Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ ОТРАСЛЕВОЙ ПЛАН
1.1. Постановка динамической целочисленной задачи размещения и развития предприятий отрасли II
1.2. Метод решения динамической целочисленной задачи размещения и развития предприятий отрасли 18
1.2.1. Сведение рассматриваемой задачи к эквивалентной 20
1.2.2. Сведение производственно-транспортной задачи линейного программирования к задаче нахождения циркуляции минимальной стоимости в сети 22
1.2.3. Задача поиска моментов ввода 26
1.3. Анализ диалоговых проблемно-ориентированных систем оптимизации 36
1.4. Методология проектирования диалоговых проблемно-ориентированных систем оптимизации 44
1.4.1. Особенности и принципы разработки проблемно-ориентированных систем оптимизации 44
1.4.2. Системный подход к проектированию проблемно-ориентированных систем 47
1.5. Архитектура и функции системы "Отраслевой план" 52
1.6. Выводы 58
ГЛАВА II. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ ОТРАСЛЕВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
2.1. Вопросы проектирования информационного обеспечения проблемно-ориентированных систем 60
2.2. Методология проектирования баз данных для проблемно-ориентированных систем 62
2.3, Математическая модель предметной области как модель концептуального уровня 73
2.3.1. Этап анализа описания экономико-математической модели 74
2.3.2. Синтез логической схемы базы данных 79
2.3.3. Использование элементов математической модели в языке запросов 84
2.4, Проектирование базы данных для системы "Отраслевой план" .87
2.5, Ввод данных в базу данных 96
2.6, Выводы 101
ГЛАВА Ш. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОТРАСЛЕВОЙ ПЛАН
3.1. Общее описание пакета "Отраслевой план" 103
3.2. Программное обеспечение системы "Отраслевой план" III
3.3. Интерфейс между базой данных и алгоритмами решения задачи 117
3.4. Выводы , 124
ГЛАВА ІУ, ДИАЛОГОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТРАСЛИ
4.1. Способы и средства работы пользователя в диалоговом режиме 126
4.2. Сценарий диалога для системы "Отраслевой план" 132
4.3. Реализация диалогового взаимодействия пользователя и ЭВМ 140
4.4. Выводы 145
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 147
ЛИТЕРАТУРА 149
Приложение I 159
Приложение П 177
- Постановка динамической целочисленной задачи размещения и развития предприятий отрасли
- Вопросы проектирования информационного обеспечения проблемно-ориентированных систем
- Общее описание пакета "Отраслевой план"
- Способы и средства работы пользователя в диалоговом режиме
Постановка динамической целочисленной задачи размещения и развития предприятий отрасли
Проектирование различных элементов математического обеспечения оптимизационных систем планирования определяется, прежде всего, спецификой классов задач, решаемых в системе. Система отраслевой план предназначена для решения динамических целочисленных задач размещения и развития предприятий отрасли в экономическом регионе в достаточно общей постановке с двухэтапным характером производства и транспортных связей, наличием нескольких видов выходных продуктов и производственных мощностей на предприятиях.
Для полноты изложения приведем постановку задачи и дадим краткое описание методов ее решения, используя результаты работ 1-10,68,70-72,81-84].
В перспективном планировании развития отрасли народного хозяйства в заданном экономическом районе (области, республике и т.д.) возникает проблема выбора проектов развития или реконструкции предприятий отрасли и моментов их ввода при условии удовлетворения спроса на продукцию отрасли, изменяющегося по годам планируемого периода, при ограниченных капитальных вложениях и сырьевых ресурсах. Предполагается, что в моменты ввода производственная мощность предприятия по выпускаемому продукту увеличивается скачком до проектной величины и полностью используются капитальные затраты, связанные со строительством предприятия. При этом необходимо определить проекты развития предприятий, пункты их размещения и момент ввода их в эксплуатацию, а также связи поставщиков сырья с производителями продукции, а производителей с потребителями во все моменты планируемого периода, пользуясь конечным набором проектов нового строительства и реконструкции и стремясь к минимуму суммарных дисконтированных затрат (производственных, транспортных и капитальных).
Вопросы проектирования информационного обеспечения проблемно-ориентированных систем
Важной составной частью проблемно-ориентированных систем является информационное обеспечение задач оптимизации. Так, например, в системе ДСДП [із, 63І 15 программных модулей из 19 предназначены для обработки и коррекции информации, представления результатов расчетов в удобном для пользователя виде, обеспечения требуемых преобразований данных.
Основной целью создания информационного обеспечения проблемно-ориентированных систем является облегчение общения конечного пользователя с системой оптимизации.
Особенности и вытекающие из них принципы разработки информационного обеспечения проблемно-ориентированных систем оптимизации отражены в главе I. Остановимся на вопросах проектирования баз данных для задач экономического планирования.
