Introduction à la logique floue:

Transcription

Introduction à la logique floue:
Les concepts fondamentaux et applications
Mastère de recherche : R.O.G.P.
Sabeur ELKOSANTINI
[email protected]
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
1
Plan

Partie 1 : I.A. – L’approche classique
Partie 2 : La théorie des sous ensembles flous
Partie 3 : Logique Floue

Partie 3.1
3 1 : Fuzzification

Partie 3.2 : Inférence floue

Partie 3.3 : Défuzzification
Partie 4 : Exemple d’applications
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S. Elkosantini
2
Plan

Partie 3.1
3 1 : Fuzzification

Partie 4 : Exemple d’applications
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S. Elkosantini
3
1
I.A. – L’approche classique
)
Introduction

« L’intelligence artificielle est une science qui s’intéresse à la réalisation de
machines qui réalisent des tâches qui nécessiteraient de l’intelligence si elles
étaient faites par un homme » (Minsky, 1968)

« Science qui étudie comment faire faire à des machines des tâches pour
lesquelles l’homme est, aujourd’hui encore, le meilleur » (Rich et Knight).
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S. Elkosantini
4
)
La logique propositionnelle

On appelle logique propositionnelle la partie de la logique qui traite des
propositions.
9
Les propositions sont des affirmations qui ne peuvent être que vraies ou fausses.
Exemples : la température est élevée, la couleur est noire.

Les propositions sont traitées comme des variables (désignées par des lettres).

Des opérateurs permettent de combiner les valeurs de ces variables.
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5
)
La logique propositionnelle

Les propositions ont des valeurs dans l’ensemble {Vrai, faux} ou {0 , 1}.
Exemple de propositions :
Si p, alors q

Noté aussi par p ⇒ q
Les connectives sont : ∨, ∧, ¬, ⇒, ⇔
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6
2
)
Règle d’inférence

Définition: Un mécanisme par lequel on peut tirer des conclusions.
Modus Ponens:
A⇒B
A
B
MP: 1,2
Conjonction
A
B
A⇒B
CONJ: 1,2
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7
)
Les systèmes experts

Un système expert utilise la connaissance correspondante à un domaine
spécifique afin de fournir une performance comparable à l’expert humain.

Les connaissances sont issues de l’expertise ou/et de la pratique .
Structure d’un système expert
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
8
)

La base de règles (ou base de connaissances) contient les connaissances concernant
la résolution du problème.

Le moteur d’inférence applique une stratégie de résolution en utilisant les

Le moteur d’inférence simule le raisonnement de l’expert en enchaînant les
connaissances et ceci pour en dériver une nouvelle information.
connaissances suivant une certaine logique.
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S. Elkosantini
9
3
)
R1 : Si (distance.<.2km) Alors (aller.à.pied)
R2 : Si ((non distance.<.2km) ^ distance.<.300km) Alors (prendre.le.train )
R3 : Si (non distance.<.300km) Alors (prendre.l'avion)
R4 : Si (acheter.un.billet ^ avoir.le.téléphone) Alors (téléphoner.à.l'agence)
R5 : Si (acheter.un.billet ^ (non avoir.le.téléphone)) Alors (aller.à.l'agence)
R6 : Si (prendre.l'avion) Alors (acheter.un.billet)
R7 : Si (durée.>.2.jours ^ être.fonctionnaire) Alors (non prendre.l'avion)
Base de connaissances
Moteur
d’inférence
z
z
F1 : (non distance.<.300km)
F2 : (avoir.le.téléphone)
Base de faits
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10
)

Exemple d’application : aide au diagnostique des malades :
9
Un patient atteint d'hépatite présente généralement les symptômes suivants :
¾
Le patient a une forte fièvre,
¾
Sa peau présente une coloration jaune,
¾
Il a des nausées.
Forte fièvre
1
0
Pas de fièvre
39
Si le patient à 37,5°C de température ⇒
Si le patient n’a pas de forte fièvre
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Le patient n’a pas de forte fièvre.
⇒ Le patient n’a pas d’hépatite.
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11
)
Les systèmes experts : les moteurs d’inférences

Dans un système à base de règles, les connaissances sont représentées par des
règles.

