Kỹ thuật mã hóa và nén tín hiệu âm thanh ứng dụng trong truyền hình số

BỘ GIÁ O DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁ CH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

Nguyễn Hồng Nhung

HỆ TRỢ GIÚ P RA QUYẾT ĐỊNH LẬP LỊCH TRỰC HỖ TRỢ
TƯ VẤN TỔNG ĐÀI

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔ NG NGHỆ THÔ NG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
1. TS. Phạm Văn Hải

Hà Nội – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Những kiến thức trình bày trong luận văn là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và
trình bày theo những kiến thức tổng hợp của cá nhân. Kết quả nghiên cứu trong luận
văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác. Trong quá trình làm
luận văn, tôi có tham khảo các tài liệu có liên quan và đã ghi rõ nguồn tài liệu tham
khảo. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và không sao chép của
bất kỳ ai.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật
theo quy định.
Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2016
Học viên

Nguyễn Hồng Nhung

1


LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Viện công nghệ thông tin và Truyền thông, trường Đại
học Bách khoa Hà Nội và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn TS. Phạm Văn Hải tôi
đã thực hiện tìm hiểu đề tài “Hệ trợ giúp ra quyết định lập lịch hỗ trợ tư vấn tổng
đài”.
Tôi xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo viện Công nghệ thông tin Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội, những người đã dạy dỗ, trang bị cho tôi những kiến thức
chuyên môn,và giúp chúng tôi hiểu rõ hơn các lĩnh vực đã nghiên cứu để hoàn thành
đề tài được giao.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Tiến sĩ Phạm Văn Hải,
người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để tôi hoàn thành quá trình thực tập.
Xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã động viên cổ vũ, đóng góp ý kiến, trao đổi,
động viên trong suốt quá trình học cũng như làm luận văn, giúp tôi hoàn thành đề tài
đúng thời hạn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song
do buổi đầu mới làm quen công tác nghiên cứu khoa học cũng như hạn chế về kiến
thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân
chưa thấy được. Tôi rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn đồng
nghiệp để khóa luận được hoàn chỉnh.

Học viên
Nguyễn Hồng Nhung

2

Mục lục
DANH MỤC CÁ C KÝ HIỆU, CÁ C CHỮ VIẾT TẮT ..............................................6
DANH MỤC CÁ C BẢNG..........................................................................................7
DANH MỤC CÁ C HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................8
CHƯƠNG 1- MỞ ĐẦU ............................................................................................10
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................10
1.2 Mục đích nghiên cứu .......................................................................................10
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................11
1.4 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................11
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .........................................................................13
CHƯƠNG 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................14
2.1 Giới thiệu mô hình call center .........................................................................14
2.2 Khái niệm mô hình mờ ....................................................................................15
2.2.1 Khái niệm cơ bản về logic mờ ..................................................................15
2.2.2 Mờ hóa .......................................................................................................17
2.2.3 Luật mờ .....................................................................................................19
2.2.4 Suy diễn mờ ...............................................................................................20
2.2.5 Giải mờ ......................................................................................................21
2.2.6 Cấu trúc hoạt động của mô hình mờ .........................................................24
2.3 Tiền xử lý dữ liệu.............................................................................................25
2.3.1 Khái niệm về tiền xử lý dữ liệu .................................................................25
2.3.2 Các kỹ thuật tiền xử lý dữ liệu ..................................................................26
2.4 Giới thiệu hệ trợ giúp lập lịch của call center hiện nay ...................................30
CHƯƠNG 3- HỆ TRỢ GIÚ P RA QUYẾT ĐỊNH LẬP LỊCH TRỰC HỖ TRỢ TƯ
VẤN TỔNG ĐÀI ......................................................................................................32
3.1 Mô hình bài toán ..............................................................................................32
3.1.1 Bước 1- Tổng hợp dữ liệu từ Database .....................................................32
3.1.2 Bước 2- Mờ hóa dữ liệu đầu vào ...............................................................35
3.1.3 Bước 3 – Cơ sở luật mờ.............................................................................36

