Поволзький Державний Університет Телекомунікацій та Інформатики
Кафедра «ІСТ»
Курсова робота
Оцінка систем на основі моделі ситуаційного управління
САМАРА 2010
Зміст
Методи оцінювання систем
Методи кількісного оцінювання систем
Ситуаційне управління
Ситуаційна модель
Семіотична модель
Список використаної літератури
Методи оцінювання систем
Методи оцінювання систем поділяються на:
якісні;
кількісні.
Якісні методи використовуються на початкових етапах моделювання, якщо реальна система не може бути виражена в кількісних характеристиках, відсутні описи закономірностей систем у вигляді аналітичних залежностей. У результаті такого моделювання розробляється концептуальна модель системи.
Якісні методи можна віднести до категорії евристичних. Тобто вони включають в себе прийоми і методи пошуку розв'язання задач і виводу доказів, які базуються на врахуванні досвіду вирішення подібних завдань у минулому, накопиченні досвіду, обліку помилок і інтуїції.
У якісних методах основна увага приділяється організації постановки задачі, нового етапу її формалізації, формуванню варіантів, вибору підходу до оцінки варіантів, використання досвіду людини, його переваг, які не завжди можуть бути виражені в кількісних оцінках.
Евристичні програми зазвичай не призначені для отримання точних чисельних рішень, їх головне завдання - визначення стратегії пошуку приблизних рішень.
Кількісні методи використовуються на наступних етапах моделювання для кількісного аналізу варіантів системи.
Кількісні методи пов'язані з аналізом варіантів, з їх кількісними характеристиками коректності, точності і т. п. Для постановки завдання ці методи не мають коштів, майже повністю залишаючи здійснення цього етапу за людиною.
Методи кількісного оцінювання систем.
Спочатку завдання кількісного оцінювання систем формулювалася в термінах критерію переваги у формі:
До прев i → max y i, i = 1, ..., n.
Однак, оскільки більшість приватних показників якості пов'язані між собою так, що підвищення якості системи по одному показнику веде до зниження якості по іншому, така постановка була визнана некоректною для більшості практично важливих додатків.
Дійсно, нехай система передачі інформації оцінюється за двома показниками:
пропускної здатності у 1;
достовірності передачі даних у 2.
Відомо, що підвищення достовірності передачі даних пов'язано з використанням службової інформації (алгоритми відновлення після збоїв, завадостійке кодування і т.д.), що призводить до зниження пропускної здатності системи передачі. Тому некоректно формулювати завдання одночасного підвищення якості за обома показниками.
Таким чином, наявність неоднорідних зв'язків між окремими показниками складних систем приводить до проблеми коректності критерію переваги і до необхідності йти на компроміс і вибирати для кожної характеристики не оптимальне значення, а менше, але таке, при якому і інші показники теж будуть мати прийнятні значення.
Для вирішення проблеми коректності критерію переваги були розроблені методи кількісної оцінки систем:
методи теорії корисності;
методи векторної оптимізації;
методи ситуаційного управління, інженерії знань.
Методи теорії корисності засновані на аксіоматичному використанні відношення переваги безлічі векторних оцінок систем.
Методи векторної оптимізації базуються на евристичному використанні поняття векторного критерію якості систем (багатокритеріальні задачі) і включають методи головного критерію, лексикографічної оптимізації, послідовних поступок, скалярізаціі, людино-машинні і інші методи.
Методи ситуаційного управління, інженерії знань засновані на побудові семіотичних моделей оцінки систем. У таких моделях система переваг особи, що приймає рішення (ОПР), формалізується у вигляді набору логічних правил, за якими може бути здійснено вибір альтернатив. При цьому поняття векторного критерію в явному вигляді не використовується.
Розгляд зазначених підходів у системному аналізі грунтується на трьох важливих особливостях:
вважається, що не існує системи, найкращою в незалежних від ЛПР сенсі. Завжди система може бути найкращою лише для даного ОПР. Інше ОПР в даних умовах може віддати перевагу альтернативну систему.
