JPH0756739A - ファジィ推論方法及び装置並びにファジィ知識作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 少ないルール（知識）でもって高精度の推論
処理をすることのできるファジィ推論方法を提供するこ
と 【構成】 通常の方法により、与えられたデータに基づ
いてＦＧファジィ知識を作成すると、種々の理由から対
応できない抜けの領域が生じる。そこで、そのＦＧファ
ジィ知識に基づいて全入力空間に対応したＢＧファジィ
知識を作成する。つまり、入力変数と、後件部出力は変
えずに、前件部のメンバシップ関数を変えたルールを作
成し、入力変数のメンバシップ関数は対応するＦＧのも
のと頂点を一致させ起点と終点は入力空間の最小値と最
大値にすることにより、ある程度の精度が確保される。
これにより、ＦＧで対応できるものはそれを用いて高精
度の推論処理をし、対応できない場合にはＢＧを用いて
推論処理をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファジィ推論方法及び
装置並びにファジィ知識作成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ファジィ推論システムでは、各入力変数
を幾つかのメンバシップ関数を用いて表現し、係るメン
バシップ関数とファジィルールとから構成されるファジ
ィ知識を構築している。そして、所定の入力があったな
らば、そこから所望の特徴量を抽出するとともに、上記
ファジィ知識に基づいてファジィ推論を行い確定値出力
を得るようになっている。そして、その推論の精度を高
くするためには、メンバシップ関数を細かく作成するこ
とにより対応できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高精度のシス
テムの場合には、上述したごとく必要とするメンバシッ
プ関数が増大してしまうため、入力空間のすべてをカバ
ーするためには大量のルールを作成しなければならなく
なる。するとファジィ知識が膨大な量となり、それを格
納するメモリ容量も大型化するばかりでなく、そのよう
にルール数の増大にともない推論に要する時間も長くな
り、実用に供し得ないものとなる。

【０００４】また、実際にはファジィ知識を構築するた
めに十分なデータを得られないことが多く、係る場合に
はルール数が不足し、入力空間に抜けを生じてしまうこ
とになる。そして、実際の推論処理時に、与えられた入
力データがその様な入力空間の抜けの領域に入ると、推
論結果の出力が０となってしまい、正しい推論処理がで
きなくなる。

【０００５】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ファジィ知識を作成
するときに得られるデータ数が少なくても精度の高い推
論システムのためのルール，メンバシップ関数等のファ
ジィ知識を作成することができ、しかも入力空間に抜け
の無い知識を作成することができ、それに基づいて推論
処理することにより、少ないルール（知識）でもって高
精度の推論処理をすることのできるファジィ推論方法及
び装置並びにファジィ知識作成装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るファジィ推論方法では、第１のフ
ァジィ知識と、その第１のファジィ知識に基づいて作成
された第２のファジィ知識とを備えた。そして前記第２
のファジィ知識を構成するファジィルールの入力変数，
出力変数並びにその出力変数のメンバシップ関数が前記
第１のファジィ知識のものと同一に設定され、前記第２
のファジィ知識を構成する入力変数のメンバシップ関数
は、その頂点が対応する前記第１のファジィ知識のメン
バシップ関数の頂点と同一とするとともに、その両端が
その入力空間の最小値と最大値に設定されたものを用い
る。そして、入力データに対してファジィ推論するに際
し、その入力データが前記第１のファジィ知識で対応し
ている領域の場合には、前記第１のファジィ知識を用い
て推論処理をし、一方、前記入力データが、前記第１の
ファジィ知識で対応していない領域の場合には、前記第
２のファジィ知識を用いて推論処理をして確定出力を得
るようにした。

【０００７】また、係る方法を実施するためのファジィ
推論装置では、前記第１のファジィ知識を記憶する第１
記憶手段と、前記第２のファジィ知識を直接または仮想
的に記憶する第２記憶手段と、前記第１記憶手段または
第２記憶手段に格納された所定のファジィ知識を用いて
ファジィ推論する推論手段と、前記推論手段に入力され
た入力データが前記第１のファジィ知識で対応している
領域内であるか否かを判断し、前記第１，第２のファジ
ィ知識の一方を選択する切替手段とを備えた。