Le moteur d’inférence peut fonctionner en chaînage arrière ou avant.

Le moteur d’inférence simule le raisonnement de l’expert en enchaînant les
connaissances suivant une certaine logique.
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12
4
)

Le chaînage avant: raisonnement guidé par le but :
9
Part des faits pour arriver au but
9
Ne sélectionne que les règles dont la partie prémisse est vérifiée par les faits présents
9
Déclenchement des règles jusqu’à épuisement des faits possibles à produire.
9
S’arrête :
¾
Avec succès dès que le but est atteint
¾
Avec échec quand il n’y a plus de règles applicables
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13
)

9
Algorithme :
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)

9
Exemple :
¾
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si f1 est vrai et f1 Æ f2 alors f2 est vrai.
¾
de f1 sont déduits f2 et f3
¾
de f2 sont déduits f4 et f5
¾
etc ...
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15
5
)

Le chaînage arrière : raisonnement guidé par le but :
9
Le système cherche dans sa base de connaissances les règles dont la conclusion
correspond au but posé.
9
U des
Une
d règles
è l estt choisie
h i i selon
l une stratégie
t té i d
donnée.
é
9
Ses prémisses sont empilées dans la mémoire de travail et deviennent les sous-buts
actuels à résoudre.
9
Le système continue à travailler de cette façon jusqu’à ce que tous les sous buts placés
en mémoire soient vérifiés.
Le système garde aussi la trace de son
raisonnement sous forme d’un graphe
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)

Le chaînage arrière : raisonnement guidé par le but :
9
Exemple :
¾
Si est q non vrai et si p Æ q alors p est non vrai.
A. U. : 09-10
¾
de f4 est déduit f3
¾
de f3 est déduit f1
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)
Inconvénients

Les variables décrivant des états sont booléennes.
La variable booléenne, qui ne peut prendre que deux
valeurs (vrai ou faux) est mal adaptée à la représentation
de la plupart des phénomènes courants.
Forte fièvre
1
0
Et si la température était de 38,99 ?!
Pas de fièvre
39
Et si la température était de 39,01 ?!
Et si le phénomène était plus complexe ?!
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6
)
Inconvénients
Exemple : Dans un environnement de gestion des ressources humaines,
que signifie : Le stress de l’opérateur est 0.8
Valuation qualitative: langage
naturel
aue
Valuation numérique
Le stress de l’opérateur est fort
Comment représenter ces valeurs linguistiques ?
Comment formuler cette quantification linguistique ?
Comment intégrer ces valeurs linguistiques dans un système intelligent ?
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Plan

Partie 3.1
3 1 : Fuzzification

Partie 4 : Exemples d’applications
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Théorie des sous ensembles flous
)
L’incertain et l’imprécis

Je crois que la température est élevée.
Incertitude... "Je crois, mais ce n'est pas sûr."
Mise en question de la validité de l'observation

La température de la chambre est très élevée
Imprécision... Que signifie " très élevée " ?
Appréciation

La température de la chambre a augmenté de à peu prés 20%
Imprécision ou incertitude ??
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7
)
L’incertain et l’imprécis
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22
)
Historique

1965 : Théorie des ensembles flous introduite par L.A. Zadeh (UC Berkeley)

En 1973, le Pr. Zadeh publie un article (dans l'IEEE Transactions on Systems, Man
and Cybernetics) qui mentionne pour la première fois le terme de variables
linguistiques (dont la valeur est un mot et non un nombre).
nombre)

En 1974, première application industrielle. Régulation floue d’une chaudière à

En 1980, F.L. Smidth & Co. A/S (au Danemark) met en application la théorie de
vapeur réalisée par Mamdani.
la logique floue dans le contrôle de fours à ciment. C'est la première mise en
œuvre pratique de cette nouvelle théorie.
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23
)
Historique

Dans les années 80, plusieurs applications commencent à immerger (notamment
au Japon).