вважається, що не існує оптимальної системи для всіх цілей і дій зовнішнього середовища. Система може бути ефективною тільки для конкретної мети і в конкретних умовах. В інших умовах і для інших цілей система може бути неефективною. Наприклад, конверсія танків в інтересах сільського господарства показала, що ця техніка в порівнянні з тракторами неефективна за показниками ресурсоємності.
методи дослідження операцій (лінійне, нелінійне, динамічне програмування та ін) не задовольняють вимогам, пропонованим до завдань оцінювання складних організаційних систем, оскільки вид цільової функції або невідомий, або не заданий аналітично, або для неї відсутні засоби вирішення.
У своїй роботі я буду детально розглядати метод ситуаційного управління.
Ситуаційне управління
Ситуаційне управління - метод управління складними технічними та організаційними системами, заснований на ідеях теорії штучного інтелекту: уявлення знань про об'єкт управління і способи управління ним на рівні логіко-лінгвістичних моделей, використання навчання в якості основних процедур при побудові процедур управління по поточних ситуацій, використання дедуктивних систем для побудови багатокрокових рішень.
Визначимо принципи ситуаційного управління. Для цього введемо поняття повної ситуації як сукупності, що складається зі стану, знань про стан системи управління в даний момент і знань про технології управління. Елементарний акт управління можна представити в наступному вигляді:
S i: Q j ▬ Uk ▬ → Q i
Де:
S i - повна ситуація.
Q j - поточна ситуація.
U k - способи впливу на об'єкт управління.
Сенс цього співвідношення полягає в наступному. Якщо на об'єкті управління склалася ситуація Q j, і стан системи управління та технологічна схема управління, які визначаються S i, допускають використання впливу U k, то воно застосовується, і поточна ситуація Q j перетворюється на нову ситуацію Q i. Подібні правила перетворення називаються логіко-трансформаційними правилами або кореляційними правилами, повний список яких задає можливості системи управління впливати на процеси, що протікають в об'єкті.
Очевидно, що в силу скінченності числа різних впливів всі безліч можливих повних ситуацій розпадається на n класів, кожному з яких буде відповідати одне з можливих впливів на об'єкт управління. Іншими словами, повинні існувати такі процедури, які дозволили б класифікувати повні ситуації так, щоб з них можна було утворити стільки класів, скільки різних однокрокових рішень є в розпорядженні системи управління. Ці процедури можна назвати процедурами класифікації. Якщо для деяких повних ситуацій неможливо вказати єдине однокрокове рішення, то можна включити цю ситуацію в кілька класів. Але з - за такого перетинання класів виникає завдання вибору того чи іншого рішення, що підходять для даної повної ситуації. Для здійснення подібного вибору потрібні спеціальні процедури екстраполяції наслідків прийняття рішення. З їх допомогою можна на підставі знань про об'єкт управління та його функціонуванні заздалегідь оцінити результати застосування обраного впливу і порівняти отримані прогнози всіх можливих для даної повної ситуації впливів. Процедура екстраполяції ситуацій є основою ситуаційного моделювання.
Опис поточної ситуації, що склалася на об'єкті управління, має подаватися на вхід Аналізатор. Його завдання полягає в оцінці повідомлення і у визначенні необхідності втручання системи управління в процес, що протікає в об'єкті управління. Якщо поточна ситуація не вимагає такого втручання, то Аналізатор не передає її на подальшу обробку. В іншому випадку опис поточної ситуації надходить до Класифікатора.
Класифікатор, використовуючи інформацію, що зберігається в ньому, відносить ситуацію до одного чи кількох класів, яким відповідають однокрокові рішення. Ця інформація передається в коррелятора, в якому зберігаються всі ЛТП. Корелятор визначає те ЛТП, яке, має бути використано. Якщо таке правило єдине, то воно видається для виконання. Якщо ж таких правил трохи, то вибір кращого з них проводиться після обробки попередніх рішень в екстраполятор, після чого корелятор видає рішення про вплив на об'єкт.
