BULANIK KURAM VE UYGULAMALARINDA GELİŞMELER

BULANIK KURAM VE UY GULAMALARINDA

B ULANIK kuram (fuzzy theory) bu yüzyılın ikinci yarısında or taya çıktı. Bu kuram üç diğer kuramın şu temel varsayımları na bir meydan okumaydı: Klasik kü me kuramındaki keskin sınırlar, her önermenin ya doğru ya da yanlış ol duğunu söyleyen klasik (Aristoteles çi) mantık ve klasik ölçme kuramın da, özellikle de olasılık kuramındaki toplanırlık ilkesi. (Tarihsel özet'e ba kınız.)

GELİ ŞMELER' 1980'lerden itibaren bulanık kuram çeşitli etkenlerle yavaş yavaş ilerle meye başladı. Bu etkenler ş6yf*

özetlenebilir:

:.

1 Kuram yeterince crigunlastf, 2 *&< ram ve uygulamalarını destekleyen birçok kuruluş ortaya çıktı (Kuzey/ • . Amerika Bulanık Bilgi İşleme Oern«>. .' ği. Uluslararası Bulanık StstMiifr;* V Kurumu, Japon Bulanık K u r a » ' ; i ' " ' Sistemler Derneği). 3 B çok eser yayınlanır ası m ss ve gittikçe gelişen akademik prog ramlar kuramın değer verilen bir akademik konu olarak kabul görme sini sağladı. 4 Hepsinin ötesinde bulanık kuramın Uygulamalı örnekle ri endüstri vs diğer akademi dışı olu şumların ifgistni Cüzbedecek gelişkin liğe utaştı.

Oysa, butânık kuram 9k başta ço ğunluMa şüphe, bazı yerlerde açıkça düşmartlfkia karşılandı. ABD'de bazı etkili biflm adamlar! Kuramın ilk geliş me evrelerinde bateğt kızgınjUt gös

" ferdiler. Buna . j * f ^ ^ | $ M g İ ) S bir

GÜNÜMÜZDE YAPILAN

ARAŞTIRMALAR

Japonya'da bulanık kuram ve uygu

lamaları konusunda yapılan çalışma

ları destekleme eğilimi 80'lerin so

nunda ö^aya çıkan başarılı bazı en

jföStr^AHpŞanık kontrol uygulamala

rından tabaklanıyor gibidir. İlk kay

'<feR<teğ)#tıygulama Sendai şehrinde

metro irenlenndeki otomatik sürücü

tîavldlCKAHANER bulanık kontrol sistemi oldu. Artık

benzeri klasik sistemlere üstünlüğü

kabul edilen bu sistem treni istenilen

* • noktadan en fazla 7 cm sapacak şe

' IEBEMicro Ağims4mi

kilde durdurabilmektedir.

r.*i

• .""*"

'

388 ELEKTRİK

<•'•„

Aşağıdaki tipte projelerde bulanık kontrol yaygın olarak kullanılmakta dır:

. Su arıtma tesislerinde kbr kontrolü

. Asansör kontrol sistemleri

. Trafik kontrol sistemleri

. Buldozer kontrolü

. Havalandırma sistemleri

. Çimento fabrikaları

. İş makinaları, elektrik süpürgeleri, video kamera, buzdolabı gibi araçla rın kontrol mekanizmaları.

Çok yakında çıkan iki "bulanık" ürün den biri Mitsubishi'nin televizyon top lantı sistemi ve Fisher'in nöroelektrik vantilatörüdür.

Mitsubishi'nin ürünündeki bulanık mantık kodlama değişkenlerinin be lirlenmesinde kullanılmak üzere gö rüntüdeki hareket miktarını belirler. Bulanık mantık görüntüdeki hareke te göre görüntü kalitesine karar ver meyi sağlayan 10 değişken için en uygun değerleri seçer.

