Нечеткий язык разметки - Fuzzy markup language
Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)
|
Разработан | Джованни Акампора |
---|---|
Тип формата | Язык разметки |
Расширен с | XML |
Стандарт | IEEE 1855-2016 |
Язык нечеткой разметки (FML) - это язык разметки для конкретных целей, основанный на XML, используется для описания структуры и поведения нечеткая система независимо от аппаратной архитектуры, выделенной для хоста и его запуска.
Обзор
FML был разработан и разработан Джованни Акампора во время его докторской диссертации. курс компьютерных наук в Университете Салерно, Италия, в 2004 году. Первоначальная идея, вдохновившая Джованни Акампора на создание FML, заключалась в необходимости создания совместной нечеткой структуры, нацеленной на автоматическое управление жилой средой, характеризуемой множеством разнородных устройств, взаимодействия были посвящены максимальному комфорту человека в условиях экономии энергии. Эта структура представляет собой один из первых конкретных примеров Окружающий интеллект. Помимо этого новаторского приложения, основным преимуществом использования XML для описания нечеткой системы является функциональная совместимость аппаратного и программного обеспечения. Действительно, все, что необходимо для чтения файла FML, - это соответствующая схема для этого файла и анализатор FML. Такой подход разметки значительно упрощает обмен нечеткими системами между программным обеспечением: например, приложение машинного обучения может извлекать нечеткие правила, которые затем могут быть считаны непосредственно в механизм нечеткого вывода или загружены в нечеткий контроллер. Кроме того, с такими технологиями, как XSLT, можно скомпилировать FML на любой язык программирования по вашему выбору, готовый для встраивания в любое приложение, которое вам нравится. Как заявил Майк Уоттс в своем популярном блоге Computational Intelligence:[1]
«Хотя мотивация Acampora к разработке FML, по-видимому, заключается в разработке встроенных нечетких контроллеров для приложений окружающего интеллекта, FML может стать настоящим благом для разработчиков алгоритмов извлечения нечетких правил: из моего собственного опыта во время моей докторской диссертации я знаю, что при разработке файла форматирование и реализация соответствующих синтаксических анализаторов для извлечения правил и механизмов нечеткого вывода может быть настоящей проблемой, требующей столько же времени, сколько реализация самого алгоритма извлечения правил. Я бы предпочел использовать что-то вроде FML для своей работы ».
Полный обзор FML и связанных приложений можно найти в книге под названием О силе нечеткого языка разметки[2] под редакцией Джованни Акампора, Чанг-Шинга Ли, Винченцо Лоя и Мей-Хуэй Ванга и опубликовано Спрингером в серии Исследования нечеткости и мягких вычислений.
Синтаксис, грамматика и аппаратный синтез
FML позволяет кодировать нечеткие системы с помощью набора коррелированных семантических тегов, способных моделировать различные компоненты классического нечеткого контроллера, такие как база знаний, база правил, нечеткие переменные и нечеткие правила. Следовательно, теги FML, используемые для построения нечеткого контроллера, представляют набор лексем, используемых для создания нечетких выражений. Чтобы разработать правильно сформированный язык на основе XML, контекстно-свободная грамматика FML определяется посредством схемы XML, которая определяет имя, тип и атрибуты, характеризующие каждый элемент XML. Однако, поскольку программа FML представляет только статическое представление контроллера нечеткой логики, предоставляется так называемый транслятор расширяемого языка таблиц стилей (XSLT) для изменения этого статического представления на вычислимую версию. Действительно, модули XSLT могут преобразовывать нечеткий контроллер на основе FML в компьютерный язык общего назначения с помощью файла XSL, содержащего описание перевода. На этом уровне управление исполняется для оборудования. Короче говоря, FML состоит из трех слоев:
- XML для создания нового языка разметки для управления нечеткой логикой;
- схема XML для определения юридических строительных блоков;
- Расширяемые преобразования языка таблиц стилей (XSLT) для преобразования нечеткого описания контроллера в определенный язык программирования.
Синтаксис FML
Синтаксис FML состоит из тегов и атрибутов XML, которые описывают различные компоненты контроллера нечеткой логики, перечисленные ниже:
- нечеткая база знаний;
- база нечетких правил;
- Механизм логического вывода
- подсистема фаззификации;
- подсистема дефаззификации.
