模糊逻辑

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模糊逻辑(Fuzzy Logic)

　　模糊逻辑是指模仿人脑的不确定性概念判断、推理思维方式，对于模型未知或不能确定的描述系统，以及强非线性、大滞后的控制对象，应用模糊集合和模糊规则进行推理，表达过渡性界限或定性知识经验，模拟人脑方式，实行模糊综合判断，推理解决常规方法难于对付的规则型模糊信息问题。模糊逻辑善于表达界限不清晰的定性知识与经验，它借助于隶属度函数概念，区分模糊集合，处理模糊关系，模拟人脑实施规则型推理，解决因“排中律”的逻辑破缺产生的种种不确定问题 。

　　模糊逻辑，建立在多值逻辑基础上，运用模糊集合的方法来研究模糊性思维、语言形式及其规律的科学。

　　1965年美国数学家Zadeh首先提出了Fuzzy集合的概念，标志着Fuzzy数学的诞生。建立在二值逻辑基础上的原有的逻辑与数学难以描述和处理现实世界中许多模糊性的对象。Fuzzy数学与Fuzzy逻辑实质上是要对模糊性对象进行精确的描述和处理。L. Zadeh为了建立模糊性对象的数学模型，把只取0和1二值的普通集合概念推广为在[0，1]区间上取无穷多值的模糊集合概念，并用“隶属度”这一概念来精确地刻画元素与模糊集合之间的关系。正因为模糊集合是以连续的无穷多值为依据的，所以，模糊逻辑可看做是运用无穷连续值的模糊集合去研究模糊性对象的科学。把模糊数学的一些基本概念和方法运用到逻辑领域中，产生了模糊逻辑变量、模糊逻辑函数等基本概念。对于模糊联结词与模糊真值表也作了相应的对比研究。查德还开展了模糊假言推理等似然推理的研究，有些成果已直接应用于模糊控制器的研制。创立和研究模糊逻辑的主要意义有：

　　(1)运用模糊逻辑变量、模糊逻辑函数和似然推理等新思想、新理论，为寻找解决模糊性问题的突破口奠定了理论基础，从逻辑思想上为研究模糊性对象指明了方向。

　　(2)模糊逻辑在原有的布尔代数、二值逻辑等数学和逻辑工具难以描述和处理的自动控制过程、疑难病症的诊断、大系统的研究等方面，都具有独到之处。

　　(3)在方法论上，为人类从精确性到模糊性、从确定性到不确定性的研究提供了正确的研究方法。此外，在数学基础研究方面，模糊逻辑有助于解决某些悖论。对辩证逻辑的研究也会产生深远的影响。当然，模糊逻辑理论本身还有待进一步系统化、完整化、规范化。

　　欲弄清模糊逻辑的研究对象首先必须得清楚逻辑的研究对象，因为模糊逻辑只不过是在经典逻辑的基础之上发展起来的一门分支学科。只要搞清楚了逻辑的研究对象，那么模糊逻辑的研究对象也就容易理解了。那么到底什么是逻辑的研究对象呢?对这个问题有着各式各样的回答。“关于逻辑的对象，从大的方面说，可以分为以下几种观点：(1)逻辑是研究思维的；(2)逻辑是研究客观世界的；(3)逻辑是研究语言的；(4)逻辑是研究推理形式的有效性的。”这是国内著名的逻辑学学者陈波所作出的归纳。在书中陈波对以上四种观点进行了一一的剖析，指出了各种观点的优劣所在，最后他提出了自己的看法，他认为逻辑的研究对象是推理形式的有效性。这一观点在张清宇主编的《逻辑哲学九章》中李小五撰写的第一章《什么是逻辑》也得到了认可。通俗地说就是：逻辑研究的对象就是推理的正确性。更严格(更带学术性)地说就是：逻辑研究的对象就是推理形式的有效性。

　　逻辑研究的对象就是推理形式的有效性这一观点得到了大多数学者和专家的认可，我本人对这一观点也无异议。弄清楚了逻辑的研究对象进而就可以进入我所要谈论的问题了，模糊逻辑的研究对象又是什么呢?在这里，我想从如下几个方面来加以讨论：

　　(1)模糊逻辑的产生背景。人类对自然界的认识大致可以划分为两类，一类是精确的现象，它可以用精确的语言来加以描述。例如，2+2=4；贵阳市是贵州省的省会；茅台酒是中国的国酒，等等。可以看出这一类现象它们都具有精确的定义和性质。但是，在现实世界中还有一类难以被精确的描述和定义的现象。例如，花溪是个风景优美的地方(究竟何为风景优美呢?)：他的父亲是个高个子(多高为高个子呢?)；张老师是个中年人(中年人被定义为多少岁呢?)，等等。诸如此类的现象数不胜数，与“精确现象”相对应我们称之为“模糊现象”。为了用严谨的科学手段去研究模糊现象、分析模糊性质，模糊数学应运而生。而模糊逻辑就是在模糊数学的基础之上派生出来的分支学科之一。

　　(2)模糊逻辑的研究对象。前面已经提及逻辑的研究对象是推理形式的有效性，而具体到模糊逻辑来说，它的研究对象就是模糊推理的有效性。那么什么又是模糊推理呢?模糊推理和精确推理它们之间有什么区别和联系呢?下面将对这些问题作出讨论。

