Der Begriff Fuzzy kommt aus dem Englischen und heißt soviel wie fusselig, verschwommen, unscharf.

Ähnliche Dokumente
Fuzzy Logic. Fuzzy Sets & Fuzzy Logic - Geographische Informationsverarbeitung mit Unsicherem Wissen

Einführung in die Fuzzy Logik

Fuzzy Logic und Wahrscheinlichkeit

5 Fuzzy Unscharfe Mengen

Grundlagen der Fuzzy-Logik

Fuzzy-Systeme zur Unterstützung von Entscheidungen in land- und forstwirtschaftlichen Logistik-Prozessen

Zum Umgang mit unscharfen chronologischen Informationen. Oliver Nakoinz

Technische Anwendungen von Fuzzy-Systemen. Inhalt

Fuzzy-Logik Kontext C mit Interpretation. A B

Nichts als die mathematische Wahrheit

6. Vorlesung Fuzzy Systeme

Inhaltsverzeichnis. 1.1 Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit Aufbau der Arbeit 5

Technische Informatik - Eine Einführung

Fundamente der Computational Intelligence Teil 2

Theoretische Grundlagen des Software Engineering

Rezension zum Aufsatz von Wolfgang Klafki: "Studien zur Bildungstheorie und Didaktik"

Vorlesung. Beweise und Logisches Schließen

FELJC Fuzzyregler.odt 1. a) Die Vorgehensweise der klassischen Regelungstechnik

Logische Grundlagen der Mathematik, WS 2014/15

3. Übung zur Vorlesung Steuer- und Regelungstechnik

Fundamente der Computational Intelligence

Grundbegriffe der Informatik

Vorkurs Mathematik 2016

Erweitertes boolsches Retrieval

Einführung. Ablesen von einander zugeordneten Werten

Theorien für die Darstellung von Unsicherheit Ein Vergleich der Wahrscheinlichkeits-, Möglichkeits- und Dempster-Shafer Theorie

Methoden der KI in der Biomedizin Unsicheres Schließen

Mathematische Grundlagen I Logik und Algebra

Digitalelektronik Einführung Prof. Metzler

Grundlagen der Mathematik

Prof. Dr. Jürgen Neyer. Einführung in die Politikwissenschaft. - Was ist Wissenschaft? Di

Was ist Informatik? Alexander Lange

Fuzzy-Inferenz. Fuzzy-Inferenz. Fuzzy-Inferenz. Fuzzy-Inferenz. Klassische Logik. Aussagenlogische Regel: a b

Semantik und Pragmatik

7 Gültigkeit und logische Form von Argumenten

Fachbereich Arbeit Wirtschaft Technik Informatik

Diese Aufgaben sind ohne Taschenrechner in maximal 45 Minuten zu lösen. Die Formelsammlung und deine Zeichengeräte darfst du benutzen.

Logic in a Nutshell. Christian Liguda

Einführung Grundbegriffe

Reglungstechnik Einführung Seite 1 von 10

Fuzzy-Logik basiertes Credit-Rating

Kleiner Ausflug in Logik und Verkehrssteuerung

Theoretische Grundlagen des Software Engineering

Zusammenfassung. Definition. 1 (x i ) 1 i n Sequenz von Registern x i, die natürliche Zahlen beinhalten. 2 P ein Programm. Befehle: 1 x i := x i + 1

Fuzzy Logic. Seminar im Sommersemester 2006 an der TU-Darmstadt (Prof. Dr. Fürnkranz) 06/18/06 Knowledge Engineering in Computer Spielen 1

Vorkurs Mathematik für Informatiker Aussagenlogik -- Thomas Huckle Stefan Zimmer Matous Sedlacek,

Stefan Ruzika. 24. April 2016

Würzburg. Gleichungen 1 E1. Vorkurs, Mathematik

Logik für Informatiker

Anhang zum Kapitel 12: Intelligente Regelung Fuzzy-Regler

Die Fuzzy-Logik als methodischer Ansatz in der wissensbasierten Informationsverarbeitung

Ingenieurinformatik. Einführung in die Programmiersprache C

Einführung in die Fuzzy-Logik (zur Anwendung in Fuzzy-Reglern)

Geisteswissenschaft. Robin Materne. Utilitarismus. Essay

1. Welche Stadt hat mehr Einwohner: München oder Hamburg? 2. Welches Bundesland ist größer: Bayern oder Nordrhein-Westfalen?

