模糊数学笔记:二、模糊截集与分解定理
1、定義
模糊集的入截集AλA_\lambdaAλ?.是一個經典集合,由隸屬度不小于λλλ的成員構成.它的特征函數為
χAλ(x)={1,A(x)?λ0,A(x)<λ\chi_{A_{\lambda}}(x)=\left\{\begin{array}{ll} 1, & A(x) \geqslant \lambda \\ 0, & A(x)<\lambda \end{array}\right. χAλ??(x)={1,0,?A(x)?λA(x)<λ?
- 例1:設論域UUU表示學生,他們某門功課的分數依次是50, 60,70,85,90,95. A=“學習成績好的學生”A=“學習成績好的學生”A=“學習成績好的學生”,他們所得的分數除以100后,即為各自對AAA的隸屬度,即
A=0.5u1+0.6u2+0.7u3+0.85u4+0.9u5+0.95u6A=\frac{0.5}{u_{1}}+\frac{0.6}{u_{2}}+\frac{0.7}{u_{3}}+\frac{0.85}{u_{4}}+\frac{0.9}{u_{5}}+\frac{0.95}{u_{6}} A=u1?0.5?+u2?0.6?+u3?0.7?+u4?0.85?+u5?0.9?+u6?0.95?
要糊定“學習成績好的學生”實際上就是要將模糊集AAA轉化為經典集合,即先確定一個閾值λ(0≤1≤1)λ (0≤1≤1)λ(0≤1≤1),然后將隸屬度A(r)≥λA(r)≥λA(r)≥λ的元素找出來,當λλλ取0.9,0.8, 0.6, 0.5時:
A0.9(90分以上者?)={u5,u6},A0.8(80分以上者?)={u4,u5,u6}A0.6(60分以上者?)={u2,u3,u4,u5,u6},A0.5(50分以上者?)={u1,u2,u3,u4,u5,u6}\begin{array}{l} A_{0.9}(90 \text { 分以上者 })=\left\{u_{5}, u_{6}\right\}, \\ A_{0.8}(80 \text { 分以上者 })=\left\{u_{4}, u_{5}, u_{6}\right\} \\ A_{0.6}(60 \text { 分以上者 })=\left\{u_{2}, u_{3}, u_{4}, u_{5}, u_{6}\right\}, \\ A_{0.5}(50 \text { 分以上者 })=\left\{u_{1}, u_{2}, u_{3}, u_{4}, u_{5}, u_{6}\right\} \end{array} A0.9?(90?分以上者?)={u5?,u6?},A0.8?(80?分以上者?)={u4?,u5?,u6?}A0.6?(60?分以上者?)={u2?,u3?,u4?,u5?,u6?},A0.5?(50?分以上者?)={u1?,u2?,u3?,u4?,u5?,u6?}?
- 例2:A(x)=exp?[1?(x?a)2σ2]A(x)=\exp \left[1-\frac{(x-a)^{2}}{\sigma^{2}}\right]A(x)=exp[1?σ2(x?a)2?],求Aλ(0<λ≤1)A_\lambda(0<\lambda \leq 1)Aλ?(0<λ≤1)
A(x)?λ??(x?a)2σ2?ln?λ?(x?a)2??σ2ln?λ?a??σ2ln?λ?x?a+?σ2ln?λ\begin{aligned} A(x) \geqslant \lambda & \Leftrightarrow-\frac{(x-a)^{2}}{\sigma^{2}} \geqslant \ln \lambda \\ & \Leftrightarrow(x-a)^{2} \leqslant-\sigma^{2} \ln \lambda \\ & \Leftrightarrow a-\sqrt{-\sigma^{2} \ln \lambda} \leqslant x \leqslant a+\sqrt{-\sigma^{2} \ln \lambda} \end{aligned} A(x)?λ???σ2(x?a)2??lnλ?(x?a)2??σ2lnλ?a??σ2lnλ??x?a+?σ2lnλ??
