ما هو المنطق الضبابي Fuzzy Logic واستخداماته (شرح مبسط)

هل سبق لك أن شعرت أن العالم من حولك ليس أسودًا أو أبيضًا بل رماديًا ؟ إذا كانت الإجابة بنعم، فقد يكون المنطق الضبابي هو ما تبحث عنه.

يعتبر المنطق الضبابي تقدماً رائعاً ﻓﻲ علم الذكاء الاصطناعي ومن بين الابتكارات الرائعة التي انبثقت من عقول المبدعين، يظهر اﻟﻤﻨﻄﻖ اﻟﻀﺒﺎﺑﻲ كلوحة فنية تلون أفق فهمنا للعالم بأكمله.

في دليل شامل، سنخوض رحلة إلى المنطق الضبابي حيث يكمن فهم المفاهيم المستبدلة بالقواعد الثابتة، وسنستكشف أيضاً تطبيقاته الواسعة في مختلف المجالات وأهميته والمزيد.

ما هو المنطق الضبابي Fuzzy Logic واستخداماته (شرح مبسط)
المنطق الضبابي

ما المقصود بالمنطق الضبابي ؟


المنطق الضبابي (بالإنجليزية Fuzzy Logic) له عدة مسميات: المنطق العائم أو الغيمي أو الغامض فهو فرع من الذكاء الاصطناعي يهدف إلى تمثيل ومعالجة المعلومات الغير دقيقة أو المتغيرة أو المبهمة بطريقة رياضية ومنطقية. تم اقتراحه لأول مرة من قبل لطفي زاده في عام 1965 بناءً على مفهوم المجموعات الغامضة.

نسمي المنطق الضبابي بالمعنى العام منطقا يعتمد على توسيع للمنطق الكلاسيكي الذي يفرض قيمتين فقط، ليمكننا من الاستنتاج في حالات الغموض. وبالمعنى الضيق فهو مجموعة من النظريات والأساليب التي تتعامل مع المجموعات الضبابية التي لا تحدد حدودها بشكل واضح.

يعتمد المنطق الضبابي على مفهوم المجموعات الضبابية وهي مجموعات لا تمتلك حدود واضحة بين عناصرها بل تستخدم درجات من الحقيقة للتعبير عن انتماء العناصر للمجموعة، وذلك من ﺧﻼل التعامل مع المفاهيم النسبية والتقديرية والمتناقضة مثل: الحرارة أو السرعة.

في تعريف آخر، المنطق الضبابي هو نظام منطقي يقوم على تعميم ﻟﻠﻤﻨﻄﻖ التقليدي ثنائي القيم والذي يعتمد على  قيم ثنائية ثابتة: صواب أو خطأ 1 أو 0.

كيف يعمل المنطق الضبابي ؟


منطق ضبابي هو شكل من أشكال المنطق متعدد القيم الذي يسمح بدرجات من الحقيقة بين 0 و 1 بدلاً من مجرد صواب أو خطأ.

 يتم استخدامه للتعامل مع المواقف التي تكون فيها المعلومات غامضة أو غير دقيقة أو غير مؤكدة، ويعتمد على مفهوم وظائف العضوية التي تحدد مقدار قيمة الإدخال والتي تنتمي إلى مجموعة معينة.

اﻟﻣﻧطق الضبابى يُنفذ بـ استعمال عبارات if-then التي تصف العلاقة بين متغيرات الإدخال والإخراج بطريقة غامضة.

مزايا المنطق الضبابي


إليك أهم مميزات fuzzy logic:

  • يعتبر منطق الضبابي سهل الفهم والاستخدام لأنه يعتمد على اللغة الطبيعية والمنطق السليم.

  • يمكنه للمنطق الضباب حل المشكلات المعقدة التي يصعب أو يستحيل حلها بطرق أخرى.

  • يمكنه التعامل مع البيانات غير الدقيقة ولا يزال ينتج مخرجات دقيقة.

