ตัวแปรสุ่มแบบฟัซซี
ในการวัด การวัดที่ได้อาจมีความไม่แน่นอนสองประเภท[ 1 ]ประเภทแรกคือความไม่แน่นอนแบบสุ่ม ซึ่งเกิดจากสัญญาณรบกวนในกระบวนการและการวัด ประเภทที่สองคือความไม่แน่นอนแบบเป็นระบบ ซึ่งอาจมีอยู่ในเครื่องมือวัด ข้อผิดพลาดแบบเป็นระบบ หากตรวจพบ สามารถชดเชยได้ง่าย เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะคงที่ตลอดกระบวนการวัด ตราบใดที่เครื่องมือวัดและกระบวนการวัดไม่เปลี่ยนแปลง แต่ไม่สามารถทราบได้อย่างแม่นยำในขณะที่ใช้เครื่องมือว่ามีข้อผิดพลาดแบบเป็นระบบ หรือ ไม่ และถ้ามี มีค่าเท่าใด ดังนั้น ความไม่แน่นอนแบบเป็นระบบจึงอาจถือได้ว่าเป็นส่วนประกอบที่มีลักษณะคลุมเครือ
ข้อผิดพลาดที่เป็นระบบนี้สามารถจำลองได้โดยประมาณโดยอาศัยข้อมูลในอดีตของเราเกี่ยวกับเครื่องมือวัดและกระบวนการดังกล่าว
สามารถใช้วิธีการทางสถิติในการคำนวณความไม่แน่นอนทั้งหมดจากทั้งส่วนที่เป็นระบบและส่วนที่สุ่มในการวัดได้[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนในการคำนวณนั้นสูงมาก ดังนั้นจึงไม่เป็นที่พึงประสงค์
LAZadehได้นำเสนอแนวคิดของตัวแปรฟัซซีและเซตฟัซซี[ 5 ] [ 6 ]ตัวแปรฟัซซีมีพื้นฐานมาจากทฤษฎีความเป็นไปได้ ดังนั้นจึงเป็นการแจกแจงความเป็นไปได้ ทำให้เหมาะสมที่จะจัดการกับความไม่แน่นอนทุกประเภท เช่น ทั้งการมีส่วนร่วมที่เป็นระบบและแบบสุ่มต่อความไม่แน่นอนทั้งหมด[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
ตัวแปรสุ่มฟัซซี ( RFV ) เป็น ตัวแปรฟัซ ซีประเภท 2 [ 10 ]ที่กำหนดโดยใช้ทฤษฎีความเป็นไปได้ทางคณิตศาสตร์[ 5 ] [ 6 ]ใช้เพื่อแสดงข้อมูลทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับผลการวัด มีการกระจายความเป็นไปได้ภายในและการกระจายความเป็นไปได้ภายนอกที่เรียกว่าฟังก์ชันสมาชิกภาพ การกระจายภายในคือการมีส่วนร่วมของความไม่แน่นอนเนื่องจากความไม่แน่นอนที่เป็นระบบ และขอบเขตของ RFV เกิดจากการมีส่วนร่วมแบบสุ่ม การกระจายภายนอกให้ขอบเขตความไม่แน่นอนจากการมีส่วนร่วมทั้งหมด
คำนิยาม

ตัวแปรสุ่มฟัซซี่ (RFV) ถูกกำหนดให้เป็นตัวแปรฟัซซี่ประเภท 2 ที่ตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้: [ 11 ]
- สามารถระบุได้ทั้งหน้าที่ภายในและภายนอกของ RFV
- ทั้งฟังก์ชันภายในและภายนอกถูกจำลองเป็นแบบการแจกแจงความน่าจะเป็น (PD)
- ทั้งฟังก์ชันภายในและภายนอกมีค่าเท่ากับหนึ่งสำหรับความเป็นไปได้ในช่วงค่าเดียวกัน