3.1.4 Bước 4 - Suy diễn mờ................................................................................37

3


3.1.5 Bước 5 - Giải mờ .......................................................................................43
3.1.6 Bước 6 - Xếp lịch trực cho tư vấn viên .....................................................43
3.2 Case study ........................................................................................................45
3.2.1 Bước 1-Tổng hợp dữ liệu ..........................................................................45
3.2.2 Bước 2- Mờ hóa ........................................................................................47
3.2.3 Bước 3- Cơ sở luật mờ ..............................................................................50
3.2.4 Bước 4 - Suy diễn ......................................................................................51
3.2.5 Bước 5 – Giải mờ ......................................................................................53
3.2.6 Bước 6 – Xếp lịch trực ..............................................................................54
CHƯƠNG 4- PHÂ N TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG...............................................57
4.1 Phân tích nghiệp vụ .........................................................................................57
4.1.1 Mô hình tổ chức.........................................................................................57
4.1.2 Đối tượng liên quan ...................................................................................58
4.1.3 Phạm vi hệ thống .......................................................................................58
4.2 Biểu đồ ca sử dụng (use cases) ........................................................................59
4.2.1 Biểu đồ use case tổng quát ........................................................................59
4.2.2 Các tác nhân ..............................................................................................59
4.2.3 Biểu đồ phân rã chức năng ........................................................................60
4.2.4 Đặc tả một số ca sử dụng...........................................................................62
4.3 Biểu đồ tuần tự .................................................................................................66
4.3.1 Biểu đồ tuần tự chức năng Lập lịch ..........................................................66
4.3.2 Biểu đồ tuần tự chức năng Xem lịch trực .................................................67
4.3.3 Biểu đồ tuần tự chức năng Đăng nhập ......................................................68
4.3.4 Biểu đồ tuần tự chức năng Đổi mật khẩu ..................................................69
4.3.5 Biểu đồ tuần tự chức năng Thêm tư vấn viên ...........................................70

4.3.6 Biểu đồ tuần tự chức năng Sửa thông tin tư vấn viên ...............................71
4.3.7 Biểu đồ tuần tự chức năng Xóa tư vấn viên ..............................................72
4.4 Thiết kế cơ sở dữ liệu ......................................................................................72
4.4.1 Bảng tbl_user – Người dùng .....................................................................72
4.4.2 Bảng tbl_queue – Queue dịch vụ ..............................................................73
4.4.3 Bảng tbl_agent – Tư vấn viên ...................................................................73

4


4.4.4 Bảng tbl_param – Tham số .......................................................................73
4.4.5 Bảng tbl_shift – Ca trực ............................................................................73
4.4.6 Bảng tbl_rule – Luật ..................................................................................74
CHƯƠNG 5- CÀI ĐẶT VÀ KẾT QUẢ ...................................................................75
5.1 Cài đặt chương trình ........................................................................................75
5.2 Kết quả chương trình .......................................................................................76
5.2.1 Đầu vào cần chuẩn bị cho lập lịch.............................................................76
5.2.2 Các bước thực hiện để lập lịch cho tổng đài .............................................76
5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm .........................................................................80
5.3.1 Thử nghiệm khi thay đổi tham số mờ hóa.................................................80
5.3.2 Đánh giá chương trình ...............................................................................82
CHƯƠNG 6- KẾT LUẬN ........................................................................................85
6.1 Kết luận ............................................................................................................85
6.2 Định hướng phát triển ......................................................................................85
TÀ I LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................87

5


DANH MỤC CÁ C KÝ HIỆU, CÁ C CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
PSTN

VoIP

Thuật ngữ

Giải thích

Public Switched Telephone

Mạng điện thoại chuyển mạch

Network

công cộng (dùng trong tổng đài)

Voice over IP

Phương thức truyền thông sử
dụng giao thức TCP/IP dựa trên
cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng
Internet

POTS

Plain Old Telephone Services

Thường để chỉ thuê bao điện
thoại PSTN thông thường

IP

Internet Protocol

Giao thức kết nối internet

DW

Data Warehouse

Kho lưu trữ dữ liệu

ACD

Automatic Call Distributor

Hệ thống phân phối cuộc gọi tự
động

6


DANH MỤC CÁ C BẢNG
Bảng- 3-1 Dữ liệu cuộc gọi ca 1 ngày 01/10/2015 ...................................................33
Bảng- 3-2 Ca trực và thời gian ..................................................................................37
Bảng- 3-3 Khoảng giá trị các tập mờ điều kiện ........................................................38
Bảng- 3-4 Khoảng giá trị trong tập mờ kết quả ........................................................38
Bảng- 3-5 Tổng hợp số lượng cuộc gọi trong queue ................................................46
Bảng- 3-7 Thời gian chờ trung bình trong các queue ...............................................46

Bảng- 3-8 Tỉ lệ cuộc gọi vào từng queue ..................................................................47
Bảng- 4-1 – CSDL Người dùng ................................................................................72
Bảng- 4-2 – CSDL Queue dịch vụ ............................................................................73
Bảng- 4-3 – CSDL Tư vấn viên ................................................................................73
Bảng- 4-4 – CSDL Tham số......................................................................................73
Bảng- 4-5 – CSDL Ca trực........................................................................................73
Bảng- 4-6 – CSDL Luật ............................................................................................74

