Введение к работе
Актуальность тши исследования и ратаемых задач. Рассмотрим содержание ретаалых в диссертации прикладних задач, лежащее в основе разработанных математических глодалеіі и методов их исследоваїшя, упрощения, алпрокешаціш и оптимизации. Іїлегаю рсіяаашо прикладные задачи определили шбор тех или иных моделей и степени их общности, а талою вид различных ограничит*», при которцх рассматриваются модели и резаются задачи по их исследовании. Такой подход предопределил индуктивный принцип выполнения нсследовататьской работы и представления ее результатов в диссертации: от реальных задач и их уормализацпп, разработке петодов, реализации алгоритмов, интерпретации получетпіх результатов.
Подели исследования первого типа (соответствующие однозначно определеішоіі пмитадиоітой їлодслії поражения образов) возникли в связи с исследованием вопросов рационального построения систем .управления динамическими объектами (в частности, легателькши аппа-ратаїли) [б ~\. При синтезе системы управления возмущенным движением динамического объекта V теоретически оптимальным является закон упрааления, в которал каждое управляющее воздеііствие зависит от всех фазовых координат, характеризующих движение динамического объекта. Практически вариант системы управления, основанный на такал законе управленої, не ма;;ет быть реализован ввиду его сла:шо- , сти Ю . Вполне естественно, поэтому, что вопросам рационального построения систем управления динамических объектов уделяется больное вншание, особенно в связи с разработкой п эксплуатацией слетел автоматизировашого проектирования (САПР) 9) . Рост скоростей и высот полета, послуаклакі причиной существенных изменении геометрических и инерционных характеристик летательных аппаратов, привал к талу, что стало необходимым рассматривать пелинелнгз уравнения их движения, точное разделение которых на подсистем невозможно *v . 13 связи с отмоченным обстоятельства.! актуальной явля-
.Моисеев 11.11. Элементы теорій: оптимальных систал. -1.1. t Паука, 1975. -520 с.
Красовскип А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое^конструирование. -".".: Паука, 1973. -5G0 с.
уКраснощеков П.С. Математика и просктнровсшпе//Вестп.!,1Г/. Сер. 15. Вычислит.матем.и кпберп. -1979. -.'34. -С.22-29.
^/Поспелов Г.С. Автоматическое управление полетах самолета:Учеб-нос пособие.-;,!. гГіЗД.ЗІЗІІА пм.ІІ.Е.І'уковского, 1359. -IIG с.
- G -
ется следующая прикладная задача, решаемая в части I диссертации.
Задача D.I. „-"ля заданна: модели динамического объекта; критерия Э качества его функционирования ; варианта ]0 приближенной декомпоз:ткп модели динамического объекта; метода репенпя задачи синтеза управленій; величини допустимих потерь в значении воличн-іш 3 требуется: построить и фазовой пространстве $п модели динамического объекта область XI , в которой потери в значении нелнчшш 0 но превіі'іант заданного порога ^ ; поеттоить представление характеристической функции 7)(ос) области АХ , которое шеет шшшатьную в определенном синеле сложность.
На основании решения последней задачи решается задача распозна-ваніш принадлежности текущего векторного образа СС области 2. , т.е. прнпшается решение о включении варианта "J) структури слетами управления [g"J . Задача распознавания здесь рспается з реальней времени. Проблема представления области S2. в памяти бортовой ВШ шсот ваіаюе значение для построении шарового автомата, которііі обеспечивает динамическое формирование структури системи управления, приемлемой по заданному порогу потерь величини З . Прикладные ограничения имеют здесь в основном техническую . природу 9) .
