模糊数学原理及应用 第二章 模糊数学基础

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(A ∩B)C=AC∪BC
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凸集、闭集
什么是凸集? 指康托凸集
一个普通集合(非模糊集)是凸的,当仅当∀x, y ∈ A和∀λ ∈[ 0,1], 连接x, y线段上的点z = λx + (1- λ)y都包含于A中。
凸集A
非凸集A
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2.2 模糊集合
经典集合论的特点
非真即假 ,如,A={X|X>6}
3
2.1.1 经典集合的表示方法 目前,经典集合有三种表示方法:枚举 法、定义法和特征函数法。
把一个集合的元素全部列出,并用花括号 括起的方法,叫做枚举法或列举法。 用集合中元素的共性来描述集合,叫做定 义法。 除了列举法与定义法之外,一个集合还可 以用特征函数λ来表示。
4
枚举法 A={a1, a2, a3, …, an},这里n是元素 的个数。 学位={学士,硕士,博士}; 中国的直辖市={北京,天津,上海, 重庆}; 性别={男,女}。 A={0,2,4,6,8}
本科生课程
第二章:模糊数学基础
Gui Xiaolin Neocom Institute 6/15/2009 4:21:39 PM
2.1 经典集合回顾
十九世纪末,康托(Contor)建立了经典集合 理论。
经典集合论是现代数学各个分支的基础,其 本身也是一门严格体系的数学分支。
我们可以从常见的事物中,抽象出集合这一 概念:
可确定U的一个模糊子集A。模糊子 集也简称为模糊集。 μ A (x) 称为模糊集合 A的隶属函数(简写为 MF )
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模糊集合的定义(3) 模糊集合的定义(2) 如果 X 是对象x的集合,则 X 的模糊集合A : A = {(x, μA (x)) | x ∈ X } μ A (x) 称为模糊集合 A的隶属函数(简写为 MF )
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举例说明
例,某人事部门要对五个待安排的职员的工作能力
打分,亦即x1,x2,x3,x4,x5,设论域: U = {x1,x2,x3,x4,x5}
现分别对每个职员的工作能力按百分制给出,再除 以100,这实际上就是给定一个从U到[0,1] 闭区间的映射,例如:
x1 85分 即μA(x1)=0.85 x2 75分 即μA(x2)=0.75 x3 98分 即μA(x3)=0.98 x4 80分 即μA(x4)=0.80 x5 60分 即μA(x5)=0.60
模糊集合
μA = 0
μA =1
13
X =6
μA(x) =1
μ A(x) = [01]
连续形式
1 6
13
25
隶属函数 【定义2.1】所谓给定论域U上的一个模 糊集合A,就是给定由论域U到区间[0, 1]的一个映射 μA:U → [0,1]
x a μA (x) ∈[0,1]
这个映射μA将任一个x∈U对应着一个确 定 的 值 μ A(x)∈[0 , 1] , 值 μ A(x) 叫 做 x∈U对模糊集合A的隶属度,映射μA叫做 模糊子集A的隶属函数。
一事物要么属于某集合,要么就不属于, 这里没有模棱两可的情况 精确集合的隶属函数是分段函数:
μA
=
⎧1 ⎩⎨0
如果 X ∈A 如果 X ∉A
美国著名控制论专家扎德(L.A.Zader)教授于1965年 发表《模糊集合》论文, 建立了模糊集合论。
18
3
模糊集的定义
模糊集的基本思想是把经典集 合中的绝对隶属关系灵活化, 用特征函数的语言来讲就是:
模糊集合 C = “合适的可拥有的自行车数目” C = {(0, 0.1),(1, 0.3),(2, 0.7),(3, 1.0),(4, 0.7),(5, 0.3),(6, 0.1)}
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又:X = {0 1 2 3 4 5 6}为一个家庭可拥有自行车数目的集合
模糊集合 C = “合适的可拥有的自行车数目” C = {(0,0.1),(1,0.3),(2,0.7),(3,1.0),(4,0.7),(5,0.3),(6,0.1)}
x∈A,则λA(x)=1;若x∉A,则λA(x)=0。
∈ λA
(
x)
=
⎪⎧1, ⎨ ⎪⎩0,
当x ∈ A 当x ∉ A 有些书中,也用χ A(x)表示
对于任给的元素x A,x对A的特征函数值χA(x)表
示x属于A的“程度”。在经典集合论中规定,x属于或
不属于A是绝对明确的,因此用0和1二值表示对象x属