【０００８】さらに上記所定のファジィ推論を行うため
に必要な第２のファジィ知識を作成するためのファジィ
知識作成装置では、入力空間に抜けのある第１のファジ
ィ知識を受け、すべての入力空間に対応する補助用の第
２のファジィ知識を作成するファジィ知識作成装置であ
って、前記第１のファジィ知識を構成する各ファジィル
ールに対応し、そのファジィルールの入力変数のメンバ
シップ関数のみ所定の関数に変えた第２のファジィ知識
用のファジィルールに変換するルール変換手段と、対応
する前記第１のファジィ知識のメンバシップ関数のデー
タを受け、その頂点を同一とするとともに、その両端が
その入力空間の最小値と最大値に設定することにより前
記第２のファジィ知識用の入力変数のメンバシップ関数
を作成するメンバシップ関数作成手段とを備えた。

【０００９】

【作用】入力データがあると、その入力が通常の第１の
ファジィ知識で対応している領域（入力空間）にあるデ
ータか否かを判断し、対応している場合には推論手段に
てその第１のファジィ知識を用いて推論処理する。よっ
て、通常のものと同様に正確な高精度の確定値出力が得
られる。一方、与えられた入力データが第１のファジィ
知識に対応されていない入力空間のものの場合には、補
助用の第２のファジィ知識のみに基づいて推論処理し、
所定の確定値出力を算出する。すると、この第２のファ
ジィ知識は、第１のファジィ知識に即して作成され、し
かも全入力空間をカバーしているため、第１のファジィ
知識を用いた推論処理に比べ、高精度の推論処理が行わ
れる。また、実際に推論処理に要する時間は、第１のフ
ァジィ知識の場合と同等である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係るファジィ推論方法及び装
置並びにファジィ知識作成装置の好適な実施例を添付図
面を参照にして詳述する。図１は本発明に係るファジィ
知識作成装置の一実施例を示している。同図に示すよう
に、ＦＧ（フォアグランド）ファジィ知識作成部１で
は、所定のファジィ知識（第１のファジィ知識）を作成
するための所定のデータを受け、それに基づいてファジ
ィルールとメンバシップ関数を作成する。そして、本例
ではファジィルールは下記式に示すような「ＩＦ ＴＨ
ＥＮ形式」で作成し、メンバシップ関数は、三角形状と
した。

【００１１】

【数１】 なお、具体的に与えるデータや作成部１の機能は、従来
公知のファジィ知識を作成するシステムと同様であるた
め、その詳細な説明を省略する。そして、その様にして
作成されたルール及びメンバシップ関数を第１記憶手段
たるＦＧ用記憶部２に格納するようになっている。

【００１２】ここで本発明では、ＦＧファジィ知識作成
部１の出力（ファジィ知識）を次段のＢＧ（バックグラ
ンド）ファジィ知識作成部３に送り、各ＦＧファジィ知
識の各ルールに対応する第１のファジィ知識たるＢＧフ
ァジィ知識（ルールおよびメンバシップ関数）を作成
し、その作成したＢＧファジィ知識を第２記憶部たるＢ
Ｇ用記憶部４に格納するようになっている。ここでＢＧ
ファジィ知識とは、ＦＧファジィ知識で対応されていな
い領域に入力があった場合に、適正な推論処理を行うた
めの知識で特徴量空間の全空間に対応できる知識であ
る。

【００１３】具体的には、ルール変換部３ａとＭＦ作成
部３ｂとを供え、ルール変換部３ａでは、ＦＧファジィ
ルールの前件部の入力変数と、後件部出力は変えずに、
前件部のメンバシップ関数を変えたルールに変換するも
ので、ＦＧルール（ｋ）として上記式（１）に示すよう
なファジィルールがあったとすると、ＢＧルール（ｋ）
は下記式（２）に示すように変換される。すなわち、Ｆ
Ｇルール１個に対し、ＢＧルールが１個作成されること
になる。

【００１４】

【数２】 ここで、Ｂikは各メンバシップ関数で、ＦＧファジィ知
識の対応するメンバシップ関数に基づいてＭＦ作成部３
ｂで作成される。すなわち、Ｂikに対応するＦＧフィジ
ィ知識のメンバシップ関数Ａikの中心点Ａik0 を求め
（ｉ＝１，２，…，ｎ）、それと同一の中心点（頂点）
を取り、起点および終点はその入力空間（入力変数）の
最小値と最大値となるような三角形状の関数を作成す
る。

