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Logica sfumata o "Fuzzy - Logic".

Spesso la logica binaria dei moderni calcolatori si dimostra poco idonea a descrivere correttamente gli aspetti equivoci e contradditori del mondo che ci circonda. Questi non ragionano con le stesse modalità del cervello umano; "ragionano" con eventi precisi che sono stati ricondotti ad eventi del tipo "vero" o "falso" (zero o uno).
Il cervello umano, invece, può ragionare su proposizioni vaghe o asserzioni che implicano incertezza e consente di ragionare in un mondo fatto solo di verità parziali.
La logica sfumata, aiuta i calcolatori a dare un'immagine in chiaroscuro di un mondo incerto, si occupa di concetti vaghi, aiutando ad automatizzare macchine o impianti, anche quando è difficile definire criteri secondo cui attuare le variazioni. Nei casi in cui non sono disponibili algoritmi specifici per determinare la risposta di un sistema ai dati in ingresso, la f.l. può controllare il sistema usando regole da "buon senso" e in molti campi sono più utili e precisi dei modelli matematici. Fu usata per la prima volta nel 1980 dalla FL-Smidth & Company di Copenaghen per la conduzione di un cementificio.
Nel 1988 la Hitachi ha affidato ad un sistema f.l. il controllo di una linea di metropolitana a Sendai, in Giappone. Il sistema si è dimostrato superiore ad una versione automatica tradizionale; ha migliorato il comfort dei viaggiatori, ha ridotto i tempi di percorrenza, ed ha garantito un risparmio del 10% sul consumo elettrico.
Da allora le imprese giapponesi e coreane, hanno usato la f.l. su larga scala per regolare il funzionamento di molti elettrodomestici e dispositivi elettronici favorendone così la conoscenza al pubblico.
La peculiarità di questo sistema sono le sue regole, che devono essere fornite da esperti; ci si deve poi impegnare per lungo tempo in un compito di affinamento per poter permettere di funzionare il tutto nel migliore dei modi.


Per avere un'idea del metodo fuzzy, immaginiamo di dovere regolare la frenata di un veicolo in prossimità di un ostacolo. Chi è alla guida non fa calcoli, ma valuta la distanza dell'ostacolo e agisce sul pedale del freno con una pressione adeguata. La frenata, segue una complicata funzione che l'autista non conosce, ma che gli permette di solito di frenare nei modi e nei tempi giusti. Con il metodo f.l. è formalizzata e trasferita su computer questa conoscenza operativa. Come si fa in pratica, assumiamo che la velocità di un'automobile può essere bassa, media o alta e che l'ostacolo può essere vicino o lontano. Si presenteranno sei casi e per ciascuno di loro occorrerà stabilire l'intensità della frenata, che potrà essere debole, media, forte o molto forte.

 
Ostacolo vicino
Ostacolo lontano
Velocità bassa
Frenata media
Frenata debole
Velocità media
Frenata forte
Frenata media
Velocità alta
Frenata molto forte
Frenata forte

Assegnando ad ogni evenienza un intervallo di valori, il controllo sarà brusco, a scatto e poco funzionale. Giudicando vicini tutti gli ostacoli sotto i 50 metri, e lontani quelli al di sopra, ci sarebbe un’ingiustificata discontinuità nella frenata al passaggio dei 50 metri. Questo inconveniente potrebbe essere superato facendo un’interpolazione di tipo algebrico a partire dai sei punti noti.
L'approccio al f.l. considera che gli aggettivi riguardanti la stessa misura non si escludano a vicenda. Per tornare all'esempio, l'idea della lontananza, sfuma progressivamente in quella della vicinanza. L'ostacolo perciò è al contempo lontano e vicino, possiede un po' la proprietà della lontananza e un po' la proprietà della vicinanza. Il grado d'appartenenza della distanza alle classi "lontano" e "vicino" è stabilito a partire da semplici funzioni a forma di triangolo che misurano il grado di verità degli aggettivi con numeri compresi fra zero e uno.


La distanza dei 50 metri, che in un controllo non f.l. separa il "vicino" dal "lontano", con il metodo f.l., diventa il punto in cui i due aggettivi, entrambi veri, assumono lo stesso grado di verità (entrambi veri al 50%).
I gradi di verità dei tre aggettivi concernenti la velocità, sono definiti da funzioni che indicano in che misura la velocità è piano, media o forte. Potremmo definire velocità media "vera al 100% " in corrispondenza di 60 Km/h che va a decrescere sia a destra che a sinistra. L'aggettivo piano è vero fino a 60Km/h; quello forte è vero con gradi di verità via via crescenti, a partire dai 60 Km/h. A 80 Km/h la velocità è in parte media, vero al 66% (area verde chiaro)ed in parte forte, vero al 33% (giallo).

Le regole della f.l. assegnano a ciascuna conclusione un grado di verità proporzionale al grado di verità di ciò che abbiamo prefissato. Più conclusioni possono essere attivate contemporaneamente con gradi di verità parziali. Dal gruppo di conclusioni attivate, si determina poi il risultato, in pratica l'intensità della frenata, attraverso un procedimento che calcola una sorta "sommatoria" fra i pesi delle diverse conclusioni. In questo modo il controllo sarà morbido e potrà essere aggiustato in seguito modificando le funzioni a forma di triangolo ed i loro intervalli di definizione.
La flessibilità della f.l. consiste proprio nel poter affinare il controllo a posteriori sul campo, assegnando i giusti intervalli di misure e le giuste intensità delle azioni.


Bibliografia:

1. Le Scienze n. 301 di Bart Kosko & Satoru Isaka.
2. Prototipo di controllo automatico della diffusione DDS: Dott.Lorenzo Aldini.
3. L'industria saccarifera Italiana vol. 91.