这里,∫ 不再表示积分,仅仅代表一种记 号;μA (x) / x 的意义则和有限情况一样。
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以年龄作为论域,取U = [0,200],扎德 教授给出了“年老”O与“年轻”Y两个模糊子集 的隶属函数为:
∫ ∫ O = 0 / x +
(1
+
(
x−50 5
)
−2
)
−1
x∈[0,50]
x∈( 50, 200 ]
数”,即A = {x| x>>1},A的隶属函数可
以确定为:
μ A(x)
=
⎪⎧ ⎨
0
1
⎪⎩ 1+
(
100 x −1)2
x ≤1 x >1
A的隶属函数如图2.1所示。
1.0
0.5
10
A的隶属函数
29
隶属函数例子
图形化的,也能够用隶属函数表示
1 A(x)
λ
30
5
2.2.2 模糊集合的表示方法
表示论域U上的模糊集合,原则上只需要将 每个元素x附以该元素对模糊子集A的隶属度 μA(x),然后将它们用一定形式构造在一起 即可。下面为常用的3种表示方法: 扎德表示法 序隅表示法与向量表示法 隶属函数法
元素对“集合”的隶属度不再是 局限于0或1,而是可以取从 0到1的任一数值。
过得去得分数
模糊集合的特点
一元素是否属于某集合,不 能简单地用“是“或“否”来回 答,这里有一个渐变过程
及格的分数 19
模糊集合的定义(2) 定义1: 设给定论域U,U在闭区间[0,1] 的任一映射μA:
μA:U→[0,1] x→ μA(x) , x ∈ U
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隶属度 域U上的全体模糊子集所组成的集合称 为模糊幂集.
记为:F (U ) = {A | μ A:U → [0,1]}
论域U={x}上的集合A由隶属函数μA(x) 来表征,其中μA(x)在闭区间[0,1]中 取值,μA(x)的大小反映了x对于模糊集 合A的隶属程度。
28
隶属函数例子
例2.2:模糊集A表示“比1的大得多的实
∫ ∫ Y = 1/ x +
(1
+
(
x
−25 5
)
2
)−1
x∈[ 0 , 25 ]
x∈( 25,100 ]
9通过计算可得,55岁的人属于老年人的隶属度为0.5。即 μO (x = 55) = 0.5。这表 明55岁的人只能算是“半老”,因为他属于“老年人”集合的资格只有0.5。 9同样可得,μO (x = 60) = 0.8, μO (x = 70) = 0.94。这表明60岁和70岁的人基本属于“老年 人”,其隶属度分别为0.8和0.94。
从上述两个集合可知, x2、x4、x5、x6是 男性,x1和x3是女性。
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基数
一个集合的元素个数,叫做该集合的基数。 A集合的基数,在经典集合中记作N(A)。如 “学位”集合有3个元素,其基数是3,即N(学 位)=3。
基数为有限数的集合叫做有限集。 当集合中的元素数目无限多时,基数为无限数。 基数为无限数的集合称为无限集。
具有某种特定属性的、彼此可以区别的对象的全 体,叫做集合。
每个集合里通常都包含有若干个体,集合里的每 个个体,称为集合中的一个元素
同一集合中的元素都具有某种共性。该集合被讨
论的全体对象,称为论域。
2
2.1 经典集合回顾 (2)
集合的另一形式的定义: 任何被称为“成员”或“元素(Element)” 的对象的聚集称为集合(set)
共十六个。
13
经典集合的一些性质
设A, B是X的任意两个子集,记
A, B∈P(X), A∪B, A∩B和Ac分别表示A和
B的并集、交集和A的余(补)集。
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集合的并、交、补运算
对于A,B,C P(X),集合的并、交、余运算具有 如下性质:
幂等律 A∪A=A , A∩A=A 交换律 A∪B=B∪A , A∩B=B∩A 结合律 (A∪B)∪C=A∪(B∪C) ,
号“⊄”表示。例如:A ⊄ B,E ⊄ D等。
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空集与全集 即集合A中不包含任何元素时,集合A就 叫做空集,用符号“Φ”表示。 由集合A的全体元素组成的集合,称为 全集
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幂集合 设X是一论域, X的全部子集作为元素, 这样构成的集合叫做幂集合,记为P(X)
例 如 集 合 B = {0 , 1} 的 幂 集 为 {Φ , {0} , {1},{0,1}},记作P(B)。 例如,集合A={上,中,下}的幂集合为: P(A)= {Φ ,{上},{中 },{下 },{上, 中},{上,下},{中,下},{上,中, 下}}。