7


DANH MỤC CÁ C HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình- 2-1 Miền xác định và miền tin cậy .................................................................16
Hình- 2-2 Giải mờ bằng phương pháp cực đại .........................................................22
Hình- 2-3 Giải mờ bằng phương pháp trọng tâm......................................................23
Hình- 2-4 Cấu trúc Mô hình mờ................................................................................24
Hình- 2-5 Khái niệm Tiền xử lý dữ liệu ...................................................................26
Hình- 3-1 Mô hình bài toán .......................................................................................32
Hình- 4-1- Mô hình tổ chức ......................................................................................57
Hình- 4-2- Use case tổng quát ...................................................................................59
Hình- 4-3 – Use case Quản lý tư vấn viên ................................................................61
Hình- 4-4 – Use case Quản lý ca trực .......................................................................62
Hình- 4-5 – Biểu đồ tuần tự chức năng Lập lịch.......................................................66
Hình- 4-6 – Biểu đồ tuần tự chức năng Xem lịch trực..............................................67
Hình- 4-7 - Biểu đồ tuần tự chức năng Đăng nhập ...................................................68
Hình- 4-8 - Biểu đồ tuần tự chức năng Đổi mật khẩu ...............................................69
Hình- 4-9 - Biểu đồ tuần tự chức năng Đổi mật khẩu ...............................................70
Hình- 4-10 - Biểu đồ tuần tự chức năng Sửa thông tin tư vấn viên ..........................71
Hình- 4-11 - Biểu đồ tuần tự chức năng Xóa tư vấn viên .........................................72
Hình- 5-1- Màn hình Đăng nhập ...............................................................................76

Hình- 5-2- Màn hình Giám sát viên ..........................................................................77
Hình- 5-3- Màn hình Lập lịch trực ............................................................................77
Hình- 5-4 – Màn hình Nhập dữ liệu lập lịch trực .....................................................78
Hình- 5-5- Màn hình Kết quả lập lịch .......................................................................78
Hình- 5-6- Màn hình Thêm mới tư vấn viên .............................................................79
Hình- 5-7-Màn hình Chỉnh sửa tham số ...................................................................79
Hình- 5-8-Màn hình Thêm mới, Sửa, Xóa ca trực ....................................................80
Hình- 5-9-Dữ liệu nhập lần 1 ....................................................................................80
Hình- 5-10-Kết quả lập lịch lần 1 .............................................................................81

8


Hình- 5-11-Dữ liệu nhập lần 2 ..................................................................................81
Hình- 5-12-Kết quả lịch trực lần 2 ............................................................................82

9


CHƯƠNG 1- MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay một số công ty, tổ chức có mô hình hoạt động theo ca làm việc, trong
ngày có thể có rất nhiều ca để đảm bảo hoạt động sản xuất luôn thông suốt và đảm
bảo năng suất. Đặc thù về ca làm việc yêu cầu người quản lý phải có kỹ năng sắp xếp
lịch làm việc hợp lý, đặc biệt đối với nghiệp vụ hoạt động 24/7 của các phòng trực
Tổng đài hỗ trợ - Call center.
Hiện tại Call center của ngân hàng chưa sử dụng bất cứ một công cụ sắp xếp lịch
trực nào, công việc sắp xếp lịch trực cho tư vấn viên hoàn toàn làm một cách thủ công
và dựa trên kinh nghiệm của người quản lý. Do yếu tố không ổn định của lưu lượng
cuộc gọi vào call center mỗi ngày, mỗi ca và mỗi queue sản phẩm dịch vụ nên việc

sắp xếp lịch trực chưa hoàn toàn tối ưu nguồn lực và chi phí. Đồng thời, cùng với
việc tối ưu chi phí và nguồn lực thì việc đảm bảo chất lượng chăm sóc khách hàng
của ngân hàng là yếu tố quan trọng nhất. Làm thế nào để tất cả các khách hàng được
giải đáp thắc mắc, giải quyết vấn đề một cách nhanh nhất, thuận tiện nhất? Đó là câu
hỏi mà call center cần trả lời bằng năng suất làm việc và mức độ hài lòng của khách
hàng khi kết nối tới call center.
Luận văn tập trung nghiên cứu một ứng dụng có thể hỗ trợ tốt cho người quản lý
call center trong công việc xếp lịch trực cho các tư vấn viên.

1.2 Mục đích nghiên cứu
Xây dựng hệ trợ giúp quyết định lập lịch trực tối ưu đảm bảo các ràng buộc về
thời gian làm việc của các tư vấn viên và đồng thời đảm bảo mức độ phục vụ là tốt
nhất (giảm thiểu cuộc gọi nhỡ, thời gian chờ trong hàng đợi thấp và đạt được độ hài
lòng cao của khách hàng).

10


1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Bài toán lập lịch nghiên cứu trong luận văn xuất phát từ một phòng call center
trong Trung tâm chăm sóc khách hàng của một ngân hàng, đặc thù hoạt động 24/7.
Các tư vấn viên thực hiện tiếp nhận yêu cầu và giải đáp các thắc mắc của khách hàng
gọi lên tổng đài. Call center có rất nhiều queue sản phẩm, các tư vấn viên có độ ưu
tiên trực các queue này khác nhau. Mỗi tư vấn viên được xác định kỹ năng xử lý các
vấn đề trên từng loại sản phẩm, dịch vụ khác nhau với mức độ khác nhau. Dựa vào
kỹ năng đó các tư vấn viên có một độ ưu tiên nhất định trong việc xử lý các vấn đề
liên quan đến loại sản phẩm dịch vụ riêng.
Các ca trực có thời gian cố định và số ca trong một ngày là như nhau. Quy định
trong sắp xếp lịch trực bao gồm: số giờ trực/ tuần của nhân viên, số giờ trực/ ngày
của nhân viên, số tư vấn viên trực/ca tối thiểu.