Bulanık mantık uygulamasındaki so mut yöntem değişse de temel dü şünce bir Panasonic kamera kayıt cihazındaki hareket ölçme sistemine benzer. Bir uçtaki insanlar en çok sekiz uç ile karşılıklı bir toplantı dü zenleyebilir. Ve bu toplantı en çok 64 uçtaki kişilerce izlenebilir. Fiyatı 7.3 19.5 milyon Japon Yeni.

Fisher'in vantilatörü kızılötesi dalga lar yaymakta olan kullanıcının yönü nü belirler. Bulanık karar mekaniz ması uzaktan kumandanın kızılötesi yönünü belirler ve sinir ağları, üç alı cı yardımıyla açıya ve kızılötesi sin yalin gücüne karar verir. Böylece vantilatör kullanıcının yerini bulur ve serin havayı o yöne gönderir.

Y APILAN ÇALIŞMALAR

Aşağıda Japonya'da bulanık kuram ve uygulamaları konusundaki araştır malarla ilgili bazı kuruluşların etkinlik leri özetlenmiştir:

LIFE 1989'da Yokohama'da kurulan "Uluslararası Bulanık Mühendislik Araştırmaları Labaratuarı "(The La baratory for International Fuzzy Engi neering Research) Hosei Üniversite si Profesörlerinden Toshiro Terano tarafından yönetiliyor. LIFE makina ların insanlar karşısında kolay ilişki kurulabilir olmalarıyla ilgili etraflı ça lışmalar yapıyor, çalışmalar özellikle de zeka ve akıcı iletişim üzerinde yo ğunlaşıyor. LIFE'ın Karar Destek Gu rubu büyük sistem modelleriyle ilgili problemlerin çözümü için akıllı des tek sistemlerini araştırıyor. Gurup, somut bir konu olarak, döviz kurları üzerinde pazar katılımcılarına ve ekonomik duruma bağlı geniş tah minler yürütebilen bir döviz değişimi destek sisteminin prototipi üzerinde çalışmakta.

Labaratuarın Akıllı Robot Gurubu, doğal dili anlama yetisiyle gelişmiş görsel algılama yetisini birleştiren bir

robot geliştirme çabasında. Bulanık mantık, bu çok önemli projede bü yük önem taşıyor. Başka bir projede yüksek düzeyde görsel algılama ye teneği geliştiriliyor. Araştırmaların merkez noktası görüntülerin bilgi tabanlı nesne modelleme yöntemle riyle kodlanması ve buna uygun akıl yürütme metodları.

Bulanık Hesaplama Gurubu, bulanık kuram açısından bilgisiyar sistemle rinin çeşitli yönlerini araştırıyor. Pro jelerden biri, bulanık sinir ağları üze rinde yoğunlaşıyor. Amaç, bulanık mantık ve sinir ağı teknolojisinin ola naklarını birleştirmek. ABD'de Bart Kosko tarafından ortaya atılan bu fi kir Japonya'da çok daha hızlı gelişti rilmiş. Diğer projeler arasında bula nık uzman sistemlerinin geliştirilmesi için bir bulanık uzman program pa keti ve bulanık bilgi işleme için tasar lanmış bir bilgisayarın geliştirilmesi var. Bu sonuncu proje tüm bilgisayar mimarisinin yeniden oluşturulması ve bunun için gerekli donanım ve yazılımın tasarlanması anlamına ge liyor.

FLSI Bulanık Mantık Sistemleri Ens titüsü'nün yöneticisi, Kyushu Tekno loji Enstitüsü'nden Profesör Takeshi Yamakavva. lizuka'daki Enstitü 1990'da kurulmuş. Yamakawa, bula nık kontrol sistemleri için bulanık çı karım kurallarının uygulandığı dona nım sistemleri üzerine öncü çalışma larıyla tanınıyor. FLSI bulanık man tık uygulamaları için yüksek hızlı do nanım araştırma ve geliştirmesi ça lışmaları yapıyor. Yamakavva'nın 10 MFIPS (milyon bulanık çıkarım/ saniye) elektronik devreler üzerine daha önce başlattığı çalışmaların buradaki gelişimi LIFE ile ortaklık halinde bir bulanık bilgisayar tasa rım ve inşasını amaçlıyor. Bu bilgi sayar çok yüksek hızlarda bulanık mantık kurallarını kullanabilecek, ya ni Japonların altıncı nesil bilgisayarı olacak.

