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三角规范。 (英语) Zbl 0972.0302号

不确定性传统上是由概率论来描述的,在概率论中,陈述中的不确定性是由概率来描述的——一个来自区间([0,1]\)的数字。继概率论之后,出现了其他几种描述不确定性、模糊性等程度的形式。大多数形式也使用区间值([0,1]\)来描述相应的程度。在每一种形式中,我们都遇到了一个类似的问题:我们知道语句的不确定性程度(置信度等)(a=d(a)),我们知道语句(b)的不确定性度(b=d(b)),关于(a)和(b)我们没有任何附加信息,我们想估计度(d(a\&b)。在估计这个程度时,我们可以使用的唯一信息是两个数字\(a)和\(b),因此这个估计是\(a \)和_(b \)的函数\(T(a,b)\)。
这个函数的自然属性是什么?由于语句(A&B)和(B&A)是等价的,因此自然要求相应的估计(T(A,B))和(T(B,A))重合,即运算(T)是可交换的。同样,从(A\&(B\&C)和(A\&B)\&C表示同一事物这一事实出发,我们得出结论:运算(T\)必须是关联的。如果我们对(A)的信任度增加,那么对(A和B)的信任程度应该增加或保持不变;因此,\(T\)必须是单调的。最后,如果我们对(A)有绝对把握,即如果(A=1),那么我们对(A&B)的信念程度应该等于对(B)的信心程度,即(T(1,B)=B)。满足这四个特性的函数(T)称为三角范数(简称T-范数)。
这个名字来自K.Menger,他于1942年在概率度量空间中引入了此类函数,其中两点之间的距离是一个随机变量。为了建立三角不等式的概率形式(ρ(x,z)\leq\rho(x,y)+\rho。此后,t-范数被成功地应用于概率论中,用于估计随机变量(X)和(Y)的概率(P(X×Y×Y)),以及模糊逻辑中的概率等。
除了估计对(A\&B)的信念程度的必要性之外,我们还有一个类似的问题,即估计对(A \vee B)的信仰程度。这个问题导致了t-conorm(S(a,b))的类似一般概念。从数学的观点来看,t-范数和t-conorms之间存在1-1的对应关系:如果(t)是t-范量,那么(1-t(1-a,1-b)是t-conorm,反之亦然。因此,t-范数(“和”-运算)的数学描述也有助于我们理解“或”-运算。
t-范数的实用性鼓励了他们的理论分析。对这一分析贡献最大的是两个数学领域:首先,由于对t-范数的所有要求都是函数方程,所以使用了一般函数方程理论;其次,由于这些条件之一是结合性,所以t-范数是一个半群运算,所以也使用了半群理论。
正在审查的这本书对几乎所有已知的关于t-规范的理论结果进行了百科全书式的概述,并对几乎所有这些结果进行了证明(唯一的例外是关于Frank t规范的已知结果,该结果未经证明)。作者显然花费了相当多的时间,使这些证明比原始论文中的更清楚、更具教学意义。本书还概述了t-范数的各种应用。这些应用中的许多导致了其他有趣的定理;这些应用的范围如此之广,方法如此之不同,以至于作者明智地决定在不复制证明的情况下展示大多数结果。
t范数理论的主要结果之一是20世纪60年代的连续t范数分类定理。这个结果将每个t-范数表示为同构于三个标准范数的运算的“序数和”:乘积\(a\cdot b\)、\(\max(a+b-1,0)\)和\(\main(a,b)\)。乍一看,这一结果似乎在很大程度上关闭了这一研究领域。有趣的是,作者描述了许多新的结果(其中许多是作者自己证明的),这些结果确实增加了我们对t范数的了解。这些结果包括:不同已知t-范数类的公理化特征;一个近似结果,根据该结果,每个t-范数都可以用严格阿基米德范数(同构于\(a\cdot b\)的范数)进行近似;t范数比较结果;以及从某些对((a,b)上的值唯一重建t-范数(t(a,b))的可能性。
这本书的一个有趣的部分与t-规范来自“and”这个事实有关,但逻辑除了“and”之外还有连接词。t-范数和“or”之间的关系很简单。与“not”和“implies”对应的运算的关系不太直接,因此数学上更有趣。作者概述了相应的结果。
作者还概述了t-范数的不同有用推广:推广到不同于\([0,1]\)的集,从离散格推广到一般格;关于\([0,1]\)的更一般的关联运算;最后是对\([0,1]\)的非关联操作。当一个操作是非关联的时,从二进制到(n)元操作的转换变得非平凡;因此,作者概述了几种类似于t-范数的元运算。
这本书写得很好,几乎囊括了所有已知的结果。对于所有使用t-范数的研究人员来说,无论是在统计学或模糊研究中,还是在任何地方,这都是必须的。这本书是那些使用t-规范并想更多了解t-规范的人的必读之书,但即使是那些已经是t-规范专家的人也会发现许多新的结果,毫无疑问,还有许多新的应用。

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03-02 与数学逻辑和基础相关的研究展览(专著、调查文章)
03B52号 模糊逻辑;模糊逻辑
03E72型 模糊集理论等。
20M99型 半群
第39页第22页 实函数的函数方程
94D05型 模糊集和逻辑(与信息、通信或电路理论有关)
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