Подробно открывающий тег каждой программы FML - <FuzzyController>
который представляет собой моделируемый нечеткий контроллер. Этот тег имеет два атрибута: имя и ip. Первый атрибут позволяет указать имя нечеткого контроллера и ip используется для определения местоположения контроллера в компьютерной сети. Нечеткая база знаний определяется с помощью тега <KnowledgeBase>
который поддерживает набор нечетких концепций, используемых для моделирования базы нечетких правил. Для определения управляемой системы, связанной с нечеткими понятиями, <KnowledgeBase>
тег использует набор вложенных тегов:
<FuzzyVariable>
определяет нечеткое понятие;<FuzzyTerm>
определяет лингвистический термин, описывающий нечеткое понятие;- набор тегов, определяющих форму нечетких наборов, относится к нечетким терминам.
Атрибуты <FuzzyVariable>
теги: имя, шкала, domainLeft, domainRight, тип и только для вывода накопление, дефаззификатор и значение по умолчанию. В имя атрибут определяет имя нечеткого понятия, например, температура; шкала используется для определения шкалы, используемой для измерения нечеткого понятия, например, Градус Цельсия; domainLeft и domainRight используются для моделирования универсума дискурса нечеткого понятия, то есть множества реальных значений, связанных с нечетким понятием, например [0 °, 40 °] в случае градуса Цельсия; положение нечеткого понятия в правиле (последующая часть или предшествующая часть) определяется тип атрибут (ввод / вывод); накопление атрибут определяет метод накопления, то есть метод, который позволяет объединить результаты переменной каждого правила в окончательный результат; дефаззификатор атрибут определяет метод, используемый для выполнения преобразования из нечеткого набора, полученного после процесса агрегации, в числовое значение для передачи его в систему; значение по умолчанию Атрибут определяет реальное значение, используемое только в том случае, если для рассматриваемой переменной не сработало правило. <FuzzyTerm>
, он использует два атрибута: имя используется для определения лингвистической ценности, связанной с нечетким понятием и дополнять, логический атрибут, который определяет, если он истинен, необходимо учитывать дополнение функции принадлежности, определенной заданными параметрами. Теги нечеткой формы, используемые для завершения определения нечеткой концепции, включают:
<TRIANGULARSHAPE>
<RIGHTLINEARSHAPE>
<LEFTLINEARSHAPE>
<PISHAPE>
<GAUSSIANSHAPE>
<RIGHTGAUSSIANSHAPE>
<LEFTGAUSSIANSHAPE>
<TRAPEZOIDSHAPE>
<SSHAPE>
<ZSHAPE>
<RECTANGULARSHAPE>
<SINGLETONSHAPE>
Каждый тег формирования использует набор атрибутов, который определяет реальную схему соответствующего нечеткого набора. Количество этих атрибутов зависит от выбранной формы нечеткого множества.
Чтобы привести пример, рассмотрим Система вывода самосвала описан в Mathwork Matlab Fuzzy Logic Toolbox Tutorial. Эта система Мамдани используется для регулирования чаевых, например, в ресторане. На входе две переменные (еда и служба) и один на выходе (кончик). FML-код для моделирования части базы знаний этой нечеткой системы, содержащей переменные еда и кончик показано ниже.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> имя ="новая система" ip ="127.0.0.1"> <KnowledgeBase> имя ="еда" domainleft ="0.0" domainright ="10.0" масштаб ="" type ="Вход"> имя ="очень вкусно" дополнение ="ложный"> Param1 ="5.5" Param2 ="10.0"/> </FuzzyTerm> имя ="протухший" дополнение ="ложный"> Param1 ="0.0" Param2 ="2.0" Param3 ="5.5"/> </FuzzyTerm> </FuzzyVariable> ........... имя ="кончик" domainleft ="0.0" domainright ="20.0" масштаб ="Евро" defaultValue ="0.0" defuzzifier ="COG" накопление ="МАКСИМУМ" type ="выход"> имя ="средний" дополнение ="ложный"> Param1 ="5.0" Param2 ="10.0" Param3 ="15.0"/> </FuzzyTerm> имя ="дешевый" дополнение ="ложный"> Param1 ="0.0" Param2 ="5.0" Param3 ="10.0"/> </FuzzyTerm> имя ="щедрый" дополнение ="ложный"> Param1 ="10.0" Param2 ="15.0" Param3 ="20.0"/> </FuzzyTerm> </FuzzyVariable> <KnowledgeBase> ............</FuzzyController>
Для определения нечеткой формы можно использовать специальный тег: <UserShape>
. Этот тег используется для настройки нечеткой формы (нестандартной формы). Моделирование нестандартной формы выполняется с помощью набора <Point>
теги, в которых перечислены крайние точки геометрической области, определяющие пользовательскую нечеткую форму. Очевидно, что атрибуты, используемые в <Point>