Bulanık sinir ağları üzerinde yapılan diğer çalışmalar kuram, donanım geliştirme ve çeşitli uygulamalarla il gili. Şimdilik çalışmaların odak nok tası bildiğiniz sayılarla değil, bağlan tısal ağırlıklara karşılık gelen bulanık sayılarla işleyen bir yapay bulanık nöron yapımı için donanım tasarımı. Bunun bir uygulaması el yazısı harf ler üzerinde örüntü taramadır.

240 388 E L E K T R İ K MÜHENDİSLİĞİ

Herbiri bir harfi tanımak için tasarlan mış bir dizi nöron ile böyle bir dona nım sistemi oluşturuldu. Sistem bir harfi 10 mikrosaniyede tanıyabilmek tedir.

Bulanık kontrol sistemleri ve biyome dikal bulanık sistemlerle ilgili çalış malar da sürmektedir. Biyomedikal bulanık sistemlerin önümüzdeki bir kaç yılda büyük önem kazanması ve FLSl'ın bu gelişmede tartışmasız en önemli rolü oynaması umuluyor.

Tokyo Teknoloji Enstitüsü Ensti tü'nün Yokohavva Laboratuarını öncü çalışmalarıyla tanınmış Michio Suge no yönetiyor. Yeni çalışmaları bula nık ölçme kuramı ve bulanık integral ler (t integral, Choquet, Sugeno ve VVeber'in özel durumları) bulanık kontrol ve bulanık bilgisayar üzerine.

Bulanık kontrol araştırmaları arasın da insansız bir helikopter için tasarla nan kontrol ünitesi çok çarpıcı. Heli kopterin son derece kararsız davra nış karakteri birbirine bağlı sadece 15 giriş ve 4 çıkış değişkeni kullana rak uygun biçimde modellenebilir. Şimdiye kadar klasik modellere da yalı kontrol birimleriyle yapılan tasa rımlar bu işte başarılı olamamıştır. Öte yandan bulanık kontrol, en azın dan simülasyon deneylerinde son derece iyi sonuç vermiştir. Değişik rüzgar koşulları gözönüne alınarak, uzaktan kumanda ile ve sesle verilen bir takım komutlarla yapılan deneyle rin sonuçlarını videoda gördüm, ol dukça çarpıcıydı.

olmayan ve za manla değişen özellikleri olan uy gulamalarda bula nık kontrolün üs tünlüğünü ortaya koyacak.

Sugero Laboratua rı aynı zamanda iki bulanık bilgisi yar projesi üzerin de çalışıyor. Bun lardan biri görün tülerin bulanık duruma dayalı akıl yü rütmelerle dilbilimsel modellenmesi dir; amacı bulanık mantık teknolojisi ile insanlarınkine benzer yüksek dü zeyde bir görüntü anlama yeteneği geliştirmektir. İkinci proje sayısal ve dilbilimsel bilgiye dayalı dilbilimsel modelleme için geliştirilmesi olası bu lanık bilgisayara uygun doğal dil ana lizidir.

Hosei Üniversitesi Japonya'da bu lanık kuram ve uygulamaları konu sunda en aktif akademik guruplardan biri Tokyo'daki Hosei Üniversitesi Öl çüm ve Kontrol Bölümü'ndedir. Bu aktivite Toshimo Torano'nun (Halen LIFE yöneticisi) uzun zamandır süre gelen çalışmaları ve Kaoro Hirota'nın daha yeni öncülüğüdür. Gurup pek çok bulanık kontrol uygulaması ile il gili araştırma yapıyor. Bunlara örnek olarak, rastgele hareket eden bir cis min izlenmesi, yo yo'nun kontrolü ve bir üçlü ters sarkaç için kontrolü sayı labilir.