1990: Généralisation de l’utilisation de cette technique.
9
Appareils
pp
électroménagers
g ((laves-linges,
g , aspirateurs,
p
, autocuiseurs,...etc)
,
),
9
Systèmes audio-visuels (appareils de photos autofocus, caméscopes à stabilisateur d'images,
photocopieurs,...)
9
Systèmes automobiles embarqués (BVA, ABS, suspension, climatisation,...etc.),
9
Systèmes autonomes mobiles,
9
Systèmes de décision, diagnostic, reconnaissance,
9
Systèmes de contrôle/commande dans la plupart des domaines industriels de production.
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S. Elkosantini
24
8
)
Concepts fondamentaux

Le concept de sous-ensemble flou permet des graduations dans l'appartenance
d'un élément à une classe.

A
Dans l’approche classique :
X
Si μ Aest la fonction d' appartenance de l' ensemble A
∀x ∈ X
μ A ( x) = 0
si x ∉ X
μ A ( x) = 1
si x ∈ X
L’ensemble A est défini par : A = {(x, μ A ( x))
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x∈ X}
S. Elkosantini
25
)

Dans l’approche floue :
9
Un élément peut appartenir plus ou moins fortement à cette classe.
9
Un sous-ensemble flou A d'un référentiel X est caractérisé par une fonction
d'appartenance µA :
Si μ Aest la fonction d' appartenance de l' ensemble flou A
∀x ∈ X
μ A ∈ [0,1]
L’ensemble A est défini par : A = {(x, μ A ( x))
A. U. : 09-10
x∈ X}
S. Elkosantini
26
)
Si μ A ( x ) =0,10
x appartient à l’ensemble flou A avec un degré d’appartenance de 10%
⇔ Faible appartenance ⇔ Traduction de la valeur linguistique « Faible »
Si μ A ( x ) =0,90
0 90
x appartient à l’ensemble flou A avec un degré d’appartenance de 90%
⇔ Forte appartenance ⇔ Traduction de la valeur linguistique « Fort»
degré d’appartenance = valeur de vérité.
Un ensemble flou est totalement déterminé par sa fonction d’appartenance
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
27
9
)

La fonction d'appartenance décrivant un sous-ensemble flou est caractérisée par
quatre propriétés :
9
Le type : la forme du nombre ou qui peut être triangulaire, trapézoïdale, gaussienne
ou sigmoïdale.
9
La hauteur : H(A) = Supx∈X (μA(x)) de la fonction d'appartenance. Un sous-ensemble
flou est dit normalisé s'il est de hauteur 1.
9
Le noyau : N(A) = {x/μA(x) = 1} est l'ensemble des éléments qui appartiennent
totalement à A. Pour les fonctions de type triangulaire, le noyau est un singleton qui
est appelé aussi valeur modale.
9
Le support : S(A) = {x/μA(x) ≠ 0} ; cet ensemble décrit l'ensemble des éléments qui
sont partiellement dans A.
A. U. : 09-10
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28
)

La fonction d'appartenance décrivant un sous-ensemble flou est caractérisée par
quatre propriétés :
9
Le type :
ou
9
ou
La hauteur, le noyau, le support :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
29
)

Notation :
L'intervalle flou couramment utilisé dans R est décrit par sa fonction
d'appartenance.

Un nombre flou trapézoïdale est notée généralement par (a, b, α, β) :
A. U. : 09-10
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30
10
)

Notation :
Un nombre flou triangulaire est un cas particulier d’un nombre trapézoïdale.
Il est notée généralement par (a, α, β).

Dans le domaine de la recherche, ce type de nombres flous est très utilisé :
9
Ils contiennent tous les intervalles de confiance des distributions de probabilité
symétrique ayant même noyau et même support que les nombres flous (Dubois et
al., 2004)
9
La traduction de l’expertise humaine vers ce type de nombre flou est plus facile.
La manipulation mathématique est plus
facile avec cette forme
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
31
)

Notation :
La fonction d’appartenance d’un nombre flou avec des cotés paraboliques est
définie de la manière suivante :
Les nombres flous de forme gaussienne est
un cas particulier
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
32
)
Concepts fondamentaux : le support
Triangle [a,b,c]
Trapézoïdale [a,b,c,d]
Gaussien [a, ʘ]
A. U. : 09-10
singleton [a, m]
S. Elkosantini
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11
)
Concepts fondamentaux : le noyau
Triangle [a,b,c]
Trapézoïdale [a,b,c,d]
m
Gaussien [a, ʘ]
singleton [a, m]
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
34
)
Les opérateurs flous

Extension des opérations de la théorie des ensembles classiques: =, ∪, ∩, ⊂,
complément.