Многие задачи экономического планирования описываются с помощью различных экономико-математических моделей. В этих моделях математические соотношения устанавливают связи и зависимости между переменными и функциями, отражающими информацию об экономических объектах и процессах. Сами по себе формально-математические модели не отражают смысла (семантики) данных. Это модели синтаксического уровня. Экономический смысл привносится пользователем, строящим и использующим модель в оптимизационных расчетах для принятия решения І65] . В экономико-математических моделях с многоиндексными переменными экономические объекты описываются индексами, принадлежащими ограниченным множествам, а все перемен - 62 ные характеризуют свойства этих объектов. Переменные отражают также связи между объектами и характеризуют свойства этих связей.
Таким образом, экономико-математическая модель позволяет получить достаточно полную картину тех исходных данных, которые требуются для решения конкретной задачи. Она несет информацию о структуре данных и их взаимосвязях. Такого рода модели могут в значительной мере облегчить процесс автоматизации проектирования обработки данных и проектирования базы данных.
Отсутствие или недостаточно богатый набор средств хранения и обработки данных часто сдерживает применение универсальных пакетов для решения задач оптимизации. Так, в пакете ШШ ІП АСУ, предназначенном для решения большого круга линейных, сепарабель-ных и целочисленных задач оптимизации для создания табличных массивов и выполнения над ними различных процедур исправления, добавления, сортировки, редактирования и вывода на печать служит система "МАТЗЮР" [64 3 . Эта система может рассматриваться как средство создания и поддержки БД пакета. Но табличные массивы в этой системе хранятся последовательно, поэтому операции над ними производятся медленно. Кроме того, такая система не имеет достаточных сервисных средств для обслуживания конечного пользователя.
В работе ["II "1 описана возможность использования средств СУБД ИНЕС для хранения исходной информации в иерархической БД и преобразования ее в последовательный файл в формате входных данных пакета ЛП АСУ ( 1А ? - формате L64 ] ) для линейных многоиндексных задач. Для упрощения процедур подготовки данных для задач, решаемых в ШШ Ж АСУ служат системы GEMINI L491 и ШШ СОЛМИ-ЕС ІІ8"} . Первая служит для генерирования Мр -файлов и расшифровки отвечающих им выдач Ж системы в терминах исходного описания задачи пакета ОМЕГА L6] , вторая обеспечивает генерацию программы формирования матриц экономико-математи - 63 ческих моделей в МР- формате для ІШП ЛП АСУ. В обоих случаях генерирование матриц для пакета происходит по формульным описаниям задач, составленным в соответствии с математическими моделями этих задач. Для этого в системах [18, 49] разработаны специальные языки описания моделей. Система GEMINI с успехом используется, например, для записи различных постановок динамических задач межотраслевого баланса и формирования ИР, -файлов Ll2].
Общее описание пакета "Отраслевой план"
Как отмечено в главе I, одним из самых эффективных способов организации математического обеспечения (МО) оптимизационных задач является создание ШШ - пакетов прикладных программ,. Структура ШШ, средства и способы его реализации во многом определяются особенностями решаемых классов задач и уровнем подготовки пользователей ШШ.
Пакеты программ решения оптимизационных задач должны бять приспособлены для использования самым широким кругом пользователей. Трудности алгоритмической и программной реализации задач в пакете не должно его касаться. Пользователь должен быть обеспечен широким набором сервисных средств. В то же время он должен иметь возможность управлять решением и параметрами задачи, проводить вариантные расчеты и осуществлять решение за приемлемое процессорное время работы ЭВМ.
Программное обеспечение системы должно иметь развитые средства интерфейсной адаптации к имеющимся системам управления, например, ОС ЕС, СУ% а также позволять использовать независимо как отдельные модули системы, так и комплексы программ.
Все изложенные выше требования к разработке программного обеспечения ,были выполнены в системе "Отраслевой план", предназначенной для решения динамических целочисленных задач размещения и развития предприятий отрасли в экономическом регионе, которые обычно имеют большую размерность и сложны в вычислительном плане. Пакет приспособлен для решения различных задач выделенного класса.
На архитектуру пакета существенное влияние оказали: класс решаемых задач, возможность привлечения к решению сложной оптимизационной задачи конечного пользователя, разработанное ранее программное обеспечение решения задачи, используемые в пакете средства. ИНЕС.
При реализации пакета учитывались следущие аспекты:
1) высокая степень автоматизации вычислительного процесса;
2) возможность оперативного управления ходом вычислительного процесса в процессе диалога, допускающего просмотр и корректировку базы данных, а также массивов исходной информации и результатов счета; задание параметров задачи, прерывание вычислительного процесса до его "естественного" завершения и восстановление вычислительного процесса с момента прерывания;
3) наличие различных вариантов информации и конфигурации модели;
4) гибкие средства по преобразованию информации из базы данных;
5) инвариантность программного обеспечения алгоритмов решения относительно изменения исходных данных;
6) модульность и принцип интерфейсной адаптации пакета к имеющимся системам управленияСОС ЕС и ИНЕС)
В основу разработки программного обеспечения системы были положены принципы структурного программирования, которое основывается на модульном проектировании программ, имеющем следующие преимуществаL9Oi:
- большую программу можно составлять из нескольких модулей, совместимых друг с другом,
- можно создавать библиотеки наиболее употребительных программ,
- модули одного и того же типа могут быть взаимозаменяемы,
- упрощается загрузка большой программы в оперативную память,
- легко проследить за выполнением различных частей системы,
- облегчается тестирование системы и последующие ее изменения.