? 因此
Aλ={x∣a??σ2ln?λ?x?a+?σ2λ}A_{\lambda}=\left\{x \mid a-\sqrt{-\sigma^{2} \ln \lambda} \leqslant x \leqslant a+\sqrt{-\sigma^{2} \lambda}\right\} \\ Aλ?={x∣a??σ2lnλ??x?a+?σ2λ?}
? 或
Aλ=[a??σ2ln?λ,a+?σ2ln?λ]A_{\lambda}=[a-\sqrt{-\sigma^{2} \ln \lambda}, a+\sqrt{-\sigma^{2} \ln \lambda}] Aλ?=[a??σ2lnλ?,a+?σ2lnλ?]
2、性質
A?B?A2?B2μ?λ?Aμ?Aλ(A∪B)λ=Aλ∪Bλ,(A∩B)λ=Aλ∩BλA \subseteq B \Rightarrow A_{2} \subseteq B_{2} \\ \mu \leqslant \lambda \Rightarrow A_{\mu} \subseteq A_{\lambda} \\ \left(A \cup B\right)_{\lambda}=A_{\lambda} \cup B_{\lambda}, \quad(A \cap B)_{\lambda}=A_{\lambda} \cap B_{\lambda} A?B?A2??B2?μ?λ?Aμ??Aλ?(A∪B)λ?=Aλ?∪Bλ?,(A∩B)λ?=Aλ?∩Bλ?
3、支集、正規集與核
1°1^{\circ}1° 稱集合 SuppA={x∣A(x)>0}\mathrm{Supp}\ A=\{x \mid A(x)>0\}Supp?A={x∣A(x)>0} 為 AAA 的支集, 記 SuppA=Av\mathrm{Supp}\ A=A_{v}Supp?A=Av?
2°2^{\circ}2° 稱集合 KerA={x∣A(x)=1}\mathrm{Ker}\ A=\{x \mid {A}(x)=1\}Ker?A={x∣A(x)=1} 為 AAA 的核, 記Ker A=A1.A=A_{1} .A=A1?. 若 Ker?A≠?\operatorname{Ker} A \neq \varnothingKerA?=?,則稱
為正規模糊集。
3°3^{\circ}3° 稱集合 BdA={x∣0<A(x)<1}\mathrm{Bd}\ A=\{x \mid 0<A(x)<1\}Bd?A={x∣0<A(x)<1} 為 AAA 的邊界,即 BdA=Supp?A?Ker?A\mathrm{Bd} A=\operatorname{Supp}\ A-\operatorname{Ker} ABdA=Supp?A?KerA
4、分解定理
- 任意模糊集合可以寫成:
A=?λ∈[0,1]λAλA=\bigcup_{\lambda \in[0, 1]} \lambda A_{\lambda} A=λ∈[0,1]??λAλ?
定理表,模糊集可由經典集合表示,這反映T模糊集和經典集合的密切關系,建立了模糊集與經典集合的轉化關系。
- 上述定理也可以寫成:
A(x)=?λ∈[0,1][λ∧χAλ(x)]A(x)=\bigvee_{\lambda \in[0,1]}\left[\lambda \wedge \chi_{A_{\lambda}}(x)\right] A(x)=λ∈[0,1]??[λ∧χAλ??(x)]
或者
A(x)=?{λ∈[0,1];x∈Aλ}A(x)=\bigvee\left\{\lambda \in[0,1] ; x \in A_{\lambda}\right\} A(x)=?{λ∈[0,1];x∈Aλ?}
由上述結論可知,若已知模糊集的所有截集,則可以反求模糊集本身。
- 例3:求出模糊集A=0.7u1+0.8u2+0.2u3+1u4A=\frac{0.7}{u_{1}}+\frac{0.8}{u_{2}}+\frac{0.2}{u_{3}}+\frac{1}{u_{4}}A=u1?0.7?+u2?0.8?+u3?0.2?+u4?1?的所有截集及分解.
