正文 第9章 模糊數學(1 / 2)

電視劇《劉羅鍋》裏有兩句歌詞唱道:“故事裏的事說是就是,不是也是;故事裏的事,說不是就不是,是也不是。”其實,何止是故事裏的事如此,現實生活中的許多事情又何嚐不是如此。

下麵這兩聯唐詩分別取自杜甫的《月夜憶舍弟》和殷益的《看牡丹》:露從今夜白,月是故鄉明。(杜甫)

發從今日白,花是去年紅。(殷益)

這兩聯的句式結構完全相同,時間概念十分明確,沒有絲毫模糊的地方。但仔細推敲,這兩聯詩句卻有很大的不同。杜甫的“露從今夜白”是完全合理的,“白露”是一個固定的節日,說今夜是白露節了當然是對的。但殷益的“發從今日白”卻是很不科學的。頭發變白是一個漸近的過程,是在不知不覺中慢慢地變白的,一般不可能在一天之內頭發突然變白。杜甫也有兩句寫白頭發的詩:白頭搔更短,渾欲不勝簪。(《春望》)

當時詩人所處的社會正經曆著安史之亂,國破家亡,民不聊生。詩人憂心如焚,感時恨別,竟至於看花濺淚,聽鳥驚心。頭發不禁一天天變白,一天天變得稀疏短少,連發簪也快別不住了。“白頭搔更短”的一個“更”字,寫出了頭發變白變短的漸進過程。這才是合乎邏輯的。當然,無論是杜甫的“月是故鄉明”也好,殷益的“花是去年紅”也好,很明顯都帶有強烈的主觀色彩,實際上未必是那麼一回事。

不過,詩歌畢竟不是科學,詩歌中包含著詩人強烈的主觀意識。詩中遣詞用字是否合理,主要的隻能是藝術的標準而不是科學的標準。“發從今日白”隻不過是詩人對人生易老的一種強烈感受,所以才一口咬定,他的頭發是一天之間就變白的。斬釘截鐵,沒有商量的餘地。雖然不合科學,但從藝術的角度看,也不能說他錯。就像電視劇《劉羅鍋》中的唱詞一樣,說它是就是,說它不是就不是。這要看你對“白發”如何理解。當前有一種頗為流行的說法是:“這是模糊數學!”

什麼是“模糊數學”呢?讓我們先談談語言中的模糊現象。

語言中的模糊現象,早在古希臘時代就引起了人們的注意。古希臘哲學家就提出過下麵的著名的“連鎖推理悖論”。

“一粒麥子肯定不能成為一堆。對於任何一個正整數n來說,如果n粒麥子不成堆的話,即使再加一粒麥子,n+1粒也不能形成一堆。因此,根據數學歸納原理,任意多的麥粒也不成一堆。”

人們很容易輕信這個悖論的推理,但它的結論明顯是錯誤的。這個悖論利用了“堆”這個概念的模糊性,因為多少麥粒可以構成“一堆”是模糊的,並且n粒麥子與n+1粒麥子能否作為不成“一堆”和成為“一堆”的界限也是模糊的。

法國數學家波萊爾也曾在他的一本專著中討論過這個問題,他寫道:一粒種子肯定不叫一堆,兩粒也不是,三粒也不是……另一方麵,所有的人都會同意,一億粒種子肯定叫一堆。那麼,適當的界限在哪裏呢?我們能不能說,325647粒種子不叫一堆,而325648粒種子就構成一堆了呢?最後,波萊爾對這一問題作出回答:“n粒種子是否叫一堆”這一問題,如果答案是“叫一堆”,這個答案的正確程度,應該理解為“n粒種子叫一堆”這一事件A的概率P{n∈A}。實際上,這裏的A已經是模糊集合了。因此,這一思想實質上已經是模糊數學思想的萌芽。

出生於前蘇聯巴庫的美國控製論專家紮德於1965年在《信息與控製》雜誌上發表了他的開創性論文《模糊集合》。

眾所周知,在普通集合論中,一個元素是否屬於一個集合,隻有兩種可能,即屬於或不屬於,二者必居其一且唯居其一。紮德引進了“隸屬度”的概念:若一個元素x屬於集合A,就稱x的隸屬度為1;若x不屬於集合A,則稱它的隸屬度為0。如果我們引進一個函數fA(x),如下:fA(X)=1,當X∈A時;0,當XA時。

把函數fA(x)稱為集合A的特征函數(若X是函數fA(x)的定義域,則A是X的一個子集)。顯然,在集合X上任意定義一個值域為{0,1}的函數,都有唯一確定的X的子集A以這個函數為其特征函數;反之,X的任何一個子集A都決定了一個唯一的特征函數fA(x)。所以一個集合可以用它的特征函數來刻劃,給出一個集合與給出一個特征函數是同一回事。

紮德把特征函數從隻取0和1兩個值推廣到可以取從0到1之間的任何實數值,並把推廣了的特征函數稱為隸屬函數。