Якщо корелятор або Класифікатор не можуть прийняти рішення по надійшов опису поточної ситуації, то спрацьовує Блок випадкового вибору і вибирається одна з впливів, які надають не надто великий вплив на об'єкт, або ж система відмовляється від будь-якого впливу на об'єкт. Це говорить про те, що система управління не має в своєму розпорядженні необхідною інформацією про свою поведінку в даній ситуації (малюнок 1).
Рис. 1 Схема рішення задачі керування.
Теорія ситуаційного управління є найбільш стрункою концепцією в області формалізації систем переваг ОПР (особа приймає рішення). У підході до формалізації систем переваг, що складається в побудові семіотичних моделей прийняття рішень, система переваг ОПР формалізується у вигляді набору логічних правил у певній мові, за якими може бути здійснено вибір альтернатив.
В основі методу ситуаційного управління лежать два головних припущення:
1) функціонування, безлічі можливих рішень і критерії їх вибору можуть бути повідомлені керуючої системі у вигляді набору фраз природної мови;
2) модель управління принципово відкрита, і процес її навчання (формування) ніколи не завершується створенням остаточної формалізованої моделі.
Іншими словами, метод ситуаційного управління є метод автоматизації вирішення задач управління такими системами, для яких, з одного боку, неможлива або недоцільна формалізація критерію оцінки у вигляді систем математичних рівнянь, а з іншого - можливо опис критерію у вигляді правила прийняття рішень як сукупності фраз природної мови. Зрозуміло, що джерелом такого опису є ОПР або експерт.
Рішення задач оцінки та управління ситуаційним методом передбачає побудову ситуаційних моделей (що імітують процес, що протікають в об'єкті управління і керуючої системі) на базі наступних основних принципів:
1) створення моделей середовища, об'єкта управління і керуючої системи в пам'яті ЕОМ;
2) побудова моделей об'єкта управління і керуючої системи, а також опис стану об'єкта в класі семіотичних моделей;
3) формування ієрархічної системи узагальнених описів стану об'єкта управління;
4) класифікація станів для виведення можливих рішень;
5) прогнозування наслідків прийнятих рішень;
6) навчання і самонавчання.
Необхідність принципу 1 обумовлюється потребою включення ЕОМ в контур управління на якомога більш ранніх етапах оцінки та пошуку керуючого впливу для підвищення ефективності діяльності ОПР. Даний принцип забезпечує подання знань про систему управління, їх накопичення в процесі функціонування системи моделей і використання для вирішення завдань управління.
Зміст принципу 2, доповнюючого перший, полягає в тому, що подання всіх необхідних моделей здійснюється за допомогою елементів тієї мови, на якому ОПР описує систему управління та її функціонування.
Семіотичної будемо називати модель управління, яка представлена за допомогою елементів мови, що використовується ОПР при описі відповідного процесу управління, і відображає закономірності процесу управління.
Відмінності семіотичних систем від формальних, як випливає з визначення, полягають у наступному:
• семіотичні системи мають відсутнє у формальних системах безліч знаків, які мають, зокрема, планами вираження (синтаксисом) та змісту (семантикою);
• семіотичні системи на відміну від формальних можуть самостійно змінювати свій синтаксис і семантику;
• семіотичні системи є відкритими, а не замкнутими, як формальні.
Під семантичної мережею мається на увазі граф, що відображає зміст цілісного образу. Вузли графа відповідають поняттям і об'єктів, а дуги відносин між об'єктами.
Основні етапи оцінки системи на основі ситуаційних моделей включають:
• отримання опису поточної ситуації, наявної на аналізованому об'єкті управління;
• поповнення мікроопис ситуації;
• класифікацію ситуації та виявлення класів можливих рішень щодо оцінки систем (при цьому рух здійснюється від мікро-до макроопісанію);
• висновок допустимих оцінок (при цьому відбувається зворотний рух по ієрархічних рівнях представлення знань ситуаційної моделі);
• прогнозування наслідків прийняття допустимих рішень
в якості остаточних оцінок;
• ухвалення рішення по оцінці.
Ситуаційна модель
Процес моделювання поділяється на дві складові частини:
проектування моделі системи;
Симулювання моделі.