По набору входных языков система относится к многоязыковым Входными языками являются: язык управления заданиями и языки системы ИНЕС - язык описания данных, языки ввода информации в Щ (макетного и параграфного), язык запросов, язык описания диалога. Программное обеспечение пакета реализовано на языках Ассемблер и Фортран-ІУ и использует также язык доступа к Щ ИНЕС.
Обращение к пакету и его частям происходит с помощью различных ЗАДАНИЙ, представляющих процедуры операционной системы ЕС и ИНЕС. Задания позволяют определить организацию (последовательность) выполнения различных задач в системе (задач обработки данных, работы с ВД, задания параметров, решения задачи, вывода результатов решения и т.д.).
Способы и средства работы пользователя в диалоговом режиме
Трудности формализации отдельных черт динамической целочисленной задачи отраслевого планирования требуют привлечения к решению задачи лица, принимающего решения (ЛИР). ЛПР имеет свои представления о достоинствах и недостатках отдельных вариантов плана, поэтому он заинтересован в выборе таких вариантов, которые представляются ему наилучшими в соответствии с его системой предпочтений.
Привлечение ЛИР к решению рассмотренной выше задачи позволяет объединить содержательные соображения, не поддающиеся строгой формализации, и оптимизационный подход.
Поэтому необходимо, чтобы ЛПР имел достаточно простой инструмент управления процессом решения задачи. Таким инструментом для задачи развития и размещения предприятий отрасли в рассматриваемой постановке является диалоговая система.
В системе ОТРАСЛЕВОЙ ПЛАН диалог человека с ЭВМ рассматривается в рамках совместного решения задачи, при котором функции человека и машины направлены на повышение эффективности решения задачи, начиная от ее формулировки и кончая выполнением программы решения задачи.
Существуют три достаточно простых способа общения пользователя и ЭШ в диалоговом режиме: I) выбор из меню, 2) заполнение бланка, 3) параметрический.
Все три способа реализуются в системах вопросно-ответного типа. Идея выбора из меню состоит в следующем: машина предлагает пользователю некоторое меню альтернатив. Пользователь выбирает одну из альтернатив - некоторую задачу. Тогда машина либо выполняет эту задачу, либо вновь предлагает пользователю меню альтернатив уже в рамках этой конкретной задачи. При этом она задает пользователю вопросы на естественном языке и получает от него указания также на естественном языке, т.е. осуществляется вопросно-ответная форма ведения диалога.
Такой режим существенно облегчает обучение неквалифицированного пользователя работе с системой. В процессе обзгчения система может подсказывать пользователю типы запросов, что позволяет освободить его от предварительного изучения мнемоники языка запросов. Такую систему можно рассматривать как автоматизированную обучающую систему. Выбор из меню обеспечивает скоростную связь с ЭВМ и оказывается довольно эффективным методом.
Идея "заполнения бланка" заключается в том, что пользователь вставляет слово, номер или фразу в строки текста на экране. Запросы такого типа требуют от пользователя умения давать разумные ответы. Здесь от пользователя требуется небольшой опыт. В этом режиме необходимо обеспечить выход из диалога, возврат и средства помощи для пользователя.
При параметрическом способе пользователь задает множество чисел, кодов и слов в подготовленной на экране строке текста. С помощью этого способа системе можно передавать различные параметры, управляющие различными этапами решения задачи. Способ позволяет также переключать систему с одного режима на другой, управлять решением, проводить вариантные расчеты.
Опишем коротко процесс диалога для решения оптимизационных задач. Обычно диалог пользователя с ЭВМ начинается с изучения пользователем элементарных операций на дисплее (это операции подсистем редактирования). Специальные обучающие программы инструкции этих подсистем объясняют пользователю назначение клавиш дисплея и основных операций, выполняемых в системе. На процесс обучения уходит максимум несколько минут. После этого пользователю представляется набор альтернатив - меню задач, решаемых системой. Выбрав какую-либо задачу, пользователь имеет возможность либо запустить эту задачу в автоматическом режиме, либо воздействовать на ее решение, меняя различные управляющие параметры с экрана телевизора.
Решение задачи начинается с точной формулировки задачи. После уточнения формулировки задачи и передачи ее параметров системе, система либо автоматически находит цепочку необходимых для ее решения программ и задача решается в пакетном режиме, либо пользователь (при соответствующем навыке) формирует ее самостоятельно.