【００１５】そして、その一例を示すと、与えられたデ
ータに基づいて作成されたＦＧファジィ知識が図２に示
すようになっているとすると（説明の便宜上入力変数は
２つ（２次元空間）とした）、ＢＧファジィ知識は図３
に示すようになる。図から明らかなように、図２のもの
では斜線部分は入力に対応するための知識がなく係る領
域に入力があった場合にはその出力は斜線部分の領域内
であればどこであっても０となってしまうが、図３に示
すようにＢＧファジィ知識では、そのメンバシップ関数
はすべての入力空間をカバーされる。しかも、頂点の位
置はＦＧファジィ知識と同じにしているため、そのメン
バシップ関数の精度は高く、与えられたデータ（ＦＧフ
ァジィ知識を作成するためのデータ）に即している。特
に、ＦＧファジィ知識で対応されていない領域ではＦＧ
ファジィ知識よりも高精度となる。よって、係るＢＧフ
ァジィ知識を用いて推論を行った場合であって、適切な
所望の推論結果が期待される。

【００１６】図４は、本発明に係るファジィ推論システ
ムの一実施例を示している。同図に示すように、本例で
は、入力データに対して所定の前処理をすると共にファ
ジィ推論の入力変数となる特徴量を抽出する特徴量抽出
部７と、その特徴量抽出部７で抽出された特徴量データ
を受けて推論処理をするファジィ推論部８を有する。そ
して、このファジィ推論部８は、上記したファジィ知識
作成装置により作成し格納された両記憶部２，４から所
定の知識を受け、係る知識に基づいてファジィ推論をす
るようになっている。なお、上記した特徴量抽出部７の
機能は、従来用いられるファジィ推論システムにおける
特徴量抽出（前処理等も含む）と同様のものを用いるこ
とができるため、その詳細な説明を省略する。

【００１７】ここで本発明では、上記ファジィ推論部８
が、与えられた特徴量データに応じてＦＧ用記憶部２に
格納された知識またはＢＧ用記憶部４に格納された知識
のいずれか一方を読み出し、それに基づいて推論処理を
するようになっている。

【００１８】具体的には、ＦＧファジィ知識で所望の確
定値出力を算出することができる場合には、ＦＧファジ
ィ知識のみを用いて推論処理し、所望の確定値出力を得
られない場合、すなわち、与えられた入力がＦＧファジ
ィ知識の対応されていない、入力空間の抜けの領域にあ
る場合（全ての入力変数の適合度が０）の場合には、Ｂ
Ｇファジィ知識のみを用いて推論処理し、所定の確定値
出力を得るようになっている。そして、具体的な処理フ
ローは図５に示すようになっている。

【００１９】なお、このファジィ推論部８では、上記し
たごとく入力された値に応じて使用するファジィ知識を
切り替えることを特徴としているが、図５の最終処理ス
テップで行う上記一方の知識を用いて行う推論処理とし
ては、例えば下記式に示すように公知の技術を用いるこ
とができる。また、本例では、このファジィ推論部８が
各知識に基づいて推論処理する推論手段と切替手段を兼
ねている。

【００２０】

【数３】 すなわち、本例では、ＦＧファジィ知識が存在する領域
内ではＦＧファジィ知識に基づいて推論処理するため、
ＢＧファジィ知識の影響がなく高精度の推論処理を行う
ことができる。一方、ＦＧファジィ知識が存在しない領
域への入力があった場合には、全入力空間をカバーして
いるＢＧファジィ知識に基づいて推論処理をすることに
より、入力変数に対する適応度が０となることがないた
め、比較的精度のよい推論処理を行うことができる。そ
して、入力次元数が大きくなればなるほど、また、高精
度の推論処理をしようとするほど、全空間をカバーする
ためのルール数やメンバシップ関数の数も膨大な量にな
るが、本例ではＢＧファジィ知識を作成し、適宜切り替
えて使用するようにしたために、少量の知識であっても
全空間をカバーすることができると共に精度のよい推論
処理をすることができる。しかも、実際の推論処理時に
使用する知識は、ＦＧファジィ知識またはＢＧファジィ
知識のいずれか一方であるため、使用時のルール数など
は少なくて済み、高速処理が可能となる。