X 称为论域 或 域
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模糊集合论域的二种形式
1)离散形式(有序或无序): 举例:X={上海,北京,天津,西安}为城市的集合。 模糊集合 C = “对城市的爱好”可以表示为: C = {(上海,0.8),(北京,0.9), (天津,0.7),(西安,0.6)}
又:X = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}为一个家庭可拥有自行车数目的集合
12
2
幂集合(2)
幂集的基数=2元素数。 N(P(X))=2N(X) 含有四个元素的集合B={a,b,c,d},它的 所有子集为:
Φ, {a}, {b}, {c}, {d}, {a, b},{a, c},{a, d},{b, c},{b, d},{c, d}, {a, b, c},{a, b, d},{a, c, d},{b, c, d}, {a, b, c, d}
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扎德表示法
设论域为有限集U={x1,x2,…,xn},A 为U上的一个模糊子集,论域U中的元素 xi(i=1,2,3,…,n)对模糊子集A的隶 属度为μA(xi),i=l,2,…,n,查德将 模糊子集A记为:
n
∑ A = μ A (x1 ) / x1 + μ A (x1 ) / x1 + L + μ A (xn ) / xn = μ A (xi ) / xi i =1
5
定义法
对于集合 A={0,2,4,6,8}用定义法 便可表为:
A={x:x为偶数,x < 10} A={x| x为偶数,x < 10}
对于集合 A={1,3,5,7,9}用定义法 便可表为:
A={x:x为奇数,x < 10} A={x| x为奇数,x < 10}
6
1
特征函数
特征函数λ可表示元素x是否属于集合A。若
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2) 连续形式:
令X = R+ 为人类年龄的集合,
模糊集合 A = “年龄在50岁左右”则表示为:
图示:
A = {x, μA (x) | x ∈ X }
式中:
μ
A
(
x)
=
1
+
(
x
1 −
50
)4
10
μA(x) = 1
μ A (x) = [0 1]
0
50
100 24
4
精确集合 X <6
X >6
1
比较
例2.3:设U = {1,2,3,4,5},模糊集A表示“小的整数”,则
A可以表示为:A = 小的整数 = 1/1 +1/2 + 0.8/3 + 0.5/4+ 0.2/5
32
上述扎德表示法是针对论域U为有限集 合时的情况。当论域U为无限集时,U上 的一个模糊集A则可以表示成:
A = ∫ μA (x) / x x∈U
于A的仅有的两种极端性的“程度”。如果集合A表现
的是某一概念,那么χA(x)表示x是否满足概念A,或者 说,命题“x是A”是否为真。
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特征函数(例子)
一个办公室共有六人,记作x1,x2,x3,x4, x5,x6。在论域U={x1,x2,x3,x4,x5,x6} 中,“男”与“女”集合可分别表示为:
男=0/xl + 1/x2 + 0/x3 + 1/x4 + 1/ x5 + 1/x6; 女=1/x1 + 0/x2 + 1/x3 + 0/x4 + 0/ x5 + 0/x6;
(A∩B)∩C=A∩(B∩C) 吸收律 (A∩B) ∪B=B , (A∪B)∩B=B 分配律 A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C),
A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)
集合的并、交、补运算(2)
0 - 1律 A∪X=X , A∩X=A , A∪Φ=A ,A∩Φ=Φ
复原律 (AC)C=A 互补律 A∪AC=X ,A∩AC=Φ 对偶律 (A∪B)C=AC∩BC
例如,{x| x为奇数}和{x| x为偶数}都是无限集。 对于无限集,我们就不能用一个数字来写出 它们的基数。
9
2.1.2 子集合
设A、B为两个集合,若∀x∈A都有x∈B,则称 A包含在B内,记作:A⊆B,这时,集合A便称 为集合B的子集合(简称子集)。
设A、B为两个集合,如果A⊆B但A≠B,则集合A பைடு நூலகம்称为集合B的真子集合(简称真子集),用符号 记为:A⊂B。 A ⊂ B也可写作B ⊃ A,读作B包含A,或A被B包 含。 如果一个集合不是另一个集合的子集时,可用符
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