Soient A et B deux sefs de X, définis par les fonctions d’apprentissage µA et µB :
Égalité de sefs:
A = B ssi ∀ x ∈ X, µA (x) = µB(x)
Inclusion de sefs:
A ⊂ B ssi ∀ x ∈ X, µA (x) < µB(x)
Intersection de sefs: A ∩ B:
∀ x ∈ X, µA∩B (x) = min(µA (x), µB(x))
Union de sefs: A ∪ B:
∀ x ∈ X, µA ∪ B (x) = max(µA (x), µB(x))
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
35
)
Les opérateurs flous : Union
L’ensemble des personnes petites OU moyennes est un ensemble flou de fonction
d’appartenance :
μ A∪ B ( x ) = max ( μ A ( x ) , μ B ( x ) ) ∀x ∈ U
Partition floue de l'univers du discours
1
Ensemble flou:"Personne petite OU moyenne"
Grand
Moyen
Petit
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
Taille(m)
0
1.5
1.55
A. U. : 09-10
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
Taille(m)
0
1.5
1.9
S. Elkosantini
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
36
12
)
Les opérateurs flous : Intersection
L’ensemble des personnes petites ET moyennes est un ensemble flou de fonction
d’appartenance :
μ A∪ B ( x ) = min ( μ A ( x ) , μ B ( x ) ) ∀x ∈ U
Ensemble flou: "Personne petite et moyenne"
1
Grand
Moyen
Petit
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
Taille(m)
0
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
A. U. : 09-10
Taille (m)
0
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
S. Elkosantini
1.9
37
)
Les opérateurs flous : complément
L’ensemble des personnes NON petites est un ensemble flou de fonction
d’appartenance :
μ A ( x ) = 1 − μ A ( x ) ∀x ∈ U
Ensemble floue :"Personnes non petites"
1
Grand
Moyen
Petit
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
Taille(m)
0
1.5
0
1.55
A. U. : 09-10
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
1.5
Taille (m)
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
S. Elkosantini
38
)

Les opérateurs flous : propriétés
Certaines propriétés de la théorie des ensembles classiques sont vérifiées :
9
A ∪ ‫ = ׎‬A, A ∩ ‫׎ = ׎‬, A ∪ X = X, A ∩ X = A
9
Associativité de ∩ et de ∪ : (A ∪ B) ∪ C = A ∪(B ∪ C)
9
Commutativité de ∩ et de ∪ : A∩B = B∩A
9
Distributivité de ∩ par rapport à U :
A. U. : 09-10
¾
A∩(B ∪ C) = (A∩B) U(A∩C)
¾
A ∪ (B∩C) = (A ∪ B)∩(A ∪ C)
S. Elkosantini
39
13
)
Les opérateurs flous : propriétés

Certaines propriétés de la théorie des ensembles classiques sont vérifiées :
9
La relation de Morgan :
9
¾
¬(A ∩ B) = (¬A) ‫¬( ׫‬B)
¾
¬(A ‫ ׫‬B) = (¬A) ∩ (¬B)
Les lois d'absorption :
¾
A ‫( ׫‬A ∩ B) = A ∩ (A ‫ ׫‬B) = A
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
40
)
Les opérateurs arithmétiques :

L’addition :

La multiplication :
μA+B(z) = max {min(μA(x), μB(y)) / x + y = z} :
μA.B
A B(z) = max {min(μA(x), μB(y)) / xy = z}
A+B :
(a, b, α, β) + (a', b', α', β') = (a + a', b + b', α + α', β + β')
λB :
λ (a, b, α, β) = ( λ a, λ b, λ α, λ β)
Et pour la multiplication et la division ?
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
41
)
Le produit cartésien :