【００２１】図６〜図９は、本発明を自動販売機の盗難
防止システムに適用した例を示している。公知のよう
に、自動販売機における盗難防止システムは、図６に示
すごとく自動販売機本体１０の前面に開閉可能に装着さ
れたドア１１の裏面側に圧電センサ１２を装着し、自動
販売機本体１０及びまたはドア１１に加えられた振動を
検出し、その振動波形をコントローラ１３に送り、そこ
において振動の原因を推論により特定し、盗難やいたず
ら等の異常事態の場合には警報器１４を介して警報を発
するようにしている。そして、コントローラ１３の内部
は、図７に示すように、圧電センサ１２からの振動波形
からその振幅や周波数などの所定の特徴量を抽出する特
徴量抽出部１３ａと、その特徴量抽出部１３ａの出力を
受けて、ファジィ推論によりその振動が生じた原因を特
定し、盗難，いたずらの場合には、所定の警報を発する
べく制御信号を警報器１４に向けて出力する盗難判別部
１３ｂとを備えている。

【００２２】図８は、上記の盗難判別部１３ｂに実装す
るために必要なファジィ知識を作成するためのシステム
構成図で、実験用の自動販売機に圧電センサ１２を装着
し、種々の道具を用いて実験用の自動販売機に衝撃を与
え盗難時やいたずら時に発生するであろう振動を加え
る。また、販売の際の商品の排出時や、商品の補充時及
びその補充時や金銭回収時の正統なドア１１の開閉作業
並びにメンテナンス等の正常作業時に生じる振動を加
え、その時の振動も圧電センサ１２を介して検出する。

【００２３】そして、その時の圧電センサ１２の出力信
号を特徴量抽出部１５に送り、そこにおいて所定の特徴
量データを抽出した後、次段のラべリング１６に送り、
そこにおいて出力信号に基づく特徴量データと、外部か
ら与えられた振動の原因（ラベル）である「盗難，いた
ずら，正常等」を対にして、メモリ１８に格納する。

【００２４】次いで、メモリ１８に格納されたデータに
基づいてファジィ知識作成部１′により、通常のファジ
ィ知識（ＦＧファジィ知識）を作成し、それをＦＧ用記
憶部２′に格納する。すなわち、メモリ１８には、図９
に示すように振幅，周波数などの特徴量データと、その
特徴量データを意味するラベルがテーブルとして格納さ
れており、それをＦＴＳ（Ｆｕｙｚｚｙ Ｔｕｒｎｎｉ
ｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アルゴリズムを実装したファジィ
知識作成部１′により内容を解析して所定のルール・メ
ンバシップ関数を作成し、その知識をＦＧ用記憶部２′
に格納するのである。

【００２５】さらに、そのファジィ知識作成部１′によ
り作成された知識をＢＧファジィ知識作成部３′に送
り、上記した実施例と同様の手法によりＢＧファジィ知
識を作成し、ＢＧ用記憶部４′に格納する。そして、両
記憶部２′，４′に格納されたデータ及び、上記した実
施例に示す推論部（切換手段つき）を上記したコントロ
ーラ１３の盗難判別部１３ｂにインストールすることに
より、ＢＧファジィ知識を用いた自動販売機の盗難防止
システムが製造される。

【００２６】そして、自動販売機の場合には、その設置
場所の条件・状態が一定でないのはもちろんのこと、盗
難やいたずらしようとする人の種類，それに用いる道具
さらには、たたく場所やその時の力等の条件が多種多様
のものとなるため、予めすべての状態を実験により試す
ことができず、入力空間に知識が対応できない抜けた領
域が発生してしまう。したがって、予期せぬ手法により
盗難があっても検出できなかったり、逆に正常作業中で
も盗難と判定されるおそれがある。しかし、ＢＧファジ
ィ知識を採用したことにより、圧電センサ１２で検出し
たセンサ出力が係る入力空間の抜けの領域である場合で
あっても、ＢＧファジィ知識により精度よく判定するこ
とができる。

【００２７】なお、上記した各実施例では、いずれもＢ
Ｇファジィ知識を予め作成し・記憶保持するようにした
が、本発明はこれに限ることはなく、例えば、ファジィ
推論装置に具体的に記憶保持する知識としてはＦＧファ
ジィ知識のみとするとともに、ＢＧファジィ知識作成部
３を実装しておき、仮にＦＧファジィ知識では対応でき
ないような入力があった時にそのＦＧファジィ知識に基
づいてＢＧファジィ知識を作成し、それに基づいて推論
処理するようにしてもよい。すなわち、本発明でいうＢ
Ｇファジィ知識を備えるとは、上記の各実施例のように
直接（実際に）記憶保持することはもちろんのこと、上
述したごとく仮想的に備えるものも含む広い概念であ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るファジィ推
論方法及び装置並びにファジィ知識作成装置では、通常
の第１のファジィ知識で対応している領域（入力空間）
にある入力データに対してはその第１のファジィ知識を
用いて推論処理するため、通常のものと同様に正確な高
精度の確定値出力を得ることができる。

