Study of Fuzzy Multisets and Their Algebra
Chapter One
ย Aim andย Objectives
Theย aimย ofย thisย Dissertationย isย toย studyย Fuzzyย Sets,ย Multisets,ย Fuzzyย Multisetsย and develop some algebraicย structures.
The objectives are as follows:
To comprehensively study the origin, structure and development of fuzzy set theory.
To critically study the fundamentals of fuzzy sets, multisets, and fuzzy multi- sets.
To extend the properties of ฮฑ– cuts for fuzzy sets to fuzzy multisets.
To strengthen properties of inverse ฮฑ-cuts for fuzzy sets and extend them to fuzzyย multisets.
To formulate certain monoids of multiset partitions and that of fuzzy partitions.
To study fuzzy groups, multigroups, and fuzzy multigroups for further extensions.
CHAPTER TWO
LITERATURE REVIEW
Theย queernessย ofย theย conceptย ofย vaguenessย hasย longย beenย drawingย theย attentionย of philosophers,linguists, logicians, and mathematicians. As noted in (Magnus, 1997), Nietscheย wasย theย firstย toย recognizeย theย notionย ofย vagueness.ย Inย courseย ofย time,ย various other closely related notions such as loose concepts, haziness, borderline cases, flu- entย boundaries,ย caseย byย grades, etc.,ย appeared.ย Asย mentionedย earlier,ย Gottlobย Frege (1848โ1925)ย wasย theย firstย toย provideย aย mathematicalย definitionย ofย vaguenessย inย terms of having an unsharp boundary. A seminal contribution towards investigating the concept of vaguenessย was made by (Black, 1937). The epicentre of Blackโs explica- tionย canย beย seenย asย aย unifyingย threadย betweenย Bertrandย Russellโsย andย C.ย S.ย Peirceโs approach.
Mengerย (1979)ย arguedย thatย theย notionย ofย probabilityย couldย adequatelyย dealย withย loose concepts. He also introduced the notion of hazy set. However, it was not explicit until the formulation of the theory of fuzzy sets (Zadeh, 1965) that the notion of probabilityย couldย notย dealย withย vaguenessย andย otherย looseย conceptsย ifย theย meaning ofย theseย conceptsย isย theย absenceย ofย sharpย boundaries.ย Theย conceptย ofย fuzzinessย essen- tiallyย refersย toย theย semanticย featureย ofย theย vaguenessย ofย aย phenomenonย ratherย than itsย stochasticย explicationย whichย isย devoidย ofย it.
A distinctive feature of the concept of fuzziness can be seen summarized in the following: In contrast to the stochastic uncertainty-type vagueness, the vagueness concerning the description of the semantic meaning of events, phenomena or state- ments is called fuzziness [(Moreno-Armella and Waldegg, 1993). Kaushal et al. (2010)ย andย Seisingย (2005)ย providedย aย goodย dealย ofย illustrationsย toย describeย theย rele- vancy of fuzzy concept inย mathematics.]
In view of the pervasive role played by set-theoretic foundation, it was seemingly natural to look for a set theory-like framework to model the class of problems in which the source of vagueness is not the presence of random variables rather the absenceย ofย preciselyย definedย criteriaย ofย classย membership.ย Fortunately,ย itย wasย found
forthcoming by way of relaxing the restriction of definiteness imposed onย objects
to form a Cantorian set. L. A. Zadeh was the first who formulated a set-theoretic model inย (Zadeh,ย 1965)ย andย titledย itย fuzzyย setย theoryย inย contrastย toย crispย setย theory. Fuzzyย setย theoryย isย aย mathematicalย theoryย toย modelย vaguenessย andย otherย looseย con- cepts. It deals with fuzzy variables and fuzzyย relations.
CHAPTER THREE
FUNDAMENTALS OF FUZZY SETS, MULTISETS AND FUZZY MULTISETS
In this chapter, we explicate basic notions of fuzzy sets, multisets and fuzzy mul- tisets. In particular, we identify some fundamental notions of the aforesaid non- classical set theories which could be further clarified andย extended.