Theorie der Informatik. Theorie der Informatik. 6.1 Einführung. 6.2 Alphabete und formale Sprachen. 6.3 Grammatiken. 6.4 Chomsky-Hierarchie

4.1.1 Kelvin-Planck-Formulierung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik. Thermischer Wirkungsgrad einer Arbeitsmaschine:

Methoden der unscharfen Optimierung

3 Fuzzifizierung. 3.1 Grundbegriffe

Einführung: Logik und SetlX

Basisanforderungen: Erweiterte Anforderungen: Das fertige Protokoll bitte im Aufgabentool von I-Serv unter Abgaben hochladen!

Grundlagen der Informationverarbeitung

Kapitel L:IV. IV. Nichtklassische Logiken. Fuzzy-Mengen Modifizierer für Fuzzy-Mengen Operationen auf Fuzzy-Mengen Fuzzy-Inferenz Defuzzifizierung

Konzepte der AI. Unsicheres Schließen

Logik für Informatiker

Elementare Mengenlehre

AND -logische Multiplikation

Einführung in die Fuzzy Logic

Digitalelektronik - Inhalt

Funktionen in der Mathematik

Grundbegriffe der Informatik

12. Übung Künstliche Intelligenz Wintersemester 2006/2007

Einführung in die Informatik: Programmierung und Software-Entwicklung, WS 12/13. Kapitel 3. Grunddatentypen, Ausdrücke und Variable

Paradoxien der Replikation

Einführung in die mathematische Logik

2.2.4 Logische Äquivalenz

Kapitel 2 - Die Definitionsphase

1.1 Motivation. Theorie der Informatik. Theorie der Informatik. 1.1 Motivation. 1.2 Syntax. 1.3 Semantik. 1.4 Formeleigenschaften. 1.

Fundamente der Computational Intelligence

Primer: Inferenzstatistik 1.0

2. Vorlesung: Boolesche Algebra

Vorlesung Mathematik I für Wirtschaftswissenschaftler. Universität Leipzig, WS 16/17

Bohm sche Mechanik. Determinismus in der Quantenmechanik. Sven Köppel Mirko Pohland. 9. Juni, Fachbereich 13, Physik

Inhaltsverzeichnis. Inhaltsverzeichnis

4 Inferenz und Defuzzifizierung

Angewandte Aufgaben für lineare Gleichungen

Informationsverarbeitung auf Bitebene

1. Grundlagen der Informatik Boolesche Algebra / Aussagenlogik

Und was ist mit den Fischen?

1.3 Gleichungen und Ungleichungen

b. Lehre des vernünftigen Schlussfolgerns (1. System von Regeln von Aristoteles ( v. Chr.); sprachliche Argumente

Entscheidungsunterstützung/ Künstliche Intelligenz. Teil 4

- WÄRMEDEHNUNG - WÄRMEDEHNUNG

Vorlesung. Vollständige Induktion 1

Einführung in die Mathematik (Vorkurs 1 )

Grundlegendes der Mathematik

Energiequellen, Energie nutzen und sparen N_06d_82

12 Digitale Logikschaltungen

Seminar Imperfektion und Datenbanken WS 2003/2004

Anpassung von Data-Warehouse-Techniken für den Einsatz unsicherer Verkehrsdaten

Transkript:

F A C H H O C H S C H U L E S T R A L S U N D Fachbereich Maschinenbau Prof.Dr.-Ing. Ch.Wahmkow Fuzzy- logic Eine Einführung Der Begriff Fuzzy kommt aus dem Englischen und heißt soviel wie fusselig, verschwommen, unscharf. Im Jahre 964 entwickelte der Amerikaner Lotfi Zadeh seine Theorie der Fuzzy logic und erntete aufgrund des unpräzisen, scheinbar unwissenschaftlichen, der formalen Mathematik widersprechenden Ansatzes Spott und Verachtung. Die Japaner waren die ersten, die die Unschärfe in der realen Welt erkannten und die Zadeh entwickelte Theorie in der Steuerungs- und Reglungstechnik nutzten und mit ihren fuzzygesteuerten Haushaltsgeräten den Markt eroberten und mittlerweile Millionen Dollar in diesem Geschäft verdienten. Heute hat die Fuzzy logic in der Computertechnik ihren festen Platz. Die boolsche Algebra mit ihrer Beschränkung auf 0 und, schwarz und weiß, bzw. und falsch, ist durchbrochen. Die in unserer realen Welt mannigfaltig vorkommenden Grautöne lassen sich computertechnisch abbilden und verarbeiten. Dafür genügen meist nur ein paar wenige Daten, die auf Erfahrungen beruhen und nicht 00 %ig exakt sein müssen. Das macht die fuzzygesteuerten Systeme so robust und vor allem handhabbar. Viele auf exakter Mathematik beruhenden Simulationsmodelle, die eine Unmenge Daten benötigen, versagen gegenüber der unscharfen Modelle. Fuzzy logic - 964 entwickelt Waschmaschinen, Staubsauger, Camcorder Unsere reale Welt ist geprägt Grautönen, also Unschärfen Jede neue Technik bringt gerade in der relativ jungen Wissenschaft der Informatik eine enorme Euphorie zu Tage. Um die Fuzzy logic ist diese mittlerweile verklungen. Die eierlegende Wollmilchsau gibt es nicht, oft bildet die Fuzzy logic in heterogenen Systemen einen integrierten Bestandteil. Arbeitsblätter Einführung in die Fuzzy logic Seite

. Beispiele zur Idee - die Straßenkreuzung: Dieses Quadrat hat scharfe Grenzen; es gehört zur Menge beider Straßen - der Sandhaufen Wann ist ein Haufen ein Haufen? - der kahle Kopf (Glatze)... wann hat ein Mann eine Glatze? - Wang s Paradoxum: es gilt: x ist eine kleine Zahl. so gilt: x + ist auch eine kleine Zahl.... x + + ist auch eine kleine Zahl... Suchen Sie selbst Beispiele aus der realen Welt.... 5 Mill. ist eine kleine Zahl, wo ist das Ende? - Flüsse Nil Hudson Donau Rhein Mississipi (480 mls.) ( 306 mls.) ( 766 mls.) ( 820 mls.) ( 2348 mls.) Ist der Fluß lang? T/F Spätenstens hier muß man Vergleichskriterien anbringen, also der Wert allein sagt noch nichts aus, eine Information entsteht erst durch den Zusammenhang zwischen mehreren Daten. So hängt die Wahrheit über die Aussage: Der Fluß ist lang Eigenschaften der Menge ab (Weltflüsse, Flüsse in Europa,...). Diese Eigenschaften können durchaus subjektiv geprägt und unsicher sein. Zwischen und falsch ( und 0) gibt es noch viele Zwischenwerte (Grautöne). Die Fuzzy logic macht sich diese Zwischenwerte zu eigen. Nil Hudson Donau (480 mls.) ( 306 mls.) ( 766 mls.) Weisen Sie den Flußlängen Werte zwischen 0 und zu. Arbeitsblätter Einführung in die Fuzzy logic Seite 2

Rhein ( 820 mls.) Mississipi ( 2348 mls.) In der menschlichen Sprache nutzt man dafür keine Zahlen, sondern Wörter als unscharfe Wahrheitswerte (sehr viel, sehr, ziemlich warm, nicht sehr viel, nicht sehr groß, mittelmäßig, selten...) Fallen Ihnen weitere Beispiele ein? Man nennt solche unscharfen Beschreibungen linguistische Variablen, die einem bestimmten Gültigkeitsbereich zugeordnet sind und zwischen 0 und der Wahrheit entsprechen. Jede linguistische Variable bildet also eine unscharfe Menge, ein Fuzzy Set. Alle FuzzySets eines Prozesses werden Zugehörigkeitsfunktionen genannt. Hier ein Beispiel: Die Temperaturbereiche eines Kessels lassen sich in niedrig, mittel, hoch und sehr hoch einteilen. Laut Erfahrungen des Bedienpersonals ist die Temperatur niedrig mittel hoch sehr hoch 0-00 C 0 50 200 400 C 0 0 200 400 600 C 0 0 400 600... C 0 Geometrisch lassen sich diese FuzzySets u.a. als Dreiecksfunktionen darstellen: Wahrheitsgehalt niedrig mittel hoch sehr hoch Fuzzy Sets basieren auf Erfahrungen 0 00 200 300 400 500 600 700 T [ C] Wie arbeitet man nun mit solchen fusseligen Aussagen? Bleiben wir hier bei diesem Beispiel: Ein bestimmter, exakter Wert soll einem oder mehreren Fuzzysets zugeordnet werden, um die analoge Beschreibung zu erhalten. Diese braucht man schließlich, um später mit einem unscharfen Regelsystem arbeiten zu können. Arbeitsblätter Einführung in die Fuzzy logic Seite 3

