منطق فازي چيست؟
اشاره :
حتماً بارها شنيده‌ايد كه كامپيوتر از يك منطق صفر و يك تبعيت مي‌كند. در چارچوب اين منطق، چيزها يا درستند يا نادرست، وجود دارند يا ندارند. اما انيشتين مي‌گويد: <آن‌جايي كه قوانين رياضيات (كلاسيك) به واقعيات مربوط مي‌شوند، مطمئن نيستند و آنجا كه آن‌ها مطمئن هستند، نمي‌توانند به واقعيت اشاره داشته باشند.> هنگامي كه درباره درستي يا نادرستي پديده‌ها و اشيايي صحبت مي‌كنيم كه در دنياي واقعي با آن‌ها سروكار داريم، توصيف انيشتين تجسمي است از ناكارآمدي قوانين كلاسيك در علم رياضيات. از اين رو مي‌بينيم انديشه نسبيت شكل مي‌گيرد و توسعه مي‌يابد. در اين مقاله مي‌خواهيم به اختصار با منطق فازي آشنا شويم. منطقي كه دنيا را نه به صورت حقايق صفر و يكي، بلكه به صورت طيفي خاكستري از واقعيت‌ها مي‌بيند و در هوش مصنوعي كاربرد فراواني يافته است.
کجا اتومبيل خود را پارک مي کنيد؟
تصور كنيد يك روز مطلع مي‌شويد، نمايشگاه پوشاكي در گوشه‌اي از شهر برپا شده است و تصميم مي‌گيريد، يك روز عصر به اتفاق خانواده سري به اين نمايشگاه بزنيد. چون محل نمايشگاه كمي دور است، از اتومبيل استفاده مي‌كنيد، اما وقتي به محل نمايشگاه مي‌رسيد، متوجه مي‌شويد كه عده زيادي به آنجا آمده‌اند و پاركينگ نمايشگاه تا چشم كار مي‌كند، پر شده است.
اما چون حوصله صرف وقت براي پيدا كردن محل ديگري جهت پارك اتومبيل نداريد، با خود مي‌گوييد: <هر طور شده بايد جاي پاركي در اين پاركينگ پيدا كنم.> سرانجام در گوشه‌اي از اين پاركينگ محلي را پيدا مي‌كنيد كه يك ماشين به طور كامل در آن جا نمي‌شود، اما با كمي اغماض مي‌شود يك ماشين را در آن جاي داد، هرچند كه اين ريسك وجود دارد كه فضاي عبور و مرور ديگر خودروها را تنگ كنيد و آن‌ها هنگام حركت به خودرو شما آسيب برسانند. اما به هرحال تصميم مي‌گيريد و ماشين خود را پارك مي‌كنيد.
بسيارخوب! اكنون بياييد بررسي كنيم شما دقيقاً چه كار كرديد؟ شما دنبال جاي توقف يك اتومبيل مي‌گشتيد. آيا پيدا كرديد؟ هم بله، هم نه. شما در ابتدا مي‌خواستيد ماشين را در جاي مناسبي پارك كنيد. آيا چنين عملي انجام داديد؟ از يك نظر بله، از يك ديدگاه نه. در مقايسه با وقت و انرژي لازم براي پيدا كردن يك مكان راحت براي توقف خودرو، شما جاي مناسبي پيدا كرديد. چون ممكن بود تا شب دنبال جا بگرديد و چنين جايي را پيدا نكنيد. اما از اين نظر كه اتومبيل را در جايي پارك كرديد كه فضاي كافي براي قرارگرفتن ماشين شما نداشت، نمي‌توان گفت جاي مناسبي است.
اگر به منطق كلاسيك در علم رياضيات مراجعه كنيم و اين پرسش را مطرح نماييم كه قبل از ورود به پاركينگ چند درصد احتمال مي‌داديد جايي براي پارك‌كردن پيدا كنيد، پاسخ بستگي به اين دارد كه واقعاً چه تعداد مكان مناسب (فضاي كافي) براي توقف خودروها در آنجا وجود داشت؟ اگر به حافظه خود رجوع كنيد، شايد به ياد بياوريد كه هنگام ورود به پاركينگ و چرخيدن در قسمت‌هاي مختلف آن، گاهي خودروهايي را مي‌ديديد كه طوري پارك كرده‌اند كه مكان يك و نيم خودرو را اشغال كرده‌اند. بعضي ديگر نيز كج و معوج پارك كرده بودند و اين فكر از ذهن شما چندبار گذشت كه اگر صاحب بعضي از اين خودروها درست پارك كرده بودند، الان جاي خالي براي پارك كردن چندين ماشين ديگر هم وجود داشت.
به اين ترتيب علم رياضيات و آمار و احتمال در مواجهه با چنين شرايطي قادر به پاسخگويي نيست. اگر قرار بود بر اساس منطق صفر و يك يا باينري كامپيوتر، روباتي ساخته شود تا اتوميبل شما را در يك مكان مناسب پارك كند، احتمالش كم بود. چنين روباتي به احتمال زياد ناكام از پاركينگ خارج مي‌شد. پس شما با چه منطقي توانستيد اتومبيل خود را پارك كنيد؟ شما از منطق فازي استفاده كرديد.
دنياي فازي
مي‌پرسم <هوا ابري است يا آفتابي؟> پاسخ مي‌دهي: نيمه‌ابري. مي‌پرسم <آيا همه آنچه كه ديروز به من گفتي، راست بود؟> پاسخ مي‌دهي: بيشتر آن حقيقت داشت. ما در زندگي روزمره بارها از منطق فازي استفاده مي‌كنيم.