Definition and Representations of Fuzzyย Sets
ย ย Definition of a fuzzyย set
Definitionย 3.1.1ย Aย fuzzyย set(class)ย Aหย inย Xย isย characterizedย byย aย membershipย func- tionย ยตAย whichย associatesย withย eachย pointย xย inย X,ย aย realย numberย ยตAหย ย xย ย ย inย theย interval [0,ย 1].ย Theย valueย ofย ยตAห(x)ย representsย theย gradeย ofย membershipย ofย xย inย Aห.
Intuitively,ย ย itย ย canย ย beย ย saidย ย that,theย ย closerย ย theย ย valueย ย ofย ย ยตAห(x) toย ย unity,ย ย theย ย higher valued)ย ย characteristicย ย functionย ย ofย ย anย ย ordinaryย ย set,ย ย ย muAหย ย canย ย beย ย calledย ย generalized
characteristic function first introduced in (Whitney, 1933). In general, a fuzzy set in a universal set can be obtained by applying a fuzzy restrictionย to x. If the mem bershipย functionย ofย Aหย isย limitedย toย takeย valuesย inย theย setย ย ย ย 0,ย 1ย ,ย it becomes a crisp setย and,ย inย thisย sense,ย theย conceptย ofย fuzzyย setsย isย aย generalizationย ofย ordinaryย sets.
Remark 3.1.1ย It is well-known that ordinary sets exist only as subsets of a given universalย setย Xย byย applyingย aย crispย restrictionย toย X.
CHAPTER FOUR
ฮฑ-CUTS, INVERSE ฮฑ-CUTS AND RELATED RESULTS
Theย notionsย ofย ฮฑ-cutsย andย strongย ฮฑ-cuts,ย apartย fromย theirย multitudinalย applications, canย beย viewedย asย aย bridgeย bothย betweenย fuzzyย setsย andย crispย sets,ย andย fuzzyย multisets andย crispย multisets.ย Inย particular,ย ฮฑ-cutsย willย beย usedย inย thisย directionย toย generalize some fundamental results of fuzzy set theory to fuzzy multisetย theory.
CHAPTER FIVE
SUMMARY, CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
ย ย Summary
Besidesย chapterย one,ย aย comprehensiveย andย criticalย Literatureย surveyย wasย presented inย chapterย two.ย Inย Chapterย three,ย fundamentalsย ofย fuzzyย sets,ย multisets,ย fuzzyย mul- tisetsย wereย presentedย fromย aย specificย perspectiveย toย provideย meansย toย modelย aย large classย ofย real-lifeย problemsย whichย intrinsicallyย involveย vaguenessย andย uncertainty.ย In chapterย four,ย alpha-cuts,ย inverseย alpha-cutsย inย fuzzyย setsย andย fuzzyย multisetsย were presented,ย andย someย ofย theirย propertiesย wereย extendedย fromย fuzzyย setsย toย fuzzyย multi- sets,ย inย particularย theย twoย decompositionย theoremsย wereย extendedย toย fuzzyย multiset. Moreover, inverse ฮฑ-cuts were introduced in fuzzy multisets and their properties studied. Inย chapterย five,ย algebraย ofย multisetsย andย fuzzyย setsย wereย studiedย viz.,ย fuzzy groups,ย monoidsย ofย fuzzyย subsets,ย multigroupsย andย fuzzyย multigroups.ย Finally,ย cer- tainย monoidsย ofย multisetsย partitions,ย fuzzyย partitionsย wereย constructedย andย abelian fuzzy multigroupย introduced.
Conclusion
The following results are the main contributions of this dissertation
Extension of properties of ฮฑ-cuts for fuzzy sets to fuzzyย multisets
Formulation of decomposition theorems for fuzzymultisets
Let A โ FM (X) and โ be the standard fuzzy multiset union.
First Decomposition Theorem states that
A
ฮฑโ[0,1]
ฮฑ[A].
Second Decomposition Theorem states that
[Proofs on page 82 ]
A
ฮฑโ[0,1]
ฮฑ]A[.
