Пособие ДМ2
.pdf
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
1 |
S |
0 |
S |
0 |
|
|
S |
2 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
S |
|
|
|
S |
|
|
- |
|
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
S |
2 |
S |
2 |
|
|
S |
0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
, т.е. отношение |
не транзи- |
||||||
тивно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение. Состояния |
|
и |
являются совместимы- |
||||||||
ми, если для всех ̅ |
допустимых как для |
, так и для |
|||||||||
|
, имеем |
|
̅ |
( |
|
|
̅), в этом случае использу- |
||||
ется запись |
|
.Если |
и совместимы не для всех ̅, |
||||||||
то пишется |
|
. |
Если |
|
и |
совместимы для всех |
строк фиксированной длины к, то они называются к совместимыми и обозначаются Таким образом, если автомат, начав работу в состоянии
или , для любой входной строки̅ дает одинаковые выходы в тех позициях, которые определены. Тогда состояния и совместимы и их можно склеить в одно состояние. Эта операция не изменит выходы в определенных позициях и дает безразличный выход в тех позициях, которые ранеедавали безразличны выходы, хотя бы для одного из состояний. Таким образом, новый выход будет покрывать оба старых. Обозначается
новое состояние через s.Тогда |
̅ |
̅ для |
|||
всех ̅ |
, |
допустимых для |
и |
̅ |
( ̅), |
допустимых для . |
|
|
|
||
Отношения |
совместимости |
указывают |
возможность |
комбинирования состояний для их склеивания, но не указывает точного способа склеиваниясостояний.
2.7.2. Техника определения совместимых состояний.
Пусть требуется определить отношения совместимости
состояний |
|
|
для не полностью описанного автомата, |
||||||||||||||||||
заданного таблицей состояний. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Текущее |
Следующее |
|
|
состоя- |
Выход |
|
|
|
|
|
|||||||||||
состояние |
ние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
a |
|
|
|
a |
2 |
|
a |
|
|
a |
4 |
a |
|
a |
2 |
a |
|
a |
4 |
|
|
1 |
|
|
|
|
3 |
|
|
1 |
|
|
3 |
|
|
||||||
S |
|
S |
2 |
|
|
- |
|
|
S |
3 |
|
S |
2 |
0 |
|
- |
|
- |
|
- |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S |
2 |
S |
3 |
|
|
S |
5 |
|
S |
4 |
|
- |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S |
3 |
S |
3 |
|
|
S |
4 |
|
- |
|
|
S |
5 |
0 |
|
1 |
|
- |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
4 |
- |
|
|
|
S |
|
|
S |
2 |
|
- |
|
- |
|
1 |
|
- |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
S |
5 |
- |
|
|
|
- |
|
|
S |
|
|
- |
|
- |
|
- |
|
1 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сначала следует |
определить |
|
|
т.к. оно является |
|||||||||||||||||
подмножеством |
|
. |
|
|
|
|
содержит одну пару (2,5). |
||||||||||||||
Все |
|
|
|
|
|
остальные |
|
|
|
|
|
пары |
Составим таблицу совместимости, строки которой нумеруются элементами , а столбцы входными символами
|
a |
a |
2 |
a |
a |
4 |
|
1 |
|
3 |
|
||
(1,2) |
(2,3) |
- |
|
(2,3) |
- |
|
(1,3) |
(2,3) |
- |
|
- |
(2,5) |
|
(1,4) |
- |
- |
|
(2,3) |
- |
|
(1,5) |
- |
- |
|
(1,3) |
- |
|
(2,3) |
- |
(4,5) |
- |
- |
|
|
(2,4) |
- |
(1,5) |
- |
- |
|
(3,4) |
- |
(1,4) |
- |
- |
(3,5) |
- |
- |
- |
- |
(4,5) |
- |
- |
(1,2) |
- |
На пересечении столбцы |
|
и строки |
|
указаны |
|
пары состояний, в которые |
|
переводит пару |
. |
||
Например , переводит |
в |
и |
в |
; Поэтому на |
|
пересечении (1,2) и стоит (2,3). |
Если одно или оба из |
следующих состояний безразличны, или исходная пара переходит в одно и то же состояние, то в соответствующей позиции ставится прочерк.
