什么是软计算?什么是硬计算?

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软计算概述

传统计算(硬计算)的主要特征是严格、确定和精确。但是硬计算并不适合处理现实生活中的许多问题,例如驾驶汽车。而软计算(Soft Computing,SC)通过对不确定、不精确及不完全真值的容错以取得低代价的解决方案和鲁棒性。它模拟自然界中智能系统的生化过程(人的感知、脑结构、进化和免疫等)来有效处理日常工作。软计算包括几种计算模式:模糊逻辑、人工神经网络、遗传算法和混沌理论。这些模式是互补及相互配合的,因此在许多应用系统中组合使用。

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软计算的概念

构成软计算的主要技术:模糊逻辑、神经网络、概论推理,以及遗传算法、学习理论、混沌理论等;

软计算的宗旨是将这些技术相辅助、相融合地加以利用;

基于宽容性的概念,不强求高度的精确性及确定性,降低成本,易处理,具有鲁棒性;

通过低精度的计算,解决精确的或不精确的模式化问题的一种新的计算方法。

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发展历史

1943年,McClulloch和Pitts发表神经元的数学模型。

1965年,L. Zadeh提出模糊逻辑理论。

1975年,J. Holland提出遗传算法。

1975年,J. Yorke和T.Y. Li给出"混沌"的严格定义。

1991年,L. Zadeh指出人工神经网络、模糊逻辑及遗传算法与传统计算模式的区别,将它们命名为软计算。

近年文献中将混沌理论、遗传算法和模拟退火算法等概率推理(Probabilistic Reasoning)归入软计算。

传统人工智能进行符号操作,这基于一种假设:人的智能存储在符号化的知识库中。但是符号化知识的获得和表达限制了人工智能的应用(即符号主义的缺点)。一般的,软计算不进行太多的符号操作。因此,从某种意义上说,软计算是传统人工智能(TAI)的补充。传统的人工智能加上软计算就可成为智能计算。

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软计算的特点

1、不需要建立问题本身的精确数学或逻辑模型,而是直接对输入数据进行处理得出结果;

2、更适用于解决那些传统AI技术难以有效地处理、甚至无法处理的问题;

3、只有数值数据可利用时可以用神经网络;

4、处理具有模糊性的知识,可以使用模糊逻辑;

5、从多个组合中选优,可以使用遗传算法。

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什么是硬计算

让我们为你看看解决一个工程问题要遵循的步骤:

(1)首先辨识与该问题相关的变量,继而分为两组,即输入或条件变量(也成为前件)和输出或行动变量(也称为后件)。

(2)用数学方程表示输入输出关系。

(3)用解析方法或数值方法求解方程。

(4)基于数学方程的解决定控制行动。

上述程序就是硬计算的原理。

硬计算的特征

对于精度,人们有与生俱来的探究天性,故而我们努力运用数学原理来构建问题的模型。因此,硬计算作为一种解决工程问题的传统方法由来已久。它具有下述特征:

(1)因为它工作于纯数学基础上,能产生精确解。因此,控制行动将是精确的。

(2)它适用于易于数学建模,并且其稳定性可充分预测的问题。

硬计算以备用以解决大量问题,其中两类问题说明如下:

(1)有限元方法进行某些种类负载约束下的机械系统压力分析。

(2)确定用以控制过程的PID控制器的增益值。

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