являются координатами x и y. Что касается компонента базы правил, FML позволяет определить набор баз правил, каждая из которых описывает свое поведение системы. Корень каждой базы правил моделируется <RuleBase>
тег, который определяет нечеткий набор правил. В <RuleBase>
тег использует пять атрибутов: имя, тип, ActivationMethod, andMethod и orMethod. Очевидно, что имя Атрибут однозначно определяет базу правил. В тип Атрибут позволяет указать тип нечеткого контроллера (Mamdani или TSK) в отношении рассматриваемой базы правил. В ActivationMethod атрибут определяет метод, используемый для процесса импликации; то andMethod и orMethod атрибут определяют, соответственно, и и или же алгоритм использовать по умолчанию. Для определения единого правила <Rule>
тег используется. Атрибуты, используемые <Rule>
теги: имя, соединитель, оператор и масса. В имя атрибут позволяет идентифицировать правило; соединитель используется для определения логического оператора, используемого для соединения различных предложений в предшествующей части (и / или); оператор определяет алгоритм, который будет использоваться для выбранного коннектора; масса определяет важность правила на шаге механизма вывода. Определение предшествующей и последующей части правила получается с использованием <Antecedent>
и <Consequent>
теги. <Clause>
тег используется для моделирования нечетких предложений в предшествующей и последующей частях. Этот тег использует атрибут модификатор для описания модификации термина, используемого в предложении. Возможные значения этого атрибута: над, ниже, очень сильно, усилить, более менее, норма, нет, плюс, немного, в некотором роде, очень, никто. Чтобы завершить определение нечеткого предложения, вложенный <Variable>
и <Term>
должны использоваться теги. Последовательность <Rule>
теги реализует нечеткую базу правил.
В качестве примера рассмотрим правило Мамдани, составленное (еда прогорклая) ИЛИ (очень плохое обслуживание) как антецедент и чаевые дешевы как следствие. Антецедентная часть состоит из двух предложений: (еда прогорклая) и (плохой сервис). Первое предшествующее предложение использует еда как переменная и протухший как нечеткий термин, тогда как во втором предложении антецедента используется служба как переменная, бедные как нечеткий термин и очень как модификатор; в последующем предложении используется кончик как нечеткая переменная и дешевый как нечеткий термин. Полное правило:
ЕСЛИ (еда прогорклая) ИЛИ ЖЕ (обслуживание очень плохое) ТОГДА (чаевые дешевы).
Давайте посмотрим, как FML определяет базу правил с помощью этого правила.
имя ="Rulebase1" ActivationMethod =«МИН» andMethod =«МИН» orMethod ="МАКСИМУМ" type ="мамдани"> <Правило имя ="reg1" разъем ="или же" оператор ="МАКСИМУМ" вес ="1.0"> <Antecedent> <Clause> <Variable>еда</Variable> <Term>протухший</Term> </Clause> <Пункт модификатор ="очень"> <Variable>служба</Variable> <Term>бедные</Term> </Clause> </Antecedent> <Consequent> <Clause> <Variable>кончик</Variable> <Term>дешевый</Term> </Clause> </Consequent> </Rule> ............</RuleBase>
Теперь давайте посмотрим на систему Такаги-Сугено-Канга, которая регулирует ту же проблему. Наиболее важным отличием от системы Мамдани является определение другой выходной переменной. кончик. В <TSKVariable>
Тег используется для определения выходной переменной, которая может использоваться в правиле системы Tsk. Этот тег имеет те же атрибуты выходной переменной Мамдани, за исключением доменлевый и право домена атрибут, потому что переменная такого типа (называемая tsk-variable) не имеет универсума для обсуждения. Вложенные <TSKTerm>
тег представляет собой линейную функцию и поэтому полностью отличается от <FuzzyTerm>
. В <TSKValue>
тег используется для определения коэффициентов линейной функции. Следующий фрагмент кода FML показывает определение выходной переменной кончик в системе Tsk.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> имя ="новая система" ip ="127.0.0.1"> <KnowledgeBase> ....... имя ="кончик" масштаб ="ноль" накопление ="МАКСИМУМ" defuzzifier ="WA" type ="выход"> имя ="средний" заказ ="0"> <TSKValue>1.6</TSKValue> </TSKTerm> имя ="дешевый" заказ ="1"> <TSKValue>1.9</TSKValue> <TSKValue>5.6</TSKValue> <TSKValue>6.0</TSKValue> </TSKTerm> имя ="щедрый" заказ ="1"> <TSKValue>0.6</TSKValue> <TSKValue>1.3</TSKValue> <TSKValue>1.0</TSKValue> </TSKTerm> </TSKVariable> <KnowledgeBase> ..........</FuzzyController>
Определение FML компонента базы правил в системе Tsk сильно не изменилось. Единственное отличие в том, что <Clause>
тег не имеет атрибута модификатора.