Предположим, что некоторый элемент множества
переводится в элемент множества
некоторой входной строкой. Тогда первоначальный элемент лежит в . Следовательно после применения этого входа для получившийся пары из получаются разные выходы, и следовательно будут вы-
ходы для первоначальной пары. Например, |
перево- |
||
дит (1,3) в (2,5), а (2,5) |
, т.к. эти состояния 2 и 5 |
||
дают разные выходы при входе |
. Поэтому состояния |
||
(1,3) дадут разные выходы при входе |
. Далее со- |
ставляем список элементов множества
.(т.к. отношение совместимости рефлексивно и симметрично, то выписываются пары Затем добавляются пары, которые некоторым символом
переводятся в только что полученные пары. Эти пары различаются подходящим входом длины 3. В нашем случае на этом шаге добавляется пары (1,5) и т.д. В результате график отношений имеет вид:
Процедуры заканчиваются тогда, когда новые пары перестают возникать. Это произойдет не позже чем через
шагов, где |
число состояний |
автоматы. По- |
||||
следнее |
полученное |
отношение |
будет |
. |
||
остальыне |
|
|
|
|
пары |
|
2.7.3. Построение минимального автомата |
|
|||||
Совместным классом |
|
называется множества |
внут- |
|||
ренних состояний таких , что |
для всех |
. |
||||
Максимальным совместимым |
классом |
называется |
совместимый класс, не содержащийся в качестве собственного подмножества в другом совместимом классе. Полное множество максимальных совместимых классов есть список самых больших подмножеств состояний, каждое можно склеить в одно состояние. В нашем случае максимально совместимы классы (1,2), (1,4),(2,3) и
(3,4,5,).
Определение. Некоторое множество совместимых классов называется согласованным, если для любого класса
из этого множества и любых его элементов
внутренние состояния |
принадлежат |
подходящему совместимому классу |
для любого сим- |
вола .
Определение. Некоторое множество совместимых классов называется замкнутым, если всякое внутренне состояние автомата принадлежит хотя бы одному из этих классов Теорема. Пусть задано замкнутое согласованное множе-
ство совместимых классов для автомата M,тогда суще-
ствует автомат ̅, покрывающий автомат М, состояния которого получаются склеиванием всех состояний М, содержащихся в одном совместимом из данного множества.
Если исходное замкнутое согласованное множество содержит наименьшее число совместимых классов, то автомат ̅, покрывающий автомат М, и полученный склеиванием всех состояний каждого класса в одно состояние, будет минимальным.
Рассмотрим автомат, анализируемый ранее. Одно из возможных предложений состоит в разбиении на классы
эквивалентности |
и |
, которое при- |
|
вело бы к автомату с |
двумя |
состояниями. |
Однако |
|
, это |
значит, что |
данное |
предложение не годится, поскольку указанное разбиение не согласованно. Никакая другая пара совместимых классов не покрывает всё множество состояний. Поэтому следует рассмотреть разбиение на 3 класса. Такое согласованное разбиение из трех классов существует.
Соответствующий
минимальный автомат.
Рассмотрим другой пример таблицы состояний автомата
Текущее |
Следующее состояние |
Выход |
|
|
|
||||
состояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
1 |
- |
- |
0 |
|
- |
- |
1 |
2 |
1 |
1 |
- |
2 |
- |
|
0 |
- |
- |
3 |
1 |
4 |
3 |
- |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
4 |
1 |
4 |
2 |
2 |
0 |
|
- |
0 |
- |
5 |
2 |
- |
2 |
- |
- |
|
0 |
- |
1 |
все остальные Составим таблицу совместимости
|
|
|
|
|
(1,2) |
- |
- |
- |
- |
(1,4) |
(1,2) |
(1,4) |
- |
- |
(1,5) |
- |
- |
- |
- |
(2,3) |
(1,2) |
(1,4) |
- |
- |
(2,4) |
(1,2) |
(1,4) |
- |
- |
(2,5) |
- |
- |
- |
- |
(3,5) |
(1,2) |
- |
(2,3) |
- |
(4,5) |
(1,2) |
- |
- |
- |
Максимально совместимыми классами являются
{1,2,4,5} и {3}
Это разбиение является согласованным, следовательно, соответствующий автомат выглядит следующим образом
Текущее |
Следующее состояние |
Выход |
|
|
|
||||
состояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
̅ |
̅ |
̅ |
̅ |
̅ |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
̅ |
̅ |
̅ |
̅ |
- |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. ВВЕДЕНИЕ В НЕЧЕТКУЮ МАТЕМАТИКУ
3.1. Нечёткие множества
Пусть U-универсальное множество, А – некоторое подмножество множества U A U . Тот факт, что элемент х множество Uпринадлежит подмножествуАо- бозначается в виде x A.Для выражения этой принадлежности можно воспользоваться понятием характеристической функции
M
ся
|
1, x A, |
||
M A |
(x) |
|
|
|
0, x A. |
||
В данном случае |
характеристическая функция |
||
A (x) принимает только два значения 0 и 1. |
|||
Нечетким множеством А множества U называют- |
|||
множество упорядоченных пар |
|
|
|
A {(x, M |
A |
(x)} |
|
|
|
|
Где M A (x) - функция принадлежности, принимающая свои значения из вполныеупорядоченных.
