Обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел

Реферат: Обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел, що має у своєму складі задавальний елемент для введення експертних оцінок відповідного нечіткого параметра, багатоканальний блок пам'яті з чотирма виходами для введення і зберігання даних, що характеризують нечітку інформацію у вигляді нечіткої множини з дзвоноподібною формою функції належності, багатофункціональний обчислювальний блок, другий та третій суматори, перші прямі входи яких підключені відповідно до першого і другого виходів багатоканального блока пам'яті, а виходи - відповідно до першого і другого входів багатофункціонального обчислювального блока, та блок відображення обробленої інформації, багатофункціональний обчислювальний блок виконаний у вигляді арифметико-логічного пристрою, що містить перший суматор, перший і другий квадратори та блок ділення, перший вхід багатофункціонального обчислювального блока з'єднаний з входом першого квадратора, другий вхід - з входом другого квадратора, а вихід - з входом блока відображення обробленої інформації, вихід першого квадратора з'єднаний з першим прямим входом першого суматора, вихід якого підключений до другого входу блока ділення, другий прямий вхід першого суматора з'єднаний з виходом другого квадратора та першим входом блока ділення, вихід якого підключений до виходу багатофункціонального обчислювального блока. Введено додатково перший і другий помножувачі, перші входи яких підключені відповідно до третього і четвертого виходів багатоканального блока пам'яті, другі входи першого і другого помножувачів з'єднані з виходом задавального елементу, вихід першого помножувача підключений до другого інверсного входу другого суматора, а вихід другого помножувача - до другого прямого входу третього суматора. UA 82114 U (54) ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДІЛЕННЯ НЕЧІТКИХ ЧИСЕЛ UA 82114 U UA 82114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обчислювальної техніки, а саме до моделювання керованих процесів і об'єктів, що функціонують в умовах невизначеності, й може бути використана для групової обробки нечіткої інформації, зокрема, для автоматичного визначення ступеня приналежності відповідних параметрів або показників до результуючих нелінійних нечітких множин, сформованих в результаті ділення нечітких множин з формою функцій належності дзвоноподібного класу. Відомо про обчислювальні пристрої для ділення нечітких чисел, що базуються на використанні задавальних елементів, багатофункціональних обчислювальних блоків, блоків відображення обробленої інформації та багатоканальних блоків пам'яті для зберігання значень нечіткого параметра та відповідних значень ступеня приналежності згідно з заданою формою функції належності досліджуваної нечіткої множини. Прикладом таких пристроїв є обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел [патент України №65212, G06F 17/20, Бюл. №22, 2011], що має у своєму складі задавальний елемент для введення експертних оцінок відповідного нечіткого параметра, багатоканальний блок пам'яті з шістьма виходами для введення і зберігання даних, що характеризують нечітку інформацію у вигляді нечітких множин з трикутною формою функцій належності, багатофункціональний обчислювальний блок та блок відображення обробленої інформації. Багатофункціональний обчислювальний блок виконаний у вигляді арифметико-логічного пристрою, що містить перший, другий, третій, четвертий, п'ятий, шостий, сьомий, восьмий, дев'ятий, десятий, одинадцятий та дванадцятий суматори, перший, другий, третій і четвертий керовані ключі, перший, другий і третій порогові елементи, перший і другий елементи І, перший, другий, третій, четвертий і п'ятий блоки ділення, перший другий, третій і четвертий помножувачі, а також перший і другий елементи ЗАПЕРЕЧЕННЯ. Перший прямий вхід першого суматора підключений до першого входу багатофункціонального обчислювального блока і до інформаційних входів першого та другого керованих ключів, а вихід першого суматора - до входу першого порогового елемента, вихід