  • يُستخدم منطق الضبابي على نطاق واسع للتطبيقات التجارية والعملية.

عيوب المنطق الضبابي


  • قد يكون من الصعب تنفيذ أنظمة منطقية غامضة حيث لا يوجد نهج منظم لتصميمها وتحسينها.

  • صعوبة تفسير وشرح نتائج الأنظمة المنطقية الضبابية، لأنها قد لا تتبع المنطق التقليدي أو النماذج الرياضية.

  • مشكلة تقييم ومقارنة أداء الأنظمة المنطقية الضبابية حيث لا توجد معايير واضحة لقياس دقتها أو متانتها أو كفاءتها.

ما هي انواع المنطق الضبابي ؟


هناك أنواع ﻣﺧﺗﻟﻔﺔ من أنظمة المنطق اﻟﺿﺑﺎﺑﻲ، ولكن أكثرها شيوعاً هو نظام Mamdani الذي يستعمل مجموعات غامضة لتعيين المدخلات إلى المخرجات.

نوع آخر من أنظمة المنطق الضبابي هو نظام Takagi-Sugeno والذي يستخدم وظائف خطية لتمثيل مخرجات القواعد الضبابية، هذا النوع من الأنظمة أكثر كفاءة وأسهل في التحليل من نظام Mamdani، لكنه قد لا يلتقط اللاخطية للمشكلة أيضاً.

النوع الثالث من نظام المنطق الضبابي هو نظام Tsukamoto والذي يستخدم وظائف عضوية المخرجات الرتيبة لحساب المتوسط المرجح للمدخلات. يشبه هذا النوع من الأنظمة نظام Takagi-Sugeno ولكن يمكنه التعامل مع وظائف الإخراج الأكثر تعقيدا.

هذه بعض الأنواع الأساسية للأنظمة المنطقية الضبابية، ومع ذلك هناك اختلافات وامتدادات أخرى مثلاً: الأنظمة العصبية الضبابية، والأنظمة الضبابية التكيفية، والشبكات العصبية الضبابية.


أمثلة عن المنطق الضبابي


فيما يلي بعض الأمثلة على المنطق الضبابي:

1. نظام التحكم في درجة الحرارة الذي يضبط التدفئة أو التبريد بناء على قواعد غامضة مثلاً: "إذا كانت الغرفة شديدة الحرارة، فقم بخفض سرعة المروحة" أو "إذا كانت الغرفة باردة بشكل معتدل فقم بزيادة سرعة المروحة قليلاً".

2. نظام تداول الأسهم الذي يستخدم مؤشرات غامضة مثل: "شراء إذا كان السعر منخفضاً جداً والاتجاه صعوديا" أو "بيع إذا كان السعر مرتفعا بشكل معتدل والاتجاه هبوطيا".

3. باستخدام مستشعرات ضبابية تقوم الغسالة بتحديد مدى قذارة الملابس وتعديل مدة الغسيل وكمية المنظفات المناسبة.

4. كاميرا تستخدم التركيز البؤري الضبابي لالتقاط صور واضحة للأجسام المتحركة أو المشاهد ذات ظروف الإضاءة المختلفة.

5. نظام التنبؤ بالطقس الذي يستخدم قواعد غامضة للتنبؤ باحتمال هطول الأمطار أو الثلوج أو أشعة الشمس بناء على مدخلات غامضة مثل الرطوبة وسرعة الرياح.

6. نظام المنزل الذكي الذي يستخدم المنطق الضبابي للتحكم في الإضاءة والتدفئة والتبريد وأمن المنزل بناء على تفضيلات وعادات السكان.

أهمية المنطق الضبابي


فيما يلي بعض الجوانب الرئيسية التي تسلط الضوء على أهمية المنطق الضبابي:

1. يوفر المنطق الضبابي إطارا لتمثيل ومعالجة المعلومات غير المؤكدة وهو أمر شائع في سيناريوهات العالم الحقيقي فبدلاً من التمييز الصارم بين الصواب / الخطأ، فإنه يسمح بدرجات من الحقيقة مما يجعله مناسباً للمواقف التي تكون فيها المعلومات غير دقيقة.