Если M {0,1} , то нечеткое множество рассмат-
ривается, как обычное множество, являющиеся подмножеством универсального множества U.
Функция принадлежности может задаваться графически. Для этого в прямоугольной системе координат по оси ординат откладывается значение M A (x) и по оси абсцисс элементы множества U.
1
x
0
В случае конечного множества используется следующая запись:
A |
M |
A |
(x ) |
|
M |
A |
(x |
) |
... |
M |
A |
(x |
) |
||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
r |
|
||||||
|
x |
|
x |
|
|
|
x |
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
r |
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Знак + обозначает объединение элементов. Например, запись
|
A |
0 |
|
0,1 |
|
1 |
|
1 |
2 |
3 |
|||
|
|
|
|
|||
Означает, что элемент упивергуни |
||||||
1 |
принадлежит А со степенью 0 |
|||||
2 |
принадлежит А со степенью 0.1 |
|||||
2 |
принадлежит А со степенью 1.0 |
Множество пусто, |
т.е. A |
, если |
x |
||
множества А и Вравны, т.е. А=В если |
|
|
|||
Множество |
А включается |
вВ, |
т.е. |
||
. |
|
|
|
|
|
Множество̅ |
есть |
дополнение |
А, |
если |
.
Пересечение множеств А и В, если
.
Объединение
U . Два
.
если
̅
.
Пример
Разность нечетких |
множеств |
̅ |
||||||||||
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Симметричная разность нечетких множеств |
|
|||||||||||
|
|
|
|
̅ |
|
|
|
̅ |
|
Прямое произведение нечетких множеств
Пример
|
|
B |
|
|
|
1 |
2 |
A |
1 |
0.5 |
1 |
|
2 |
0.5 |
0.7 |
|
Операция |
концентрации |
|
возводит |
|||
функцию принадлежности в квадрат. |
|
||||||
|
Операция |
деконцентрации |
|
извлекает |
|||
квадратный корень из функции принадлежности. |
|||||||
|
|
3.2. Нечеткие отношения |
|||||
|
Нечётким отношением |
на множестве называ- |
|||||
етсянечеткое |
подмножество |
декартова произведения |
|||||
характеризующиеся |
|
|
|
функциями |
|||
сти : |
[ |
] Значение |
|
|
|
понимаются как |
|
степень выполнения отношения |
|
||||||
|
Если |
Xконечно, то функция |
принадлежности |
представляет собой квадратную
риц |
элемент который означает степень выполне- |
||||||
ния отношения |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для нечеткого отношения определяется множе- |
||||||
ство |
уровня: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
Матрица множества уровня |
получается заме- |
|||||
ной матрицы нечеткого отношения Rединицами всех |
|||||||
элементов, значения которых не меньше |
|
а нулями все |
|||||
остальные элементы. |
|
|
|
|
|
||
|
Для уровневых множеств нечетких отношений |
||||||
справедлива теорема от декомпозиции: |
|
|
|||||
|
Любое нечеткое отношение Rможет быть пред- |
||||||
ставлено в форме: |
|
|
|
|
|
|
|
|
{ |
|
|
|
} |
|
|
|
Где |
|
{ |
|
|
|
|
|
Запись |
обозначает, что все элементы обыч- |
|||||
ного отношения |
умножаются на |
|
|
|
|||
|
Пример |
|
|
|
|
|
|
|
( |
) |
|
|
|
|
|
|
{ ( |
|
) |
( |
) |
( |
) |
|
( |
) |
( |
) |
( |
|
) |
( ) ( )
Носителем нечеткого отношения R называется обычное отношение такое, что
|