模糊概念：計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專門科學(xué)

王小梅

日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)碰到諸如明天的天氣如何，近來(lái)身體怎樣，將來(lái)有何打算以及預(yù)測(cè)工廠的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)展如何等問(wèn)題。如果仔細(xì)推敲，這些都是很不確切的問(wèn)題。甚至在問(wèn)及有關(guān)數(shù)字概念的年齡時(shí)，再高明的數(shù)學(xué)家恐怕也要有l(wèi)%～2%的誤差。比如人們說(shuō)某人頭禿了，這個(gè)“禿”并沒(méi)有數(shù)字界定，如果定義頭發(fā)少于1000根為“禿”，實(shí)際上999根與1000根之間就很難區(qū)分，在現(xiàn)實(shí)生活中也難以辨認(rèn)。像上面這樣一些沒(méi)有確切界限的事物及其表達(dá)形式，都統(tǒng)稱為模糊概念。同樣，美與丑、明與暗、黑與白、香與臭、胖與瘦、好與壞、高與矮等，雖然是完全相反的，但在它們中間也沒(méi)有截然可分的界限，所以它們也都屬于模糊概念。由此可見(jiàn)，人類在社會(huì)生活、生產(chǎn)實(shí)踐以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，少不了要和模糊概念打交道。

模 糊 信 息

模糊概念由于是一種不規(guī)則邏輯，因此它所構(gòu)成的信息也只能是含意模糊的信息。例如，要表達(dá)一個(gè)人的老態(tài)龍鐘，便可用白發(fā)蒼蒼、步履蹣跚、眼窩深陷、脊背彎曲、面容憔悴等詞來(lái)形容，這些就是典型的模糊信息。

數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)要判別一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，往往需要進(jìn)行一大堆數(shù)學(xué)運(yùn)算，而且還要有很高的精度。因此，它的信息是十分精確的。模糊信息則做不到這一點(diǎn)，它完全屬于另一個(gè)范疇，所表達(dá)的是直觀的形態(tài)和意識(shí)感覺(jué)。這也是人的大腦區(qū)別于其它機(jī)器的重要標(biāo)志。人腦對(duì)模糊的信息具有高度的識(shí)別能力和判斷水平。這一點(diǎn)是目前任何高級(jí)電子計(jì)算機(jī)都無(wú)法比擬的。

模糊信息是一種高智商信息，而絕非等同于糊涂認(rèn)識(shí)。它類同于清代文人鄭板橋所說(shuō)的“難得糊涂”，實(shí)際上是一種思維的推斷。

模 糊 數(shù) 學(xué)

表達(dá)模糊信息最有效的工具，是1965年美國(guó)控制論專家扎德創(chuàng)立的模糊數(shù)學(xué)。它是為了適應(yīng)迅速處理模糊信息而出現(xiàn)的，其關(guān)鍵是引用刻劃模糊集合的模糊性的隸屬函數(shù)。人們稱它為架在精確性經(jīng)典數(shù)學(xué)和充滿模糊性的現(xiàn)實(shí)世界之間的橋梁。

在人類歷史上，經(jīng)典數(shù)學(xué)建立了豐功偉績(jī)，創(chuàng)造了今天的文明，使人類的認(rèn)識(shí)由模糊到精確，實(shí)現(xiàn)了精神境界上的第一次飛躍;而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，又使數(shù)學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域從精確擴(kuò)大到模糊現(xiàn)象的范疇，這實(shí)質(zhì)上是意識(shí)形態(tài)的又一次飛躍。

模糊數(shù)學(xué)是專門處理模糊概念、模糊信息等的專業(yè)性學(xué)科。由于這些概念、信息的不規(guī)則和非邏輯特性，它必須運(yùn)用特殊的處理方式。例如普通電子計(jì)算機(jī)只要以其最基本的0和1這么兩個(gè)二進(jìn)制邏輯符號(hào)，便能準(zhǔn)確地處理各種含義嚴(yán)密的數(shù)值和推論，而模糊信息必須運(yùn)用由0到1之間的連續(xù)數(shù)值才能進(jìn)行加工。

模糊概念、模糊信息引入到數(shù)學(xué)界絕非表示要以模糊代替精確，模糊數(shù)學(xué)只是經(jīng)典數(shù)學(xué)發(fā)展中的一個(gè)分支。它的應(yīng)用范圍更加廣闊，甚至能夠用來(lái)描述精確所不能進(jìn)入或難以觸及的禁區(qū)。例如，在計(jì)量科學(xué)方面，應(yīng)用了模糊數(shù)學(xué)就很容易在物理標(biāo)準(zhǔn)的分類、優(yōu)選和物理量值的預(yù)估等方面取得成效。同樣，在地震災(zāi)情判斷、疾病醫(yī)療診斷、發(fā)酵工程控制、交通秩序管理、?？諏?dǎo)航巡視等方面，也能作出廣義判斷。數(shù)學(xué)是在不斷地追求精確，但在追求精確的過(guò)程中，往往出現(xiàn)難以精確的模糊，但是模糊的結(jié)果則會(huì)使人的境界和意識(shí)更加精確。

