“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”之后，“模糊控制”會(huì)成為AI領(lǐng)域的下一個(gè)引領(lǐng)理論嗎？

模糊控制會(huì)站到下一個(gè)學(xué)術(shù)風(fēng)口上嗎？

現(xiàn)在一提起人工智能，我們首先想到的一定是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐應(yīng)用的迅速發(fā)展，已經(jīng)讓它成為了人工智能中當(dāng)紅的技術(shù)。其實(shí)就在上世紀(jì)40年代相關(guān)的理論被提出后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷過(guò)幾十年跌宕起伏的發(fā)展，在50年代末進(jìn)行了一次失敗的工程化實(shí)驗(yàn)后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究陷入低谷，還在研究它的學(xué)者曾一度被視為異端。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“逆襲故事”告訴我們，要用更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展眼光看待技術(shù)。今天被視作荒謬的理論，或許明天就能引領(lǐng)一個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

今天我們討論的，就是一項(xiàng)和曾經(jīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣，擁有頗多爭(zhēng)議的技術(shù)類(lèi)別——模糊控制。

當(dāng)工程專(zhuān)家搞起數(shù)學(xué)

提到模糊控制，要從它的理論來(lái)源模糊數(shù)學(xué)開(kāi)始。

模糊數(shù)學(xué)，光是看這4個(gè)字就讓人覺(jué)得難以信任。在大部分人的印象里，數(shù)學(xué)應(yīng)該是一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，畢竟在考試的時(shí)候，模模糊糊的答案是不能得分的……

不過(guò)，當(dāng)數(shù)學(xué)應(yīng)用到日常生活中后，我們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)人類(lèi)世界中的很多概念是沒(méi)法用精確的數(shù)字表示的。比如冷和熱、美和丑這些概念，很難精確到多少攝氏度或者是一個(gè)評(píng)分，而是人類(lèi)的一種模糊的感覺(jué)。

可在計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)世界中，只有0和1——非熱即冷、非美既丑，人們一直在發(fā)愁，要如何讓計(jì)算機(jī)理解人類(lèi)世界中的這些模糊概念呢？

在1965年，美國(guó)控制論專(zhuān)家查德發(fā)表了一篇描述模糊控制的論文，正式開(kāi)啟了模糊數(shù)學(xué)這一學(xué)科。

模糊數(shù)學(xué)的核心理念就是，用精確的數(shù)學(xué)手段對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中大量存在的模糊概念和模糊現(xiàn)象進(jìn)行描述、建模，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的控制和解決。

比如-10℃是“冷”，30℃是“熱”，那么20℃就是介于1和0之間的0.75。

模糊數(shù)學(xué)乍一聽(tīng)是提出了一個(gè)很棒的問(wèn)題解決方式，但對(duì)數(shù)學(xué)稍有了解的人就會(huì)在兩秒鐘之后反應(yīng)過(guò)來(lái)……這玩意兒是和概率論有啥區(qū)別?。?/p>

這也是模糊數(shù)學(xué)爭(zhēng)議最大的一點(diǎn)，由控制論學(xué)者提出，在理論基礎(chǔ)上相對(duì)薄弱，所謂的“模糊“概念也和概率論略有接近。當(dāng)然，直到今天，模糊數(shù)學(xué)在理論上還在不斷發(fā)展，各國(guó)研究學(xué)者，尤其是我國(guó)學(xué)者都做出了很多貢獻(xiàn)。模糊數(shù)學(xué)作為一門(mén)學(xué)科，正在逐漸站穩(wěn)腳跟。

人工智能洗衣機(jī)，竟然有一顆90后的大腦？

我們所關(guān)注的當(dāng)然不是學(xué)術(shù)問(wèn)題，而是模糊控制的應(yīng)用發(fā)展。模糊數(shù)學(xué)最大的特點(diǎn)，就是它是由應(yīng)用領(lǐng)域范疇發(fā)展到理論范疇，擁有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

模糊控制最早是應(yīng)用于自動(dòng)化控制方面，為的是能夠讓專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)量化，實(shí)現(xiàn)更加專(zhuān)業(yè)的自動(dòng)化控制。

比如我想研發(fā)一個(gè)全自動(dòng)烤地瓜爐，就需要知道如何調(diào)節(jié)地瓜機(jī)的火候。這時(shí)候我向一位資深烤地瓜老大爺咨詢(xún)，他告訴我說(shuō)：“先開(kāi)大火，地瓜熟了轉(zhuǎn)小火?！边@時(shí)候，我就需要把“大小火”“生地瓜熟地瓜”這種概念教會(huì)給計(jì)算機(jī)。

模糊控制的解決方案，是把設(shè)定一個(gè)值域，把燒烤溫度設(shè)置為100℃到250℃，把地瓜成熟度設(shè)置為0-1。通過(guò)對(duì)地瓜成熟度的監(jiān)測(cè)，隨之調(diào)節(jié)地瓜爐的溫度設(shè)置。

要是沒(méi)有模糊控制理論，計(jì)算機(jī)可能只能得到一個(gè)精確的“食譜”，當(dāng)?shù)毓线_(dá)到某一確切狀態(tài)，立刻改變烤爐溫度。可實(shí)際應(yīng)用時(shí)，地瓜達(dá)到完全成熟可能就是一瞬間的事，同一烤爐中的不同地瓜也常常有著不同的狀態(tài)，除非有非常精確的傳感器，否則很難捕捉到這一瞬間的變化。

