Нечеткая логика. Понятная и простая на первый взгляд теория, которая таит в своих недрах столько тайн и возможностей. Почему она стала причиной ожесточенных споров между учеными всего мира? Почему одни считали эту теорию - ключом к компьютерам будущего, а другие - обвиняли в лженаучности. Раньше в США нечеткую логику даже хотели исключить из вузовских учебников, а теперь продуктами ее труда пользуются военные, финансисты, производственники и домохозяйки.

Одним из самых первых результатов применения этой теории стало создание управляющего микропроцессора на основе нечеткой логики, с помощью которого решалась задача управления зенитной ракетой, сбивающей межконтинентальные ракеты противника. Идею военных подхватили промышленники и финансисты, причем японские. Если в Америке с ее прагматическим умом и любовью к точности нечеткая логика запрещалась, то в Японии она пришлась как раз кстати. Нечеткие высказывания и построения созвучны восточной философии. Кстати, по той же причине, я думаю, среди ученых, развивающих это направление, много женщин.

Японцы же довели практическое воплощение нечеткой логики до совершенства. Можно много рассказывать об автоматических прокатных станах, интеллектуальных складах и безлюдных производствах, созданных с использованием нечеткой логики.

Однако, пожалуй, более впечатляющим выглядит применение нечеткой логики в дешевых изделиях массового рынка - пылесосах, видеокамерах, микроволновых печах и т.п. Пионером в применении нечеткой логики в бытовых изделиях выступила фирма Matsuhita. В феврале 1991 года она анонсировала первую <интеллектуальную> стиральную машину, в системе управления которой сочетались нечеткая логика и нейронная сеть. Автоматически определяя нечеткие входные факторы (объем и качество белья, уровень загрязненности, тип порошка и т.д.), стиральная машина безошибочно выбирала оптимальный режим стирки из 3800 возможных.

А спустя пару лет применение нечеткой логики в японской бытовой технике стало повсеместным. Параллельно с использованием нечеткой логики в системах управления, предпринимались энергичные усилия по созданию на ее основе нового поколения экспертных систем, адаптированных к условиям реального мира.

Отдельного рассказа заслуживает опыт применения нечеткой логики в финансовой сфере. Для решения сложнейших задач прогнозирования различных финансовых индикаторов банкиры и финансисты используют дорогостоящие комплексные системы, в состав которых входит и нечеткая логика.

Теперь США и Европа тоже развивают эту технологию. В Японии каждый год выдается огромное количество патентов и свидетельств, основанных именно на этом. Японцам больше всего пришлось по душе нечеткое управление, которое они и применяют в системах метрополитена, управлении роботами, контроле над автомобильными двигателями, предсказании землетрясений, автобусных расписаниях, распознавании почерка и даже контроле над ядерными реакторами.

В Японии исследования по нечеткой логике широко поддерживаются огромным бюджетом. В Европе и США сделаны усилия, чтобы догнать огромный японский успех. Например, небезызвестное агентство NASA занято применением нечеткой логики для комплексной стыковки - маневров.

Так в чем же секрет нечетких построений? Итак, в обыкновенной логике существуют только две оценки. Если элемент принадлежит множеству, то 1, если не принадлежит, то 0. Например: есть множество шоколадных конфет. Они могут быть либо вкусными, либо нет. Это в обыкновенной логике. А предположим, что конфета - так себе, но невкусной ее все же не назовешь. Как быть? Человек говорит себе так: эта конфета скорее вкусная, чем нет. То есть делает предположение, высказывание. Или извечная тема - погода. Мы говорим - "кажется тепло" или "скорее холодно, чем тепло" и т.д. Нечеткая логика - это способ сгладить углы 0 и 1 и приблизить программирование компьютеров к мышлению человека.

Кстати, придумал эту теорию Лотфи А.Заде (Иран), профессор информатики в Университете Калифорнии в Беркли. (Об этом выдающемся человеке речь пойдет в одном из ближайших номеров).

Чтобы стало еще понятнее, рассмотрим маленький пример:

Предположим, что вы измеряете температуру своему ребенку. Понятно, что высокая температура - это где-то выше 37,8. В обычной логике, все, что выше 37,8 - высокая температура (логическая единица 1). Все что ниже 37,8 - низкая (логический ноль 0). Получается, что 37,75 - низкая температура, а 37,81 - уже высокая. В нечеткой логике вводится понятие функции принадлежности. В нашем примере функция принадлежности понятию высокая температура для 37, 81 будет равна 1, а функция принадлежности для 37,75 будет 0,9 (например).

Еще один пример. Пусть имеется множество молодых людей. Как определить это понятие в четкой логике. Пусть вы скажете молодые люди - это от 15 и до 35 лет. А что же человек, которому 36 лет - уже старичок и ему пора зубы ложить на полку ? Как-то некрасиво получается. Нечеткая логика позволяет ослабить такое строгое разделение на старых и молодых. Обычно человек мыслит так - да, Ваня почти молодой человек или да он еще молодой, но возраст скоро даст о себе знать. Если в первом случае для обычной логики элементы множества кодировались компьютером как 0(старый) или 1 (молодой), то Мы же теперь введем значения - промежуточные между 0 и 1.

Теперь Вы знаете, что такое нечеткое множество. На закуску, рассмотрим применения этого дела для обогрева дома - очень актуально в преддверии зимы:

Последнее время в связи с экологической обстановкой, уменьшением количества природных ресурсов требуется экономный обогрев помещений, чтобы зря не подогревать улицу. С помощью нечеткого управления можно поддерживать нужную температуру в помещении, экономя при этом энергию, затрачиваемую на обогрев.

Итак. Если температура внутри дома выше, чем снаружи, то всем понятно, дом будет охлаждаться, если мы не будем его обогревать изнутри сами. Или наоборот - если в доме слишком жарко, то можно открыть окна или дверь, чтобы сделать температуру в помещении нормальной для житья - бытья. Что мы имеем? Мы имеем бак с водой. Вода из этого бака поступает в батареи в каждой комнате. Если температура в какой-то комнате ниже желаемой, то специальный контроллер говорит, добавь горячей водички в радиатор. Водичка добавляется и температура батареи и комнаты увеличивается. Холодная вода возвращается в бак, где опять нагревается. Скорость увеличения температуры в доме зависит от температуры в батареях. Если там температура 70 градусов, то дом обогревается быстрее, чем если там - 50 градусов. Если разница между температурой снаружи и внутри высока, то на обогрев дома необходимо много энергии. Если вода в батареях не достаточно теплая, то дом со временем охлаждается. С другой стороны, если использовать слишком горячую воду, то в доме будет пустыня Сахара и перерасход энергии. Для того чтобы вода была нужной температуры, устанавливается нечеткий контроллер, который подает нужную температуру в зависимости от показаний сенсора, расположенного вне дома. Упрощенно, мы можем написать следующие правила для контроллера:

ЕСЛИ температура в доме немного ниже необходимой, а температура снаружи низкая, ТО необходимо немного подогреть воду в батареях.

ЕСЛИ температура в доме намного ниже необходимой, а температура снаружи низкая, ТО необходимо добавить много горячей воды в батареях.

И т.д...

Как видите. Все гениальное - как всегда просто.

(Очень рекоммендую для заинтересовавшихся прочитать статью Андрея МАСАЛОВИЧА -Нечеткая логика в бизнесе и финансах )