Suy diễn trong logic ngôn ngữ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ──────── * ─────── ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN SUY DIỄN TRONG LOGIC NGÔN NGỮ Sinh viên thực : Nguyễn Ngọc Đức Lớp : Hệ thống thông tin – K50 Giáo viên hướng dẫn : TS Trần Đức Khánh HÀ NỘI 6-2010 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên: Họ tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Đức Điện thoại liên lạc 0904822987 Email: ducps2@gmail.com Lớp: Hệ thống thông tin Hệ đào tạo: Đại học Đồ án tốt nghiệp thực tại: P923 – Thư viện Tạ Quang Bửu – ĐH BKHN Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 01/03 /2010 đến 20 /05 /2010 Mục đích nội dung ĐATN Nghiên cứu phương pháp suy diễn logic ngôn ngữ Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN - Nghiên cứu logic ngôn ngữ đại số gia tử - Nghiên cứu logic mờ - Suy diễn xử lý trực tiếp ngôn ngữ hợp giải mờ - Hệ thống suy diễn ngôn ngữ theo phương thức Mamdani Lời cam đoan sinh viên: Tôi – Nguyễn Ngọc Đức - cam kết ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Trần Đức Khánh Các kết nêu ĐATN trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày20 tháng5 năm 2010 Tác giả ĐATN Nguyễn Ngọc Đức Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ: Hà Nội, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn TS Trần Đức Khánh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Con người thường sử dụng ngôn ngữ tự nhiên để suy nghĩ, để lấy làm lý đưa định Tuy nhiên, ngôn ngữ sử dụng tự nhiên thường mơ hồ khơng xác Vì logic ngôn ngữ hay logic phi cổ điển mà bắt nguồn từ lý thuyết tập mờ đưa L A Zadeh để sử dụng cho trình suy diễn người Tuy nhiên, lý thuyết tập mờ truyền thống giải hiệu thuật ngữ ngôn ngữ Trong nghiên cứu này, ta tìm hiểu cấu trúc đại số cho miền ngôn ngữ phát triển phương thức cho suy diễn logic ngôn ngữ Cấu trúc đại số đại số gia tử sử dụng kết hợp với phương pháp hợp giải mờ Chúng ta áp dụng để giải vấn đề điều khiển mờ Bố cục báo cáo chia thành chương Chương I: Giới thiệu chung đại số gia tử, logic ngơn ngữ q trình suy diễn logic ngơn ngữ Chương II: Ta tìm hiểu chi tiết đại số gia tử, logic ngôn ngữ ứng dụng vào suy diễn mờ Chương III: Tìm hiểu tốn suy diễn mờ với hệ thống điều khiển mờ theo phương thức Mamdani Chương IV: Ta tìm hiểu chi tiết logic mờ phương thức hợp giải mờ, cài đặt thuật toán cho phương thức hợp giải mờ Chương V: Kết luận hướng phát triển Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT ABSTRACT OF THESIS People use natural languages to think, to reason, deduce conclusions, and to make decision But natural languages are inherently imprecise,vague and qualitative in nature So, linguistic logic or non-classical logic which is based on fuzzy set theory introduced by L A Zadeh has been intensively developed and founded for modeling human reasoning processes However, the traditonal fuzzy set theory cannot handle liguistic terms directly In our approach, we have constructed algebraic structures to model linguistic terms This is hedge algebra combined with fuzzy resolution principle In particular, our approach can be applied to fuzzy control problems Content of Thesis: Chapter 1: Introduction of lingustic logic, hedge algebra and lingustic reasoning Chapter 2: Hedge algebras, linguistic-valued logic and their application to fuzzy resoning Chapter 3: Fuzzy control based on Mamdani’s method Chapter 4: Fuzzy resolution principle Chapter 5: Conclusion and future work Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT MỤC LỤC Bảng mục hình vẽ Bảng mục Lời cảm ơn Chương 1: Giới thiệu chung .7 Chương 2: Đại số gia tử, logic ngôn ngữ và các ứng dụng vào suy diễn mờ 2.1 Đại số gia tử 2.1.1 Định nghĩa .8 2.1.2 Đại số gia tử đối xứng và logic ngôn ngữ 10 2.1.3 Sự sàng lọc của đại số gia tử 11 2.2 Suy diễn bằng cách xử lý trực tiếp logic ngôn ngữ 12 2.3 Phương thức suy diễn mờ đa điều kiện dựa đại số gia tử topology 15 Chương 3: Hệ thống suy diễn ngôn ngữ - Điều khiển mờ 20 3.1 Tổng quan 20 3.2 Logic mờ 21 3.2.1 Tập mờ 21 3.2.2 Các hàm thành viên 24 3.3.3 Các toán tử logic 31 3.3 Hệ thống suy diễn ngôn ngữ mờ .33 3.4 Phương thức suy diễn