2. يسمح المنطق الضبابي للاستدلال التقريبي حيث يمكن الأنظمة من اتخاذ القرارات بناء على معلومات غير كاملة أو غامضة. هذا أمر بالغ الأهمية في المواقف التي قد يكون فيها الحصول على البيانات الدقيقة أو تحديدها أمرا صعباً.

3. غالبا ما ينطوي fuzzy logic التفكير البشري وصنع القرار على درجات من اليقين أو الغموض. يحاول المنطق الضبابي تقليد عمليات التفكير البشري لجعله أداة قيمة في التطبيقات التي يكون فيها صنع القرار الشبيه بالإنسان أمرا مرغوبا فيه.

4. يستخدم المنطق الضبابي على نطاق واسع في أنظمة التحكم لنمذجة الأنظمة المعقدة غير الخطية والتحكم فيها وهو يوفر نهجا مرنا وتكيفيا لا سيما في الحالات التي قد تكون فيها أساليب المكافحة التقليدية غير كافية بسبب تعقيد النظام.

5. يسمح المنطق الضبابي بااستخدام  المصطلحات والتعبيرات اللغوية في صنع القرار بواسطة إتاحة تمثيل المفاهيم الذاتية مثل "حار جدا" أو "بارد إلى حد ما" مما يجعله أكثر تعبيرا وبديهية.

6. في مشاكل التحسين حيث لا يتم تحديد وظيفة الهدف أو القيود بدقة يمكن استخدام المنطق الضبابي للتعامل مع الغموض وإيجاد حلول قوية في البيئات غير المؤكدة.

7. اﻟﻤﻨﻄﻖ الضبابي ذو قيمة في المواقف التي تنطوي على معايير متعددة وأهداف متضاربة.

8. تتيح بدمج المعلومات المتنوعة والمتناقضة في بعض الأحيان للوصول إلى قرارات توازن بين العوامل المختلفة.

9. أنظمة fuzzy logic قابلة للتكيف مع الظروف المتغيرة يمكنهم ضبط قواعدهم ومعلماتهم بناء على معلومات جديدة بهدف أن تكون مناسبة للبيئات الديناميكية حيث قد تختلف الظروف بمرور الوقت.


أشهر تطبيقات على المنطق الضبابي


للمنطق الضبابي fuzzy العديد من التطبيقات في مجالات مختلفة مثل: أنظمة التحكم ومعالجة الصور ومعالجة اللغة الطبيعية والذكاء الاصطناعي.

1. الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي: يساهم المنطق الضبابي في تحسين قدرات التعرف على الكلام والوجه ومعالجة اللغة الطبيعية والتعلم من البيانات.

2. الفضاء والسيارات: يسمح المنطق الضبابي بضبط ارتفاع الطائرات والأقمار الصناعية ومزج وتدفق الجليد في أنظمة إزالة الجليد، ونقل للمركبات، وأنظمة السرعة والمرور.

3. الإلكترونيات والأجهزة: يعمل المنطق الضبابي على تنظيم تعرض كاميرات الفيديو، ورطوبة الغرف النظيفة، ودرجة حرارة مكيفات الهواء، وقوة الميكروويف.

4. المال والأعمال: يمكن للمنطق الضبابي تحويل الأوراق النقدية و إدارة الأموال والتنبؤ بسوق الأوراق المالية ودعم القرار وتقييم الموظفين.

5. الصناعة والتصنيع: يمكن للمنطق الضبابي تحسين إنتاج الجبن والحليب والأسمنت والتحكم في عمليات معالجة المبادل الحراري ومياه الصرف الصحي، وإجراء ضمان الجودة والتصميم الهيكلي.