Модели исследования второго типа (соответствующие имитационной модели порсоденш образов, определенной с точностью до параметров), возникли в свяли с необходимостью при проведеній; гидрофизических исследован:*! обнаружения ентьпо заиумленних матокиїтрастищ явлений' (естествешюго или искусствешшго происхождения) ,v проявлящп-хся на некоторой естественном фоне **) . Исследования показнвайт существенную зависимость эффективности яриншаешес рсаеші: как ох реальшіх свойств физических явлении и процессов [в"\ , так п от правильности настройки па ни системы сбора к обработки первичных оксяоршепташшс дшаїнх Гі,9^ . Сднш из основних приклавша Физических ограничении в таких задачах является конечность простра-нсгвешо-врамегащх интервалов стацпонирностн свойств не следу егшх процессов, Лашгое ограничение приводит к локалшыип: элементов системы сбора данннх в ограниченно:.; объеме фшнчоскоі; среды, в силу чего показания различит; датчиков являюся завнеплнтлк вата-чпнами, З скап с оглеченнш обстоятельством актуаш-юн является сдедувпая прикладная задача, решаемая в части II диссертации.
^І,'олоцері'.ог.с.:;і-: О.л. Численное моделирование в механике сплол-цгмх сред. -Л.: Паука, ГЛМ. -519 с.
_ 7 -
Задача 3.2. Для заданных: моделей реализуемых физических признаков и моделей их взаимозависимости; ограничении на величини про— странствеїшс— временных интервалов стационарности свойств исследуемых процессов; ограничении на погрешности измерении; ограничение на размерность образа; ограничения на время вичисленій требуется: определить зависимость качества рсменпя ло распознавшие образов от величин параметров пмктодг.оніаа модслсії порождения образов» построить оптшатьшіі; клас скицирующий признак, нспользувідпіі полезные свойства моделей физических признаков л мбделеіі их взаимозависимости.
Па основании роп синя последней задачи решается задача распознавания прішадле.люсти текущего векторного образа ОС опроделешюму классу, т.е. принимается решение о наличии проявления ш'.терссув-щего исследователя явления в анализпруомом обьемо спзическоЛ среди. Прикладіте ограничения имеют здесь, в основном, уизкческую природу 13.) .
Ло сих пор не налагались оганичения иа органпзацношіую структуру рспення по распознаванию, піп на органнзаіпіошгую схему анализа первнчіінх дати, іінп.ш словами считалось, что решение мс— і-;ет прилагаться иа основании аііалпза весі! совокупности первпчпих данних, поставляомцх системо': сбора данных. Олределешіне систем-ішо ішОошшшошше ограппчешш делают затруднительней! реализации такса схеми. В данном случае в каздог.і канале многоканатаїси системи распознавания (векторних образов ОС ) на основании имеющихся в нем порвпчішх ~аннпх принимается частное реп енне, которое затем передастся із едшой центр для принятия итогового речення о типе исследуемого явления [одо] . Дашам вопрос более ак-туатси для задачи В.2, где, в отличие от задачи В.І, область принятия репення по векторному признаку допускает вариацию при построении системи распознавания. 3 связи с отмечешшм обстоятельством актуальной нагнется следующая прикладная задача, ротае-мая в части III диссертации.
і^їй^ЛЛьЗ* '1-ля зататцпк: поделок частных классіі»шгаірупсих признаков з каналах многоканальна; системы распознавания; ограничен:;! на возпоыюсти передали первичнпх данных в єдиній центр :т.: анализу обработки и дркндттш итогового речения требуется:
'?) Раудпс П.'.1. Ограниченность объекта виборні! в задачах клисси-Ліікацпк/А'татпстнческг.е проблеми управяеніш/Ill и К Ж ЛнтСОР. -Г-плытс, IC7G. -ІДЦі.іЗ, -C.I-IGS.
построить оптимальную свертку часишх ршенш, принимаемых в от-дельша каналах, в итоговое решение.
Логическая ехша решения каздой из задач D. 1,3.2,13.3 шевт сле
дующий ВИД 8
Построение шитациошісїі модели породденпя образа X .
отап I
'
йтап 3(
Построение областей принятия решений по классву-кащш образа 5С .