Các đặc tính trong bài toán lập lịch được xác định như sau:
 Tài nguyên: dữ liệu về các cuộc gọi trong lịch sử (có thể được tổng hợp từ
hàng tháng hoặc hàng năm trước)
 Tác vụ: được đánh giá qua các tiêu chuẩn thực hiện như chi phí nhân sự,
thời gian thực hiện, số lượng cuộc gọi được phục vụ
 Ràng buộc: số lượng giờ trực/ tuần của tư vấn viên, số tư vấn viên trực tối
thiểu trong ca
 Mục tiêu: tạo ra lịch trực làm tăng năng suất phục vụ của tổng đài (Service
level)

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Với những bài toán phân tích dữ liệu không chắc chắn, không rõ ràng như bài toán
dự đoán số lượng agent, một trong những công cụ mô hình hóa hệ thống nổi bật được
sử dụng là mô hình mờ. Mô hình mờ sẽ sử dụng các dữ liệu đầu vào là dữ liệu về
cuộc gọi trong quá khứ (tổng hợp theo tháng), dữ liệu về mức độ ưu tiên của ca trực,
của ngày làm việc thực tế, đầu ra chính là số lượng agent cần thiết trong ca trực tại
11


mỗi queue sản phẩm. Đầu ra này tiếp tục được đưa vào bài toán sắp xếp lịch trực, bài
toán tối ưu một mục tiêu và nhiều ràng buộc đã nêu trên.
Sau khi đã có đầy đủ các thông tin phục vụ cho việc lập lịch, quá trình lập lịch
cần giải quyết bài toán tối ưu với nhiều ràng buộc: ràng buộc số tư vấn viên trực trong
queue, thời gian làm việc tối thiểu của tư vấn viên trong ngày, thời gian làm việc tối
đa của tư vấn viên trong ngày. Mục tiêu của thuật toán xếp lịch cần thực hiện xếp các
tư vấn viên có độ ưu tiên cao vào queue sản phẩm đảm bảo chất lượng phục vụ là tốt
nhất, tối ưu nguồn lực nhất.
Các dữ liệu mờ hóa bao gồm các thông tin đầu vào như tỉ lệ cuộc gọi vào queue,
thời gian trả lời trung bình của các queue, tỉ lệ cuộc gọi nhỡ, tỉ lệ cuộc gọi bị rớt, thời
gian chờ trung bình của một cuộc gọi. Ta cần định nghĩa các biến ngôn ngữ như sau:

 Biến ngôn ngữ Thời gian chờ trung bình (Waitime): Mỗi cuộc gọi của khách
hàng khi vào hàng đợi thì khách hàng đều phải chờ trong một khoảng thời gian
nhất định, thời gian chờ này phụ thuộc vào mức độ đáp ứng của agent trong
queue sản phẩm đó. Nếu số lượng cuộc gọi trong queue tương ứng với số lượng
agent có thể tiếp nhận thì thời gian khách hàng đợi được phục vụ là không
đáng kể nếu ngược lại thì khách hàng có thể đợi lâu, trường hợp xấu nhất là
khách hàng không gặp được agent (cuộc gọi bị rớt) . Đây là một yếu tố để điều
chỉnh số lượng agent tham gia trực hợp lý hơn. Thời gian chờ trung bình xác
định bởi các giá trị ngôn ngữ (tập mờ): ngắn, vừa, dài
 Biến ngôn ngữ Tỉ lệ cuộc gọi rớt (Miscall): Tỉ lệ cuộc gọi rớt được tính là tỉ lệ
số cuộc rớt trên tổng số cuộc gọi vào queue. Biến ngôn ngữ này xác định bởi
các giá trị ngôn ngữ (tập mờ): thấp, trung bình, cao
 Biến ngôn ngữ Tỉ lệ cuộc gọi vào (Callrate): Tỉ lệ cuộc gọi vào sẽ được tính
theo từng khoảng 30 phút một. Callrate xác định bởi các giá trị ngôn ngữ (tập
mờ): thấp, trung bình, cao

12


 Biến ngôn ngữ Số lượng agent trực: Số lượng agent trực trong queue xác định
bởi các giá trị ngôn ngữ (tập mờ): rất nhiều, nhiều, hơi nhiều, hơi ít, ít, rất ít
 Biến ngôn ngữ Độ ưu tiên của ngày: Độ ưu tiên của ngày (Preference) xác định
bởi các giá trị ngôn ngữ (tập mờ): thấp, trung bình, cao
 Biến ngôn ngữ Mức độ cao điểm của ca trực (Rush): Trong một ngày sẽ có
những ca trực có số lượng cuộc gọi tăng cao, và tình trạng này ở mức ổn định
giữa các ngày. Các chuyên gia luôn nắm được các ca trực có số lượng cuộc
gọi cao thấp như thế nào. Mức độ cao điểm của ca trực (rush) xác định bởi các
giá trị ngôn ngữ (tập mờ): thấp, trung bình, cao.

