定义
设
是一个普通集合。
, 称为论域。关于论域
中的模糊集合
,是指对于任意元素
都存在一个有稳定倾向的随机数
,叫做
对
的隶属度。 如果论域中的元素是简单有序的,则
可以看作是基础变量,隶属度在
上的分布叫做隶属云;如果论域中的元素不是简单有序的,而根据某个法则
,可将
映射到另一个有序的论域
上,
中的一个且只有一个
和
对应,则
为基础变量,隶属度在
上的分布叫做隶属云。
数字特征
云模型表示
自然语言中的基元——语言值,用云的数字特征——期望Ex,熵En和超熵He表示语言值的数学性质。
期望 Ex:云滴在论域空间分布的期望,是最能够代表定性概念的点,是这个概念量化的最典型样本。
熵 En:“熵”这一概念最初是作为描述热力学的一个状态参量,此后又被引入
统计物理学、
信息论、
复杂系统等,用以度量不确定的程度。在云模型中,熵代表定性概念的可度量粒度,熵越大,通常概念越宏观,也是定性概念不确定性的度量,由概念的随机性和模糊性共同决定。一方面, En是定性概念随机性的度量,反映了能够代表这个定性概念的云滴的离散程度;另一方面,又是定性概念亦此亦彼性的度量,反映了在论域空间可被概念接受的云滴的取值范围。用同一个数字特征来反映随机性和模糊性,也必然反映他们之间的关联性。
超熵 He:熵的不确定性度量,即熵的熵,由熵的随机性和模糊性共同决定。反映了每个数值隶属这个语言值程度的凝聚性,即云滴的凝聚程度。超熵越大,云的离散程度越大,隶属度的随机性也随之增大,云的厚度也越大。
云模型的三个数字特征示意图
云发生器
云的生成算法既可以用软件的方式实现,又可以固化成硬件实现,称为云发生器(Cloud Generator)。云发生器分为正向云发生器和逆向云发生器。
正向云发生器
一维正向云发生器
正向云发生器(Forward Cloud Generator)是从定性概念到其定量表示的映射,它根据云的数字特征(Ex,En,He)产生云滴,每个云滴都是该概念的一次具体实现。
一维正向正态云发生器的算法实现如下:
输入:表示定型概念A的三个数字特征值Ex,En,He以及云滴数N;
输出:N个云滴的定量值,以及每个云滴代表概念A的确定度;
步骤:
(1)产生一个期望值为Ex,方差为En的正态随机数
;
(2)产生一个期望值为En,方差为He的正态随机数En’;
(4)令
为一个云滴,它是该云表示的语言值在数量上的一次具体实现,其中x为定性概念在论域中这一次对应的数值,
为属于这个语言值的程度的量度;
(5)重复步骤(1)到步骤(4),直到产生满足要求数目的云滴数。
逆向云发生器
一维逆向云发生器
逆向云发生器(Backward Cloud Generator)是实现定量值到定性概念的转换模型。它可以将一定数量的精确数据转换为以数字特征 (
Ex,
En,
He)表示的定性概念。
一维逆向正态云发生器的算法实现如下:
输入:N个云滴的定量值及每个云滴代表概念的确定度
;
输出:这N个云滴表示的定性概念A的期望值Ex,熵En和超熵He ;
步骤:
(1)由
计算这组数据的样本均值
,一阶样本绝对中心矩
,样本方差
;