Введение к работе
Актуальность теин. Характерной тенденцией развития информационно-измерительной техники на современном етапе является ее интеллектуализация. Обусловлено это, о одной стороны, усложнением и расширением функций, выполняемых техническими системами, с другой - возрастанием роли ресурсных ограничений и связанной с этим необходимостью повышения эффективности систем, т.е. получения гарантированного уровня качества, решений при определенном уровне затрат. Эти тенденции проявляется как при решении глобальных проблем, так и специальных проблей в отдельных областях, таких как управление технологическими процессами, научные исследования, слокное диагностирование, экологический мониторинг и т.п.
Основной пооблемой создания и обеспечения эффективного функционирования интеллектуальных измерительных систем (КнИС) является разработка базы знаний в соответствующей предметной области и системы принятия решений.
Традиционный подход к принятию решений в информационно-измерительных системах основан на использовании количественной инфоруации. Интеллектуализация измерительных систем связана с учетом ряда особенностей, присущих сложным системам: открытость, неаддитивность свойств, многоуровневый характер используемой информации и т.п. Поэтому система принятия решений в ИнИС долана обеспечивать возможность оперирования во всех измерительных шкалах, автоматизацию неформальных этапов решения задач (классификация и поиск аналогов, генерирование вариан-то» решения, выбор решения, прогноз последухщих действий), умение работать в незнакомой (нестандартной) ситуации, т.о. учет различных аспектов нечеткости информации (неполнота, ненадежность, неточность, двусмысленность и т.п.), что требует применения новых методов и подходов.
Результаты диссертационной работы базируются на принципиальных результатах теории нечетких множеств, полученных в работах Л.Заде, Р.Беллмана, Ж.Гогена, Р.Ягера, К.Негойцо, Д.Дюбуа, А.Прада, М.Мицумото, Е.Мамдага и др. Среди отечественных исследований в втой области прежде всего следует отметить работы С.А.Орловского, А.Н,Аварийна, С,А.Айвазяна и др.
В настоящей работе развивается результаты, полученные втвыи авторами, применительно к теории принятия решений в информационно-измерительных системах. Работы в указанном направлении практически отсутствуют. Исследования, выполненные в диссертации, находятся в русле работ, проводимых академическими институтами по таким направлениям как "Новые поколения ВТ л информационные технологии'*, "Математические метода моделирования и управления на основе новых поколений ВТ", "Повышение надежности систем "машина - человек - среда", "Новые прибора и средства автоматизации научных исследований высшей категории сложности" и т.п.
В связи со сказанным разработка теоретических и прикладных вопросов принятия решений в информационно-измерительных системах при нечеткой информации является актуальной.
Педь работы - расширение функциональных возможностей и повышение еффективности информационно-измерительных систем посредством разработки методологических и алгоритмических основ принятия решений при нечеткой информации, методов и моделей представления и использования нечетких знаний в ИнИС.
Основные задачи работы.
Ї. Развитие основ теории выбора в сложных системах в частих
исследования зависимости решения от общих свойств нечетких отношений различения-согласования на множестве альтернатив;
разработки обобщенных алгоритмов решения многоцелевых задач выбора для систем с нечеткими атрибутами, многоуровневых систем, систем с активными агентами.
-
Разработка методологии построения базы знаний в ИнИС.
-
Формирование нечетких ограничений и системы нечеткого вывода в ИнИС
-
Разработка методов и моделей анализа, представления и оиенки достоверности нечеткой информации в ИнИС.
-
Разработка алгоритмов решения прикладных задач выбора при нечеткой информации, необходимых для обеспечения функционирования ИнИС.
Методы исследования. Методологическую основу работы составляет системный подход. При выполнении работы использовались методы исследования, базирующиеся на теории нечетких мно-
жеста, теории оптимизации, теории оптимальных алгоритмов, элементах функционального анализа, подходах инженерии знаний, теории распознавания образов, теории идентификации, математического моделирования, теории информации.
Научная новизна работы. Исследована зависимость решения в задаче выбора от общих свойств нечетких отношений различения-согласования на множестве альтернатив и на этой основе разработан новый машинно-ориентированный метод решения задачи выбора, позволяющий оптимизировать решение в зависимости от ряда параметров (уровень анализа, набор критешев, стратегия поиска) из условия максимального различения,альтернатив. Предложен новый подход к решению задачи выбора с учетом последствий п системах с активными агентами (задачи преобразования), позволяющий объединить птюи*ос решения проблемы с прогнозированием поведения систем, на которых она реализуется.
Впервые сформулирован критерий существования решения в
задаче выбора, основанный на сравнении нечеткой меры различе
ния альтернатив в признаковом пространстве и индекса нечет
кости множества альтернатив, позволяющий проводить аффективный
отбор, решений, '
Предложен новый подход к классификации нечётких объектов, учитывающий инденс нечеткости, порядок нечеткости и тип нечеткости, использованный для1 ранжирования алгоритмов в базе знаний.