Le produit cartésien est défini par μA*B (x, y) = min [μA(x), μB(y)].
)
Cardinalité d’un ensemble flou

Dans le cas fini, on peut définir le nombre d'éléments d'un ensemble flou A
par :

card ( A) = ∑ μ A ( x)
Si A est continu, le nombre d'éléments d'un ensemble flou A par :
card( A) = ∫ μx ( x)dx
x
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
42
14
)
La distance de Hamming

La notion de distance entre ensembles flous peut être utile pour définir des
relations telles que «à peu près égal» ou «très supérieur à».

La distance de Hamming est : d(A, B) = (x ‫ א‬X) |μA(x) - μB(x)|
Ou aut
autrement
e e t:
b
∫μ
A
( x) − μ B ( x) dx
a

La distance de Hamming relative est :
δ ( A, B) =
A. U. : 09-10
d ( A, B )
card ( X )
S. Elkosantini
43
)
La distance de Hamming

Soit un ensemble de référence X={a,b,c,d,e,f,g} et deux sous ensembles flous
représentés de la manière suivante :
Quelle est la distance de Hamming entre les deux sous
ensembles flous A et B ?
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
44
)

Les α-coupes
Il est important aussi d'introduire le concept d'α-coupe ou coupe de niveau α:
Une α-coupe d'un sous-ensemble ou A pour une valeur α ‫[ א‬0..1] est le sousensemble classique noté Aα et déni par :
A α = {x ; μ A ( x ) ≥ α }

Les α-coupes Aα d'un sous-ensemble A sont des intervalles non-flous
emboités par rapport à la valeur de niveau α.
1
α1
α2
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
45
15
)
Les α-coupes
Si α1 ≥ α2 alors Aα2 ‫ ل‬Aα1

Les α-coupes des sous-ensembles A et B flous vérifient les propriétés
suivantes:
9
(A ‫ ׫‬B)α = Aα ‫ ׫‬Bα
9
(A ∩ B)α = Aα ∩ Bα
9
Si (A ‫ ل‬B)α alors Aα ‫ ل‬Bα
9
(¬A)1-α1 ≠ ¬(Aα), sauf pour α = 1/2.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
46
)

Principe d’extension
Utilisé pour étendre une fonction classique aux sefs :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
47
)
Mesure précise
Mesure floue
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
48
16
)

Principe : possédant une fonction sur un univers classique X, permettre son
utilisation avec des sefs de X .
Définition : Étant donné un sef A de X, et une application ϕ de X vers
Y le principe d'extension permet de définir un sef B de Y associé à A
Y,
par ϕ :
∀y∈Y, µB(y)= sup{x, ϕ (x)=y}µA(x)
avec supϕ µA(x)=0

Le sef B est l'image du sef A par la fonction ϕ.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
49
)
Les valeurs linguistiques :
Fonction d
d’appartenance
appartenance, distance,
distance cardinalité,
cardinalité ensemble flou,
flou etc.
etc
… et après !!???
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
50
)
Exemple : Dans un environnement de gestion des ressources humaines,
que signifie : Le stress de l’opérateur est 0.8
Valuation numérique
Valuation qualitative: langage
naturel
aue
Le stress de l’opérateur est fort
Comment représenter ces valeurs linguistiques ?
Comment formuler cette quantification linguistique ?
Comment intégrer ces valeurs linguistiques dans un système intelligent ?
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
51
17
or
t
Tr
ès
f
Fo
rt
oy
en
M
fa
ib
le
Tr
ès

ib
le
Fa
)
L’ensemble de référence d’un mot du langage naturel s’appelle l’univers du
discours.

Une variable linguistique représente un état dans le système à régler.

