[发明专利]用于评估模糊逻辑规则的电路和方法

说明书

本发明涉及数据处理系统，特别是在数据处理系统中执行模糊逻辑操作。

数据处理器已经被开发成将输入和输出看作1或0而不存在其它可能性的二进制设备。在大多数情况下其工作良好，但有时答案并不只是简单的＂是＂或＂否＂，而是介于其之间。已经发展起来一种称为＂模糊逻辑＂的概念，以便根据二进制逻辑使数据处理器提供介于＂是＂和＂否＂之间的答案。

模糊逻辑是具有带模糊边界的隶属函数(membership function)的逻辑系统。隶属函数将诸如＂气温是暖和的＂之类的主观表达转换成可由常用数据处理器识别的值。说明“暖和的”这类词的标记用于标出一个输入值的范围，其边界不是该标记处于其一侧为“真”处于其另一侧为“假”的点。另外，在采用模糊逻辑的系统中，隶属函数的边界逐渐改变并可与相邻隶属组的边界重叠。因此，通常赋予输入值一个隶属程度。例如，如果将一个温度范围提供给隶属函数，输入的温度可落入标为＂冷＂和＂暖＂的两个函数的重叠区。进一步的处理是要确定在每个隶属函数中的隶属程度(即，当前温度与冷和暖隶属组中每一个的适合程度)。

在采用模糊逻辑的系统中使用被称为＂模糊化＂(fuzzification)的步骤使输入与隶属函数相联系。模糊化处理将具体数值附加到诸如＂气温是暖和的＂之类的主观表达。这些数值试图提供非常近似于人的感觉。

模糊化步骤之后，执行称为规则评估(rule evaluation)的步骤。在规则评估步骤过程中，对取决于模糊输入值的规则表达加以评估以产生模糊输出。例如，假设所评估的规则可表示为：

如果(气温是暖和的)并且(气压高)，那么(风扇速度为中速)。在该规则中必须评估两个前提＂气温是暖和的＂和＂气压高＂，以确定结论＂风扇速度为中速＂的规则强度。规则评估步骤过程中，前提为真的程度影响规则为真的程度。将前提的最小值作为该规则结论的规则强度应用。另外，当对多于一个规则进行评估时，存在着将一个动作(action)赋予多于一个规则强度的可能性。这种情况下，应将具有较大值的规则强度赋予该动作。因此，该动作被赋予最大值的规则强度。

模糊逻辑处理中的最后一个步骤称为＂去模糊化＂(defuzzification)。该步骤将规则评估步骤中所允许的结果转化成单个动作。去模糊化是将所有模糊输出组合成可施加到标准数据处理系统的复合结果的过程。有关模糊逻辑的其它信息可参考由James M.Sibigtroth提出并引入本文作为参考的题为＂在硬件中采用的模糊专家规则＂(lmplementing Fuzzy Expert Rules in Hardware)的文章。该文章发表在1992年4月出版的AL EXPERT的第25至31页。

总之，这些规则由一系列跟着一个或多个动作(结论)的假定(前提)组成。每个前提对应一个模糊输入，每个动作对应一个模糊输出。在硬件中实施规则评估步骤要使用专用接线和电路使模糊输入与模糊输出相联系。该方法通常需要专用存储器并且不可改变。在软件中实施规则估算步骤要使用指令程序评估这些规则。软件方法通常比硬件方法慢并且需要大量的程序存储器。在必须尽可能快地进行数据计算、传送和操作的工业应用中，必须加快执行时间。因此，对某些应用来说软件并不是可行的解决方法。

因此，需要一种快速执行规则评估步骤而不扩大硬件需求的电路或方法。需要通常与硬件解决方法相关的速度而不需要通常与该解决方法相关的专用电路区。

与本申请交叉引用作为参考的美国专利No.5,263,125描述了模糊规则基准的使用，该规则基准为允许这些规则具有任何数量输入和输出的可变格式。该可变格式规则基准包含描绘该规则的附加缓冲(overhead buffering)。反之，在固定格式规则基准中，每个规则具有相同预定数量的输入和输出，允许在无附加缓冲的情况下评估该规则。结果是，固定格式规则基准需要较少的规定存储器和较少的执行时间。固定的规则基格式准的缺点是每个规则必须符合预定结构。因此，两种规则基准格式各有利弊，在某些情况下对一种格式的需求可能超过另一种格式。

作为上述结果，需要一种在模糊逻辑系统中提供进行固定或可变规则基准选择的电路和方法。

为了更完整地理解本发明及其优点，下面参考附图对本发明进行描述，其中：

图1以图解形式说明一些一般概念和用于描述模糊逻辑的基本术语；

图2以方框图形式说明根据本发明的数据处理系统；

图3以方框图形式说明图2的执行单元；

图4以逻辑电路形式说明图3的寄存器交换逻辑电路；

图5以存储变换形式说明可变格式中图2的内存储器中所评估规则的数组；