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  1. Weltenzyklopädie
  2. T-Norm – Wikipedia
T-Norm – Wikipedia
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von T-Conorm)

Eine T-Norm, oft auch klein t-Norm, ist eine mathematische Funktion, die im Bereich mehrwertiger Logiken, insbesondere in der Fuzzy-Logik, Bedeutung erlangt hat. Der Begriff leitet sich vom Englischen triangular norm, zu Deutsch Dreiecksnorm ab, und rührt daher, dass eine T-Norm eine dreiecksähnliche Fläche im R 3 {\displaystyle \mathbb {R} ^{3}} {\displaystyle \mathbb {R} ^{3}} beschreibt.

Eigenschaften

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Eine T-Norm ist auf dem Einheitsintervall [0,1] definiert

T : [ 0 , 1 ] × [ 0 , 1 ] → [ 0 , 1 ] {\displaystyle T:[0,1]\times [0,1]\rightarrow [0,1]} {\displaystyle T:[0,1]\times [0,1]\rightarrow [0,1]}

und muss folgende Eigenschaften aufweisen (zur exakten Definition dieser Eigenschaften siehe die Tabelle zu T-Norm und T-Conorm am Ende dieses Artikels):

  • Assoziativität: T(a, T(b, c)) = T(T(a, b), c)
  • Kommutativität: T(a, b) = T(b, a)
  • Monotonie: T(a, b) ≤ T(c, d), falls a ≤ c und b ≤ d
  • 1 ist neutrales Element: T(a, 1) = a

Die T-Norm dient dazu, für mehrwertige Logiken einen verallgemeinerten Konjunktions-Operator zu stellen. Die oben genannten Eigenschaften sind gleichsam allgemeinste Eigenschaften eines solchen Operators: Assoziativität und Kommutativität sind selbstverständlich. Die Monotonie garantiert eine gewisse Regelmäßigkeit in der Struktur von Definitions- und Zielmenge. Die „1“ als neutrales Element ermöglicht Konjunktionen, deren Ergebnis nur von einem Operanden abhängt.

Diese Eigenschaften werden im Zusammenhang mit Fuzzy-Mengen verwendet, um die Schnittmengen-Operation nachzubilden.

T-Conormen

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Komplementär zu T-Normen werden T-Conormen (auch S-Normen genannt) verwendet, als Bezeichner ist entsprechend ⊥ oder S üblich:

⊥ ( a , b ) = 1 − ⊤ ( 1 − a , 1 − b ) . {\displaystyle \bot (a,b)=1-\top (1-a,1-b).} {\displaystyle \bot (a,b)=1-\top (1-a,1-b).}

Mit Hilfe der De Morganschen Gesetze lässt sich auf der Basis einer T-Norm, welche Konjunktion bzw. Schnittmenge liefert, und einer Negation die Disjunktions- bzw. die Vereinigungsmengen-Operation ableiten.

Verallgemeinerung: Es kann ein anderer als der Standard-Negator

n ⁡ ( x ) = 1 − x {\displaystyle \operatorname {n} (x)=1-x} {\displaystyle \operatorname {n} (x)=1-x}

verwendet werden. Damit wird obige Beziehung verallgemeinert zu

⊥ ( a , b ) = n ⁡ ( ⊤ ( n ⁡ ( a ) , n ⁡ ( b ) ) ) . {\displaystyle \bot (a,b)=\operatorname {n} (\top (\operatorname {n} (a),\operatorname {n} (b))).} {\displaystyle \bot (a,b)=\operatorname {n} (\top (\operatorname {n} (a),\operatorname {n} (b))).}

Die Mindestanforderungen an einen Negator sind im Allgemeinen: Monotonie (fallend), n(0)=1, n(1)=0.
In diesem Zusammenhang wird aber strenge Monotonie und Involutivität n(n(x)) = x, d. h. n = n−1, gefordert:
Das Tripel ( ⊤ , ⊥ , n ) {\displaystyle (\top ,\bot ,n)} {\displaystyle (\top ,\bot ,n)} heißt dann De-Morgan-Triplett.