Sa valeur est définie dans des termes linguistiques qui peuvent être des mots
ou des phrases d’un langage naturel.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
52
)

Chaque variable linguistique est caractérisée par l’ensemble :
<x, T(x), U, G, M>
avec :
o
x est le nom de la variable,
o
T(x) est l’ensemble des valeurs linguistique que peut prendre x
o
U est l’univers du discours associé avec la valeur de base
o
G est la règle syntaxique pour générer les valeurs linguistique de x
o
M est la règle sémantique pour associer un sens à chaque valeur linguistique
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
53
)
Forte fièvre
1
0
Pas de fièvre
39
Si le patient à 38,9°C de température ⇒
Le patient n’a pas de forte fièvre.
Comment représenter « forte »?
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
54
18
Plan

Partie 3.1
3 1 : Fuzzification

A. U. : 09-10
S. Elkosantini
55
Logique floue
)
Conception de contrôleur flou :
Contrôleur flou
Mais pourquoi un contrôleur flou ??
Mesures
Système
Commande
Modus Ponens:
A⇒B
A
Et si c’est à peu près A ??
B
Modus Ponens:
A⇒B
A’
??
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
56
Logique floue
)

Les méthodes d'inférence utilisées dans la logique classique, modus tollens et modus
ponens ne permettent pas de raisonner lorsque les règles ou les faits sont dénis de façon
imparfaite.

Cette forme de raisonnement a été adaptée à la logique floue pour prendre en compte
les informations et les règles vagues que les systèmes d
d'inférence
inférence peuvent contenir.
Modus Ponens généralisé :
A⇒B
A’
B’
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
57
19
Logique floue
)
source : cours de LESCIEUX
Éclairage
Température
Contrôleur
flou
Humidité
Rayonnement
Ventilation
Chauffage/
Refroidissement
Température
Serre
Agricole
Humidité
Rayonnement
Humidification
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
58
Logique floue
)
source : (Riat & Aurrand
Aurrand-lions;
lions; 98)
Position
Cap/chaussée
Contrôleur
flou
Vitesse
Angle volant
A. U. : 09-10
Pas moteur
volant
Véhicule
autonome
S. Elkosantini
59
Logique floue
)
Mais concrètement, qu’est ce qu’un contrôleur flou ??
Stress
Fatigue
Conflit
Contrôleur
flou
Performance
Robot
Système d’inférence flou
R1: SI Degré (Stress de Robot) est Très faible ET Degré (Fatigue de Robot) est Très faible
ET Degré (Conflit de Robot) est Faible
ALORS Performance est ZE
R2: SI Degré (Stress de Robot) est Modéré ET Degré (Fatigue de Robot) est Faible
ET Degré (Conflit de Robot) est Modéré
ALORS Performance est PS
R3:…
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
60
20
Logique floue
)
Si Temps est beau ET Moment est DébutMatinée ALORS Moral est haut
Prémisses
Conjonction
A. U. : 09-10
Implication
Conclusion
S. Elkosantini
61
Logique floue
)

Les conjonctions :
•
La définition des opérateurs logiques est assurée selon le type de la fonction
d'appartenance utilisée.
•
Quelques
Q
q
opérateurs
p
mathématiques
q
:
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
62
Logique floue
)

L’implication :
•
L'implication floue est une relation qui associe à toute règle floue R une fonction
d'appartenance qui peut être définie de différentes manières.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
63
21
Logique floue
)

Il y a 5 étapes nécessaires lors de la conception d’un contrôleur flou :
¾
Définition des entrées et des sorties du contrôleur:
9
¾
subdivision de toutes les variables d’entrées et de sorties en sous ensembles flous :
9
¾
nombres, noms, types, univers de discours
nombres de subdivisions, types de subdivisions, noms, paramètres.
Définition de la base de règles :
9
nombre de règles, type de règles, les combinaisons possibles, les résultats.
¾
Sélection de la méthode d’inférence
¾
Sélection de la méthode de défuzzification
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
64
Logique floue
)

Il y a 5 étapes à suivre pour aboutir à la sortie d’un système flou :
Entrée
Fuzzification
Calcul de degré d’activation de chaque règle
Recherche de la fonction d’appartenance pour la sortie de chaque règle
Recherche de la fonction d’appartenance résultante globale
Defuzzification
Sortie
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
65
Logique floue
)