Extension of Properties of inverse ฮฑ-cuts for fuzzy sets to fuzzy multisets
Proposition 4.2.1
Letย Aห,ย Bหย โย Fย (X)ย andย ฮฑ,ย ฮฒย โย [0,ย 1].ย ย Theย followingย propertiesย hold: i.ย ย ฮฑAหโ1ย โย ย ฮฑโย Aหโ1
- ฮฑโคย ฮฒย ย impliesย ฮฑAหโ1ย โย ย ฮฒย Aหโ1ย ย andย ฮฑโย Aหโ1ย โย ฮฒโย Aหโ1
- ฮฑย Aห Bหย ย โ1 ฮฑAหโ1 ฮฑBหโ1,ย ย ฮฑย ย ย Aห Bหย ย โ1 ฮฑAหโ1 ฮฑBหโ1ย ,ย and
ฮฑAหโ1ย โฉฮฑย Bหโ1ย โย ฮฑ(Aหย โฉย Bห)โ1
- iv.ฮฑโย ย ย Aหย ย ย Bหย ย โ1 ฮฑโย Aหโ1 ฮฑโย Bหโ1,ย ฮฑโย ย ย Aหย ย ย Bหย ย โ1 ฮฑโย Aหโ1 ฮฑโย Bหโ1ย ,ย andย ฮฑโย Aหโ1ย ย ย ฮฑโ
Bหโ1ย โย ฮฑโย (Aหย โฉย Bห)โ1
- v.ฮฑ((Aหโ1)โฒ)ย =ย ย (1โฮฑ)โย (Aหโ1)โฒ
- vi.1Aหโ1ย =ย X
Aหย โย Bหย iffย ฮฑBหโ1ย โย ย ฮฑAหโ1;ย Aหย โย Bหย iffย ฮฑโย Bหโ1ย โย ย ฮฑโย Aหโ1
Aหย =ย Bหย iffย ฮฑBหโ1ย =ย ฮฑAหโ1;ย Aหย =ย Bหย iffย ฮฑโย Bหโ1ย =ย ย ฮฑโย Aหโ1
[Proofs on pageย 84]
Proposition 4.2.2 Let A, B, C โ FM (X). The following properties hold for
ฮฑ, ฮฒ โ (0, 1]:
- ฮฑ[A]โ1 โช ฮฑ[B]โ1 = ฮฑ[B]โ1 โช ฮฑ[A]โ1 ; ฮฑ[A]โ1 โฉ [ B]โ1 = ฮฑ[B]โ1 โฉ ฮฑ[A]โ1
- ฮฑ ]A[โ1 โช ฮฑ ]B[โ1 = ฮฑ ]B[โ1 โช ฮฑ ]A[โ1 ; ฮฑ]A[โ1 โฉ ฮฑ ]B[โ1 = ฮฑ ]B[โ1 โฉ ฮฑ ]A[โ1
iii.ย ฮฑ[A]โ1 โช (ฮฑ[B]โ1 โช ฮฑ[ C]โ1) = (ฮฑ[A]โ1 โช ฮฑ[ B]โ1) โช ฮฑ[C]โ1;
ฮฑ[A]โ1 โฉ (ฮฑ[B]โ1 โฉ ฮฑ[ C]โ1) = (ฮฑ[A]โ1 โฉ ฮฑ[ B]โ1) โฉ ฮฑ[C]โ1
- ฮฑ ]A[โ1 โช (ฮฑ ]B[โ1 โช ฮฑ ]C[โ1) = (ฮฑ ]A[โ1 โช ฮฑ ]B[โ1) โช ฮฑ ]C[โ1 ;
ฮฑ ]A[โ1 โฉ (ฮฑ ]B[โ1 โฉ ฮฑ ]C[โ1) = (ฮฑ ]A[โ1 โฉ ฮฑ ]B[โ1) โฉ ฮฑ ]C[โ1
- ฮฑ [A]โ1 โ ฮฑ ]A[โ1
- ฮฑ โค ฮฒ implies ฮฑ [A]โ1 โ ฮฒ [A]โ1โ and ฮฑ ]A[โ1 โ ฮฒ ]A[โ1
[proofs on pageย 88]
Formulation of Monoids of partitions of a multiset and that of S-H fuzzy partitions of aย set.