якого з'єднаний з першим входом першого елемента І та з керованим входом першого керованого ключа. Вихід першого керованого ключа підключений до першого прямого входу другого суматора, вихід якого з'єднаний з входом другого порогового елемента, вихід якого з'єднаний з першим входом другого елемента І, з входом першого елемента ЗАПЕРЕЧЕННЯ та з керованим входом другого керованого ключа. Вихід другого керованого ключа підключений до першого прямого входу третього суматора, вихід якого з'єднаний з входом третього порогового елемента, вихід якого з'єднаний через другий елемент ЗАПЕРЕЧЕННЯ з другим входом другого елемента І, вихід якого підключений до керованого входу четвертого керованого ключа, підключеного своїм виходом до другого прямого входу шостого суматора. Вихід шостого суматора з'єднаний з виходом багатофункціонального обчислювального блока, а перший прямий вхід - з виходом третього керованого ключа, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом першого елемента І, другий вхід якого підключений до виходу першого елемента ЗАПЕРЕЧЕННЯ. Вихід четвертого суматора з'єднаний з другим входом першого блока ділення, а вихід п'ятого суматора - з другим входом другого блока ділення. Вихід задавального елемента з'єднаний з першим входом багатофункціонального обчислювального блока, вихід якого підключений до входу блока відображення обробленої інформації. Перші входи сьомого та восьмого суматорів підключені відповідно до першого і другого виходів багатоканального блока пам'яті. Перший інвертований вхід сьомого суматора підключений до другого входу багатофункціонального обчислювального блока, першого інвертованого входу одинадцятого суматора та першого входу третього блока ділення, другий прямий вхід сьомого суматора - до третього входу багатофункціонального обчислювального блока, першого прямого входу восьмого суматора та першого входу четвертого блока ділення, а вихід сьомого суматора - до першого прямого входу четвертого суматора. Другий інвертований вхід восьмого суматора підключений до третього виходу багатоканального блока пам'яті, четвертого входу багатофункціонального обчислювального блока, першого інвертованого входу дванадцятого суматора та першого входу п'ятого блока ділення, а вихід восьмого суматора - до першого прямого входу п'ятого суматора. Перший інвертований вхід дев'ятого суматора підключений до четвертого виходу багатоканального блока пам'яті, п'ятого входу багатофункціонального обчислювального блока, першого входу першого помножувача та другого входу п'ятого блока ділення, другий прямий вхід дев'ятого суматора - до п'ятого виходу багатоканального блока пам'яті, шостого входу багатофункціонального обчислювального блока, першого прямого входу десятого суматора та другого входу четвертого блока ділення, а вихід дев'ятого суматора - до першого входу третього помножувача. Другий інвертований вхід десятого суматора підключений до шостого виходу багатоканального блока пам'яті, сьомого входу багатофункціонального обчислювального блока, другого входу третього блока ділення та першого входу другого 1 UA 82114 U 5 10 15 помножувача, а вихід десятого суматора - до першого входу четвертого помножувача. Другі входи першого, другого, третього і четвертого помножувачів з'єднані з першим входом багатофункціонального обчислювального блока, другий інвертований вхід четвертого суматора з'єднаний з виходом четвертого помножувача, а другий інвертований вхід п'ятого суматора - з виходом третього помножувача. Вихід першого помножувача підключений до другого прямого входу дванадцятого суматора, вихід якого з'єднаний з першим входом другого блока ділення, підключеного своїм виходом до інформаційного входу четвертого керованого ключа. Вихід другого помножувача підключений до другого прямого входу одинадцятого суматора, вихід якого з'єднаний з першим входом першого блока ділення, підключеного своїм виходом до інформаційного входу третього керованого ключа, а другий інвертований вхід першого, другого і третього суматорів з'єднаний з виходом відповідно третього, четвертого і