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Lập lịch là bài toán đặt ra để giải quyết vấn đề cân bằng giữa nguồn lực con
người/tài nguyên phần cứng (lĩnh vực máy tính) hiện có với yếu tố thời gian. Lập lịch
có thể được định nghĩa là một bài toán tìm kiếm chuỗi tối ưu để thực hiện một tập các
hoạt động chịu tác động của một tập các ràng buộc cần phải được thỏa mãn.
Phương pháp lập lịch nghiên cứu sẽ hỗ trợ các cán bộ quản lý trong call center ra
một quyết định hợp lý với nguồn nhân lực và chi phí hiện có, đồng thời có thể tăng
được năng suất hoạt động của call center.

13


CHƯƠNG 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu mô hình call center
Sự ra đời và phát triển của Call Center bắt nguồn từ nhu cầu muốn liên lạc và hỗ
trợ thông tin cho khách hàng thông qua kênh truyền thông hợp lý. Về mặt công nghệ,
sự xuất hiện của công nghệ VoIP (thoại qua đường Internet) chuyển mạch gói, thay
thế cho công nghệ cũ POTS (Plain Old Telephone Services) chạy trên mạng PSTN
(Public Switched Telephone Network), cho phép liên kết các chủ thể trong một tổ
chức về một mối thống nhất. Đi cùng với các hệ thống này là hàng loạt các giải pháp
và thiết bị như điện thoại IP, hay phần mềm điện thoại (IP Softphone) chạy trên màn
hình máy tính.
Hình ảnh dễ thấy nhất của một Call Center (trung tâm cuộc gọi) là nhiều nhân
viên ngồi bên điện thoại để trả lời các cuộc gọi của khách hàng. Nơi này không chỉ
xử lý các cuộc gọi qua hệ thống điện thoại mà còn xử lý e-mail, chat và kể cả thư viết
tay. Call center được chia thành nhiều lĩnh vực hỗ trợ, mỗi lĩnh vực có một nhóm
điện thoại viên có kỹ năng tốt được phân công trực. Lịch phân công trực luôn đảm
bảo tổng đài có thể hoạt động 24/7.

Hình- 2-1 – Mô hình call center

14


Ứng dụng nghiên cứu trong luận văn nằm trong chức năng Quản lý nhân viên của
một call center.

2.2 Khái niệm mô hình mờ
Ứng dụng của lý thuyết tập mờ và logic mờ, khi thông tin không đầy đủ, không
chắc chắn, nhiễu, tri thức chuyên gia biểu diễn dạng ngôn ngữ tự nhiên, ranh giới các
lớp đối tượng không rõ ràng, hệ thống phức tạp…
Mô hình mờ bao gồm các thành phần: Mờ hóa, tham số và các cơ sở luật, suy diễn
mờ, giải mờ.
Trong mô hình hệ mờ dạng luật, mỗi luật mờ thể hiện một tri thức của con người
về một bài toán ứng dụng và được biểu diễn dưới dạng “If A then B”, trong đó A là
các điều kiện chứa các từ ngôn ngữ thường được liên kết bởi liên từ “and” và B là
phần kết luận biểu thị qua các vị từ mờ chứa khái niệm mờ hoặc vị từ kinh điển. Nếu
kết luận của luật là khái niệm mờ thì hệ mờ ở dạng Mamdani, ngược lại kết luận là
giá trị rõ thìhệ mờ dạng Sugeno. [5]
Các giai đoạn xây dựng mô hình mờ:
 Lựa chọn cấu trúc mô hình: đầu vào, đầu ra, các nhãn ngôn ngữ của mỗi biến,
kiểu hàm thuộc, toán tử t, s, phép hợp thành, giải mờ…
 Huấn luyện: từ mẫu học sẽ lựa chọn hàm thuộc, luật mờ
 Tối ưu: suy diễn mờ với các dữ liệu thử để điều chỉnh các tham số cho phù
hợp.