Результатом проектування є модель, представлена на відповідному мові опису знань, основним елементом якої є поняття ситуації.
«Ситуація - Поєднання умов і обстаятельства, створюють певну обстановку, становище».
Більшість фахівців таке визначення ключегого поняття не влаштовує, тому вони прагнули його уточнити і перевизначити. Ось деякі з них.
М.Ш. Цаленко, посилаючись на роботу Падучева, визначає ситуацію як синонім слова взаємозв'язок. Розглядаючи різновиди ситуацій, він наводить класифікацію, представлену на малюнку 2. Класифікація є спірною і суперечливою, але, тим не менш, вказує основні елементи, через які може бути визначена ситуація. Можна вважати, що ситуація системи є сукупність станів підсистем, діючих процесів і подій, що відбулися.
Рис. 2 «Класифікація різновиди ситуацій»
Розглянемо визначення ситуацій, що даються основоположниками ситуаційного управління: «Назвімо далі, дискретної сукупністю (ситуацією) безліч оперативних елементів, розташованих у певних точках статистичної системи». Під оперативним елементом розуміється такий, який може переміщатися по нерухомих елементів.
У роботі поняття ситуації явно ототожнюється з поняттям стану. У імітаційному моделюванні під станом розуміється значення всіх характеристик обсягу в заданий момент часу. У ситуаційному управлінні поняття стану розширене: до нього також включається набір зв'язків між елементами об'єкта та їх значення. Фактично ситуаційний підхід моделюється не об'єктами, а системами і підсистемами.
Слід так само відзначити, що в сучасному об'єктно - орієнтованому програмуванні активно використовується поняття вкладених об'єктів. Вкладеність об'єктів може досягати великого числа рівнів, що призводить до незручності використання таких понять, як підсистема, метасистема, мініоб'ект, максіоб'ект і т.д.
Підсумовуючи всі наведені визначення, ситуацію можна визначити наступним чином: Ситуація системи є сукупність характеристик об'єктів і зв'язків між ними, які складаються з постійних причинно-наслідкових відносин (подій або процесів).
Необхідність використання ситуаційного підходу для моделювання та управління визначається такими властивостями складних систем:
Унікальність. Кожен об'єкт має такою структурою і функціонує так, що система управління ним має будуватися з урахуванням всіх його якостей і до нього не можна застосувати будь - яку стандартну типову процедуру управління.
Відсутність формализуемой мети існування. Не для всіх об'єктів можна чітко сформулювати мету їхнього існування.
Відсутність оптимальності. Наслідком перших пунктів є неправомочність постановки класичної задачі оптимізації. З - за відсутності такої мети існування для розглянутих об'єктів не можна побудувати об'єктивний критерій управління. Критерій управління стає суб'єктивним, цілком залежних від особи, що приймає рішення (ОПР).
Динамічність. З плином часу структура та функціонування об'єктів змінюється.
Неповнота опису. Як правило, колектив експертів, які знають об'єкт управління, не в змозі відразу сформувати таку інформацію, якої би свідомо вистачило для створення системи управління об'єктом.
Значна кількість суб'єктів. У багатьох об'єктах управління люди є елементами їх структури. Їх індивідуальне поведінка практично неможливо врахувати при створенні системи управління, і потрібні спеціальні прийоми для нейтралізації їх впливу на функціонування об'єкта управління.
Велика розмірність. Складна система, характеризується великою розмірністю, що не дозволяє здійснювати її імітаційне моделювання за короткий термін.
Неформалізована інформація. Часто для прийняття рішення необхідно враховувати плохоформалізуемие поняття.
При ситуаційному моделюванні активно використовуються імітаційні моделі, отже, ситуаційний мова повинна включати деякі засоби, притаманні мовам моделювання: Системний час, черги подій, організацію квазіпараллельних процесів і т.д.
Для ситуаційного моделювання можна використовувати два методи:
завдання вихідних даних і розрахунок виникають ситуацій
моделювання взаємозв'язків ситуацій.
Другий метод аналогічний структурному підходу в СІМ. У ролі вершин мережі виступають ситуації.