Contrôleur flou
Mesures
A. U. : 09-10
Système
S. Elkosantini
Commande
66
22
Logique floue
)

Base de connaissances
Fuzzification
Défuzzification
Inférence floue
Mesures
Système
A. U. : 09-10
Commande
S. Elkosantini
67
Logique floue
)

source : cours de Tai-Wen Yue
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
68
Logique floue
)
1.
Fuzzification : processus qui consiste à transformer une grandeur numérique
en un sous-ensemble flou.
9
Qualifier une valeur numérique avec un terme linguistique.
« Pierre est petit » à un degré de 75%
Pierre mesure 1m625
Interface de
fuzzification
« Pierre est moyen » à 25%
« Pierre est grand » à 0%
Et si on augmente le support des nombres flous utilisés ?
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
69
23
Logique floue
)
1.

Comment fuzzifier ?
1.
Donner l’univers du discours : plage de variations possibles de l’entrée considérée.
2.
Une partition en classe floue de cet univers.
3.
Les fonctions d’appartenances de chacune de ces classes.
Exemple : Selon les valeurs des entrées , le système flou indiquera qu’en sortie la
puissance de chauffe devra prendre les valeurs de sortie « faible » ou « moyenne » ou
« forte ».
La fuzzification des variables est une phase délicate du processus mis
en œuvre par la logique floue.
Elle est souvent réalisée de manière itérative et requiert de l'expérience.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
70
Logique floue
)
2.
Calcul du degré d’activation de chaque règle :
9
L'activation des règles consiste à appliquer une norme triangulaire (ou Tnorme) pour obtenir le degré d'activation de chacune.
9
C’est une valeur comprise
p
entre 0 et 1.
Quelques exemples de t-normes
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
71
Logique floue
)
2.
Exemple : t-norme défini par Zadeh
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
72
24
Logique floue
)
3.
Recherche de la fonction d’appartenance pour la sortie de chaque règle :
Exemple : Selon la t-norme défini par Zadeh
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
73
Logique floue
)
4.
Agrégation ou Recherche de la fonction d’appartenance résultante globale :
•
La conclusion finale d'un système d'inférence est le résultat de la combinaison des
résultats de différentes règles activées en utilisant les normes triangulaires (Tnorme) ou T-conorme :
1.
Par T-norme : la fonction d'appartenance du sous-ensemble flou Y’, qui est le
résultat de l'agrégation, est définie de la manière suivante :
avec T la T-norme Min et N est le nombre de règles activées
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
74
Logique floue
)
4.
2.
Par T-conorme : la fonction d'appartenance du sous-ensemble flou Y’, qui est le
résultat de l'agrégation, est définie de la manière suivante :
avec ٣ la T-conorme Max et N est le nombre de règles activées.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
75
25
Logique floue
)
4.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
76
Logique floue
)
5.
Défuzzification :
•
C'est l'opération qui, inversement à la fuzzication, consiste à transformer un
nombre flou B’ en une grandeur numérique y0
•
Parmi les méthodes de défuzzication les plus répandues :
Centre de gravité
Premier Maximum
Dernier Maximum
Centre Maximum
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
77
Logique floue
)
5.
Défuzzification :
Centre de gravité
Premier Maximum
Dernier Maximum
Centre Maximum
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
78
26
Logique floue
)

Méthode d’inférence : Méthode de Mamdani
Min-Max
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
79
Logique floue
)

Considérons les observations :
.
. Le raisonnement flou se
décompose comme suit :
1.
Calcul du degré
g d'activation de chaque
q règle
g :
2.
Calcul de l'implication :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
80
Logique floue
)

3.
A. U. : 09-10
Calcul de l'agrégation pour former la conclusion finale floue C :
S. Elkosantini
81
27
Logique floue
)

Méthode d’inférence : Méthode de Larsen

Considérons les observations :
.
. Le raisonnement flou se
décompose comme suit :
1.
Calcul du degré
g d'activation de chaque
q règle
g :
2.
Calcul de l'implication : Cette méthode utilise le produit pour définir
la conclusion
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
82
Logique floue
)