所有截集:
A1={u4}=1u4,1A1=1u4A0.8={u2,u4}=1u2+1u4,0.8A0.8=0.8u2+0.8u4A0.7=1u1+1u2+1u4,0.7A0.7=0.7u1+0.7u2+0.7u4A0.2={u1,u2,u3,u4}=1u1+1u2+1u3+1u40.2A0.2=0.2u1+0.2u2+0.2u3+0.2u4A_{1}=\left\{u_{4}\right\}=\frac{1}{u_{4}}, \quad 1 A_{1}=\frac{1}{u_{4}} \\ A_{0.8}=\left\{u_{2}, u_{4}\right\}=\frac{1}{u_{2}}+\frac{1}{u_{4}}, \quad 0.8 A_{0.8}=\frac{0.8}{u_{2}}+\frac{0.8}{u_{4}} \\ A_{0.7}=\frac{1}{u_{1}}+\frac{1}{u_{2}}+\frac{1}{u_{4}}, \quad 0.7 A_{0.7}=\frac{0.7}{u_{1}}+\frac{0.7}{u_{2}}+\frac{0.7}{u_{4}} \\ A_{0.2}=\left\{u_{1}, u_{2}, u_{3}, u_{4}\right\}=\frac{1}{u_{1}}+\frac{1}{u_{2}}+\frac{1}{u_{3}}+\frac{1}{u_{4}} \\ 0.2 A_{0.2}=\frac{0.2}{u_{1}}+\frac{0.2}{u_{2}}+\frac{0.2}{u_{3}}+\frac{0.2}{u_{4}} A1?={u4?}=u4?1?,1A1?=u4?1?A0.8?={u2?,u4?}=u2?1?+u4?1?,0.8A0.8?=u2?0.8?+u4?0.8?A0.7?=u1?1?+u2?1?+u4?1?,0.7A0.7?=u1?0.7?+u2?0.7?+u4?0.7?A0.2?={u1?,u2?,u3?,u4?}=u1?1?+u2?1?+u3?1?+u4?1?0.2A0.2?=u1?0.2?+u2?0.2?+u3?0.2?+u4?0.2?
最終分解:
1A1∪0.8A0.8∪0.7A0.7∪0.2A0.2=1u4?(0.8u2+0.8u4)?(0.7u1+0.7u2+0.7u4)?(0.2u1+0.2u2+0.2u3+0.2u3)=0.7?0.2u1+0.8?0.7?0.2u2+0.2u3+14V0.8?0.7?0.2u4=0.7u1+0.8u2+0.2u3+1u4=A1 A_{1} \cup 0.8 A_{0.8} \cup 0.7 A_{0.7} \cup 0.2 A_{0.2}=\frac{1}{u_{4}} \bigvee\left(\frac{0.8}{u_{2}}+\frac{0.8}{u_{4}}\right) \bigvee\left(\frac{0.7}{u_{1}}+\frac{0.7}{u_{2}}+\frac{0.7}{u_{4}}\right) \bigvee\left(\frac{0.2}{u_{1}}+\frac{0.2}{u_{2}}+\frac{0.2}{u_{3}}+\frac{0.2}{u_{3}}\right) \\ =\frac{0.7 \bigvee 0.2}{u_{1}}+\frac{0.8 \bigvee 0.7 \bigvee 0.2}{u_{2}}+\frac{0.2}{u_{3}}+\frac{1}{4} \frac{V 0.8 \bigvee 0.7 \bigvee 0.2}{u_{4}} \\ =\frac{0.7}{u_{1}}+\frac{0.8}{u_{2}}+\frac{0.2}{u_{3}}+\frac{1}{u_{4}}=A 1A1?∪0.8A0.8?∪0.7A0.7?∪0.2A0.2?=u4?1??(u2?0.8?+u4?0.8?)?(u1?0.7?+u2?0.7?+u4?0.7?)?(u1?0.2?+u2?0.2?+u3?0.2?+u3?0.2?)=u1?0.7?0.2?+u2?0.8?0.7?0.2?+u3?0.2?+41?u4?V0.8?0.7?0.2?=u1?0.7?+u2?0.8?+u3?0.2?+u4?1?=A
總結
以上是生活随笔為你收集整理的模糊数学笔记:二、模糊截集与分解定理的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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