Geläufige T-Normen und T-Conormen

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⊤ m i n ( a , b ) = min { a , b } ⊥ m a x ( a , b ) = max { a , b } ⊤ L u k a ( a , b ) = max { 0 , a + b − 1 } ⊥ L u k a ( a , b ) = min { a + b , 1 } ⊤ p r o d ( a , b ) = a ⋅ b ⊥ s u m ( a , b ) = a + b − a ⋅ b ⊤ − 1 ( a , b ) = { a , falls  b = 1 b , falls  a = 1 0 , sonst ⊥ − 1 ( a , b ) = { a , falls  b = 0 b , falls  a = 0 1 , sonst {\displaystyle {\begin{matrix}\mathrm {\top _{min}} (a,b)&=&\min\{a,b\}&\mathrm {\bot _{max}} (a,b)&=&\max\{a,b\}\\\\\mathrm {\top _{Luka}} (a,b)&=&\max\{0,a+b-1\}&\mathrm {\bot _{Luka}} (a,b)&=&\min\{a+b,1\}\\\\\mathrm {\top _{prod}} (a,b)&=&a\cdot b&\mathrm {\bot _{sum}} (a,b)&=&a+b-a\cdot b\\\\\mathrm {\top _{-1}} (a,b)&=&\left\{{\begin{matrix}a,&{\mbox{falls }}b=1\\b,&{\mbox{falls }}a=1\\0,&{\mbox{sonst}}\end{matrix}}\right.&\mathrm {\bot _{-1}} (a,b)&=&\left\{{\begin{matrix}a,&{\mbox{falls }}b=0\\b,&{\mbox{falls }}a=0\\1,&{\mbox{sonst}}\end{matrix}}\right.\end{matrix}}} {\displaystyle {\begin{matrix}\mathrm {\top _{min}} (a,b)&=&\min\{a,b\}&\mathrm {\bot _{max}} (a,b)&=&\max\{a,b\}\\\\\mathrm {\top _{Luka}} (a,b)&=&\max\{0,a+b-1\}&\mathrm {\bot _{Luka}} (a,b)&=&\min\{a+b,1\}\\\\\mathrm {\top _{prod}} (a,b)&=&a\cdot b&\mathrm {\bot _{sum}} (a,b)&=&a+b-a\cdot b\\\\\mathrm {\top _{-1}} (a,b)&=&\left\{{\begin{matrix}a,&{\mbox{falls }}b=1\\b,&{\mbox{falls }}a=1\\0,&{\mbox{sonst}}\end{matrix}}\right.&\mathrm {\bot _{-1}} (a,b)&=&\left\{{\begin{matrix}a,&{\mbox{falls }}b=0\\b,&{\mbox{falls }}a=0\\1,&{\mbox{sonst}}\end{matrix}}\right.\end{matrix}}}

Die angegebenen T-Conormen sind jeweils bezüglich der Standardnegation N(x)=1-x zur entsprechenden T-Norm dual, also über die De Morganschen Gesetze verknüpft. Mit anderen involutiven Negationen ergeben sich im Allgemeinen auch andere T-Conormen.

Die erstgenannte wird wegen ihrer Einfachheit und ihrer unten genannten Eigenschaften am häufigsten eingesetzt. Die 3. T-Norm, sowie deren T-Conorm kommen aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Weiterhin gelten folgende Zusammenhänge:

⊤ − 1 ( a , b ) ≤ ⊤ ( a , b ) ≤ ⊤ m i n ( a , b ) ⊥ m a x ( a , b ) ≤ ⊥ ( a , b ) ≤ ⊥ − 1 ( a , b ) {\displaystyle {\begin{matrix}\mathrm {\top _{-1}} (a,b)&\leq &\top (a,b)&\leq &\mathrm {\top _{min}} (a,b)\\\mathrm {\bot _{max}} (a,b)&\leq &\bot (a,b)&\leq &\mathrm {\bot _{-1}} (a,b)\end{matrix}}} {\displaystyle {\begin{matrix}\mathrm {\top _{-1}} (a,b)&\leq &\top (a,b)&\leq &\mathrm {\top _{min}} (a,b)\\\mathrm {\bot _{max}} (a,b)&\leq &\bot (a,b)&\leq &\mathrm {\bot _{-1}} (a,b)\end{matrix}}}
D. h., dass die drastische T-Norm (T-1) die kleinste und die Minimum-T-Norm die größte ist. Umgekehrtes gilt für die T-Conorm. T(a, b) bzw. ⊥(a, b) steht hierbei für jede beliebige T-Norm bzw. T-Conorm.

