Введение к работе
Актуальность темы. В современном обществе важную роль играет как обмен информацией (информационные потоки), так и совокупность технических и организационных средств, позволяющих устанавливать, поддерживать и расширять такие информационные потоки. Совокупность этих средств объединяется в распределенные информационные структуры, называемые информационными сетями. Основное назначение информационной сети, как системы, выполнение функции информационного обмена между входящими в нее подсистемами, каждая из которых также может являться информационной сетью. Очевидно, что различные совокупности связей (топологии) между объектами (сетевыми агентами) по разному могут решать поставленную перед информационной сетью задачу. Например, задача максимального упрощения присоединения к данной информационной сети новых объектов требует хорошей реконфигурируемости внутренних связей и простых процедуры аутентификации, а задача сохранения конфиденциальности информации для своего решения требует многоступенчатой проверки входящих в информационную сеть объектов, жесткой, иерархической структуры связей и процедур шифрования передаваемых данных. Одним из эффективных методов исследования сложных информационных систем является теория графов. В рамках этой теории сформулировано и решено много важных с прикладной точки зрения задач. Теория графов успешно применяется в задачах искусственного интеллекта: от нахождения топологии нейронных сетей до получения заключений на основе рассуждений, при проектировании сложных технических систем: от построения оптимальных транспортных систем различного назначения до оптимизации топологии связей между радиоэлементами при создании устройств микроэлектроники. Хорошо известно, что сложность и трудоемкость решения многих оптимизационных задач, решаемых на графах, резко возрастает с увеличением числа вершин и соединяющих их связей (класс np-трудных задач).
Актуальность темы исследований определяется необходимостью создания методов интеллектуального поиска структур информационных сетей по нескольким критериям выбора в условиях противоположного влияния этих критериев на результат выбора топологии, т.е. совокупности связей искомой информационной сети.
Настоящая диссертационная работа выполнена в рамках данной проблематики и посвящена разработке и исследованию методов интеллектуального поиска топологических структур информационных сетей в условиях противоположного влияния важнейших характеристик функционирования на их производительность и эффективность применения. Такие условия возникают, когда имеется нечеткая или неполная информация о них по всем выделенным критериям, или когда понятие эффективности использования информационных сетей не может быть определено с требуемой степенью формализации. Результатом такого выбора являются топологические структуры информационных сетей, наиболее полно удовлетворяющие предъявляемым к ним требованиям, т.е. результатом поиска является информационная сеть с заданными свойствами.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование методов интеллектуального поиска топологических структур информационных сетей, наиболее полно удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям при помощи логических алгоритмов и формализации критериев выбора.
Цели и задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационном исследовании решаются следующие задачи:
-
Провести анализ существующих методов поиска объектов в слабоформализованных областях знаний в условиях противоположного влияния актуальных характеристик на результат выбора этих объектов.
-
Разработать и исследовать методы выявления скрытых закономерностей в слабоформализованных областях знаний на основе логических алгоритмов при помощи переменнозначных логических предикатов.
-
Разработать и исследовать методы формализации критериев выбора структуры информационных сетей всоответствии с предъявляемыми к ним требованиями.
-
Построить программную модель для экспериментального исследования и апробации теоретических выводов и практических результатов.
Методы исследования. Методы исследования базируются на теории графов, теории формальных систем, способах извлечения знаний при помощи переменнозначных предикатов, логических алгоритмов.
Достоверность результатов диссертационного исследования вытекает из корректного использования теории формальных систем, логических алгоритмов, а также результатами проведенных экспериментов.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
-
Предложен подход извлечения знаний из начальных баз данных, содержащих информацию о свойствах анализируемых объектов.
-
Предложен подход интеллектуальной обработки полученных знаний при помощи переменнозначных предикатов.
-
Предложен метод получения всевозможных классов структур информационных сетей, позволяющий выявить дополнительные свойства и осуществить интеллектуальный выбор искомой топологии.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
Предложена схема построения информационной модели предметной области на основе переменнозначных логических функций.
-
Предложен метод классификации объектов слабоформализованной предметной области при помощи вычисления переменнозначных логических функций и анализа их структуры.
-
Разработан адаптивный алгоритм интеллектуального поиска структур информационных сетей, наиболее полно удовлетворяющих запрашиваемым характеристикам.
Практическая ценность. Практическая ценность диссертационного исследования заключается в прикладном характере предложенных алгоритмов поиска объектов в слабоформализованных областях знаний в соответствии с критериями выбора. Эти алгоритмы обеспечивают решение задачи формализации критериев выбора и нахождение топологии связей информационных сетей, наиболее полно удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям.
Использование результатов работы. Полученные в работе результаты использованы в рамках решения задач по исследованию средств извлечения и накопления знаний и применены в научно-исследовательской работе отдела Интеллектуализации информационных и управляющих систем НИИ ПМА КБНЦ РАН. На разработанный программный продукт получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616751.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации были представлены и обсуждены на конференциях: Международная научная конференция «Моделирование устойчивого регионального развития» (Нальчик, 2005 г.); Международный конгресс студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива 2007» (Нальчик, 2007 г.); Международный Российско-Азербайджанский симпозиум «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики» (Нальчик-Эльбрус, 2008 г.); III Международная научная конференция «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (Воронеж, 2009 г.); Международный Российско-Абхазский симпозиум «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики» (Нальчик-Эльбрус, 2009 г.); Международный Российско-Болгарский симпозиум «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики» (Нальчик-Хабез, 2010 г.), Второй Международный Российско-Казахский симпозиум «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики» (Нальчик, 2011 г.), Второй Международный Российско-Узбекский симпозиум «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики» (Нальчик-Эльбрус, 2012 г.).
Выносимые на защиту научные результаты были предметом обсуждения на заседаниях научно-исследовательского семинара по современному анализу, информатике и физике Федерального государственного бюджетного учреждения науки Научно-исследовательского института прикладной математики и автоматизации Кабардино-Балкарского научного центра Российской академии наук.
Исследования «Построение алгоритма и программы метода множественной оптимизации ТКС», проводимые в рамках работы над диссертацией, (2006-2009) были поддержаны программой «Организация и финансирование работ молодых ученых Российской академии наук по приоритетным направлениям фундаментальных исследований», договор № 6ВЦ/2006 г.
По материалам диссертации автором опубликовано 20 печатных работ, в том числе 4 статьи из списка, рекомендованного ВАК РФ, в которых отражены основные результаты диссертационного исследования.
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве:
[6] - применение нечетких оценок топологических структур по выделенным критериям;
[9] - применение элементов многозначной логики для поиска топологических структур с учетом нескольких критериев;
[15] - сравнение методов многокритериального поиска топологических структур при помощи нечетких множеств и переменнозначных логических функций;
[18] - оценки базовых топологических структур по критериям надежности, стоимости и пропускной способности.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, приложения, заключения, списка цитированной литературы. Объем работы составляет 119 страниц, включая библиографию, содержащую 127 наименований.
Похожие диссертации на Разработка и исследование методов интеллектуального поиска топологических структур с заданными свойствами
-
