1. Quá trình phát triển của logic mờ
Logic mờ được cơng bố lần đầu tiên tại Mỹ vào năm 1965. Cha đẻ của nĩ là Lotfi Zadeh, giáo sư về lý thuyết hệ thống tại trường đại học Berkeley, bang California. Kể từ đĩ, logic mờ đã cĩ nhiều phát triển qua các chặng đường sau : phát minh ở Mỹ, áp dụng ở Châu Âu và đưa vào các sản phẩm thương mại ở Nhật.
a) Ứng dụng cơng nghiệp đầu tiên ở Châu Aâu
Ứng dụng đầu tiên của logic mờ vào cơng nghiệp được thực hiện ở Châu Aâu, khoảng sau năm 1970. Tại trường Queen Mary ở Luân Đơn – Anh, Ebrahim Mamdani dùng logic mờ để điều khiển một máy hơi nước mà trước đây ơng ấy khơng thể điều khiển được bằng các kỹ thuật cổ điển. Và tại Đức, Hans Zimmermann dùng logic mờ cho các hệ ra quyết định. Liên tiếp sau đĩ, logic mờ được áp dụng vào các lĩnh vực khác như điều khiển lị xi măng, … nhưng vẫn khơng được chấp nhận rộng rãi trong cơng nghiệp. Cĩ một số ít ứng dụng dùng nĩ nhưng dấu đi cụm từ logic mờ mà thay bằng các từ ngữ như “logic đa giá trị” hay “logic liên tục”.
Kể từ năm 1980, logic mờ đạt được nhiều thành cơng trong các ứng dụng ra quyết định và phân tích dữ liệu ở Châu Aâu. Nhiều kỹ thuật logic mờ cao cấp được nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này.
b) Nhật Bản vươn lên dẫn đầu
Cảm hứng từ những ứng dụng của Châu Aâu, các cơng ty của Nhật bắt đầu dùng logic mờ vào kỹ thuật điều khiển từ năm 1980. Nhưng do các phần cứng chuẩn tính tốn theo giải thuật logic mờ rất kém nên hầu hết các ứng dụng đều dùng các phần cứng chuyên về logic mờ. Một trong những ứng dụng dùng logic mờ đầu tiên tại đây là nhà máy xử lý nước của Fuji Electric vào năm 1983, hệ thống xe điện ngầm của Hitachi vào năm 1987.
Những thành cơng đầu tiên đã tạo ra nhiều quan tâm ở Nhật. Cĩ nhiều lý do để giải thích tại sao logic mờ được ưa chuộng. Thứ nhất, các kỹ sư Nhật thường bắt đầu từ những giải pháp đơn giản, sau đĩ mới đi sâu vào vấn đề. Phù hợp với việc logic mờ cho phép tạo nhanh các bản mẫu rồi tiến đến việc tối ưu. Thứ hai, các hệ dùng logic mờ đơn giản và dễ hiểu. Sự “thơng minh” của hệ khơng nằm trong các hệ phương trình vi phân hay mã nguồn. Cũng như việc các kỹ sư Nhật thường làm việc theo tổ, địi hỏi phải cĩ một giải pháp để mọi người trong tổ đều hiểu được hành vi của hệ thống, cùng chia sẽ ý tưởng để tạo ra hệ. Logic mờ cung cấp cho họ một phương tiện rất minh bạch để thiết kế hệ thống. Và cũng do nền văn hĩa, người Nhật khơng quan tâm đến logic Boolean hay logic mờ; cũng như trong tiếng Nhật , từ “mờ’ khơng mang nghĩa tiêu cực.
