軟計(jì)算研究綜述

1、軟計(jì)算研究綜述Content (目錄)軟計(jì)算概述軟計(jì)算組成軟計(jì)算特點(diǎn)軟計(jì)算分類軟計(jì)算融合軟計(jì)算概述u信息處理問題大致可分為兩類：結(jié)構(gòu)性問題和非結(jié)構(gòu)性問題。u傳統(tǒng)觀點(diǎn)中計(jì)算是和數(shù)字相聯(lián)系的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，計(jì)算又和字符聯(lián)系在一起。這兩種計(jì)算都和精確性有關(guān)，此時(shí)計(jì)算概念的含義就是要產(chǎn)生精確的計(jì)算結(jié)果。u但實(shí)際中一些與復(fù)雜知識(shí)和智能機(jī)理有關(guān)的問題，或由于不要求精確解，或由于求精確解代價(jià)太大，這時(shí)一些近似解或次優(yōu)解己能滿足需要并被接受。u從這一角度出發(fā)，1992年模糊集奠基人Zadeh提出了軟計(jì)算的概念。u1994年,他提出了將計(jì)算分成兩類：硬計(jì)算(Hard Computing,HC)和軟計(jì)算。軟

2、計(jì)算(Soft Computing,SC)概念由此形成并被廣泛接受。軟計(jì)算概述軟計(jì)算( Soft Computing) 方法是將模糊技術(shù)與智能技術(shù)相結(jié)合來(lái)解決不確定性問題而提出的， 是能夠處理現(xiàn)實(shí)環(huán)境中一種或多種復(fù)雜信息的方法集合。軟計(jì)算組成u根據(jù)Zadeh對(duì)軟計(jì)算方法的概括性基本劃分，軟計(jì)算包括五種主要方法：“進(jìn)化計(jì)算”(Evolutionary Computation)、模糊邏輯(Fuzzy Logieal)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNs)、粗糙集(Rough SetS)和概率推理(Probabilistic Reasoning) 。u有學(xué)者認(rèn)為還應(yīng)該包括混沌理論(chaos Theory)、分

3、類系統(tǒng)(Classifier System)、一些和認(rèn)知(Cognitive)有關(guān)的學(xué)習(xí)規(guī)則；還有的學(xué)者認(rèn)為還應(yīng)包括免疫網(wǎng)絡(luò)(Immune NetworkS)、分形(Fractal)和小波(Wavelet)等方法。進(jìn)化計(jì)算進(jìn)化計(jì)算是一種模擬生物進(jìn)化過程與機(jī)制求解問題的自組織、自適應(yīng)性人工智能技術(shù)。它是以生物界的“優(yōu)勝劣汰、適者生存”作為算法的進(jìn)化規(guī)則，結(jié)合達(dá)爾文的自然選擇與孟德爾的遺傳變異理論，將生物進(jìn)化中的四種基本形式：繁殖(reproduction)、變異(Mutation)、競(jìng)爭(zhēng)(Competition)和選擇(Selection)引人到算法的過程中,指導(dǎo)算法的進(jìn)行。模糊邏輯模糊邏輯指模

4、仿人腦的不確定性概念判斷、推理思維方式，對(duì)于模型未知或不能確定的描述系統(tǒng)，以及強(qiáng)非線性、大滯后的控制對(duì)象，應(yīng)用模糊集合和模糊規(guī)則進(jìn)行推理，表達(dá)過渡性界限或定性知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，模擬人腦方式，實(shí)行模糊綜合判斷，推理解決常規(guī)方法難于對(duì)付的規(guī)則型模糊信息問題。模糊邏輯善于表達(dá)界限不清晰的定性知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，它借助于隸屬度函數(shù)概念，區(qū)分模糊集合，處理模糊關(guān)系，模擬人腦實(shí)施規(guī)則型推理，解決因“排中律”的邏輯破缺產(chǎn)生的種種不確定問題 。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元(神經(jīng)元、處理元件等)廣泛互連而成的網(wǎng)絡(luò)，它是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上提出的，反映了人腦功能的基本特性。但它并不是人腦的真實(shí)描寫，而是人腦的某

5、種抽象、簡(jiǎn)化與模擬。網(wǎng)絡(luò)的信息處理由神經(jīng)元之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，知識(shí)與信息的存貯表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)元件互連間分布式的物理聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和識(shí)別則是決定于各神經(jīng)元連接權(quán)系數(shù)的動(dòng)態(tài)演化過程。從仿生學(xué)角度提出的神經(jīng)元一般由三部分組成：加權(quán)求各部分、線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)部分和非線性函數(shù)映射部分。粗糙集粗糙集理論是波蘭科學(xué)家Pawlak在1982年提出的，借鑒了邏輯學(xué)和哲學(xué)中對(duì)不精確、模糊的各種定義，針對(duì)知識(shí)庫(kù)，提出不精確范疇等概念，并在此基礎(chǔ)上形成了完整的理論體系粗糙集理論。粗糙集理論的中心觀點(diǎn)是集合的近似表示：任何在其上的集合概念都能用它的下近似集合和上近似集合表示。粗糙集理論是一種處理不精確、不確定和不完整數(shù)據(jù)的