Семіотична модель
Основоположником нового підходу до розробки інтелектуальних систем як семіотичних систем моделювання є академік РАПН, д.т.н. Д.А. Поспєлов.
Семіотична модель володіє жорстким синтаксисом, жорсткої семантикою і жорсткої прагматикою. Всі ці властивості стають доступними для зміни. Такими ж властивостями володіють і знаки - елементи знакових, або семіотичних, систем, що вивчаються у семіотиці. Такі системи тісно пов'язані з усією людською діяльністю. Саме мінливість і умовність знаків роблять цю діяльність ефективніше. Пояснити сказане можна на простому прикладі. Сигнал дзвінка може означати, що комусь треба підняти трубку телефону. Але прагматика дзвінка для людини може бути різною залежно від того, чи чекає він з кимось розмови або чи знає він, що в сусідній кімнаті повинні взяти трубку. Замість дзвінка людини можуть покликати до телефону стуком у перегородку. Синтаксис знака змінився, але прагматика і семантика збереглися. І точно такий же дзвінок може означати кінець роботи, що при незмінному синтаксисі знака дає іншу семантику. А в країнах, де беруть гроші за кожне з'єднання абонентів, люди домовляються про те, що якщо телефон продзвонити чотири рази, то зустріч відбудеться, а якщо п'ять - то ні. Зберігаючи синтаксис телефонних дзвінків, прагматика і семантика залишаються незмінними.
Людина постійно оточений знаковими системами, його діяльність пронизана ними. Він постійно творить такі системи, домовляючись з іншими партнерами про синтаксис, семантику і прагматику знаків.
Семіотичну модель можна представити у вигляді мережі, зображеної на малюнку 3. Кожна вершина мережі являє собою деяку формальну систему, а зв'язки між вершинами визначають переходи від однієї формальної системи до іншої під впливом змін. За один такт роботи семіотична модель в залежності від вмісту I i модель або зупиняється в тому ж стані (в рамках тієї ж формальної системи), що й раніше, або перейде в новий стан.
Рис. 3. Семіотична модель.
Для опису ситуацій використовуються семіотичні мови і моделі, серед яких можна виділити такі основні підходи:
- Дискретні ситуаційні мережі (ДСС);
- RX - коди;
- Логіка предикатів;
- Універсальний семантичний код.
Ситуаційна мережа являє собою складну семантичну мережу. Кожна ситуація описується орієнтованим графом (мережею), а для подання вкладеності («ситуації ситуацій») використовуються гіперграфа, тобто деякий фрагмент семантичний мережі, що визначає ситуацію, може розглядатися як одна вершина мережі. На зорі ситуаційного управління поняття гіперграфа не використовувалося, замість цього кожен автор вводив замінюють позначення.
RX-коди є мова бінарних відносин і мають в якості ядерної конструкції запис наступного вигляду:
Х 1 = Х 2 R 2 X 3
Де: Х - об'єкт або ситуація, R - відношення.
Універсальний семантичний код використовує в якості ядерної конструкції трійку SAO, яка відповідає суб'єкту S, яка вчиняє дію А над об'єктом О.
Для реалізації в ЕОМ семіотичних мов використовують мови представлення знань. Найбільш близьким підходом до опису семіотичних конструкцій є семантична мережа. Однак мережі дуже повільні при використанні операцій пошуку, тому конструкції часто представляють за допомогою логіки предикатів, фреймів і продукцій.
Список використаної літератури
1. Лекції з предмету ТІПіС Мойсеєвої Т.В.
2. Поспєлов Д.О. «Ситуаційне управління. Теорія і практика ».
3. Пилипович А.Ю. «Інтеграція систем ситуаційного, імітаційного та експертного моделювання».
4. Іклів Ю.І., Горьков Л.М. «Банки даних для прийняття рішень».
5. Системний аналіз в управлінні: Учеб. посібник / В. С. Анфілатов, А.А. Ємельянов, А.А. Кукушкін; Під ред. А.А. Ємельянова. - М.: Фінанси і статистика