Do đĩ, logic mờ được dùng nhiều trong các ứng dụng thuộc lĩnh vực điều khiển thơng minh hay xử lý dữ liệu. Máy quay phim và máy chụp hình dùng logic mờ để chứa đựng sự chuyên mơn của người nghệ sĩ nhiếp ảnh. Misubishi thơng báo về chiếc xe đầu tiên trên thế giới dùng logic mờ trong điều khiển, củng như nhiều hãng chế tạo xe khác của Nhật dùng logic mờ trong một số thành phần. Trong lĩnh vực tự động hĩa, Omron Corp. cĩ khoảng 350 bằng phát minh về logic mờ. Ngồi ra, logic mờ cũng được dùng để tối ưu nhiều quá trình hĩa học và sinh học.
c) Châu Âu đuổi theo Nhật
Năm năm trơi qua, các tổ hợp Châu Aâu nhận ra rằng mình đã mất một kỹ thuật chủ chốt vào tay người Nhật và từ đĩ họ đã nỗ lực hơn trong việc dùng logic mờ vào các ứng dụng của mình. Đến nay, cĩ khoảng 200 sản phẩm bán trên thị trường và vơ số ứng dụng trong điều khiển quá trình – tự động hĩa dùng logic mờ. Từ những thành cơng đạt được, logic mờ đã trở thành một kỹ thuật thiết kế “chuẩn” và được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng.
d) Logic mờ ở Mỹ
Trong những năm gần đây, logic mờ thu được nhiều quan tâm ở Mỹ, nhất là trong những cơng ty cạnh tranh với Châu Aâu và Châu Á. Tuy nhiên cĩ nhiều tranh cãi về khả năng chiến thắng của Mỹ trong lĩnh vực này bởi nhiều lý do. Thứ nhất, những ứng dụng được thực hiện tại Nhật là những sản phẩm mà các nhà sản xuất của Mỹ khơng cạnh tranh với Nhật. Cơ bản là khơng cĩ một nhà sản xuất điện tử giải trí nào của Mỹ cĩ mặt trên thị trường thế giới; việc dùng logic mờ trong camcorder, camera, hifi chỉ là nhằm tăng thêm khả năng cạnh tranh giữa các cơng ty Nhật mà thơi. Ơû Châu Aâu, các ứng dụng logic mờ chủ yếu tập trung vào tự động hĩa cơng nghiệp do giá lao động cao. Trong các lĩnh vực khác, như là ngành chế tạo ơtơ, Mỹ phải đối mặt với các đối thủ đến từ Châu Aâu và Nhật. Và các nhà sản xuất Mỹ trong lĩnh vực này buộc phải dùng kỹ thuật thiết kế logic mờ.
Điều này tạo ra nhiều phân khúc thị trường cho Mỹ, như là dùng logic mờ trong các hệ ra quyết định, bộ nhớ, bộ điều khiển đĩa cứng, cũng như các giải thuật nén dùng cho âm thanh và hình ảnh. Và các ứng dụng trong truyền thơng như loại bỏ tiếng ồn, tìm đường trong mạng, hay nhận dạng tiếng nĩi cũng thu được nhiều kết quả từ logic mờ.
2) Cơ sở tốn học của logic mờ
Logic mờ và xác xuất thơng kê đều nĩ về sự khơng chắn chắn. Tuy nhiên mỗi lĩnh vực định nghĩa một khái niệm khác nhau về đối tượng.
a) Sự khơng chắc chắn theo thống kê : liên quan đến sự xuất hiện của một sự kiện chắc chắn. Xét phát biểu sau : kiện chắc chắn. Xét phát biểu sau :
Xác suất trúng đích là 0,8
Bản thân của sự kiện này (trúng đích) đã được định nghĩa rõ ràng. Sự khơng chắc chắn ở đây là cĩ trúng đích hay khơng, và được định lượng bởi mức độ xác suất (trong trường hợp này là 0,8). Loại phát biểu này cĩ thể được xử lý và kết hợp với các phát biểu khác bằng phương pháp thống kê, như là xác suất cĩ điều kiện chẳng hạn.
b) Sự khơng chắc chắn trong ngữ nghĩa : liên quan đến ngơn ngữ của con người, tức là liên quan đến sự khơng chính xác trong các từ ngữ mà con người dùng người, tức là liên quan đến sự khơng chính xác trong các từ ngữ mà con người dùng để ước lượng vấn đề và rút ra kết luận. Ví dụ như các từ mơ tả nhiệt độ như : “nĩng”, “lạnh”, hay “ấm” – khơng cĩ một giá trị chính xác để gán cho các từ này – bao nhiêu độ là lạnh : 2C hay -2C ? … và các khái niệm này cũng khác nhau đối với những người khác nhau : người này lạnh nhưng người khác thì khơng.