Zusammenhänge zwischen T-Norm und T-Conorm

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Aufgrund der schon erwähnten De Morganschen Gesetze ergeben sich folgende komplementären Zusammenhänge:

1-⊥(a,b) = T(1-a, 1-b)     und     1-T(a,b) = ⊥(1-a, 1-b)

Den obigen Axiomen für T-Normen entsprechen folgende Bedingungen für eine T-Conorm:

T-Norm T-Conorm
Nullelement: T(0,a) = T(a,0) = 0 ⊥(a,1) = ⊥(1,a) = 1
Neutrales Element: T(a,1) = T(1,a) = a ⊥(0,a) = ⊥(a,0) = a
Assoziativität: T(a,T(b,c)) = T(T(a,b),c) ⊥(a,⊥(b,c)) = ⊥(⊥(a,b),c)
Kommutativität: T(a,b) = T(b,a) ⊥(a,b) = ⊥(b,a)
Monotonie: a ≤ b ⇒ T(a,c) ≤ T(b,c) a ≤ b ⇒ ⊥(a,c) ≤ ⊥(b,c)

Diese Beziehungen gelten nicht nur für den Standard-Negator, sondern für jedes De-Morgan-Triplett.

Zusammenhang zwischen T-Norm und Copula

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Eine T-Norm hat die positive Rechteck-Eigenschaft, wenn für a 1 ≤ a 2 , b 1 ≤ b 2 {\displaystyle a_{1}\leq a_{2},b_{1}\leq b_{2}} {\displaystyle a_{1}\leq a_{2},b_{1}\leq b_{2}} gilt:

⊤ ( a 1 , b 1 ) + ⊤ ( a 2 , b 2 ) − ⊤ ( a 1 , b 2 ) − ⊤ ( a 2 , b 1 ) ≥ 0 {\displaystyle \mathrm {\top } (a_{1},b_{1})+\mathrm {\top } (a_{2},b_{2})-\mathrm {\top } (a_{1},b_{2})-\mathrm {\top } (a_{2},b_{1})\geq 0} {\displaystyle \mathrm {\top } (a_{1},b_{1})+\mathrm {\top } (a_{2},b_{2})-\mathrm {\top } (a_{1},b_{2})-\mathrm {\top } (a_{2},b_{1})\geq 0}

Jede T-Norm mit positiver Rechteck-Eigenschaft ist eine bivariate Copula (siehe Grabisch et al. 2009). Von obigen Beispielen sind ⊤ m i n , ⊤ L u k a , ⊤ p r o d {\displaystyle \mathrm {\top _{min}} ,\mathrm {\top _{Luka}} ,\mathrm {\top _{prod}} } {\displaystyle \mathrm {\top _{min}} ,\mathrm {\top _{Luka}} ,\mathrm {\top _{prod}} } gleichzeitig Copulae, ⊤ − 1 {\displaystyle \mathrm {\top _{-1}} } {\displaystyle \mathrm {\top _{-1}} } jedoch nicht.

Literatur

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  • Frank Klawonn, Rudolf Kruse, Andreas Nürnberger: Fuzzy-Regelung: Grundlagen, Entwurf, Analyse. Springer Verlag, Heidelberg 2002, ISBN 3-642-55812-7, S. 15 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
  • Horst Stöcker: Taschenbuch mathematischer Formeln und moderner Verfahren. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2007, ISBN 978-3-8171-1811-3, S. 727 f. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
  • Siegfried Gottwald: Mehrwertige Logik: Eine Einführung in Theorie und Anwendungen. Akademie Verlag, Berlin 1989, ISBN 3-05-000765-6, S. 172 f. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
  • Grabisch,M., Marichal,J.-L., Mesiar,R. and E. Pap: Aggregation Functions. Cambridge University Press, 2009, ISBN 978-0-521-51926-7, S. 56 f. (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
Abgerufen von „https://de.teknopedia.teknokrat.ac.id/w/index.php?title=T-Norm&oldid=254652774“
Kategorie:
  • Fuzzylogik

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