Алексей Чачко - Искусственный разум

Размытые множества - основа для алгебры нечетких объектов. Алгебра Заде имеет свои правила, с помощью которых происходит объединение и разделение множеств, концентрация и разрежение элементов, уменьшение и увеличение нечеткости.

Да, да, в фузи-алгебре есть правила, преобразующие расплывчатые вещи в еще более расплывчатые. Был, скажем, мужчина, а получился не мужчина, а облако в штанах. Усиление расплывчатости - часто используемый людьми прием.

Каждому из нас. приходилось в ответ на вопрос, знакомы ли мы с определенным предметом, отвечать: "более или менее", "в некоторой степени", "слегка". Мы наращиваем нечеткость, когда хотим проявить осторожность и не делать опрометчивых суждений. Нечеткая алгебра возвела человеческую уловку в правило математики.

Фузи-алгебра, как и всякая алгебра, работает с двумя основными вещами - переменной и функцией. Только переменные здесь непривычные - слова, а не числа. Тем не менее словесная переменная, как и числовая, может пробегать ряд значений. Скажем, переменная "возраст" пробегает значения: "младенческий", "детский", "юношеский", "молодой", "средний", "пожилой", "старый", "дряхлый". Переменная пробегает ряд значений, а вместе с ней пробегает наша жизнь. Чему быть, того не миновать; остается только любоваться формулой:

дряхлый=очень-очень старый=старый4.

Остается еще раз удивиться мудрости Р. Декарта. Это он стал первым записывать показатель степени в виде маленькой цифры над переменной. И это он ввел в науку само понятие переменной. Ф. Энгельс так оценил нововведение: "Поворотным пунктом в математике была Декартова переменная величина, Благодаря этому в математику вошли движение и тем самым диалектика".

Про главную идею Р. Декарта резонно еще сказать "могучая". И тогда сегодняшняя нечеткая алгебра окажется не только плодом трудов Л. Заде, но и результатом творческого импульса, данного науке Р. Декартом.

Математика нечетких объектов, конечно, математика сведения. Внешний, физический мир сначала сводится к словесному описанию. Словесное описание, в свой черед, сводится к функциям от размытых переменных. Размытые переменные сводятся к простейшим переменным, а эти амебы нечеткой математики уже измерены и описаны с помощью чисел (вспомните наше "молодой").

В математике нечетких объектов числа ушли с авансцены, чтобы работать за кулисами. Размытые категории обретают определенность за счет "числовой подложки". Старая математика не исчезает, только стушевывается, уходит с капитанского мостика в машинное отделение и там трудится изо всех сил.

Незачем сбрасывать старую математику с атомохода современности: застопорится атомоход. Но изменить взгляд на математику стоит.

Дело математики не только количественные явления, но и качественные, не только числа, но и смыслы. Дело математики не только точность, но и расплывчатость.

В мире расплывчатого математика только-только научилась ходить. Нечеткие интегралы и дифференциалы! А они возможны? Нечеткая логика - яркая снаружи игрушка! А внутри? Вероятность нечеткого события! А это еще что за птица?

Нечетко все, расплывчато. В размытом мире гуляют расплывчатые люди, пьют воду из нечетких автоматов и обмениваются фузи-информацией. Непривычно, неловко, конфузно как-то.

В голову приходит, что н само слово "конфуз" из фузи-семейства. Чтобы не вышло конфуза, не будем считать теорию Л. Заде полной и окончательной победой над расплывчатостью. Скорее теория размытых множеств - смелая разведка в стратегически важном направлении, дерзкая попытка взять расплывчатость штурмом.

Чем она окончится, предсказать трудно. Сегодня Л. Заде наступает. Он призвал под свои знамена Ричарда Беллмана, известного специалиста по математической теории принятия решений, и вдвоем они изучают феномен "принятие решений в расплывчатых условиях". Речь идет о сложных, многошаговых решениях, для которых Р. Беллман раньше изобрел изящный метод - динамическое программирование. Теперь четкое динамическое программирование становится нечетким. Р. Беллман пробует старый ключ к новой двери.

Аналогия с ключом принадлежит ему самому. Он заметил как-то, что в руках у каждого математика только один ключ - излюбленные его методы и приемы. Математик идет по улице, называемой реальностью, и пробует открывать своим ключом разные двери. "Если вам повезет, - напутствует математика Р. Беллман, - найдется дверь, которая откроется, ну а если нет - вы встретите только закрытые двери. Но никто не знает, что за закрытой дверью".

Этого и вправду не знает никто, и потому мы вставим наш ключ, наши расплывчатые методы, в замочную скважину двери, па которой написано "Алгоритмы".

Каждый хороший алгоритм похож на мост, переброшенный через проблему, на мост, у которого крепкая изящная конструкция. Станем размывать опоры мостов - алгоритмов!

Начнем с алгоритма узнавания. Вы билетер в кинотеатре и хотите добросовестно не пропускать па фильм о зарубежной любви детей до 16 лет. Проходят мимо вас люди. Вот этот, ему 16 или меньше? Ростом вроде вышел, да выражение лица младенческое, и робок очень. А этот, маленький, лезет, напирает, небось уже паспорт в кармане или просто нахал? Девица! И тени, и помада, и парик, ну точно, мамин парик, а сама в пятом классе...

Вы принимаете быстрые и однозначные решения - пропустить или задержать, "да" ИЛИ "нет". И вы редко ошибаетесь, хотя работаете с размытыми признаками по размытым правилам.

Теория Заде позволяет записать ваш образ действий в виде нечеткого алгоритма. Чтобы алгоритм был толковым, стоит тщательно опросить бывалых билетеров, выяснить, на какие признаки они обращают особое внимание. Полезно и самому поработать билетером - на собственном опыте лучше прощупывается нерв дела. Важно, конечно, и деликатное обращение с нечеткими переменными: "достаточный рост", "взрослое выражение лица", "самостоятельное поведение" - тут есть с чем повозиться.

Если нужна полная запись нечеткого алгоритма, то, пожалуй, не сыщешь лучше этой.

Тот, кто не знает и не знает, что он не знает,

- глупец, избегай его.

Тот, кто не знает и знает, что он не знает,

- может научиться, научи его.

Тот, кто знает и не знает, что он знает,

- спит, разбуди его.

Тот, кто знает и знает, что он знает,

- пророк, учись у него.

Придадим старинному персидскому поучению формальный вид; оно станет менее поэтичным, зато более строгим.

1. Он что-нибудь знает? Неть да! (запомнить).

2. Он знает, что ничего не знает? Нет2, да2 (запомнить).

3. Если нет1 и нет2, то "глупец, избегай его".

4. Если нет1 и да2, то "может научиться, научи его".

5. Если да1 и нет2, то "спит, разбуди его".

6. Если да1 и да2, то "пророк, учись у него".

Персидский алгоритм содержит целую гроздь размытых понятий (выделены курсивом). Он относится к числу алгоритмов распознавания, но распознаванием дело не ограничивается; перед нами еще и алгоритм действий: избегай его, научи его, разбуди его, учись у него.