ในรูปสามารถแสดง RFV ได้ ฟังก์ชันสมาชิกภาพภายนอกคือการกระจายตัวในเส้นสีน้ำเงิน และฟังก์ชันสมาชิกภาพภายในคือการกระจายตัวในเส้นสีแดง ฟังก์ชันสมาชิกภาพทั้งสองเป็นฟังก์ชันการกระจายความน่าจะเป็น ทั้งฟังก์ชันสมาชิกภาพภายในและภายนอกมีค่าความน่าจะเป็นเท่ากับหนึ่งเฉพาะในส่วนสี่เหลี่ยมผืนผ้าของ RFV เท่านั้น ดังนั้นเงื่อนไขทั้งสามข้อจึงเป็นไปตามที่กำหนด
หากมีเพียงข้อผิดพลาดที่เป็นระบบในการวัด ค่า RFV จะกลายเป็นตัวแปรคลุมเครือซึ่งประกอบด้วยฟังก์ชันสมาชิกภาพภายในเท่านั้น ในทำนองเดียวกัน หากไม่มีข้อผิดพลาดที่เป็นระบบ ค่า RFV จะกลายเป็นตัวแปรคลุมเครือที่มีเพียงส่วนประกอบแบบสุ่ม และดังนั้นจึงเป็นเพียงการแจกแจงความน่าจะเป็นของส่วนประกอบแบบสุ่มเหล่านั้น
การก่อสร้าง
ตัวแปรสุ่มแบบฟัซซีสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้การแจกแจงความน่าจะเป็นภายใน ( r ) และการแจกแจงความน่าจะเป็นแบบสุ่ม ( r )
การแจกแจงแบบสุ่ม ( r )
r คือ การแจกแจงความน่าจะเป็นของส่วนประกอบแบบสุ่มที่ส่งผลต่อความไม่แน่นอน เครื่องมือวัดหรือกระบวนการวัดใดๆ ก็ตามย่อมได้รับผลกระทบจาก ข้อ ผิดพลาดแบบสุ่มเนื่องจากสัญญาณรบกวนภายในหรือผลกระทบอื่นๆ
สิ่งนี้เป็นแบบสุ่มโดยสมบูรณ์และเป็นการแจกแจงความน่าจะเป็นแบบปกติเมื่อมีการรวมการมีส่วนร่วมแบบสุ่มหลายรายการตามทฤษฎีบทขีดจำกัดกลาง[ 12 ]
อย่างไรก็ตาม อาจมีการมีส่วนร่วมแบบสุ่มจากรูปแบบการแจกแจงความน่าจะเป็นอื่นๆ ด้วย เช่นการแจกแจงแบบเอกรูปการแจกแจงแบบแกมมาและอื่นๆ
สามารถสร้างแบบจำลองการแจกแจงความน่าจะเป็นได้จากข้อมูลการวัด จากนั้นสามารถใช้การแจกแจงความน่าจะเป็นเพื่อสร้างแบบจำลองการแจกแจงความเป็นไปได้ที่เทียบเท่ากันโดยใช้การแปลงความน่าจะเป็น-ความเป็นไปได้ที่เฉพาะเจาะจงสูงสุด[ 13 ]
สามารถดูตัวอย่างการแจกแจงความน่าจะเป็นทั่วไปและการแจกแจงความเป็นไปได้ที่สอดคล้องกันได้จากรูปภาพ



การกระจายภายใน ( r )
r คือการกระจายภายในใน RFV ซึ่งเป็นการกระจายความเป็นไปได้ของการมีส่วนร่วมอย่างเป็นระบบต่อความไม่แน่นอนทั้งหมด การกระจายนี้สามารถสร้างขึ้นได้จากข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับเครื่องมือวัดและกระบวนการ
การแจกแจงที่เป็นไปได้ที่ใหญ่ที่สุดคือการแจกแจงความน่าจะเป็นแบบสม่ำเสมอหรือแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า ซึ่งหมายความว่าค่าทุกค่าในช่วงที่กำหนดมีความเป็นไปได้เท่ากัน อันที่จริงแล้วสิ่งนี้แสดงถึงสถานะของความไม่รู้โดยสิ้นเชิงตามทฤษฎีหลักฐาน[ 14 ]ซึ่งหมายความว่ามันแสดงถึงสถานการณ์ที่มีการขาดข้อมูลสูงสุด