【００２９】一方、与えられた入力データが第１のファ
ジィ知識に対応されていない入力空間のものの場合に
は、補助用の第２のファジィ知識のみを用いて推論処理
し、所定の確定値出力を得ることができ、この第２のフ
ァジィ知識は、第１のファジィ知識に即して作成され、
しかも全入力空間をカバーしているため、第１のファジ
ィ知識を用いた推論処理に比べ、高精度の推論処理を行
うことができる。

【００３０】しかも、使用するルール数は第１のファジ
ィ知識のものと同数ですむため、全体の記憶容量で２倍
ですみ、第１のファジィ知識ですべての入力空間をカバ
ーする場合に比べ、非常に容量を少なくすることができ
る。さらに、実際の推論処理時に使用するルールはいず
れか一方であるため、推論に要する時間も増大しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るファジィ知識作成装置の好適な一
実施例を示すブロック構成図である。

【図２】ＦＧファジィ知識の一例を示す図である。

【図３】ＢＧファジィ知識の一例を示す図である。

【図４】本発明に係るファジィ推論装置の好適な実施例
を示すブック構成図である。

【図５】ファジィ推論部の機能を説明するフローチャー
ト図である。

【図６】本発明を適用した自動販売機の盗難防止システ
ムの構成を示す図である。

【図７】本発明を適用した自動販売機の盗難防止システ
ムの構成を示す図である。

【図８】盗難防止システムに実装する知識を作成するた
めの装置の一例を示すブロック図である。

【図９】その作用の一部を示す図である。

【符号の説明】

１ ＦＧファジィ知識作成部 ２ ＦＧ用記憶部 ３ ＢＧファジィ知識作成部 ４ ＢＧ用記憶部 ８ ファジィ推論部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のファジィ知識と、その第１のファ
   ジィ知識に基づいて作成された第２のファジィ知識とを
   備え、 前記第２のファジィ知識を構成するファジィルールの入
   力変数，出力変数並びにその出力変数のメンバシップ関
   数が、前記第１のファジィ知識のものと同一に設定さ
   れ、 前記第２のファジィ知識を構成する入力変数のメンバシ
   ップ関数は、その頂点が対応する前記第１のファジィ知
   識のメンバシップ関数の頂点と同一とするとともに、そ
   の両端がその入力空間の最小値と最大値に設定され、 入力データに対してファジィ推論するに際し、その入力
   データが前記第１のファジィ知識で対応している領域の
   場合には、前記第１のファジィ知識を用いて推論処理を
   し、 前記入力データが、前記第１のファジィ知識で対応して
   いない領域の場合には、前記第２のファジィ知識を用い
   て推論処理をして確定出力を得るようにしたファジィ推
   論方法。
2. 【請求項２】 前記第１のファジィ知識を記憶する第１
   記憶手段と、 前記第２のファジィ知識を直接または仮想的に記憶する
   第２記憶手段と、 前記第１記憶手段または第２記憶手段に格納された所定
   のファジィ知識を用いてファジィ推論する推論手段と、 前記推論手段に入力された入力データが前記第１のファ
   ジィ知識で対応している領域内であるか否かを判断し、
   前記第１，第２のファジィ知識の一方を選択する切替手
   段とを備えたファジィ推論装置。
3. 【請求項３】 入力空間に抜けのある第１のファジィ知
   識を受け、すべての入力空間に対応する補助用の第２の
   ファジィ知識を作成するファジィ知識作成装置であっ
   て、 前記第１のファジィ知識を構成する各ファジィルールに
   対応し、そのファジィルールの入力変数のメンバシップ
   関数のみ所定の関数に変えた第２のファジィ知識用のフ
   ァジィルールに変換するルール変換手段と、 対応する前記第１のファジィ知識のメンバシップ関数の
   データを受け、その頂点を同一とするとともに、その両
   端がその入力空間の最小値と最大値に設定することによ
   り前記第２のファジィ知識用の入力変数のメンバシップ
   関数を作成するメンバシップ関数作成手段とを備えたフ
   ァジィ知識作成装置。