Dokąd zmierza logika rozmyta?

W świecie matematyki i logiki przyzwyczajeni jesteśmy do wypowiedzi, które są albo prawdziwe, albo fałszywe. Dwa plus dwa równa się cztery – nie zazwyczaj cztery lub około czterech, ale dokładnie cztery i kropka. Jest to ten rodzaj precyzyjnie określonych zdań logicznych, które zwykle dostarczamy komputerom i którymi one zwykle manipulują.

A jednak w naszym codziennym świecie często artykułujemy wypowiedzi, które nie są bezwzględnie prawdziwe albo absolutnie fałszywe, lecz niedokładnie określone. Na przykład, jeśli powiem, że Diana przyszła na spotkanie trochę wcześniej, nikt nie powinien mieć żadnych trudności z interpretacją tej uwagi. Diana zjawiła się wcześniej, lecz nie za wcześnie. Nie była tu godzinę przed czasem, ale też nie pojawiła się w drzwiach, gdy zaczęło się spotkanie. Możemy pojąć znaczenie tej wypowiedzi bez konieczności dokładnego określenia momentu przybycia Diany.

Witamy w świecie logiki rozmytej. Klasyczna logika przestrzega reguły zwanej zasadą „wyłączonego środka”, zgodnie z którą wszystko jest albo A, albo nie-A, białe albo czarne. Logika rozmyta ma do czynienia z resztą świata – świata, w którym przeważają odcienie szarości. Matematycy od lat 50. intensywnie pracowali nad regułami rządzącymi zdaniami logiki rozmytej i jest ona teraz tak samo dobrze przemyślana (chociaż odmienna) jak logika, do której jesteśmy przyzwyczajeni.

Jeśli miałbym do powiedzenia jedynie, że na świecie istnieje logika innego rodzaju, nie byłoby to warte miejsca w takiej książce jak ta. Jednakże logika rozmyta ma ogromne znaczenie w technologiach wszystkich rodzajów. Sposób, w jaki sterujemy układami, od fabryk po kamery, zależy od reguł, które o wiele łatwiej dostosowywać do zmieniających się warunków w ramach logiki rozmytej niż w bardziej klasycznym jej rodzaju.

Na przykład, aby utrzymać odpowiednią prędkość podczas jazdy samochodem, cały czas należy dostarczać więcej lub mniej paliwa do silnika. Jeśli operacja ta mogłaby być przekazana do komputera działającego w systemie logiki rozmytej, powinniśmy zacząć od sporządzenia zestawu reguł (o których dalej opowiem więcej). Zasady te mogłyby brzmieć: „jeśli pojazd porusza się zbyt wolno, należy nacisnąć pedał gazu” oraz „jeśli pojazd jedzie zbyt szybko, należy zdjąć nogę z pedału gazu”. Zostałyby one następnie przetłumaczone na zdania logiki rozmytej. Na przykład moglibyśmy powiedzieć, że w alei miejskiej prędkość 40 kilometrów na godzinę jest to ani szybko, ani wolno, lecz raczej w 70 procentach wolno, a w 30 procentach szybko. Poprawki te zostałyby następnie zastosowane do wyliczenia dokładnych instrukcji dla silnika – komputer mógłby zasygnalizować, że prędkość silnika powinna wzrosnąć na przykład o 286 obrotów na minutę. Ponadto, biorąc pod uwagę inne czynniki, moglibyśmy uczynić ten system bardziej skomplikowanym. W podobny sposób mogłyby na przykład wpływać na ostateczną decyzję natężenie ruchu, warunki drogowe i pogoda.

Systemy logiki rozmytej mają tę olbrzymią przewagę, że są stosunkowo tanie. Dostarczają rozwiązań „wystarczająco dobrych” bez konieczności podejmowania olbrzymiego wysiłku (i kosztów) wiążących się z otrzymaniem dokładnego wyniku. Podejście to odniosło pod koniec lat 80. duży sukces ekonomiczny i szacuje się, że do 1998 roku będzie to interes przynoszący na całym świecie 8 miliardów dolarów zysku rocznie. Na przykład w zautomatyzowanych wagonach systemu kolei podziemnej w Sendai w Japonii stosuje się logikę rozmytą, co umożliwia łagodniejszą, szybszą i bardziej energooszczędną jazdę niż w wagonach kierowanych przez ludzi. Pralki automatyczne oparte na logice rozmytej monitorują ilość zanieczyszczeń w wodzie i odpowiednio dostosowują długość cyklu prania. Układy logiki rozmytej sterują również przepływem paliwa i przeniesieniem napędu w niektórych nowych modelach aut.

Układy logiki rozmytej można najczęściej spotkać we współczesnych kamerach typu „wyceluj i strzelaj”, w których czujniki monitorują ostrość różnych obszarów obrazu. Zamiast żądać, aby obraz był wszędzie idealnie wyraźny, układ logiczny ustawia soczewki tak, by zogniskowanie było dostatecznie dobre w obszarach tekstowych. Układy te działają tak wydajnie, że kamery wideo z układami logiki rozmytej mogą poznać, kiedy porusza się ręka operatora (a nie filmowany obiekt) i kompensować te poruszenia.

Kluczową sprawą w budowaniu układu logiki rozmytej jest opracowanie reguł tłumaczących odczyty czujników na instrukcje. W tej chwili są one uzyskiwane za pomocą dość skomplikowanych technik. W przyszłości jednakże mogą być rozwijane równie dobrze przez komputery stosujące sieci neuropodobne, omawiane w innym miejscu tej książki. Do komputera wprowadzi się zbiór reguł oraz nieco danych, a on dostosuje reguły do tego, na ile dane wyjściowe zgadzają się z oczekiwaniami. Te nowe reguły zostaną wówczas sprawdzone, dostrojone, ponownie sprawdzone i tak dalej, aż otrzymamy optymalny zbiór. Ten sposób opracowywania uczyni układy logiki rozmytej tańszymi i bardziej wydajnymi niż obecnie.

Powiedziawszy to wszystko, muszę wyznać, że logika rozmyta reprezentuje coś, co nazywam „technologią przekazu”. Podobnie jak skrzynia biegów w samochodzie, jest ona „cudem” inżynierii, niezbędnym do funkcjonowania współczesnego społeczeństwa przemysłowego. Nie jest to jednak coś, o czym większość z nas chciałaby wiedzieć więcej, ani coś, czego zrozumienie zmieniłoby nasz pogląd na Wszechświat.