2.2.1 Khái niệm cơ bản về logic mờ
2.2.1.1 Định nghĩa tập mờ [8]
Định nghĩa: Tập mờ F xác định trên tập kinh điển X là một tập mà mỗi phần
tử của nó là một cặp giá trị ( x, μ F x ) trong đó x ϵ X và μF là ánh xạ:
µ F: X → [0,1]

15


Tập kinh điển X được gọi là tập nền của tập mờ F còn ánh xạ μF được gọi là
hàm thuộc của tập mờ F.
Độ cao: Độ cao của một tập mờ F (trên tập nền X) được xác định như sau:
H= sup F (x)
x X

Ký hiệu

sup F (x) chỉ giá trị nhỏ nhất trong tất cả các giá trị chặn trên của
x X

hàm thuộc. Tập mờ có ít nhất một phần tử có độ thuộc bằng 1 thì được gọi là tập
mờ chính tắc còn nếu không thì được gọi là tập mờ không chính tắc.
Miền xác định: Miền xác định của tập mờ F (trên tập nền X) ký hiệu là S
được xác định như sau:
S= supp μF (x)={xX| μF (x)>0)
Miền tin cậy: Miền tin cậy của tập mờ F (trên tập nền X) ký hiệu là T, được
xác định như sau:
T= { xX| μF (x)=1)

Hình- 2-2 Miền xác định và miền tin cậy

16


2.2.1.2 Biến ngôn ngữ và giá trị biến ngôn ngữ

Ta xét một vídụ kinh điển về logic mờ, đó là ví dụ về nhiệt độ, trong đó ta có các
đại lượng như là:
Lạnh, mát, ấm, nóng và rất nóng.
Mỗi giá trị ngôn ngữ trên của biến nhiệt độ xác định một tập mờ được định
nghĩa trên nền các số thực chỉ giá trị của nhiệt độ (đơn vị là oC) của biến nhiệt độ
như là 20 oC, 30 oC,...
Hàm thuộc tương ứng của chúng ký hiệu là: μ rất lạnh(x), μ lạnh(x), μ mát(x), μ
nóng(x),

μ rất nóng(x)

Như vậy, biến nhiệt độ có hai miền giá trị khác nhau là miền các giá trị ngôn
ngữ (lạnh, nóng,...) và miền các giá trị vật lý (miền các giá trị rõ). Và mỗi giá trị
ngôn ngữ lại được mô tả bằng một tập mờ có tập nền là các giá trị vật lý.
Biến nhiệt độ xác định trên miền các giá trị ngôn ngữ được gọi là biến ngôn
ngữ.

2.2.2 Mờ hóa
Khái niệm: Mờ hóa được xác định như một ánh xạ các giá trị thực u thuộc
không gian U trong không gian thực Rn vào tập mờ A thuộc U.[1 ]
Nếu các sự việc không chắc chắn do thiếu chính xác, không rõ ràng hoặc mờ hồ
thìcác biến được biểu diễn mờ bởi một hàm thuộc. Trong điều khiển mờ, input
thường có nguồn gốc từ các mảnh phần cứng hoặc dữ liệu của một bộ cảm biến.
Input được đo đếm có thể được mờ hóa trong hệ thống luật cơ sở, được mô tả là các
máy điều khiển mờ.
Nếu hệ thống được điều khiển không dựa vào phần cứng vídụ như hệ thống
phân tích kinh tế hay một hệ thống phân tích hệ sinh thái chịu sự tác động của hóa
chất, thì các đầu vào có thể là dữ liệu các mẫu thống kê vô hướng. Các dữ liệu vô
hướng này có thể được coi là một hàm thuộc.
Có các phương pháp mờ hóa phổ biến [4]:

17


a) Hàm thuộc Singleton: Đây là hàm thuộc cho tập A có đúng một phần tử u=m,
có giá trị 0 tại tất cả các điểm trong tập vũ trụ, ngoại trừ tại điểm m hàm có giá
trị 1. Hàm Singleton của A ký hiệu và xác định như sau:

1 if u  m
SG A( x )  
0 if u  m

(1)

b) Tập mờ Gama tuyến tính (hay L trái): Hàm thuộc của tập mờ này gọi là hàm
thuộc Gamma tuyến tính (hay hàm thuộc ‘L- trái’, có dạng ngược với hàm
thuộc L), được xác định bởi hai tham số a và b theo công thức sau:

 0


u  a
 A u   
b  a

 h

if u  a
, if a  u  b

(2)

if u  b (h  1)

c) Tập mờ tam giác: Các tập mờ này xác định bởi hàm thuộc với 3 tham số là cận
dưới a, cận trên b và giá trị m (ứng với đỉnh tam giác), với a < m < b. Hàm
thuộc này được gọi là hàm thuộc tam giác, được gọi là đối xứng nếu nếu giá trị
b – m bằng giá trị m – a, hay

 0


ua
m  a

 A u    b  u

b  m

 h



m

ab
2

if u  a, or u  b
, if a  u  m

(3)

, if m  u  b
if u  m (h  1)

d) Tập mờ hình thang: xác định bởi bộ 4 giá trị a, b, c, d theo công thức sau:

18


 0


u  a
b  a

 A u   
d  u
d  c


 h

if u  a, or u  d
if a  u  b

(4)
if c  u  d
if b  u  c (h  1)

e) Tập mờ L: được xác định như sau:
 h


b  u


A u  
b  a

 0

if u  a (h  1)
, if a  u  b

(5)

if u  b

2.2.3 Luật mờ
Luật mờ là cấu trúc ngôn ngữ IF-THEN mà có dạng tổng quát là “Nếu A thì B”
trong đó A và B là (bộ) các xác nhận bao gồm các biến ngôn ngữ. A được gọi là giả
thiết và B là kết quả của luật.
Định nghĩa luật mờ:
Cho n biến vào x1,… xn, một biến ra y. Luật mờ R có dạng:
IF (x1 là A1)  …  (xi là Ai)  ..  (xn là An) THEN y là B
Ở đây Ai  F(Ui), i= 1..n, B  F(V)
Định nghĩa hệ mờ trên cơ sở các luật mờ:
Cho Ui, i=1..n là không gian nền của biến vào xi, i=1..n, cho V là không gian
nền của biến ra y. Hệ mờ MISO (multi – input single – output) được xác định

bởi bộ m luật mờ {R1, …, Rm}. Trong đó luật Rk có dạng:
IF (x1 là Ak1)  …  (xi là Aki)  ..  (xn là Akn) THEN y là Bk
Ở đây:
Aki  F(Ui), i= 1..n, k=1..m, Bk  F(V)

19


2.2.4 Suy diễn mờ
Quá trình suy diễn mờ sử dụng đầu vào là các đầu ra của quá trình mã hóa và
luật cơ sở. Có một số số phương pháp suy diễn trong hệ mờ bao gồm: phương pháp
duy diễn mờ tổng quát, phương pháp suy diễn min-max, phương pháp suy diễn
Max-Prod.

2.2.4.1 Phương pháp suy diễn mờ tổng quát
Dạng tổng quát của thuật toán suy diễn mờ gồm các bước sau:
1. Với mỗi luật Ri tìm mức độ kích hoạt

i

2. Với mỗi luật Ri sử dụng mức kích hoạt

 i và tập hệ quả Bi, tìm đầu ra thực

B’i
3. Gộp các đầu ra riêng rẽ của các luật để tính đầu ra gộp của toàn hệ B
4. Giải mờ, tìm kết quả ra của toàn hệ y*
Để tiện cho cài đặt thuật toán suy diễn cụ thể, ta xét trường hợp sau: ứng với luật
mờ Ri, xét các giá trị mờ Aij, j=1,2,…,n là những tập mờ trên biến ngôn ngữ Xi
Bài toán suy luận tổng quát với m luật mờ:

Mệnh đề 1: Nếu X1= A11 và … và Xn= A1n thì Y=B1
Mệnh đề 2: Nếu X1=A21 và … và Xn= A2n thì Y=B2
….
Mệnh đề m: Nếu X1= Am1 và … và Xn= Anm thìY=Bm
Kết luận: Y=B0

2.2.4.2 Phương pháp suy diễn min-max
Tín hiệu đầu vào là vectơ x*=(x1*, x2*, …, xn*)
1. Với mỗi luật Ri, tính

 i= min(Aij(xj*)): j=1,2, …, n)

2. Xác định Bi’(y)= min (  i, Bi’(y)), với mỗi y V
3. Xác định B’(y)=max (Bi’(y): i=1,2, …, m)
4. Giải mờ tập B’, thu được kết quả y* là một số rõ

20


2.2.4.3 Phương pháp suy diễn Max-Prod
Tín hiệu đầu vào là vectơ x*=(x1*, x2*, …, xn*)
1. Với mỗi luật Ri, tính

 i= 

j

(Aij(xj*): j=1,2,…, n)

2. Xác định Bi’(y)=min (  i, Bi’(y)), với mỗi y V

3. Xác định B’(y)=max (Bi’(y): i=1,2, …,m)
4. Giải mờ tập B’, thu được kết quả y* là một số rõ
Tùy thuộc vào kiểu suy diễn mờ và các luật mờ IF-THEN được sử dụng, hầu hết
hệ suy diễn mờ có thể chia thành 3 kiểu:
 Kiểu 1: Toàn bộ đầu ra được tính trung bình trọng số của mỗi mô hình
luật, đầu ra được tạo ra bằng mức kích hoạt của luật (tích hoặc min của
độ phù hợp với giả thiết) và các hàm thuộc đầu ra. Các hàm thuộc đầu
ra được sử dụng trong kiểu hệ này phải làm hàm đơn điệu.
 Kiểu 2: Toàn bộ đầu ra mờ được chia ra bằng việc áp dụng toán tử
“max” để kiểm tra đầu ra mờ (mỗi đầu ra bằng với min các mức kích
hoạt và hàm thuộc đầu ra của mỗi luật). Nhiều hệ khác nhau đã lựa chọn
kịch bản đầu ra cuối cùng dựa trên bộ đầu ra mờ.
 Kiểu 3: Sử dụng các luật mờ IF-THEN của Takagi và Sugeno. Mỗi đầu
ra của mỗi luật là một hàm kết hợp tuyến tính các biến đầu vào cộng
với một hằng, và kết quả đầu ra cuối cùng được tính là trung bình trọng
số của mỗi luật.