п'ятого блоків ділення. В такому обчислювальному пристрої для ділення нечітких чисел мають місце обмежені функціональні можливості, оскільки пристрій при груповій обробці нечіткої інформації   забезпечує здійснення операції ділення двох нечітких множин ~ та ~ тільки з трикутною формою функцій належності. Крім того, пристрій забезпечує визначення в автоматичному режимі ступеню приналежності C x       x  будь-якого заданого компонента х, що є складовою носія результуючої нечіткої C  C /  ~ 20 25 30 35 40 45 50 ~ ~ множини , сформованої також тільки при діленні нечітких чисел з трикутною формою функції належності. Пристрій не дозволяє здійснювати ділення нечітких чисел з широко поширеними у використанні функціями належності дзвоноподібного класу, зокрема   x  p 2    ,   x   1/ 1   ~   s        x   0,1  де ~ - ступінь належності компонента x до нечіткої множини ~ дзвоноподібного класу;   x    p рA - координата максимума функції ~ , тобто ~ = 1;   x  sA - коефіцієнт концентрування/розтягування функції ~ . Найбільш близьким до запропонованого є обчислювальний пристрій для групової обробки нечіткої інформації [патент України № 71270,G06F 17/00, Бюл. №13, 2012], що прийнятий як прототип. Цей обчислювальний пристрій для групової обробки нечіткої інформації має у своєму складі задавальний елемент для введення експертних оцінок відповідного нечіткого параметра, багатоканальний блок пам'яті з чотирма виходами для введення і зберігання даних, що характеризують нечітку інформацію у вигляді нечіткої множини з дзвоноподібною формою функції належності, багатофункціональний обчислювальний блок, третій та четвертий суматори, входи яких підключені до виходів багатоканального блока пам'яті, а виходи - до відповідних входів багатофункціонального обчислювального блока, та блок відображення обробленої інформації. Багатофункціональний обчислювальний блок виконаний у вигляді арифметико-логічного пристрою, що містить перший і другий суматори, перший і другий квадратори та блок ділення. Перший прямий вхід першого суматора підключений до першого входу багатофункціонального обчислювального блока, а другий інвертований вхід - до другого входу багатофункціонального обчислювального блока. Вихід задавального елемента з'єднаний з першим входом багатофункціонального обчислювального блока, вихід якого підключений до входу блока відображення обробленої інформації. Вихід першого суматора підключений до входу першого квадратора, вихід якого з'єднаний з першим прямим входом другого суматора, вихід якого підключений до другого входу блока ділення. Другий прямий вхід другого суматора з'єднаний з виходом другого квадратора та першим входом блока ділення, вихід якого підключений до виходу багатофункціонального обчислювального блока, третій вхід якого з'єднаний з входом другого квадратора. До третього входу багатофункціонального обчислювального блока підключено вихід третього суматора, прямі входи якого підключені відповідно до другого та четвертого виходів багатоканального блока пам'яті, другий вхід багатофункціонального обчислювального блока з'єднаний з виходом четвертого суматора, прямі входи якого підключені відповідно до першого та третього виходів багатоканального блока пам'яті. 2 UA 82114 U 5 Даний обчислювальний пристрій має обмежені функціональні можливості, оскільки пристрій при груповій обробці нечіткої інформації забезпечує здійснення тільки операції додавання двох нечітких множин А та В з формою функцій належності дзвоноподібного класу. Відповідно, пристрій не забезпечує визначення в автоматичному режимі ступеню приналежності C x       x  будь-якого заданого компонента х, що є складовою носія результуючої нечіткої /  C ~ 10 15 20 25 30 35 40 45 ~ ~ множини , сформованої при діленні нечітких чисел з формою функції належності дзвоноподібного класу. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення обчислювального пристрою для ділення нечітких чисел шляхом зміни його схемотехнічного виконання та введення додаткових електронних блоків, що дозволить в автоматичному режимі формувати значення  x       x  ступеню приналежності C будь-якого заданого компонента х, що є складовою C носія результуючої нечіткої множини ~ , яка формується шляхом здійснення операції ділення   нечітких множин ~ та ~ з формою функцій належності дзвоноподібного класу, зокрема   x  p 2    ,   x   1/ 1   ~   s       Крім того, обчислювальний пристрій також дозволить розпаралелити процеси формування в   /   x    x  ~ ~ автоматичному режимі ступенів приналежності ~ , та до різних нечітких множин,   зокрема, ~ , ~ з формою функцій належності дзвоноподібного класу та результуючої при C здійсненні операції ділення нечіткої множини ~ для будь-яких нечітких параметрів x, які можна   + задавати за допомогою задавального елемента, де ~ , ~  R . Поставлена задача вирішується тим, що обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел має у своєму складі задавальний елемент для введення експертних оцінок відповідного нечіткого параметра, багатоканальний блок пам'яті з чотирма виходами для введення і зберігання даних, що характеризують нечітку інформацію у вигляді нечіткої множини з дзвоноподібною формою функції належності, багатофункціональний обчислювальний блок, другий та третій суматори, перші прямі входи яких підключені відповідно до першого і другого виходів багатоканального блока пам'яті, а виходи - відповідно до першого і другого входів багатофункціонального обчислювального блока, та блок відображення обробленої інформації, багатофункціональний обчислювальний блок виконаний у вигляді арифметико-логічного пристрою, що містить перший суматор, перший і другий квадратори та блок ділення, перший вхід багатофункціонального обчислювального блока з'єднаний з входом першого квадратора, другий вхід - з входом другого квадратора, а вихід - з входом блока відображення обробленої інформації, вихід першого квадратора з'єднаний з першим прямим входом першого суматора, вихід якого підключений до другого входу блока ділення, другий прямий вхід першого суматора з'єднаний з виходом другого квадратора та першим входом блока ділення, вихід якого підключений до виходу багатофункціонального обчислювального блока, згідно до пропозиції введено додатково перший і другий помножувачі, перші входи яких підключені відповідно до третього і четвертого виходів багатоканального блока пам'яті, другі входи першого і другого помножувачів з'єднані з виходом задавального елементу, вихід першого помножувача підключений до другого інверсного входу другого суматора, а вихід другого помножувача - до другого прямого входу третього суматора. На фіг. 1 представлено схему обчислювального пристрою для ділення нечітких чисел, на   фіг. 2 - нечіткі множини ~ , ~ з формою функцій належності дзвоноподібного класу, на прикладі яких ілюструються процеси обробки нечіткої інформації, а на фіг. 3 - результуючу нечітку C   /  ~ ~ ~   множину , яка ілюструє процеси ділення нечіткого числа ~ на нечітке число ~ з   + формою функцій належності дзвоноподібного класу, де ~ , ~  R . 3 UA 82114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел містить задавальний елемент 1 для введення експертних оцінок відповідного нечіткого параметра, багатоканальний блок пам'яті 2 з чотирма виходами для введення і зберігання даних, що характеризують нечітку інформацію у вигляді нечітких множин з формою функцій належності дзвоноподібного класу, багатофункціональний обчислювальний блок 3, блок відображення 4 обробленої інформації, другий 5 та третій 6 суматори, перший 7 і другий 8 помножувачі. Перші прямі входи другого 5 та третього 6 суматорів підключені відповідно до першого і другого виходів багатоканального блока пам'яті 2, а виходи - відповідно до першого і другого входів багатофункціонального обчислювального блока 3. Багатофункціональний обчислювальний блок З виконаний у вигляді арифметико-логічного пристрою, що містить перший 9 суматор, перший 10 і другий 11 квадратори, а також блок ділення 12. Вихід першого квадратора 10 з'єднаний з першим прямим входом першого суматора 9, вихід якого підключений до другого входу блока ділення 12. Другий прямий вхід першого суматора 9 з'єднаний