Monoids of partitions ofmultisets
Let A be a cardinality-bounded nonemptyย msetย and A be the collection ofย allย partitionsย ofย Aย . Then operations โ and โ were introduced such tha
- (โ(A), โ) or (โ(A, โ, {A}) is a commutative idempotent monoid,and
- A, is a commutative idempotent monoid. [Proofs on pageย 110]
Monoids of S-H fuzzy Partitions of aย set
Let Tห
beย ย aย ย S-Hย ย fuzzyย ย partitionย ย ofย ย aย ย setย ย Xย ย and,ย ย letย ย Aหiย ย ย (iย =ย 1,ย n) denoteย ย the blocksย ย ofย ย theย ย partitionย ย Tห.ย ย ย Let X denoteย ย theย ย collectionย ย ofย ย allย ย S-Hย ย fuzzy partitionsย ofย X.ย Thenย operationsย โ,ย โ,ย andย โย wereย introducedย suchย that
- (โ(X), โ) is a commutative idempotentmonoid,
- (โ(X),โ)ย isย aย commutativeย idempotentย monoid,ย and
- X , is a commutative idempotent monoid. [Proofs on pageย 105]
Properties of Abelian Fuzzy Multigroupsย introduced
Propositionย 5.3.26ย Letย A FM ย Xย .ย Then x,ย y Xย theย followingย assertions areย equivalent:
- CMA(xy) =CMA(yx),
- CMA(xyxโ1) =CMA(y),
- CMA(xyxโ1) ย โฅCMA(y),
- CMA(xyxโ1) ย โคCMA(y),
Propositionย 5.3.27Letย A FM Xย .
Then the following assertions are equivalent:
- CMA(xy)=ย CMA(yx),ย โx,ย yย โย X,
- Aโย Bย =ย Bย โย A,ย โBย โย FMย (X).
Proposition 5.3.28
Letย A AFMG ย X ย . Then Aโ, and A ย ฮฑ, nย ,ย n N are normal subgroups of X.
[Proofs on pageย 116]
Recommendations
The construction provided in subsection 4.2.2 may be found useful inย addressing adequately some real life problems which require symmetry of abstraction. The concept of ฮฑ-cuts and inverse ฮฑ-cuts can be very useful in many areas like infor- mationย retrievalย onย theย web,ย dataย encription,ย dataย mining,ย codingย theory,ย decision making, etc. In view of the multitudinal application of ฮฑ-cuts and inverse ฮฑ-cuts, it needs to be investigated whether or not, similar to the result that every fuzzy multiset can be decomposed into its ฮฑ-cuts obtained in (Singh et al., 2014),ย holds for inverse ฮฑ-cuts asย well.
Inย viewย ofย theย significanceย ofย fuzzyย multisetย theoryย itย isย recommendedย thatย itย should beย inculcatedย intoย theย curriculaย ofย studies,ย bothย atย undergraduateย andย postgraduate levels.
List of Journal publications
- Singh, D., Alkali, A., Ibrahim, A. M., (2013). An Outline of the Development of the Concept of Fuzzy Multisets, International Journal of Innovation, Management and Technology, Vol. 4, no.2,ย 309-315.
- Singh, D., Alkali, , Isah, A. I., (2014). Some Applications of ฮฑ-Cuts in Fuzzy Multiset Theory, Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sci- ences, Vol. 5, no. 4,328-335.
- Singh, D., Alkali, , Singh, J. N., (2014). Monoids of Partitions of aMultiset, Journal of Mathematical Sciences & Mathematics Education Vol. 9 No. 1, 9-16.
- Singh, D., Alkali, J., (2015). Monoids of S-H fuzzy Partitions of a set, In- ternational Journal of Pure and Applied Mathematics Vol. 98 No. 1,123-128.