2.2.5 Giải mờ
Giải mờ được định nghĩa như là sự ánh xạ từ tập mờ B trong cơ sở V (thuộc tập
số thực R; V  R; đó là đầu ra của khối hợp thành và suy luận mờ) thành giá trị rõ
đầu ra y  V làm đại diện tốt nhất cho tập mờ B. Có ba điều lưu ý sau đây lúc chọn
phương pháp giải mờ:

21


 Tính hợp lý của kết quả. Điểm rõ y*  V là điểm đại diện của tập mờ B, điều
này có thể thấy qua cảm nhận trực giác tính hợp lý của kết quả khi đã có hàm
liên thuộc của tập mờ B.
 Việc tính toán đơn giản. Đây là điều quan trọng để tính toán nhanh, vì các bộ

điều khiển mờ thường làm việc ở thời gian thực.
 Tính liên tục. Một sự thay đổi nhỏ trong tập mờ B chỉ làm thay đổi nhỏ kết
quả giải mờ, nghĩa là không gây ra thay đổi đột biến giá trị giải mờ y V.
Giải mờ là quá trình xác định một giá trị rõ ở đầu ra theo hàm liên thuộc hợp
thành đã tìm được từ các luật hợp thành và điều kiện đầu vào. Có ba phương pháp
giải mờ thường dùng là: phương pháp cực đại, phương pháp trọng tâm và phương
pháp trung bình tâm.

2.2.5.1 Phương pháp cực đại
Phương pháp cực đại gồm hai bước:
Bước 1: Xác định miền chứa giá trị rõ đầu ra. Đó là miền G, mà giá trị rõ đầu ra
y có hàm thuộc đạt giá trị cực đại:
G= {y  Y| B (y)=max}
Bước 2: Xác định giá trị y từ miền G. Lúc này có ba cách tính:

Hình- 2-3 Giải mờ bằng phương pháp cực đại

y

-

Cách tính trung bình:

-

Lấy giá trị cận trái: y=y1

y1  y 2
2

22


-

Lấy giá trị cận phải: y=y2

2.2.5.2 Phương pháp trọng tâm
Lúc này giá trị rõ của đầu ra được lấy theo điểm trọng tâm của hình bao bởi hàm
thuộc hợp thành và trục hoành.

Hình- 2-4 Giải mờ bằng phương pháp trọng tâm

y

 y.

B

( y )dy

S



 B ( y )dy

Trong đó S là miền xác định của tập mờ

S

2.2.5.3 Phương pháp trung bình tâm
Vì tập mờ hợp thành B thường là hợp hoặc giao của M tập mờ, do vậy ta có thể
tính gần đúng giá trị y là trung bình theo trọng số tâm của M tập hợp thành. Gọi y-l
là điểm trung bình và hl là chiều cao của tập mờ thứ l, giá trị giải mờ y theo phương
pháp trung bình tâm là:
M

y

y

l

.hl

l 1

M

h
l 1

23

l


2.2.6 Cấu trúc hoạt động của mô hình mờ
Về tổng thể, mỗi mô hình nói chung đều bao gồm các đầu vào (inputs), đầu ra

(output) cùng với một bộ xử lý. Bộ xử lý thực chất là một ánh xạ phản ánh sự phụ
thuộc của biến đầu ra hệ thống đối với các biến đầu vào. Đối với mô hình mờ, các
yếu tố đầu vào nhận giá trị số rõ, còn đầu ra có thể là một tập mờ hoặc một giá trị
số rõ. Quan hệ ánh xạ của đầu ra đối với các đầu vào mô hình mờ được mô tả bằng
một tập luật mờ, thay vìmột hàm số tường minh.

Hình- 2-5 Cấu trúc Mô hình mờ

Cụ thể hơn, cấu trúc cơ bản của một Mô hình mờ bao gồm năm thành phần
chủ đạo:
1) Cơ sở luật (rule base): là nơi chứa đựng tập các luật mờ IF-THEN.
Với mô hình mờ n đầu vào - một đầu ra, mỗi luật mờ có thể được mô tả như
sau:
rij : IF ( x1 is A1i ) AND ... AND ( x n is Ani ) THEN ( y is B J )

(c ij )

Trong đó, Aki , k = 1,.., n và B j lần lượt là các giá trị ngôn ngữ được định
nghĩa trên các biến đầu vào và đầu ra mô hình. Phần giả thiết của luật được hình
thành từ sự giao nhau (intersection) (thực hiện bởi phép giao mờ) giữa các phát biểu
dạng ngôn ngữ, xk is Aki , k = 1,..., n , gọi là các tiền đề thành phần. Phần kết luận của
luật được ánh xạ từ phần giả thiết thông qua phép kéo theo mờ (IF-THEN). Tương

24