Unser Eingangswert sei 225 C. Wahrheitsgehalt 0,2 0 niedrig mittel hoch sehr hoch 00 200 225 300 400 500 600 700 T [ C] Fuzzifizierung ist die Überführung der exakten, digitalen Größe in eine analoge unscharfe Beschreibung Die Zugehörigkeit zu den einzelnen FuzzySets kann wie folgt beschrieben werden: 225 C entspricht zu 20 % einer hohen Temperatur zu 80 % einer mittleren Temperatur Beispiele für analoge Beschreibungen: Wenn es sehr kalt im Raum ist, so öffne die Heizung Wenn es nicht warm genug ist, so öffne die Heizung ein wenig. Ich besuche Dich gegen 3.00 Uhr. Ich besuche Dich Punkt 3.00 Uhr. Diese Aussage ist ungenau, aber mit großer Wahrscheinlichkeit richtig. Diese Aussage ist exakt, aber mit großer Wahrscheinlichkeit falsch. Wie gehen Sie beim Einparken eines Autos in eine Parklücke vor? Wozu muß nun eigentlich fuzzifiziert werden, wenn man doch so schöne exakte Eingangsdaten hat? Diese exakten Angaben nutzen in der Praxis doch wenig, weil hier auch sehr viele Aussagen auf Ungenauigkeiten beruhen: Iß nicht so viel! Fahr nicht so schnell! Das ist aber teuer. Wenn Du wenig verträgst, dann trinke nicht so viel! Wenn Du oft in Stralsund zu tun hast, dann ziehe in die Nähe der Stadt. Wieviel Kekse? Wieviel km/h? Wieviel DM? Arbeitsblätter Einführung in die Fuzzy logic Seite 4

Beim Steuern Prozessen bewirken unscharfe Eingangsgrößen auch unscharfe Ausgänge (Faustregeln). Da die Steuerung Prozessen meistens mehreren Kriterien abhängt und diese noch dazu unscharf sind, wird für alle darin auftretenden linguistischen Variablen FuzzySets beschrieben, also für Eingangs- und Ausgangsgrößen. Danach wird ein Regelsystem aufgestellt, in dem Eingangs- und Ausgangsgrößen einander abhängig sind. also z.b.:. Wenn die Temperatur hoch und der Druck mittelmäßig ist, so ist das Ventil ein wenig zu öffnen. 2. Wenn die Temperatur niedrig und der Druck niedrig ist, so ist das Ventil weit zu öffnen. usw. Nachdem die Eingangsgrößen fuzzifiziert wurden, werden alle Regeln ausgewertet. Nicht jede Regel gilt für einen bestimmten Zustand, die eine mehr, die andere weniger. Die einzelnen Anteile der FuzzySets jeder gültigen Regel werden überlagert. Je nachdem erhält man einen breiten Bereich, in dem die zu steuernde Ausgangsgröße liegt. Das nutzt zum Steuern nicht viel. Also muß der Bereich in eine exakte Ausgangsgröße umgewandelt werden. Das erhält man durch die Ermittlung des Schwerpunktes (exakt). Die Ausgangsgröße Ventilöffnung könnte z.b. so aussehen: weit sehr weit Ein Regelsystem beschreibt alle Zustände eines Systems. Defuzzifizierung ist die Umwandlung der unscharfen Ergebnisse in einen exakten Wert. Wahrheitsgehalt 3 4 5 Ventilöffnung [m³] 3,75 defuzzifizierter, exakter Wert Und nun wünsche ich für unser Beispiel, das Ballonfahren, eine weiche Landung. Arbeitsblätter Einführung in die Fuzzy logic Seite 5

Arbeitsblätter Einführung in die Fuzzy logic Seite 6