/nền của A
V = {y1, ... yn} = tập vũ trụ/nền của B
• Luật mờ ≡ quan hệ mờ ≡ tập mờ trên U x V
+ Luật mờ → vectơ : A ~ μA
+ Tập mờ → ma trận

If X = x1 then Y = y1 μ11 ...... If X = x2 then Y =
ym μ1m ...... If X = xn then Y = y1 μn1 ...... If X =
xn then Y = ym μnm
→ ma trận n x m.
→ từ một luật X = A → Y = B, ta có n x m luật, mỗi luật có độ chắc chắn nào
đó ( có khoảng 37 cách khác nhau)
- Nguyên tắc tính : μij = s (n (μiA, μjB))
- Nếu có 1 luật :
If x = V then Y = U
→ Ma trận :

8/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

- Ngyên tắc tính khác :

- Nếu có nhiều luật :

μijR = min (μiR , μjR)
Xét X = A → Y = B
A = (0.1, 0.3, 0.6)
B = (0.1, 0.3, 0.2)
Min
0.1 0.1 0.1
0.3 0.2 0.2
0.6 0.3 0.2
Product
0.07 0.03 0.02
0.21 0.03 0.06
0.42 0.18 0.12

9/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

(...)
0.9 0.9 0.9

0.7 0.7 0.7
0.7 0.4 0.4
• Tri thức mờ ≡ Luật mờ

Quan hệ mờ giữa U1 ... Un và V :
Tập mờ trên U1 x U2 x ... x Un x V
If X = A then Y = B
RB/A tập mờ trên U x V ⇔ μB / A:UxV → [0,1]

? max s(x,y)
? min t(x,y)
– 1 – x n (x)
(kéo theo) ⇒ max(1 − μA,μB)

10/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

Suy diễn mờ (Fuzzy Inference)

Biết :
˜

˜

˜

˜

˜

˜

GT (giả thiết) = {U1 = C1,U2 = C2,...,Ul = Cl}
Cần xác định :
KL (kết luận) = {V1 = D1,V2 = D2,...,Vk = Dk}
⇒ Suy diễn : làm thế nào xác định được μD1,μD2,...,μDk?

11/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

• Bài toán : Cho một số luật → có thể tạo ra hình thức để duyệt luật không vét
cạn hay không ?
+ Heuristic (TTNT)
+ GT di truyền.

12/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

• Suy diễn mờ = áp dụng liên tiếp nhiều lần Modus Ponen (Fred Forward)
1. If X = A1 then Y = B1
2. If X = A2 then Y = B2
3. If X = B3 then Z = C3
4. If X = B4 then Z = C4
5. If X = A5 then Z = C5

6. If X = A6 then Y = B1
7. If X = A1 Y = B6 then Z = C7 (bỏ qua luật này chưa xét)
Tập nền X : U = {1, 2, 3}
Tập nền Y : V = {A, b}
Tập nền Z : W = {+, –}

13/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

x = A0 = (0.6, 0.2, 0.1)
• Áp dụng nguyên tắc min :

Chứng minh :
...
Tổng kết :

14/15


Biểu diễn tri thức bằng Logic mờ và suy diễn

1. Biểu diễn tập mờ → chỉ số mờ & thao tác
2. Nghiên cứu về : t – norm :
t – conorm :
n(.) : not
₣ (x, y) : ⇒
3. Mâu thuẫn :
+ Tường minh

+ Không tường minh
( chưa có trong TLTK ⇒ tự tìm hiểu )
4.
5.
6.
7.

Dư thừa (trong tập luật)
Duyệt / Áp dụng không vét cạn.
Lựa chọn thể hiện phép toán phù hợp.
Suy diễn thao tác trực tiếp (Linguistic Reasoning)

15/15