模糊集成電路

與構(gòu)成數(shù)碼式電子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的二進(jìn)制邏輯相對(duì)應(yīng)的，是以不規(guī)則、非邏輯為基本函數(shù)，并據(jù)此理論設(shè)計(jì)、試制出來(lái)的電子電路，這種電子電路稱為模糊集成電路或非邏輯不規(guī)則集成電路。

模糊集成電路是由日本熊木大學(xué)工程部的山川烈教授研制成功的。他利用9個(gè)基本函數(shù)來(lái)表示各種可用限界差及其算術(shù)和。他先在半導(dǎo)體襯底材料上制成25個(gè)限界差的溝道，用其中9個(gè)溝道表現(xiàn)6個(gè)基本函數(shù)，后來(lái)又改用電流方式的一般數(shù)據(jù)和電壓方式的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)演算。

在制造過(guò)程中，他首先用P型溝道金屬氧化物半導(dǎo)體表現(xiàn)6個(gè)基本函數(shù)。后來(lái)，他又改用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，這時(shí)不但9個(gè)基本函數(shù)都表現(xiàn)了出來(lái)，而且存儲(chǔ)量提高了3倍，運(yùn)算速度提高了50%，消耗的電力減少了25%，產(chǎn)生的熱量也很小，體積也可以做得更小。這種集成電路設(shè)計(jì)合理，抗干擾能力強(qiáng)，極限參數(shù)具有良好的線性，運(yùn)算精度很高，誤差為零，而且特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)，效率特別高。此外，它采用的是標(biāo)準(zhǔn)的P—MOS工藝，電流傳輸型電路，掩膜板數(shù)量和工變流程少，成品率很高。

模糊計(jì)算機(jī)

電子計(jì)算機(jī)在發(fā)展進(jìn)程中大致經(jīng)歷了電子管式、晶體管式、集成電路、大規(guī)模集成電路式和人工智能式五代，而專門用以處理模糊信息的電子計(jì)算機(jī)可稱為第六代產(chǎn)品，也叫模糊計(jì)算機(jī)。

眾所周知，人的大腦平均重量約為1500克，共有140～160億個(gè)腦細(xì)胞。如要將人腦功能全部開(kāi)發(fā)，利用電子計(jì)算機(jī)的初期技術(shù)，其體積大致相當(dāng)于一座巴黎城。但是隨著微電子技術(shù)、集成電路的驚人發(fā)展，特別是模糊集成電路的出現(xiàn)，其體積大幅度下降了。

早在1985年，就已經(jīng)有不少公司生產(chǎn)出了100萬(wàn)比特的集成電路。這意味著在幾毫米見(jiàn)方的半導(dǎo)體襯底材料上，可以容納100多萬(wàn)個(gè)元器件，使電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。以人腦為例，如在其容積范圍內(nèi)裝電子管，最多能裝15個(gè)，而裝集成電路可以裝100多塊。那么，按現(xiàn)在的水平衡量，100個(gè)集成電路的總存儲(chǔ)量是100萬(wàn)x 100等于1億比特。結(jié)果說(shuō)明，這個(gè)容量與人腦相比，簡(jiǎn)直就是天壤之別。

要使電子計(jì)算機(jī)全面具備人腦的體積、重量、思維能力、智慧、推理和學(xué)習(xí)等方面的功能，是第六代電子計(jì)算機(jī)的重要使命。為了使模糊計(jì)算機(jī)的功能盡量接近人腦，需要集中大量的電子學(xué)專家、心理學(xué)家、大腦生理學(xué)家、語(yǔ)言學(xué)家一起參與這項(xiàng)工程的研發(fā)。

目前，最好的電子計(jì)算機(jī)充其量也只能作為人類的助手，必須依賴人工輸入資料方能運(yùn)行，而且所進(jìn)行的運(yùn)算也只能屬于精確范疇。而模糊計(jì)算機(jī)除了具有一般計(jì)算機(jī)的功能外，還具有學(xué)習(xí)、思考、判斷和對(duì)話的功能。不但兩臺(tái)電子計(jì)算機(jī)間可以對(duì)話，而且還可以和人類進(jìn)行日常對(duì)話。此外，它在瞬息之間便能辨清外界物體的形狀和特征，并進(jìn)行廣義判斷，還可以幫助人類從事一些比較復(fù)雜的腦力勞動(dòng)。

如今，模糊電子計(jì)算機(jī)的研制工作早已取得飛速進(jìn)展，它為電子計(jì)算機(jī)在更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。