　　首先，我们来看看什么是模糊推理，与精确推理一样，模糊推理也由概念、判断这些基本的逻辑元素组成，但是模糊推理有自己独特的推理方式。模糊推理所推出的结论并不具有绝对的真假，它的结论只能用隶属度来刻画，例如前例中的张老师是个中年人，这是一个很典型的模糊判断句，在这里我们就不能用传统逻辑中的绝对的真假来刻画中年人这一概念了，比如40岁是中年人为真，难道41岁是中年人就被看做是假的吗?因为在二值逻辑中只有真和假这两种结论。对于二值逻辑中这一无能为力的问题在模糊逻辑中却能轻易的解决，我们用查德表示法来描述这一事例，查德表示法是通过分式的和来表示模糊集合中的所有元素及其隶属度，其中分母代表元素，分子代表隶属度。上例我们可以表示为(A)=(0.5/张老师)，意思是说张老师是中年人从程度上来说只有0.5。这里就抛开了绝对的真假。但对于模糊的现象也做出了精确的刻画，之所以要对模糊现象精确化主要是为了模糊推理能够在机器上实现。

　　其次，对有效性进行讨论。陈波对推理的有效性进行了比较精辟的归纳，并提出了五点要求，他认为一个推理是否有效最好能够同时满足以下五个条件：(1)保真性。(2)内容相关性。(3)独立性。(4)题材中立性或普遍适用性。(5)简单性。虽然陈波提出了这样一个框架，但是对于任何一种逻辑推理要同时满足如上五个标准几乎是不可能的。这里我只针对模糊逻辑的有效性发表自己的一些浅显看法。在模糊逻辑中通常用到的推理有模糊假言推理和模糊条件推理，其中，模糊假言推理又最具有代表性。模糊假言推理之定义是：已知模糊命题A(大前提)包含模糊命题B。如存在与A不完全相同的模糊命题A1(小前提)，则能推出相应的结论.我们把这个推理过程称为模糊假言推理。例如：

　　(1)若吃的东西营养丰富，则人的身体会好；那么若吃的东西营养比较丰富，则人的身体会怎样?

　　(2)若中国在清朝晚期很强大，则不会被帝国主义国家欺负；那么若中国在清朝晚期不是很强大，则会不会被帝国主义国家欺负?

　　由于模糊假言推理的大小前提都是模糊的，所以其结论也是模糊的。这与传统逻辑所要求的精确性是完全不同的，那么应该如何对模糊推理进行精确的描述以使之能够为机器所识别呢?我们可以从人的经验和模糊数学两个方面来加以讨论。

　　我们首先对形而上学做一个大致的了解以便更好地理解后述问题。形而上学可以从狭义和广义上来加以解释，狭义上的形而上学是指对世界本质是什么的探讨，也就是常说的“本体论”；广义上的形而上学除了“本体论”之外还应该包含“认识论”的这一部分，也就是探讨世界是否可知这一问题。在这里仅就狭义上来对模糊逻辑的形而上学问题进行讨论。

　　(一)逻辑系统的一元论、多元论、工具主义问题

　　对于是否有一种唯一正确的逻辑系统这个问题，一开始就大致区分出三种反应，这是有益的：

一元论：只有一种正确的逻辑系统；

多元论：正确的逻辑系统不止一种；

工具主义：没有“正确的”逻辑；正确性这一概念是不妥的。

　　虽然这三种提法都各自有一定的道理，但是从逻辑学目前的发展形式综合来看我认为第一种提法显然是不合适的，也就是说如果我承认了第一种观点，那么模糊逻辑就是一种错误的逻辑，这显然不是我欲讨论的问题。我个人倾向于赞成第二和第三种观点，第二种观点显然我必须赞成，那么对于第三种我重点的讨论一下。逻辑的工具论可以分为激进工具论与温和工具论两种，激进工具论者认为逻辑纯粹是一种为人们服务的工具而己，没有正确与错误的划分，只能看其是否方便实用；而温和工具论者则认为，逻辑有正确与错误之分，凡具有保真性的逻辑就是正确的逻辑；但逻辑的选择则是相对于特定的目的是否方便与充分实用而言的。激进论的观点显然过于绝对，他们对逻辑这门科学的定位是不正确的，温和工具论的观点比起绝对工具论来更能够让人接受。具体到模糊逻辑而言，它是逻辑学这门学科的一个分支学科，其基本的逻辑原理与传统逻辑是大体一致的，它只是对传统逻辑的一些很难解决的问题从模糊的角度来加以解释和论证，它也是一种正确的逻辑，同时它也是一门工具，目前，模糊逻辑已经应用于很多高科技领域，例如，运用模糊逻辑实现对病人的诊断；运用模糊逻辑实现对机器运行的自动控制等等。

　　(二)对模糊逻辑的定位

　　对逻辑的分类而言，不同的论者有不同的划分方法。在各种划分方法之中，我本人比较赞成陈波的分类。陈波把逻辑分为：(1)基本逻辑，(2)应用逻辑，(3)广义逻辑三大类。我个人认为在这里模糊逻辑被划分到应用逻辑之列我认为是很恰当的，在模糊逻辑中并无太多的高深理论要大家去研究，而最为重要的是如何把模糊推理应用于具体的实践之中使之转化为科技成果。

　　可以看出，模糊逻辑是一种正确的逻辑，同时它也是一门工具，模糊逻辑的许多理论对传统的二值逻辑是非常有益的补充。

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