з виходом другого квадратора 11 та першим входом блока ділення 12, вихід якого підключений до виходу багатофункціонального обчислювального блока 3. Перші входи першого 7 і другого 8 помножувачів підключені відповідно до третього і четвертого виходів багатоканального блока пам'яті 2. Другі входи першого 7 і другого 8 помножувачів з'єднані з виходом задавального елементу 1. Вихід першого помножувача 7 підключений до другого інверсного входу другого суматора 5, а вихід другого помножувача 8 до другого прямого входу третього суматора 6. Перший вхід багатофункціонального обчислювального блока 3 з'єднаний з входом першого квадратора 10, другий вхід - з входом другого квадратора 11, а вихід - з входом блока відображення обробленої інформації 4. В якості задавального елемента 1 може бути використаний потенціометричний задатчик або задатчик з покажчиком, що має можливість переміщуватись і позиціонуватись між крайніми поділками на шкалі оцінок (наприклад задатчик відповідно Патенту України № 71851, 2004). В якості багатоканального блока пам'яті 2 може бути використаний блок пам'яті коефіцієнтів, побудований на регістрах пам'яті (відповідно Патенту Російської Федерації № 2050587, 1995), або блок пам'яті з лінійкою регульованих джерел опорної напруги. Блок відображення 4 обробленої інформації та компоненти багатофункціонального обчислювального блока 3 (суматори, помножувачі, квадратори та блок ділення) є типовими компонентами комп'ютерних систем. Запропонований обчислювальний пристрій працює наступним чином. У початковому стані на першому і другому виходах багатоканального блока пам'яті 2 встановлені відповідно сигнали (pA, sA), що представляють собою двійку чисел, за допомогою яких може бути параметризована задана нечітка множина А з вищенаведеною формою функції   x   ~ належності дзвоноподібного класу. Нечітка множина ~ при цьому представляється   x  + сукупністю відповідних пар чисел (x, ~ ), де x - значення нечіткого параметра x  R , який   x  + належить множині додатних чисел R ; ~ - відповідне значення функції належності для   x  параметра ~  [0,1]. Сигнали (pА, sА) встановлюються, відповідно, на перших входах другого 5 і третього 6 суматорів. На третьому і четвертому виходах багатоканального блока пам'яті 2 встановлені відповідно сигнали (pВ, sВ), що представляють собою двійку чисел, за допомогою яких може  бути параметризована задана нечітка множина ~ з вищенаведеною формою функції  x   належності ~ дзвоноподібного класу. Нечітка множина ~ при цьому представляється  x  + сукупністю відповідних пар чисел (х, ~ ), де х - значення нечіткого параметра x  R , який  x  + належить множині дійсних чисел R ; ~ - відповідне значення функції належності для  x  параметра х, ~  [0,1]. Сигнали (pВ, sВ) встановлюються, відповідно, на перших входах першого 7 і другого 8 помножувачів. На других входах і, відповідно, на виходах першого 7 і другого 8 помножувачів, як і на других входах другого 5 і третього 6 суматорів сигнали дорівнюють нулю. При цьому на виході другого суматора 5 встановлений сигнал Uout 5 = рA, на виході третього суматора 6 – 2 сигнал Umt6=sA, на виході першого квадратора 10 - сигнал Uout 10 =(pA) , а на виході другого 2 квадратора 11 - сигнал Uout 11=(sA) . При цьому на виході першого суматора 9 встановлений 4 UA 82114 U 2 5 10 15 20 25 30 35 2 сигнал Uout 9=Uout 10+Uout 11 = (pA) +(sA) , а на виході блока ділення 12 - сигнал Uout 12=Uout 11 /Uout 9  x       x  2 2 2 =(sA) /[(pA) +(sA) ], який відповідає початковому значенню функції належності C C 0  при x=0, тобто значенню μ ~ (0) =    . При подачі сигналу Uout 1=x з виходу задавального елемента 1 на другий інвертований вхід першого 7 помножувача та на другий прямий вхід другого 8 помножувача на виході першого помножувача 7 формується сигнал Uout 7 = рB х, а на виході другого помножувача 8 - сигнал Uout 8=sBx. При цьому на виході другого суматора 5 формується сигнал Uout 5 = рА-рBх, який надходить на вхід першого квадратора 10, а на виході третього суматора 6 сигнал Uout 6=sA+sBx, який надходить на вхід другого квадратора 11. 