Mặc dù các khái niệm khơng được định nghĩa chính xác nhưng con người vẫn cĩ thể sử dụng chúng cho các ước lượng và quyết định phức tạp. Bằng sự trừu tượng và ĩc suy nghĩ, con người cĩ thể giải quyết câu nĩi mang ngữ cảnh phức tạp mà rất khĩ cĩ thể mơ hình bởi tốn học chính xác. Xét phát biểu :
Cĩ thể chúng ta sẽ thành cơng trong năm học này
Mới nhìn qua thì phát biểu này rất giống phát biểu trên. Tuy nhiên, cĩ một số khác biệt quan trọng. Thứ nhất, bản thân sự kiện khơng được định nghĩa rõ ràng. Đối với một số sinh viên thì năm học thành cơng là khơng phải học lại mơn nào. Đối với một số sinh viên khác thì năm học thành cơng là số điểm bình quân năm nay tăng hơn năm trước. Nhưng ngay cả trong trường hợp này cũng khơng cĩ một ngưỡng qui định sự thành cơng (tăng hơn bao nhiêu điểm ?).
Một khác biệt nữa là ở xác xuất : trong khi phát biểu trên mơ tả xác suất theo tốn học thì phát biểu này khơng cĩ một giá trị định lượng về xác suất.
c) Mơ hình sự khơng chắc chắn theo ngữ vựng :
Như đã nĩi trên, mặc dù dùng những phát biểu khơng mang tính định lượng nhưng con người vẫn cĩ thể thành cơng trong các ước lượng phức tạp. Trong nhiều trường hợp, con người dùng sự khơng chắc chắn này để tăng thêm độ linh hoạt. Như trong hầu hết xã hội, hệ thống luật pháp bao gồm một số luật, mỗi luật mơ tả một tình huống. Ví dụ một luật qui định tội trộm xe phải bị tù 2 năm, một luật khác lại giảm nhẹ trách nhiệm. Và trong một phiên tịa, chánh án phải quyết định số ngày phạt tù của tên trộm dựa trên mức độ rượu trong người, trước đây cĩ tiền án hay tiền sự khơng, … từ đĩ kết hợp lại đưa ra một quyết định cơng bằng.
3) Logic mờ là logic của con người
Trong thực tế, ta khơng định nghĩa một luật cho một trường hợp mà định nghĩa một số luật cho các trường hợp nhất định. Khi đĩ những luật này là những điểm rời rạc của một tập các trường hợp liên tục và con người xấp xỉ chúng. Gặp một tình huống cụ thể, con người sẽ kết hợp những luật mơ tả các tình huống tương tự. Sự xấp xỉ này dựa trên sự linh hoạt của các từ ngữ cấu tạo nên luật, cũng như sự trừu tượng và sự suy nghĩ dựa trên sự linh hoạt trong logic của con người.
Để thực thi logic của con người trong kỹ thuật cần phải cĩ một mơ hình tốn học của nĩ. Từ đĩ logic mờ ra đời như một mơ hình tốn học cho phép mơ tả các quá trình quyết định và ước lượng của con người theo dạng giải thuật. Dĩ nhiên cũng cĩ giới hạn, đĩ là logic mờ khơng thể bắt chước trí tưởng tượng và khả năng sáng tạo của con người. Tuy nhiên, logic mờ cho phép ta rút ra kết luận khi gặp những tình huống khơng cĩ mơ tả trong luật nhưng cĩ sự tương đương. Vì vậy, nếu ta mơ tả những mong muốn của mình đối với hệ thống trong những trường hợp cụ thể vào luật thì logic mờ sẽ tạo ra giải pháp dựa trên tất cả những mong muốn đĩ.
4) So sánh logic mờ với lý thuyết xác suất thống kê
Khơng thể làm phép so sánh giữa hai lĩnh vực này bởi vì sự khơng chắc chắn theo thống kê và sự khơng chắc chắn theo ngữ vựng cĩ bản chất khác nhau. Mỗi lĩnh vực cĩ một đối tượng phục vụ của riêng nĩ, được con người tạo ra nhằm phục vụ cho mục đích của con người.