Mamdani 36 3.4.1 Bước 1: Đánh giá giả thiết cho luật .37 3.4.2 Bước 2: Tìm kết luận quy tắc 38 3.4.3 Bước 3: Tìm kết luận trình suy diễn 39 3.4.4 Bước 4: Giải mờ (defuzzification) 40 3.4.5 Bước 5: Tổng hợp kết luận 41 3.5 Cài đặt hệ thống suy diễn ngôn ngữ 43 3.6 Kết luận .48 Chương 4: Logic mờ các phương thức hợp giải mờ .49 4.1 Giới thiệu 49 4.2 Logic mờ 49 4.3 Hợp giải mờ cho mệnh đề logic 57 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT 4.4 Tính đầy đủ của hợp giải mờ .59 4.5 Cài đặt thuật toán hợp giải mờ 59 4.6 Kết luận .63 Chương 5: Kết luận hướng phát triển 64 Tài liệu tham khảo 66 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT Bảng mục hình vẽ Hình 2-1 Biểu đồ f(H(x)) .15 Hình 2-2 : Ví dụ 17 Hình 2-3: Ví dụ 17 Hình 2-4: Ví dụ 18 Hình 3-1: Ví dụ tập hợp cổ điển 20 Hình 3-2: Ví dụ tập mờ 21 Hình 3-3: Đồ thị so sánh tập mờ tập cổ điển 22 Hình 3-4: Đồ thị liên tục giá trị chân lý tập mờ tập cổ điển – VD1 22 Hình 3-5: Đồ thị liên tục giá trị chân lý tập mờ tập cổ điển – VD2 23 Hình 3-6: Đồ thị biểu diễn chiều cao tập mờ tập cổ điển 24 Hình 3-7: Đồ thị hàm tam giác .25 Hình 3-8: Cơng thức tính giá trị mờ hàm tam giác 25 Hình 3-9: Đồ thị hàm hình thang 26 Hình 3-10: Cơng thức tính giá trị mờ hàm hình thang .26 Hình 3-11: Đồ thị hàm hình thang phải 27 Hình 3-12: Cơng thức tính giá trị chân lý hàm hình thang phải .27 Hình 3-13: Đồ thị hàm hình thang trái 28 Hình 3-14: Cơng thức tính giá trị chân lý hàm hình thang trái 28 Hình 3-15: Đồ thị hàm Gaus 29 Hình 3-16: Cơng thức tính giá trị chân lý hàm Gaus .29 Hình 3-17: Đồ thị số hàm thành viên đặc biệt .30 Hình 3-18: Bảng giá trị chân lý toán tử logic logic truyền thống .30 Hình 3-19: Bảng giá trị chân lý toán tử logic logic mờ 31 Hình 3-20: Đồ thị biểu diễn giá trị chân lý logic mờ logic truyền thống với toán tử logic 31 Hình 3-21: Mơ hình hệ thống suy diễn logic ngôn ngữ 33 Hình 3-22: Phân loại phương thức suy diễn logic ngơn ngữ 34 Hình 3-23: Mơ hình tốn đánh giá tiền boa nhà hàng 35 Hình 3-24: Mơ hình tính giá trị chân lý (mờ hóa) 36 Hình 3-25: Mơ hình tính giá trị chân lý hệ thống có nhiều biến 37 Hình 3-26: Mơ hình bước mờ hóa 38 Hình 3-27: Mơ hình q trình suy diễn 39 Hình 3-28: Mơ hình trình giải mờ đầu 40 Hình 3-29: Mơ hình chung trình suy diễn 41 Hình 3-30: Mơ hình chi tiết q trình suy diễn tốn ví dụ 41 Hình 3-31: Đồ thị lớp thư viện FuzzyLC.dll 42 Hình 3-32: Cấu hình chung hệ thống .45 Hình 3-33: Cài đặt biến ngơn ngữ 45 Hình 3-34: Cài đặt luật suy diễn .46 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT Hình 3-35: Kết 46 Hình 4-1: Quy tắc hợp giải .60 Hình 4-2 : Cấu trúc file data 61 Hình 4-3: Kết chương trình 61 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT Bảng mục Từ viết tắt Ý nghĩa Nghĩa tiếng Việt FLC Fuzzy Logic Control Trình điều khiển logic mờ FIS Fuzzy Infenrence System Hệ thống suy diễn mờ MFs Memebership Functions Các hàm thành viên Trimf Triangle Memebership Fucntion Hàm tam giác Trapmf Trapezoid Memebership Fucntion Hàm hình thang FRP Fuzzy Resolution Principle Phương pháp hợp giải mờ HA Hedge algebras Đại số gia tử fm fuzziness measure Số đo độ mờ cd Contradictory degree Độ mâu thuẫn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT Lời cảm ơn Có thể nói đồ án tốt nghiệp đánh dấu bước ngoặt lớn đời sinh viên nói chung thân em nói riêng, báo hiệu chặng đường đời bắt đầu Em xin chân thành cảm ơn thầy, cán môn Hệ thống thông tin viện Công nghệ thông tin truyền thông Các thầy tạo điều kiện sở vật chất tinh thần cho em nghiên cứu làm đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy giáo TS Trần Đức Khánh người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đề tài Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn lớp Hệ thống thông tin bạn viện giúp đỡ thời gian vừa qua Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình,bạn bè mình, người chỗ dựa tinh thần vững tạo điều kiện thuận lợi cho em q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp Hà Nội, 20 tháng năm 2010 Sinh viên : Nguyễn Ngọc Đức Lớp : Hệ thống thông tin K50 Đại học Bách Khoa Hà Nội Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Đức – K50 – HTTT – Viện CNTT&TT