但在模糊控制系統(tǒng)中，地瓜成熟度被分成0到1，傳感器可以每隔5分鐘對(duì)地瓜的成熟度進(jìn)行檢測(cè)，第一次檢測(cè)時(shí)，地瓜們的成熟度可能是0.2、0.5和0.6。第二次檢測(cè)時(shí)，地瓜們的成熟度達(dá)到了0.45、0.7和0.9，這時(shí)烤爐就會(huì)變化溫度。

在模糊控制下，自動(dòng)化控制可以在盡量低的成本下實(shí)現(xiàn)更高的受益。在上個(gè)世紀(jì)的航天、工業(yè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)的智能程度、傳感器密度和信息回傳速度都沒(méi)今天這么高，模糊控制成了一種很好的解決方案。

到了20世紀(jì)90年代，模糊控制逐漸進(jìn)入了民用產(chǎn)品領(lǐng)域。比如空調(diào)、洗衣機(jī)等等產(chǎn)品，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別室溫、衣物重量等等，對(duì)產(chǎn)品功率進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的目的?，F(xiàn)在我們看到的很多人工智能空調(diào)和人工智能洗衣機(jī)，都是應(yīng)用了這種90年代就有了的技術(shù)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐應(yīng)用的迅速發(fā)展，已經(jīng)讓它成為了人工智能中當(dāng)紅的技術(shù)。

風(fēng)水輪流轉(zhuǎn)，模糊控制會(huì)站到下一個(gè)學(xué)術(shù)風(fēng)口上嗎？

雖然來(lái)自上個(gè)世紀(jì)的模糊控制理論聽(tīng)起來(lái)很過(guò)時(shí)，但它的確從屬于人工智能的一項(xiàng)分支，只是很多以往需要模糊控制才能實(shí)現(xiàn)的功能，今天都直接可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

還是前面的那個(gè)烤地瓜的問(wèn)題，利用模糊控制理論我們需要自己為地瓜設(shè)置一個(gè)成熟度劃分，但在機(jī)器學(xué)習(xí)中，只需要把老大爺烤地瓜時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，就能訓(xùn)練出一個(gè)和老大爺一樣專(zhuān)業(yè)的算法模型，應(yīng)用在各種各樣的智能地瓜爐中。

模糊控制理論的應(yīng)用，更適用于上個(gè)世紀(jì)硬件和算法不分家的情況。每種大型機(jī)械都有自己的微電腦系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)狀態(tài)與數(shù)據(jù)之間的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)從人操縱機(jī)械到機(jī)械自我控制的轉(zhuǎn)變。

到了四處都有傳感器、算力變得強(qiáng)大又廉價(jià)的今天，模糊算法的高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)開(kāi)始變得不復(fù)存在。

但這并不意味著模糊控制從此就失去了研究意義，在今天模糊控制依然有很多利用價(jià)值。

第一，模糊控制依然可以利用于家用電器這類(lèi)數(shù)據(jù)難以量化的領(lǐng)域。比如可以智能調(diào)整溫度的空調(diào)，研究個(gè)人用戶(hù)的歷史操作數(shù)據(jù)的確可以得出個(gè)性化的溫度調(diào)節(jié)算法，但這樣的做法和用模糊控制研究專(zhuān)家意見(jiàn)得出的結(jié)果不會(huì)有太大差別。

第二，模糊控制在對(duì)感情傾向的研究中有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。機(jī)器學(xué)習(xí)主要還是對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，但很多時(shí)候用戶(hù)的感性決策是不一定會(huì)表現(xiàn)在數(shù)據(jù)中的。

有一篇論文就表述了如何用模糊控制理論智能調(diào)節(jié)酒店房?jī)r(jià)，其中提到，當(dāng)房?jī)r(jià)價(jià)格達(dá)到一個(gè)值域時(shí)，或許不會(huì)影響到消費(fèi)者決策，但會(huì)影響到消費(fèi)者對(duì)于酒店的印象，長(zhǎng)期看來(lái)會(huì)影響到酒店發(fā)展。這時(shí)對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行樣本調(diào)查，再挖掘調(diào)查數(shù)據(jù)得出智能調(diào)價(jià)范圍就是一個(gè)很好的解決方案。

現(xiàn)在由于機(jī)器學(xué)習(xí)的火熱，一些研究方向已經(jīng)開(kāi)始走向了極端。像有團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)利用對(duì)腦電波、心率等等的監(jiān)測(cè)，向?qū)嶒?yàn)對(duì)象展示一些負(fù)面文字和圖畫(huà)，從而去研究他們的自殺傾向。其實(shí)心理醫(yī)生只要問(wèn)幾個(gè)問(wèn)題，就能得出更準(zhǔn)確的判斷。

如果模糊控制能實(shí)現(xiàn)對(duì)心理醫(yī)生專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的量化，就能得出機(jī)器學(xué)習(xí)花大量時(shí)間和金錢(qián)才能找到的“公式”。而當(dāng)機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)據(jù)問(wèn)題研究到一定地步時(shí)，人們一定會(huì)把目光轉(zhuǎn)移到無(wú)法直接捕捉到數(shù)據(jù)的感性概念中。這時(shí)模糊控制理論就會(huì)展示出自己的優(yōu)勢(shì)。

就像文章開(kāi)頭說(shuō)的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是經(jīng)歷過(guò)幾十年的波折發(fā)展才實(shí)現(xiàn)今天的成果。誰(shuí)能說(shuō)下一個(gè)站上學(xué)術(shù)風(fēng)口的，不會(huì)是模糊控制理論呢？