Впервые предложены модели принятия решений в многоуровневых системах на основе нечетких множеств второго и более высоких порядков, использованные для организации работа интеллекту-альной. измерительной системы.
исследован аксиоматический подход к оценке качества систем, разработаны модели оценки и сравнения качества измерительных и метрологических систем по нечетким атрибутам компонентов.
Разработана методология построения базы знаний (БЗ) и системы нечеткого вывода в %HQ, включая вопросы согласования информации и оценки-качества БЗ.
На основе формализма нечеткой логики разработаны новые алгоритмы решения задач классификации, управления, диагностирования, анализа и синтеза, позволяющие повысить гибкость и
- 4 -еффективносгь работы ИнИС в нестандартных ситуациях.
Предлояен новый подход к оценке достоверности нечетной информации, основанный на использовании индекса нечеткости множества и позволяющий повысить достоверность и обоснованность выводов.
Обобщены на нечеткий случай методы топологии (понятия нечеткой связности, симплекса и комплекса), а также техники покрытий (понятия нечеткого покрытия, разбиения, иерархии и сети), использованные для анализа бинарных связей в многомерном факторном пространстве и связей елементов многоуровневого пространства решений в задачах выбора при работе ИнИС соответственно.
Практическая ценность и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации теоретические положения, модели и алгоритмы позволяют расширить функции и повысить эффективность работы информационно-измерительных систем, автоматизировать решение широкого спектра задач выбора при функционировании ИнИС, оптимизировать достоверность принимаемых решений в соответствии с уровнем исходной информации, а также создают научные основы для дальнейиего совершенствования процесса измерения и измерительной техники посредством создания:
а) баз знаний и интеллектуального интерфейса для конкретных
разработок интеллектуальных средств измеоений в различных об
ластях;
б) экспертных систем в составе ИнИС;
в) нечетких процессоров для решения задач управления, изме
рения, диагностирования, анализа и синтеза изображений в про
цессе функционирования ИнИС;
г) интеллектуальных измерительных систем.
Результаты работы внедрены в Северо-Западном заочном политехническом институте (СЗПй) во всех видах учебного процесса по специальности 19.06 (теперь 19.08) "Метрология и метрологическое обеспечение", а также в Санкт-Петербургском (Ленинградском) институте методов и техники управления (ЛИМТУ). Учебно-методические разработки автора нашли отражение в общесоюзном масштабе при постановке преподавания дисциплин "Интеллектуальные средства измерений", "Планирование эксперимента" и других дисциплин специальности 19.06. Результаты работы внедрены также в НИР, выполнявшихся автором в І985-І99І гг. по хоэдого-
ворной и госбюджетной тематике Н» 01850033425,6-163,01930007175 и другие (НПО ВИШІ, ВНИ1МС, НТО "Приборпром"). Внедрение результатов подтверждается документами, приведенными в приложении к диссертации.
Апробация работа. Результаты работы докладывались и обсуждались на 20 научно-технических конференциях, симпозиумах и совещаниях, в том числе, на П, Ш и ІУ Всесоюзных совещаниях по теоретической метрологии ( Ленинград, I9B3, I9G6, 1989 гг.), УЇЇ Всесоюзном симпозиуме "Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника" ( Таллин, 1984 г.), Ш и УП Всеакаде-мігчеснои школе по проблемам стандартизации и петрологии ( Тбилиси, 1985 г., Алт.-а-Ата, 1989 г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Теоретические проблемы элсктрометрии"( Тарту, 1985 г.}, У Всесоюзное конференции по проблемам управления развитием систем ( Саратов, I9S8 г.), Ш ВсессвзноР конференции "Метрологическое обеспечение 1Я!С и АСУ ТП ( Львов, 1990 г.), Всесоюзно? научно-техническое конференции "Методология измерений" (Ленинград, 1991 г.), Международном симпозиуме "Измерение и управление на основе искусственного интеллекта" (Киото, Япония, J99I г.), Всесоюзное, научно-технической конференции "Методи обработки многомерных сигналов в измерительных системах" ( Одесса, 1991 г.), X Всеакадемической международной пноле по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации (Минск, 1992 г.), I Национальной конференции по проблемам физической метрологии (Санкт-Петербург, 1994 г.).
Публикации по работе. По теме диссертации опубликована 5Г работа, включая две монографии, учебное пособие, реферат докла-да на международном симпозиуме, 32 статей и тезисов, 15 учебно-методических разработок.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего III наименований, и 7 приложений. Основная часть работы изложена на 300 страницах машинописного текста. Работа содержит 18 рисунков и 21 таблицу.