3.
Calcul de l'agrégation pour former la conclusion finale floue C :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
83
Logique floue
)

max-prod
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
84
28
Logique floue
)

Méthode d’inférence : Méthode de Takagi-Sugeno:
If x is A and y is B then z = f(x, y)
sous-ensemble
flou
A. U. : 09-10
Souvent : f(x, y) est une fonction
polynomiale en fonction de x et y
S. Elkosantini
85
Logique floue
)

Méthode d’inférence : Méthode de Takagi-Sugeno:
R1: if X is small and Y is small then z = −x +y +1
R2: if X is small and Y is large then z = −y +3
R3: if X is large and Y is small then z = −x +3
R4: if X is large and Y is large then z = x + y + 2
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
86
Logique floue
)

Méthode d’inférence : Méthode de Takagi-Sugeno
1.
Calcul du degré d'activation de chaque règle (en utilisant l'opérateur de
Larsen - produit) :
2.
Calcul de l'implication :
3.
La sortie finale est calculée comme la moyenne des sorties des règles,
pondérées par le poids αRi :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
87
29
Logique floue
)

Méthode d’inférence : Méthode de Takagi-Sugeno
source : cours de Tai-Wen Yue
les étapes 4 et 5 d’un contrôleur flou classique n’existent plus
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
88
Plan

Partie 3.1
3 1 : Fuzzification

A. U. : 09-10
S. Elkosantini
89
Exemple d’applications

Fuzzy logic systems for transportation engineering: the state of the art

An evaluation of fuzzy transportation underwriting systematic risk

A fuzzy logic controller for traffic junction signals

A two-stage fuzzy logic controller for traffic signals

Design and
d implementation
l
off a fuzzy
f
inference
f
system for
f supporting

Fuzzy inference to risk assessment on nuclear engineering systems (pdf)

Fuzzy logic in control systems; Fuzzy logic controller - Part I (pdf)

Fuzzy rule-based approach to describe solute transport in the unsaturated
customer requirements(pdf)
zone (pdf)
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
90
30
Exemple d’applications

Fuzzy Allocation of Manufacturing Resources

Fuzzy modeling of manufacturing and logistic systems

A fuzzy logic based production scheduling/rescheduling in the presence of
uncertain disruptions

Agents Emotional Intelligence and Fuzzy Logic
Agents,

Applying fuzzy logic to personnel assessment: a case study

Alterable-Phase Fuzzy Control Based on Neutral Network
www.sciencedirect.com
login : YcJpNyi
mot de passe : ig1i9sf
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
91
Logique floue
)

Exemple de problème :
On désire contrôler la qualité de production de téléphone portable. Un Téléphone est
caractérisé par un poids P et sa largeur L.
L
4 cm
P
150 g
200g
250g
Vente
Vente
Rejet
5 cm
Vente
Vente
Rejet
6 cm
Réparation
Réparation
Rejet
Réparation = 0; Vente = +1 ; Rejet = -1

On souhaite remplacer le système de contrôle de qualité par un système flou de type
Takagi-Sugeno.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
92
Logique floue
)

Les étapes de conception :
1.
identifier les entrées et sorties :
L
P
2.
Contrôleur
flou
Décision
Subdivision de toutes les entrées en sous-ensembles flous :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
93
31
Logique floue
)

Les étapes de conception :
3.
Etablir la base de règles (la tâche d’un expert humain)
Si (P est léger) ET (L est cout) alors D=+1
….
….
Si (P est lourd) ET (L est large) alors D=-1
Quelle est la décision pour un portable de poids 175g et
largeur 5,5cm
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
94
Logique floue
)

Les étapes d’inférences:
1.
Fuzzification :
2.
Calcul de l'implication
3.
4.
Calcul de la sortie finale :
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
95
Logique floue
)

Améliorons encore plus le système de contrôle de la qualité en minimisant le nombre de
de subdivision de chaque entrée.
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
96
32
Fin du cours
A. U. : 09-10
S. Elkosantini
97
33