Uzmanların kanısına göre gelişen bulanık kuram'ın en ihtiyaç duyduğu şey bulanık kontrol sistemleri için uy gun kararlılık analizidir. Diğer proje ler arasında üç boyutlu görüntü iyi leştirme ve görüntü tarama vardır.

Gurup, özellikle bulanık mantığın ro botlara uygulanması konusunda iddi alı. Amaç, kullanması kolay evrensel bir robot geliştirmek değil, insanoğlu nun özel ve oldukça karışık yetenek lerini robotlarda gerçekleştirmektir. Tamamlanan örnekler arasında iki boyutta ping pong oynayan bir robot, uzman bilgileriyle donatılmış bir ro bot tarafından gerçkleştirilen Japon usulü bahçe düzenlemesi ve Çin ka ligrafisi var. Gurup aynı zamanda bulanık modellere dayalı robotların öğrenmesi problemi üzerinde de ça lışıyor.

Bu gurup, çeşitli endüstrilerdeki mü hendislere bulanık kuram ve bunun varolan ve gelecekte yapılması muh temel uygu lamalarını öğretmek için bilgisa yar destekli bir eğitim pa keti geliştirdi. Bir yıl içinde çeşitli şirket ler bu eğitim

paketinden yaklaşık bin

^•,.»,». .« ^,,,.,.,. .,.. •!•,

tane satın aldılar. Bu da, yeni Japon ya'da Bulanık Kuram'a olan ilginin ne denli güçlü olduğunu gösteriyor.

Gerçek bir helikopter ile gerçekleştiri lecek deneylerin 92 Martında yapıl ması planlandı. Deneylerde bulanık kontrol ile bağımsız olarak başka bir laboratuarda geliştirilen klasik kontrol sistemi karşılaştırılacak. Bu önemli bir test olacak ve sanırım buna ben zer yüksek kararsızlıklar, doğrusal

2 4 1 «^^^^^

^» ^B ^» •« • * « • V«

Büyüleyici bir başka üründe bir video kameradır.

Kamera zum ve flaşı otomatik olarak ayarlamakla kalmayıp aynı zamanda bir görüntü dengeleyici ile kullanıcının el titremelerinden kaynaklanan hareketi önemli ölçüde ortadan kaldırır

Y ENİ ÜRÜNLER

Matsushita Electric Industrial Com pany'nin (MEIC) Osaka'daki merkezi araştırma laboratuarında bir toplantı ya katıldım. Çok çeşitli elektronik ürünler üreten bu firma özellikle Ze ka Bilimleri Labaratuarında kolay kul lanılır ürünlerin geliştirilmesi konu sunda araştırma yapıyor. MEIC, Ll FE'nin kurucu üyelerinden biri.

MEIC bulanık kontrol kulandan bazı ürünleri geliştirmiş ve üretimine baş lamış. Çamaşır makinaları, buzdo lapları, havalandırma sistemleri, elektrikli süpürgeler, mikro dalga fı rınlar ve video kameraları bunlar ara sında. Örneğin çamaşır makinasının bulanık kontrol sistemi yıkanacak ça

maşırın miktarını, tipini, yoğunluğunu ve kir tipini, ayrıca odanın ve suyun sıcaklığını belirler. Bu bilgilere daya narak ve denemelerden edinilen bil gilerden türetilmiş altı bulanık çıkarım kuralını kullanarak yıkama, durulama ve sıkma zamanlarını ayarlar.

Büyüleyici bir başka üründe bir video kameradır. Kamera zum ve flaşı oto matik olarak ayarlamakla kalmayıp aynı zamanda bir görüntü dengeleyi ci ile kullanıcının el titremelerinden kaynaklanan hareketi önemli ölçüde ortadan kaldırır. Dengeleyici kısa aralıklarla gelen iki resmi karşılaştırır, uygun bulanık çıkarım kurallarını kul lanarak resimlerdeki değişimin gö rüntüdeki nesnelerin hareketinden mi yoksa kamera haraketinden mi kay naklandığına karar verir. Bu bulanık dengeleyicinin performansı benzerle rinden çok üstündür. Bu kamera, gö ren herkesi şaşırtmıştır.