การแจกแจงนี้ใช้สำหรับความคลาดเคลื่อนที่เป็นระบบ เมื่อเราไม่ทราบข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับความคลาดเคลื่อนที่เป็นระบบเลย นอกเหนือจากที่ทราบว่ามันอยู่ในช่วงค่าใดช่วงหนึ่ง ซึ่งเป็นกรณีที่พบได้บ่อยในการวัด
อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี อาจทราบได้ว่าค่านิยมบางค่ามีระดับความเชื่อมั่นสูงหรือต่ำกว่าค่านิยมอื่นๆ ในกรณีเช่นนี้ สามารถสร้างการแจกแจงความน่าจะเป็นที่เหมาะสมได้ โดยขึ้นอยู่กับระดับความเชื่อมั่นของค่านิยมเหล่านั้น
การสร้างการกระจายภายนอก ( r ) และ RFV
หลังจากสร้างแบบจำลองการกระจายความน่าจะเป็นแบบสุ่มและภายในแล้ว ฟังก์ชันสมาชิกภายนอกr ของ RFV สามารถสร้างได้โดยใช้สมการต่อไปนี้: [ 15 ]
ที่ไหนเป็นโหมดของซึ่งเป็นจุดสูงสุดในฟังก์ชันสมาชิกภาพของและT คือบรรทัดฐานสามเหลี่ยม ขั้น ต่ำ[ 16 ]
RFV สามารถสร้างขึ้นจาก1การแจกแจงภายในและการแจกแจงแบบสุ่มได้เช่นกัน โดยพิจารณาจากα -cut ของการแจกแจงความน่าจะเป็น (PD) ทั้งสองแบบ
α - cut ของตัวแปรฟัซซี่ F สามารถกำหนดได้ดังนี้[ 17 ] [ 18 ]
ดังนั้น โดยพื้นฐานแล้วα -cut คือเซตของค่าที่ทำให้ค่าของฟังก์ชันสมาชิกภาพเป็นไปตามเงื่อนไขค่าของตัวแปรฟัซซีมีค่ามากกว่าαซึ่งจะให้ขอบเขตบนและล่างของตัวแปรฟัซซี F สำหรับแต่ละα -cut
อย่างไรก็ตาม α - cut ของ RFV มีขอบเขตเฉพาะ 4 ประการ และกำหนดโดย[ 11 ]และโดยที่ และ คือขอบเขตล่างและขอบเขตบนตามลำดับของฟังก์ชันสมาชิกภาพภายนอก ( r ) ซึ่งเป็นตัวแปรคลุมเครือในตัวมันเองและโดยที่ และ คือขอบเขตล่างและขอบเขตบนตามลำดับของฟังก์ชันสมาชิกภาพภายใน ( r ) ซึ่งเป็นตัวแปรคลุมเครือในตัวมันเอง
ในการสร้าง RFV ให้เราพิจารณาα -cut ของ PD สองตัว คือr และr สำหรับค่าα เดียวกัน ซึ่งจะให้ขอบเขตล่างและขอบเขตบนสำหรับα -cut ทั้งสอง ให้พวกมันเป็นและสำหรับการแจกแจงแบบสุ่มและการแจกแจงภายในตามลำดับสามารถแบ่งออกเป็นสองช่วงย่อยได้อีกครั้งและที่ไหนคือโหมดของตัวแปรฟัซซี จากนั้นα -cut สำหรับ RFV สำหรับค่าα เดียวกันสามารถกำหนดได้โดย[ 11 ]
โดยใช้สมการข้างต้นเราจะคำนวณ ค่า α -cut สำหรับทุกค่าของ αซึ่งจะทำให้เราได้กราฟ RFV สุดท้าย
ตัวแปรสุ่มแบบฟัซซี่สามารถให้ภาพรวมที่สมบูรณ์ของการมีส่วนร่วมแบบสุ่มและเป็นระบบต่อความไม่แน่นอนทั้งหมดจากการ ตัด αสำหรับระดับความเชื่อมั่นใดๆ เนื่องจากระดับความเชื่อมั่นคือ1-α [ 17 ] [ 18 ]
ตัวอย่างการสร้างฟังก์ชันสมาชิกภายนอกที่สอดคล้องกัน ( r ) และ RFV จาก PD แบบสุ่มและ PD ภายใน สามารถดูได้ในรูปต่อไปนี้