واقعيت اين است كه دنياي صفر و يك، دنيايي انتزاعي و خيالي است. به ندرت پيش مي‌آيد موضوعي صددرصد درست يا صددرصد نادرست باشد؛ زيرا در دنياي واقعي در بسياري از مواقع، همه‌چيز منظم و مرتب سرجايش نيست.تئوري مجموعه‌هاي فازي و منطق فازي را اولين بار پرفسور لطفي‌زاده در رساله‌اي به نام <مجموعه‌هاي فازي - اطلاعات و كنترل> در سال 1965 معرفي نمود. از نخستين روز تولد انديشه فازي، بيش از چهل سال مي‌گذرد. در اين مدت نظريه فازي، چارچوب فكري و علمي جديدي را در محافل آكادميك و مهندسي معرفي نموده و ديدگاه دانشمندان را نسبت به كمّ و كيف دنياي اطراف ما تغيير داده است. منطق فازي جهان‌بيني بديع و واقع‌گرايانه‌اي است كه به اصلاح شالوده منطق علمي و ذهني بشر كمك شاياني كرده‌است.
منطق فازي كاربردهاي متعددي دارد. ساده‌ترين نمونه يك سيستم كنترل دما يا ترموستات است كه بر اساس قوانين فازي كار مي‌كند. سال‌هاست كه از منطق فازي براي كنترل دماي آب يا ميزان كدرشدن آبي كه لباس‌ها در آن شسته شده‌اند در ساختمان اغلب ماشين‌هاي لباسشويي استفاده مي‌شود.
امروزه ماشين‌هاي ظرفشويي و بسياري از ديگر لوازم خانگي نيز از اين تكنيك استفاده مي‌كنند. منطق فازي در صنعت خودروسازي نيز كاربردهاي فرواني دارد. مثلاً سيستم ترمز و ABS در برخي از خودروها از منطق فازي استفاده مي‌كند. يكي از معروف‌ترين نمونه‌هاي به‌كارگيري منطق فازي در سيستم‌هاي ترابري جهان، شبكه مونوريل (قطار تك ريل) توكيو در ژاپن است. ساير سيستم‌هاي حركتي و جابه‌جايي بار، مثل آسانسورها نيز از منطق فازي استفاده مي‌كنند.
سيستم‌هاي تهويه هوا نيز به وفور منطق فازي را به‌كار مي‌گيرند. از منطق فازي در سيستم‌هاي پردازش تصوير نيز استفاده مي‌شود. يك نمونه از اين نوع كاربردها را مي‌توانيد در سيستم‌هاي <تشخيص لبه و مرز> اجسام و تصاوير(3) مشاهده كنيد كه در روباتيك نيز كاربردهايي دارد. به طور كلي خيلي از مواقع در ساختمان سيستم‌هاي تشخيص الگوها (Pattern Recognition) مثل سيستم‌هاي تشخيص گفتار و پردازش تصوير از منطق فازي استفاده مي‌شود.
منطق فازي و هوش منصوعي
جالب‌ترين كاربرد منطق فازي، تفسيري است كه اين علم از ساختار تصميم‌گيري‌هاي موجودات هوشمند، و در راس آن‌ها، هوش انساني، به دست مي‌دهد.
شايد يكي از جالب‌ترين كاربردهاي منطق فازي هوش مصنوعي در بازي‌هاي رايانه‌اي و جلوه‌هاي ويژه سينمايي باشد. فيلم ارباب حلقه‌ها را بخاطر بياوريد.شايد اگر بگوييم ارباب حلقه‌ها فيلمي تقريبا مجازي است، سخني به گزاف نگفته باشيم. بيشتر قسمت‌هاي اين فيلم اساسا درون کامپيوتر خلق شده‌اند و واقعيت خارجي ندارند.کارگردان فيلم نزد يک متخصص جلوه‌هاي ويژه رفت و از او خواست که نرم‌افزاري بسازد که بتواند 70 هزار سوار کار زره‌پوش در حال حرکت را همچنان که به کشتار و خونريزي مشغولند، شبيه سازي کند.
در اين برنامه متخصصان كامپيوتر و انيميشن ابتدا موجوداتي را به صورت الگو ايجاد كرده بودند و سپس به كمك منطق فازي مصداق‌هايي تصادفي از اين موجودات خيالي پديدآورده بودند كه حركات تصادفي - اما از پيش تعريف شده‌اي - در اعضاي بدن خود داشتند.
اين موجودات در حقيقت داراي نوعي هوش مصنوعي بودند و مي‌توانستند براي نحوه حركت دادن اعضاي بدن خود تصميم بگيرند. در عين حال تمام موجوداتي كه در يك لشكر به سويي مي‌تاختند يا با دشمني مي‌جنگيدند، از جهت حركت يكساني برخودار بودند و به سوي يك هدف مشخص حمله مي‌كردند.
اين ساختار كاملا‌ً پيچيده و هوشمند به فيلمسازان اجازه داده بود كه اين موجودات افسانه‌اي را در دنياي مجازي كامپيوتر به حال خود رها كنند تا به سوي دشمنان حمله كنند و اين همه بي‌ترديد بدون بهره‌گيري از منطق فازي امكان‌پذير نبود.
شركت Massive Software كه به دليل به‌كارگيري منطق فازي براي ايجاد هوش‌مصنوعي در طراحي لشكريان فيلم ارباب حلقه‌ها برنده جايزه اسكار شد، بعداً اين تكنيك را در فيلم‌هاي ديگري همچون I.Robot و King Kong نيز به‌كار برد. استفاده از منطق فازي براي هوشمند‌كردن موجودات نرم‌افزاري تنها گونه‌اي از كاربردهاي اين نظريه در هوش‌مصنوعي است. منطق فازي در هوشمند ساختن روبات‌هاي سخت‌افزاري نيز كاربردهاي زيادي دارد.