6. التعرف على الأنماط وتصنيفها: يستخدم المنطق الضبابي في تحليل السلوك البشري والكتابة اليدوية وخصائص الوجه ومدخلات الأوامر.

7. البحرية والدفاع: ينفذ المنطق الضبابي الطيار الآلي واختيار مسار السفن، ويتحكم في المركبات تحت الماء واعتراضات السرعة الفائقة، ويتعرف على أهداف الأشعة تحت الماء والحرارية بالأشعة تحت الماء.

ما علاقة المنطق بالذكاء الاصطناعي ؟


مجال المنطق والذكاء الاصطناعي لهما تاريخ طويل ومتشابك فالمنطق هو دراسة الأنظمة الرسمية للتفكير والاستدلال والإثبات بينما الذكاء الاصطناعي هو فرع من علوم الكمبيوتر يهدف إلى إنشاء برامج آلية يمكنها أداء المهام (Functions) التي تتطلب ذكاءً بشريا.

إحدى الأهداف الرئيسية للذكاء الاصطناعي إضفاء الطابع الرسمي على المعرفة والمنطق السليم والتي غالبا ما تكون بديهية وضمنية للبشر، ولكن يصعب التعبير عنها بطريقة دقيقة ومتسقة.

يوفر منطق logic لغة طبيعية لتمثيل و معالجة المعرفة والتفكير بالإضافة إلى مجموعة من الأدوات والتقنيات لإثبات الخصائص وحل المشكلات. يمكن أن يساعد المنطق أيضًا في ضمان صحة الأنظمة الذكاء الاصطناعي واتساقها واكتمالها.

ومع ذلك، فإن المنطق له بعض القيود عند تطبيقه على الذكاء الاصطناعي، فعلى سبيل المثال: غالبا ما يكون المنطق جامدا وهشا للغاية بحيث لا يمكنه التقاط عدم اليقين والغموض والاعتماد على السياق في مواقف العالم الحقيقي.

يميل المنطق أيضا إلى أن يكون مكلفا من الناحية الحسابية ومستعصيا على المساحات الكبيرة والمعقدة، لذلك استكشف الباحثين في الذكاء الاصطناعي نماذج أخرى مثل: التعلم الآلي، والتفكير الاحتمالي، والشبكات العصبية، والمنطق الضبابي لاستكمال وتعزيز قدرات الذكاء الاصطناعي القائمة على المنطق.

في السنوات الأخيرة، كان هناك اهتمام متجدد بالتفاعل والتكامل بين المنطق الذكاء الاصطناعي لا سيما في مجالات والتعلم القائم على الحل، والتفكير القائم على التعلم.

ما هي المزايا الرئيسية لتطبيق المنطق الضبابي في النظم القائمة على المعرفة ؟


يتمتع المنطق الضبابي بمزايا عديدة عند استخدامه في الأنظمة المعتمدة على المعرفة:

  • يمكن للمنطق الضبابي التعامل مع المعلومات غير المكتملة أو المتناقضة باستخدام مجموعات غامضة ومتغيرات لغوية.

  • تمثيل المعرفة والتلاعب بها باستخدام قواعد غامضة يسهل فهمها وتعديلها.

  • fuzzy logic يمكنه إجراء الاستدلال التقريبي باستخدام عوامل وأساليب المنطق الضبابي والتي تكون أكثر قوة ومرونة من المنطق الكلاسيكي.

  • محاكاة التفكير الاستنتاجي البشري وتقديم حلول بديهية لمشاكل العالم الحقيقي.

خاتمة

في ختام هذا المقال، نستطيع أن نقول أن المنطق الضبابي هو منطق مرن وديناميكي يمكنه التكيف مع الظروف المتغيرة والمعقدة بحيث يعكس القدرة البشرية على التفكير بـ طريقة غير مطلقة وغير محددة، كما يفتح لنا آفاقا جديدة للابتكار والتطوير في مجالات مختلفة من العلوم والهندسة والإدارة.

المصدر: ويكيبيديا.