6、新的數(shù)學(xué)計(jì)算理論，能夠有效地處理不確定的信息，并從中發(fā)現(xiàn)隱含知識(shí)，揭示事物與事件之間的內(nèi)在聯(lián)系。概率推理u概率推理就是根據(jù)某一類事件中部分事件出現(xiàn)的概率,推出該類所有事件出現(xiàn)的概率的推理。u其方法可以分為兩類：?jiǎn)沃?single一value)系統(tǒng)和間隔取值(interval一value)系統(tǒng)。u概率計(jì)算提供了一種估計(jì)隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)結(jié)果影響的方法。軟計(jì)算特點(diǎn)u傳統(tǒng)計(jì)算（硬計(jì)算）的主要特征是嚴(yán)格、確定和精確。但是硬計(jì)算并不適合處理現(xiàn)實(shí)生活中的許多問題 ，例如駕駛汽車。而軟計(jì)算（Soft Computing, SC）通過對(duì)不確定、不精確及不完全真值的容錯(cuò)以取得低代價(jià)的解決方案和魯棒性。它模擬自然界中智

7、能系統(tǒng)的生化過程（人的感知、腦結(jié)構(gòu)、進(jìn)化和免疫等）來(lái)有效處理日常工作。u硬計(jì)算的主要特征：（1）易于建立問題的規(guī)范數(shù)學(xué)模型；（2）建立的數(shù)學(xué)模型易于求解，且能達(dá)到較高的精確度；（3）解具有較好的穩(wěn)定性。u軟計(jì)算的主要特征：（1）難于建立問題的規(guī)范數(shù)學(xué)模型；（2）難于得到問題的較高精度的解；（3）算法具有較好的適應(yīng)性，能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境。軟計(jì)算分類12按方法的種類來(lái)劃分按方法的性質(zhì)來(lái)劃分模糊邏輯或模糊計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算、概率推理、進(jìn)化計(jì)算、混沌系統(tǒng)、序數(shù)優(yōu)化、模擬退火、粗糙集計(jì)算、其他。針對(duì)軟計(jì)算中各種方法的特點(diǎn)，關(guān)于軟計(jì)算的分類主要有以下兩種:知識(shí)驅(qū)動(dòng)方法集(模糊計(jì)算、近似計(jì)算、粗糙集計(jì)算、其他),

8、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)搜索和優(yōu)化算法集(神經(jīng)計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算、模擬退火、其他)。軟計(jì)算融合優(yōu)勢(shì)局限性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織 自學(xué)習(xí) 高度容錯(cuò)和泛化能力強(qiáng)的特點(diǎn)存在訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng) 知識(shí)解釋性差等問題模糊邏輯具有人類思維的某些特點(diǎn)， 具有不精確不確定的推理能力因過度依賴專家知識(shí)使其應(yīng)用范圍受到限制進(jìn)化算法具有能夠處理參數(shù)多 結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題的全局尋優(yōu)能力因過度依賴專家知識(shí)使其應(yīng)用范圍受到限制粗糙集無(wú)需任何先驗(yàn)知識(shí)， 可以從大量的數(shù)據(jù)中獲取隱含知識(shí)的能力對(duì)噪聲敏感， 在最優(yōu)約簡(jiǎn)中存在 NP 問題軟計(jì)算融合目前， 存在多種軟計(jì)算融合技術(shù)。 軟計(jì)算融合技術(shù)的分類有不同的方式， 可以從邏輯結(jié)構(gòu)、 融合內(nèi)容、融合成員性質(zhì)、融合時(shí)序等方面進(jìn)行分類 。按照邏輯結(jié)構(gòu)， 可分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)、 鑲嵌結(jié)構(gòu) 、并聯(lián)結(jié)構(gòu)。 按照融合內(nèi)容， 可分為組合融合、 容錯(cuò)融合、 分層融合。 按照融合成員性質(zhì)可分為: 軟計(jì)算之間融合 、軟計(jì)算與硬計(jì)算之間融合。 按照融合時(shí)序， 可分為同步融合、 異步融合?？偨Y(jié)隨著信息技術(shù)的發(fā)展， 人們獲得大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、內(nèi)容不確定的