2025-10-21 【Fuzzy王:模糊理论的三个时代】

摘自王立新教授的个人博客,仅作自学自用。


(一)数学时代(1965-1990)

模糊理论诞生的标志:Zadeh于1965年发表的高被引文章:L.A. Zadeh, “Fuzzy Sets,” Information and Control, Vol.8, pp.338-353, 1965.

模糊集合区别于传统集合:有论域U中的集合A、论域U中的元素x,元素x属于集合A的隶属度函数(Membership Function, MF)A(x)。对于模糊集合,A(x)\in [0,1];对于传统集合,A(x)=0或1。从连续离散的视角出发,这两种集合区别的本质,在于:模糊集合是连续隶属度函数;传统集合是离散隶属度函数。

注意:隶属度函数是精确的数学函数,没有任何模糊的地方。传统理论太精确了,需要模糊化,但不妨碍这是一个精确的数学概念。

Fuzzy logic is not fuzzy. Basically, fuzzy logic is a precise logic of imprecision and approximate reasoning.(模糊逻辑不模糊。简单地说,模糊逻辑是关于近似推理的精确逻辑。)" --- 摘自L.A. Zadeh, “Is there a need for fuzzy logic?,” Information Sciences, Vol.178, pp.2751-2779, 2008.

在争议中顽强地发展!

1970年,Bellman和Zadeh提出模糊决策理论。

1973年,Zadeh发表了模糊理论的又一篇里程碑论文,这篇论文系统阐述了模糊逻辑、模糊推理、模糊规则、模糊系统等基本概念与方法。

1975年,Mamdani应用Zadeh的模糊推理与模糊规则,提出了模糊控制器。

1978年,Holmblad将模糊控制器应用于工业级水泥窑控制,取得良好效果。

1980年代,以Sugeno为代表的日本研究者们完成了一系列模糊控制的应用。

1992年2月,第一届IEEE模糊系统国际会议在美国圣地亚哥召开,标志着世界上最大的工程师协会 --- IEEE,正式接受模糊为一门独立的工程学科。

1993年初,IEEE模糊系统汇刊(IEEE Trans. on Fuzzy Systems,现在的影响因子是11.9)创刊。

接下来三十年蓬勃发展。


(二)数据时代(1990-2015)

仅依赖于专家经验的模糊规则构建,是无法保证稳定性、最优性等基本性能要求的。为寻求模糊理论的突破,利用数据对其进行优化,将模糊理论从“数学时代”推进到“数据时代”。

模糊系统万能逼近定理:模糊系统类比神经网络,都被证实具有万能逼近性,因此适用于解决各种复杂问题。

y=f(x)在整个论域中可以任意逼近函数g(x)

王教授于1992年首先理论证明了该定理,为其应用提供了理论支撑。

从数据产生模糊规则:利用数据来构建模糊系统,成为领域突破的关键。其最直接的思路是,从数据产生模糊规则,利用这些模糊规则构建模糊系统。

最底层的操作在于:用客观数据,代替主观经验。一个数据产生一条模糊规则。

整理、合并模糊规则,形成模糊规则库,从而构建模糊系统。

Wang-Mendel算法

模糊神经网络:除了上述“数据—>模糊规则—>模糊系统”思路之外,可以使用数据训练模糊系统的参数。这通过类比神经网络很容易发现。

王教授观点:模糊是有规则的,是具有可解释性的;而神经网络是黑箱。

自适应模糊控制:区别于数学时代的模糊控制。以基于专家经验的模糊控制器作为初始控制器,在此基础上自适应地调整模糊控制器的参数,来确保其优良性能。

注意:自适应模糊控制不需要被控对象的数学模型,且该模型可以是任意复杂的非线性时变系统。

缺点:在大数据时代下,模糊理论最大的缺点是只适用于小数据场景,不能很好的解决大数据问题。同时,神经网络成就了当前的人工智能热潮。


(三)计算时代(2015-2040)

”CPU+存储器“or人工智能

”CPU+存储器“or人工智能

在人工智能领域,快系统主要完成那些不需要思考就能马上做出反应的事情,比如图像识别、语音识别等;慢系统完成那些需要进行思考、比较复杂的事情,比如逻辑推理、类比、联想等。

模糊逻辑,不是模糊的逻辑,是关于不精确变量的近似推理逻辑。

模糊在于变量,而不在于逻辑。逻辑是清晰的。模糊相较于神经网络,更加直观、可解释。但主要问题还在于模糊理论需要向深度和广度发展。

深度模糊系统:

L. X. Wang, “Fast training algorithms for deep convolutional fuzzy systems with application to stock index prediction,”IEEE Trans. on Fuzzy Systems, Vol. 28, No. 7, pp. 1301-1314, 2020.

模糊舆情网络:

L. X. Wang and J. M. Mendel, “Fuzzy opinion networks: A mathematical framework for the evolution of opinions and their uncertainties across social networks,”IEEE Trans. on Fuzzy Systems, Vol. 24, No. 4, pp. 880-905, 2016.

模糊理论迈向新世界的大门。

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