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模糊概念:计算机领域的专门科学

2022-01-10 深度 5 ℃ 0 评论
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日常生活中,我们经常会碰到诸如明天的天气如何,近来身体怎样,将来有何打算以及预测工厂的生产任务进展如何等问题。如果仔细推敲,这些都是很不确切的问题。甚至在问及有关数字概念的年龄时,再高明的数学家恐怕也要有l%~2%的误差。比如人们说某人头秃了,这个“秃”并没有数字界定,如果定义头发少于1000根为“秃”,实际上999根与1000根之间就很难区分,在现实生活中也难以辨认。像上面这样一些没有确切界限的事物及其表达形式,都统称为模糊概念。同样,美与丑、明与暗、黑与白、香与臭、胖与瘦、好与坏、高与矮等,虽然是完全相反的,但在它们中间也没有截然可分的界限,所以它们也都属于模糊概念。由此可见,人类在社会生活、生产实践以及科学实验中,少不了要和模糊概念打交道。

模糊信息

模糊概念由于是一种不规则逻辑,因此它所构成的信息也只能是含意模糊的信息。例如,要表达一个人的老态龙钟,便可用白发苍苍、步履蹒跚、眼窝深陷、脊背弯曲、面容憔悴等词来形容,这些就是典型的模糊信息。

数字式电子计算机要判别一个简单的概念,往往需要进行一大堆数学运算,而且还要有很高的精度。因此,它的信息是十分精确的。模糊信息则做不到这一点,它完全属于另一个范畴,所表达的是直观的形态和意识感觉。这也是人的大脑区别于其它机器的重要标志。人脑对模糊的信息具有高度的识别能力和判断水平。这一点是目前任何高级电子计算机都无法比拟的。

模糊信息是一种高智商信息,而绝非等同于糊涂认识。它类同于清代文人郑板桥所说的“难得糊涂”,实际上是一种思维的推断。

模糊数学

表达模糊信息最有效的工具,是1965年美国控制论专家扎德创立的模糊数学。它是为了适应迅速处理模糊信息而出现的,其关键是引用刻划模糊集合的模糊性的隶属函数。人们称它为架在精确性经典数学和充满模糊性的现实世界之间的桥梁。

在人类历史上,经典数学建立了丰功伟绩,创造了今天的文明,使人类的认识由模糊到精确,实现了精神境界上的第一次飞跃;而科学技术的进一步发展,又使数学应用的领域从精确扩大到模糊现象的范畴,这实质上是意识形态的又一次飞跃。

模糊数学是专门处理模糊概念、模糊信息等的专业性学科。由于这些概念、信息的不规则和非逻辑特性,它必须运用特殊的处理方式。例如普通电子计算机只要以其最基本的0和1这么两个二进制逻辑符号,便能准确地处理各种含义严密的数值和推论,而模糊信息必须运用由0到1之间的连续数值才能进行加工。

模糊概念、模糊信息引入到数学界绝非表示要以模糊代替精确,模糊数学只是经典数学发展中的一个分支。它的应用范围更加广阔,甚至能够用来描述精确所不能进入或难以触及的禁区。例如,在计量科学方面,应用了模糊数学就很容易在物理标准的分类、优选和物理量值的预估等方面取得成效。同样,在地震灾情判断、疾病医疗诊断、发酵工程控制、交通秩序管理、海空导航巡视等方面,也能作出广义判断。数学是在不断地追求精确,但在追求精确的过程中,往往出现难以精确的模糊,但是模糊的结果则会使人的境界和意识更加精确。

模糊集成电路

与构成数码式电子计算机基础的二进制逻辑相对应的,是以不规则、非逻辑为基本函数,并据此理论设计、试制出来的电子电路,这种电子电路称为模糊集成电路或非逻辑不规则集成电路。

模糊集成电路是由日本熊木大学工程部的山川烈教授研制成功的。他利用9个基本函数来表示各种可用限界差及其算术和。他先在半导体衬底材料上制成25个限界差的沟道,用其中9个沟道表现6个基本函数,后来又改用电流方式的一般数据和电压方式的模拟数据进行算术演算。

在制造过程中,他首先用P型沟道金属氧化物半导体表现6个基本函数。后来,他又改用互补金属氧化物半导体,这时不但9个基本函数都表现了出来,而且存储量提高了3倍,运算速度提高了50%,消耗的电力减少了25%,产生的热量也很小,体积也可以做得更小。这种集成电路设计合理,抗干扰能力强,极限参数具有良好的线性,运算精度很高,误差为零,而且特别适合于大规模生产,效率特别高。此外,它采用的是标准的P—MOS工艺,电流传输型电路,掩膜板数量和工变流程少,成品率很高。

模糊计算机

电子计算机在发展进程中大致经历了电子管式、晶体管式、集成电路、大规模集成电路式和人工智能式五代,而专门用以处理模糊信息的电子计算机可称为第六代产品,也叫模糊计算机。

众所周知,人的大脑平均重量约为1500克,共有140~160亿个脑细胞。如要将人脑功能全部开发,利用电子计算机的初期技术,其体积大致相当于一座巴黎城。但是随着微电子技术、集成电路的惊人发展,特别是模糊集成电路的出现,其体积大幅度下降了。

早在1985年,就已经有不少公司生产出了100万比特的集成电路。这意味着在几毫米见方的半导体衬底材料上,可以容纳100多万个元器件,使电子计算机的发展进入了一个崭新的阶段。以人脑为例,如在其容积范围内装电子管,最多能装15个,而装集成电路可以装100多块。那么,按现在的水平衡量,100个集成电路的总存储量是100万x100等于1亿比特。结果说明,这个容量与人脑相比,简直就是天壤之别。

要使电子计算机全面具备人脑的体积、重量、思维能力、智慧、推理和学习等方面的功能,是第六代电子计算机的重要使命。为了使模糊计算机的功能尽量接近人脑,需要集中大量的电子学专家、心理学家、大脑生理学家、语言学家一起参与这项工程的研发。

目前,最好的电子计算机充其量也只能作為人类的助手,必须依赖人工输入资料方能运行,而且所进行的运算也只能属于精确范畴。而模糊计算机除了具有一般计算机的功能外,还具有学习、思考、判断和对话的功能。不但两台电子计算机间可以对话,而且还可以和人类进行日常对话。此外,它在瞬息之间便能辨清外界物体的形状和特征,并进行广义判断,还可以帮助人类从事一些比较复杂的脑力劳动。

如今,模糊电子计算机的研制工作早已取得飞速进展,它为电子计算机在更广阔领域的应用打下了坚实基础。

本文来源:http://www.adwzw.cc/shendu/4544.html

Tags:模糊概念领域

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