В качестве примера рассмотрим правило tsk, составленное из (еда прогорклая) ИЛИ (очень плохое обслуживание) как антецедент и, как следствие, чаевые = 1,9 + 5,6 * еда + 6,0 * обслуживание это можно записать как чаевые дешевы неявным образом. Итак, правило можно записать так:
ЕСЛИ (еда прогорклая) ИЛИ ЖЕ (обслуживание очень плохое) ТОГДА (чаевые дешевы).
Давайте посмотрим, как FML определяет базу правил с помощью этого правила.
имя ="Rulebase1" ActivationMethod =«МИН» andMethod =«МИН» orMethod ="МАКСИМУМ" type ="тск"><Правило имя ="reg1" разъем ="или же" оператор ="МАКСИМУМ" вес ="1.0"> <Antecedent> <Clause> <Variable>еда</Variable> <Term>протухший</Term> </Clause> <Clause> <Variable>служба</Variable> <Term>бедные</Term> </Clause> </Antecedent> <Consequent> <Clause> <Variable>кончик</Variable> <Term>дешевый</Term> </Clause> </Consequent> </Rule> ............</RuleBase>
Грамматика FML
Теги FML, используемые для создания нечеткого контроллера, представляют набор лексем, используемых для создания нечетких выражений. Однако для реализации правильно сформированного языка на основе XML необходима контекстно-свободная грамматика FML, описанная ниже. Контекстно-свободная грамматика FML моделируется файлом XML в форме документа схемы XML (XSD), который выражает набор правил, которым документ должен соответствовать, чтобы считаться действительный Документ FML. Основываясь на предыдущем определении, ниже приводится часть FML XSD, касающаяся определения базы знаний.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> xmlns: xs ="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"> ........ имя ="KnowledgeBaseType"> <xs:sequence> minOccurs ="0" maxOccurs ="неограниченный"> имя ="FuzzyVariable" type ="FuzzyVariableType"/> имя =«TSKVariable» type ="TSKVariableType"/> </xs:choice> </xs:sequence> </xs:complexType> имя ="FuzzyVariableType"> <xs:sequence> имя =«FuzzyTerm» type ="FuzzyTermType" maxOccurs ="неограниченный"/> </xs:sequence> имя ="имя" type ="xs: строка" использовать ="требуется"/> имя ="дефаззификатор" по умолчанию ="COG"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="MM | COG | COA | WA | Custom"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> имя ="накопление" по умолчанию ="МАКСИМУМ"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение =«МАКС | СУММ»/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> имя ="шкала" type ="xs: строка" /> имя ="доменлефт" type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя ="domainright" type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя ="значение по умолчанию" type ="xs: float" по умолчанию ="0"/> имя ="тип" по умолчанию ="Вход"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="ввод | вывод"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> </xs:complexType> имя ="FuzzyTermType"> <xs:choice> имя ="RightLinearShape" type ="TwoParamType"/> имя ="LeftLinearShape" type ="TwoParamType"/> имя ="PIShape" type ="TwoParamType"/> имя ="TriangularShape" type ="ThreeParamType"/> имя ="GaussianShape" type ="TwoParamType"/> имя ="RightGaussianShape" type ="TwoParamType"/> имя ="LeftGaussianShape" type ="TwoParamType"/> имя ="TrapezoidShape" type ="FourParamType"/> имя ="SingletonShape" type =«OneParamType»/> имя ="Прямоугольная форма" type ="TwoParamType"/> имя ="ZShape" type ="TwoParamType"/> имя ="SShape" type ="TwoParamType"/> имя ="UserShape" type ="UserShapeType"/> </xs:choice> имя ="TwoParamType"> имя =«Парам1» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя =«Парам2» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> </xs:complexType> имя ="ThreeParamType"> имя =«Парам1» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя =«Парам2» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя =«Парам3» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> </xs:complexType> имя ="FourParamType"> имя =«Парам1» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя =«Парам2» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя =«Парам3» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя =«Парам4» type ="xs: float" использовать ="требуется"/> </xs:complexType> имя ="UserShapeType"> <xs:sequence> имя ="Точка" type ="PointType" minOccurs ="2" maxOccurs ="неограниченный"/> </xs:sequence> </xs:complexType> имя ="PointType"> имя ="Икс" type ="xs: float" использовать ="требуется"/> имя ="у" type ="xs: float" использовать ="требуется"/> </xs:complexType> имя ="RuleBaseType"> имя ="имя" type ="xs: строка" использовать ="требуется"/> имя ="метод активации" по умолчанию =«МИН»> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="ПРОД | МИН"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> имя ="andMethod" по умолчанию =«МИН»> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="ПРОД | МИН"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> имя ="orMethod" по умолчанию ="МАКСИМУМ"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="ПРОБОР | МАКС"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> имя ="тип" использовать ="требуется"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="ТСК | ЦК | ЦК | Мамдани | мамдани"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> </xs:complexType> имя ="MamdaniRuleBaseType"> <xs:complexContent> база ="RuleBaseType"> <xs:sequence> имя ="Правило" type ="MamdaniFuzzyRuleType" minOccurs ="0" maxOccurs ="неограниченный"/> </xs:sequence> </xs:extension> </xs:complexContent> </xs:complexType> имя ="AntecedentType"> <xs:sequence> имя ="Пункт" type ="ClauseType" maxOccurs ="неограниченный"/> </xs:sequence> </xs:complexType> имя ="MamdaniConsequentType"> <xs:sequence> имя ="Пункт" type ="ClauseType" maxOccurs ="неограниченный"/> </xs:sequence> </xs:complexType> имя ="ClauseType"> <xs:sequence> имя ="Переменная"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="крах"/> значение ="(([A-Z]) | ([a-z])) + ([A-Z] | [a-z] | [0-9]) *"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:element> имя ="Срок" type ="xs: строка"> </xs:element> </xs:sequence> имя ="модификатор" использовать ="необязательный"> <xs:simpleType> база ="xs: строка"> значение ="вверху | внизу | чрезвычайно | усилить | больше_или меньше | норма | не | плюс | немного | немного | очень"/> </xs:restriction> </xs:simpleType> </xs:attribute> </xs:complexType> ..........</xs:schema>
Синтез FML
Поскольку программа FML реализует только статическое представление нечеткой системы, предоставляется так называемый транслятор расширяемого языка таблиц стилей (XSLT) для преобразования этого статического представления в вычислимую версию. В частности, используется технология XSLT для преобразования нечеткого описания контроллера в компьютерный язык общего назначения для вычисления на нескольких аппаратных платформах. В настоящее время реализована программа XSLT, преобразующая FML в исполняемый код Java. Таким образом, благодаря возможностям прозрачности, обеспечиваемым виртуальными машинами Java, можно получить нечеткий контроллер, смоделированный на высоком уровне с помощью FML и работающий на множестве аппаратных архитектур с помощью технологий Java. Однако XSLT может также использоваться для преобразования программ FML на устаревших языках, связанных с конкретным оборудованием, или на других языках общего назначения.
Рекомендации
- ^ Уоттс, Майк (28 мая 2011 г.). «Вычислительный интеллект: язык нечеткой разметки». Computational-intelligence.blogspot.it. Получено 2012-06-11.
- ^ Акампора, Джованни; Лойя, Винченцо; Ли, Чанг-Шинг; Ван, Мэй-Хуэй, ред. (2013). О силе нечеткого языка разметки. Том 296. Исследования в области нечеткости и мягких вычислений. 296. Springer. Дои:10.1007/978-3-642-35488-5. ISBN 978-3-642-35487-8.
дальнейшее чтение
- Ли, Чанг-Шинг; и другие. (Декабрь 2010 г.). «Оценка диеты на основе нечеткой онтологии 2-го типа и нечеткого языка разметки». Международный журнал интеллектуальных систем. 25 (12): 1187–1216. Дои:10.1002 / внутр.20449. (требуется подписка)
- Acampora, G .; Лойя, В. (2005). «Совместимость и масштабируемость нечеткого управления для адаптивной домотической структуры». IEEE Transactions по промышленной информатике. 1 (2): 97–111. Дои:10.1109 / TII.2005.844431.
- Acampora, G .; Лойя, В. (2008). «Предложение повсеместных нечетких вычислений для Ambient Intelligence». Информационные науки. 178 (3): 631–646. Дои:10.1016 / j.ins.2007.08.023.
- Acampora, G .; Wang, M.-H .; Lee, C.-S .; Hsieh, K.-L .; Hsu, C.-Y .; Чанг, К.-К. (2010). «Мультиагенты на основе онтологий для интеллектуальных приложений здравоохранения». Журнал окружающего интеллекта и гуманизированных вычислений. 1 (2): 111–131. Дои:10.1007 / s12652-010-0011-5.
- Acampora, G .; Loia, V .; Gaeta, M .; Василакос, А. (2010). «Совместимые и адаптивные нечеткие сервисы для приложений внешней разведки». Транзакции ACM в автономных и адаптивных системах. 5 (2): 1–26. Дои:10.1145/1740600.1740604.