Laboratuar halen sis sentezi ve ta nınması; üç boyutlu görüntü işleme, bulanık bilgi işleme; çok kademeli akıl yürütme ve karar verme; bulanık bilgi ve sinir ağları; hipermedin; bilgi yapısı ve sınıflandırılması; mültimedi a dönüşümü ve entegrasyonu alanla rında araştırma yapıyor. Bulanık ku ram bütün bu alanlarda kullanılıyor.

Japonya'da ziyaret ettiğim tüm diğer kuruluşlar gibi MEIC de bulanık ku ram ve sinir ağlarının birleştirilmesi üzerinde ağırlıklı çalışmalar yapıyor. Bulanık sinir ağları ile temel ilgilenme sebepleri bunların yeni ürünler için "üyelik derecelendirme fonksiyonları" (giriş çıkış bilgilerinden öğrenme yo luyla) elde etmekte kullanılması.

TARİHSEL ÖZET

Klasik mantık kuramlarına ilk mey dan okuma 1960'larda Zadeh'in bul duğu bulanık set kuramıyla başladı.

Her ne kadar kuramın bazı temel düşünceleri Black tarafından 1937'de ortaya atıldıysa da kuram Zadeh'e ithaf edilir. Bundan sonra bulanık mantık geldi; bu bulanık set kuramı ve birim aralıkta tanımlanmış Lukasilvvicz sonsuz değerli mantı ğından yapılan bir genellemenin bi leşimiydi. Üçüncü meydan okuma, 1953'de ortaya atılmış olan ve bula nık ölçme, tekdüzelik ve süreklilik ile ilgili temel fikirleri içeren Choquet kapasitelerinden yola çıkarak 1974'de Sugeno'nun bulanık ölçme kuramını oluşturmasıyla oldu.

İlk zamanlarda bulanık kuram şüp he, bazen düşmanlık ile karşılanır ken 1970'lerde güçlenmeye başladı. Bulanık sayılar, bulanık topoloji ve çeşi.li bulanık ilişki biçimleri gibi önemli yeni kuramlar ortaya çıktı. 19751e klasik matematiğin kavram larını "bulandırabilecek" yeni bir iler leme ortaya çıktı. Araştırmacılar bir dinamik bulanık sistemler kuramı geliştirdiler, bulanık kümeleri etraflı ca genişletecek operatörleri inceledi ler, daha genel bulanık kümeler or taya attılar ve bulanık kümelerin de ğişik tipleri ile bulanık ilişkileri kate gorik kuramsal bir dille formüle etti ler.

Bütün bu gelişmeler bulanık mantı ğın gelişimini etkiledi. Örneğin bula nık aritmetik bulanık niceliklerle uğ raşmak için elzemdir ve bulanık tüm leme, birleşme ve kesişme operatör leri mantıktaki olumsuzluk, ayrışma ve birleşmeye karşılık gelir. Aynı za manda bulanık ilişki eşitlikleri bula nık çıkarım kurallarını gerçekleştir mede önemli rol oynar.

Olasılık kuramını genelleyen ya da tümleyen, bulanık olaylar, rasgele küme kuramı, Sugeno ölçme kura mı, Denpster Shafer kanıt kuramı ve olabilirlik gibi kuramlar ortaya atıldı.

Bulanık kuramın olası uygulamala rıyla ilgili bazı fikirler de 1970'lerde ortaya çıktı: Bulanık kontrol, bulanık karar verme ve bulanık örüntü tara ma. Bu fikirler hala sadece akade mik dünyada ilgi görüyordu. Endüst ri, iş ve yönetim çevreleri bu alana çok az ilgi gösterdiler. Bu genel ilgi yokluğuna rağmen bulanık kuram hızla gelişmeye devam etti. Ancak, kuramın uygulamaları 1980'lere ka dar umutsuzca kuramın arkasında kaldılar.

242 388 E L E K T R İ K MÜHENDİSLİĞİ