2 На виході першого квадратора 10 формується сигнал Uout 10 =(рА – рBх) , а на виході другого 2 квадратора 11 - сигнал Uout 11 =(sA+sBx) При цьому вихідний сигнал UouM першого квадратора 10 надходить на перший вхід першого суматора 9, а вихідний сигнал Uout 11 другого квадратора 11 на другий вхід першого суматора 9 та на перший вхід блока ділення 12. На виході першого 2 2 суматора 9 формується сигнал Uout 9=Uout 10+Uout 11 = (рА – рBх) + (sA+sBx) , що подається на другий вхід блока ділення 12. При цьому на виході блока ділення 12 формується сигнал U out 2 2 2 12=Uout 11 / Uouiq = (sA+sBx) / [(рА – рBх) + (sA+sBx) ], який відповідає значенню результуючої  x       x  функції належності C . Таким чином, обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел забезпечує формування на виході багатофункціонального обчислювального блока 3 і відображення блоком 4 сигналу C x       x  (фіг.3), що відповідає поточному значенню нечіткого параметра х, який формується задавальним елементом 1. При необхідності обробки нечіткої інформації з використанням інших нечітких множин, Q D x  Q x  D наприклад, ~ та ~ з формою відповідних функцій належності ~ та ~ дзвоноподібного класу параметри (pD, sD) та (pQ, sQ) в першу чергу вводяться до багатоканального блока пам'яті 2, а в подальшому обчислювальний пристрій працює аналогічним чином. Позитивний ефект проявляється в тому, що в порівнянні з пристроєм згідно патенту України №71270, до складу запропонованого пристрою введено додаткові електронні блоки, які дозволяють обчислювальному пристрою на основі вихідних сигналів багатоканального блока пам'яті, що характеризують параметри первинних нечітких множин з формами функцій належності дзвоноподібного класу, формувати в результаті здійснення операції ділення первинних нечітких множин відповідну результуючу нечітку множину, а також для будь-якого задавального сигналу, що формується задавальним елементом обчислювального пристрою, здійснювати в автоматичному режимі обчислення відповідного ступеню його приналежності до вищезгаданої результуючої нечіткої множини. Нові властивості обчислювального пристрою дозволяють розширити область його застосування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Обчислювальний пристрій для ділення нечітких чисел, що має у своєму складі задавальний елемент для введення експертних оцінок відповідного нечіткого параметра, багатоканальний блок пам'яті з чотирма виходами для введення і зберігання даних, що характеризують нечітку інформацію у вигляді нечіткої множини з дзвоноподібною формою функції належності, багатофункціональний обчислювальний блок, другий та третій суматори, перші прямі входи яких підключені відповідно до першого і другого виходів багатоканального блока пам'яті, а виходи - відповідно до першого і другого входів багатофункціонального обчислювального блока, та блок відображення обробленої інформації, багатофункціональний обчислювальний блок виконаний у вигляді арифметико-логічного пристрою, що містить перший суматор, перший і другий квадратори та блок ділення, перший вхід багатофункціонального обчислювального блока з'єднаний з входом першого квадратора, другий вхід - з входом другого квадратора, а вихід - з входом блока відображення обробленої інформації, вихід першого квадратора з'єднаний з першим прямим входом першого суматора, вихід якого підключений до другого входу блока ділення, другий прямий вхід першого суматора з'єднаний з виходом другого квадратора та першим входом блока ділення, вихід якого підключений до виходу багатофункціонального обчислювального блока, який відрізняється тим, що введено додатково перший і другий помножувачі, перші входи яких підключені відповідно до третього і четвертого виходів багатоканального блока пам'яті, другі входи першого і другого помножувачів 5 UA 82114 U з'єднані з виходом задавального елементу, вихід першого помножувача підключений до другого інверсного входу другого суматора, а вихід другого помножувача - до другого прямого входу третього суматора. 6 UA 82114 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7