[发明专利]用于模糊逻辑规则计值的方法

说明书

本发明广泛涉及数据处理系统，尤其是涉及了数据处理系统中模糊逻辑操作的执行。

数据处理器已发展成二进制机器的操作方式，其输入和输出解释为一或零，而任何其他可能性都是不存在的。虽然在许多情况下这种操作方式是有效的，但有时答案并不是简单的“Yes”(“是”)或：No(“否”)，而是介于两者之间。于是发展了称为“模糊逻辑”的一种概念，使得基于二进制逻辑的数据处理器能够提供介于“Yes”和：No”之间的答案。

模糊逻辑是一种逻辑系统，该逻辑系统具有带模糊边界的隶属函数。隶属函数将诸如“气温是暖和的”这样主观表述翻译成典型的数据处理器可识别的一个数值。如象“Warm”(“温暖的”)这样一个标号用来标识输入数值的一个区域，该区域的边界不是一些据以判定标号在一侧为真而在另一侧则为假的点。在执行模糊逻辑的系统中，隶属函数的边界是逐渐变化的并可能与相邻的隶属集合的边界重叠。因而通常要向输入数值指定一个隶属度。例如，如果气温的范围规定为隶属函数，则输入的温度可能会落到同时标有“冷”和“暖”两个函数的重叠区域中。这时就需要进一步的处理以断定在每一隶属函数中的隶属度(即当前的温度适合于冷和热这两个隶属集的每一个集的程度)。

称为“模糊化”的一个步骤用来将输入与执行模糊逻辑的一个系统之中的一个隶属函数相关联。模糊化过程将具体的数值附加在诸如“气温是温暖的”这样的主观表述上。这些数值旨在实现人的感觉一种良好的近似表达。

模糊化步骤之后，要执行的是所谓规则计值步骤。在规则计值步骤之中，对于与模糊输入数值有关的规则表述进行计值以得到模糊输出。例如，设待计值的一个规则可表述为：

如果(气温是温暖的)而且(气压是高的)，则(风扇的速度是中等)。

此规则中，“气温是温暖的”以及“气压是高的”这两个前提必须进行计值以判定结论“风扇速度是中等”的规则强度。在规则计值步骤中，一个前提为真的程度影响着该规则为真的程度。前提为真的最小值用作规则的结论的规则强度。因而，如果有一个以上的规则要进行计值，并且要对风扇给出一个以上的指令，则每一规则的结论的规则强度共同用于确定风扇的动作。例如，上述的规则可计值为具有规则强度X。而且，将风扇转接到高速的第二个规则计值为具有规则强度Y，其中Y大于X。模糊逻辑操作的最后一步是响应由规则的计值步骤提供的模糊输出提供一个适当的动作。

模糊逻辑过程中的最后一步称为“非模糊化”。这一步骤要将规则计值步骤所得的相互竞争的结果进行分解辨别而得出一个单一的动作。非模糊化过程即是综合所有的模糊输出成为一个可用于标准数据处理系统的组合结果。有关模糊逻辑更多的信息请参阅由James M.Sibigtroth所撰写的标题为“在硬件中实现模糊专家规则”的文章。该文发表在AI EXPERT(“人工智能专家”)1992年4月号第25页至31页。

总的说来，规则是由一系列前提(前件)后跟一个或多个动作(结论)构成的。每一前提对应一个模糊输入而每一动作对应一个模糊输出。在规则的计值步骤的硬件实现中，专用的连接方法和电路用于建立模糊输入与模糊输出之间的关系。这种方法常需要专用的存储器电路技术而不够灵活。在规则计值步骤的软件实现中，指令程序用于计值步骤。这种软件方法通常比硬件方法速度慢并且需要相当大的程序存储量。在数据必须尽快进行计量，传送和控制的工业中，快速执行的次数是很重要的。因而对于某些应用而言，软件不是一个有生命力的解决问题的方法。

于是需要一种无需扩展的硬件即可快速执行规则计值步骤的电路或方法。所需的是与通常硬件解决方法相关的速度而又无需平时与这种方法相联系的专用线路区域。

本发明满足了以上提到的需要。这里以一种形式提供了操作一个数字式数据处理器执行模糊规则的计值操作的方法。该方法包括的步骤是：

1)从一个存储单元中检索一个地址值。

2)将该地址值与第一边界值进行比较，若该地址值与第一边界值符合，则终止模糊规则计值操作。

3)将该地址值与第二边界值进行比较，若该地址值与第二边界值符合，则改变第一标记信号状态。

4)如果地址值与第一及第二边界值都不符合并且第一标记信号在第一状态，则应用从存储单元检索的隶属函数值执行第一算术运算。

5)如果地址值与第一和第二边界值都不符合并且第一标记信号在第二状态，则应用由地址值所指定的存储单元中检索的结论值执行第二算术运算并且有选择地将此第二算术运算的结果写入由该地址值所规定的存储单元中。

6)重复步骤1)到5)。