模糊数学基础及应用
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2.1.1 模糊集的定义

模糊数学将经典数学的应用范围从清晰、精确的传统领域拓展到了模糊领域,相应的将经典集合理论也扩展为模糊集合理论。

定义2.1 已知论域U,在其上做映射A,有

AU→[0,1],uU

uAu),Au)∈[0,1]

则称映射AU上的一个模糊集,记作AAu)称为FA的隶属函数(或称uA的隶属度)。

约定:为方便,本书将模糊简记为F,论域U上的模糊集记为F集。论域U上的F集合的全体用FU)来表示,本书中称其为模糊幂集,易知空集与论域U都属于FU)。

由上述定义不难看出,普通经典集合与F集合的差别主要就在于特征函数的值域取值范围,前者是离散集合 {0,1},后者是连续闭区间[0,1]。因此可以认为F集是普通集的推广,而普通集是F集的一种特殊情况。

通常情况下,根据论域U中元素的个数不同分为有限论域与无限论域。有限论域U上的一个F集合A有如下几种表示方法:

(1)Zadeh表示法

(2)向量表示法

A=(Au1),Au2),…,Aun))  (2.2)

(3)序偶表示法

A={(uAu))uU,0≤Au)≤1}  (2.3)

如果U是无限论域,F集合A可表示为

A=∫Au)/u  (2.4)

注意:式中“/”不是通常的分数线,只是一种记号,它表示论域U上的元素u与隶属度Au)之间的对应关系;符号“∑”及“∫也不是通常意义下的求和与积分符号,都只是表示U上的元素u与其隶属度Au)的对应关系的一种体现。

例2.1 设某学习小组共5人,用论域U={1,2,3,4,5}表示,现在对每个同学的性格稳重程度打分,按百分制打分再都除以100,则给定一个U到区间[0,1]间的映射,按照F集的定义可把“性格稳重程度”看作一个F集合AFU),各值属于A的程度与其隶属度Aui)如表2.1所示:

表2.1 性格稳重程度

请用F集的表示方式表示F集合A

解:

A可用不同的方式表示为

(1)

(2)A={(0.85,1),(0.75,2),(0.98,3),(0.34,4),(1,5)}

(3)A=(0.85,0.75,0.98,0.34,1)

例2.2 在标志年龄[0,150]的实数轴上,标记出“老年人”和“青年人”的区间。故取论域U=[0,150],F集合AB分别表示“老年人”和“青年人”。给出他们的隶属函数(图2.1)分别为

图2.1 老年人与青年人隶属函数

请用F集的表示方式表示F集合AB

解:

说明:u取50岁以下各年龄值时,Au)=0,表示50岁以下不属于“老年人”这一集合;当u取值超过50岁,并逐渐增大时,对于“老年人”这一集合的隶属度也愈来愈大,如果u=70,有A(70)=0.94,表明年龄为70岁时属于“老年人”的隶属度已达94%。相应的,对于FB的隶属函数Bu)也可类似地分析各取值的含义。