Італ 2 ,
Проверка принадлсшости с Зраза ЗС построенным областей і
Во всех трех задачам области принятия ре-єнііі строятся на основе порогового ретаюцого правила, т.е. все рассматриваемые задача по своему содержательншу смислу являнтся задачами обнаружения (пагргелер, обнаружения некоей "аномальной" ситуации на Ооне некоей "стандартной" ситуации - клас си Н/ JI Н jj образов соот-встствешю) В задаче 3.1 при отогл олтшкзпруется только отал 2, т.к. имитационная модель определена однозначно. В задачах В.2, В.З оптимизируются только эташ I и 3, т.к. этап 2 однозначно определяется построенными областями принятия рсасшіі. « Последствия упрощелки шюгемершае моделей во всех случаях связываются с областями (в пространствах образов), в которых такие упрощения приводят к опрсделешоїл оад-ектш. В диссертации исследованы возмешюстд и последствия упрощении (точше її прибліиен-ішо), при которых результирующее ршение задачи распознавания получается Дистаточно простыл в реализации, (допускаадш реаліпацга в реальнзл времена при ограниченных бортових шчисллтольїшх ресурсах).
Научная новизна работа. Новизна разработанных математических методов обусловлена ковпзпей рассмотренных математических моделей, которое в свою очередь порождены современнхп.га нуждами практики. Следовательно, математическая новизна работы вдавана не чем лиг.! как новизной учета опредедепшх факторов в рассмотренных прилсаепиях: критические рсі-плі движения летательных аппаратов оиредслешшх конструктивных облт";ол - в задаче БД, ограниченное:
интервалов стационарности свойств слабо пролвяязжпкся процессов - в задачо D.2, кібормацпоїшпе ограничения на структуру иерархически! двухуровневой системи распознавания - в задаче 3.3. See задачи ориентирован!: па реализации процедур массового счета -обработку болілих массивов дашшх, поступающие в реальном Бремені;. Учет данного обстоятсльства ваші в связи со структурой работы. В ка.іДоп из трех часте:: начальные глаш посвящены разработке весьма сла.цшх методов настроіікп опредоленшог процедур распознавания, т.е.' реалізацій! этапа обучения. Результатами таких глаз являлся процедури распознавать, ойектпвше, в силу своей простоти, на отапе собствеїпю распознавания, т.е. при массовой счете.' Плепко реализации отапа распознавания в задачах 3.1,3.2,3.3 составляет содержание последних глав кахдоі: из трех чаете: диссертации.
При провод опии цеследовашй виявилась определенная двопствен-ность пороговых рслаюгіпх правил и областей принятия релешії. Пороговое ремаюцее правило, применяемое в части I, имеет простую (индуктивную) природу. Такая простота (фактически постулирование по определению) приводит к сравнительно больной сложности вида областей ппклятия релсшй. Порогоше ретанщке правила, прпменяе-глпе в частих II, III, имеют сравнительно слолкуа (дедуктивную) нриролу. Слсшюсть рспаюцкх правил (фактически внведпмость их из физических рассмотрен;;;;) приводит здесь к сравнительно:'; простоте областей принятия репеші:.
Результат:: диссертации свидетельствуют о плодотворности соче— танпя в слаиплх задачах распознавать исторически слйипггапхея логического и статистического подходов к их анализу п решению. Тат-о:! сп:бпоз илеет место во всех трех частях диссертации, .обеспечивая определенное продвижение по сравнению с использованием только одного 113 подходов.
3 качестве обцея объедкпявдеп основі: при решти заіач B.I, 3.2,3.3 следует отметить необходимость применения математического моделирования на базе использования вычислительной техники. Вычислительная техника и математическое моделирование пеполъзую-тся в диссертации не только при релешп; практических задач (глави 2,7,9), по и при получен.::; теоретических результатов, ормп-руюппх методи релеши данных задач. Вичг.слптельная тсішла и математическое моделпрозаіпіе являются в дксссртатпіл равноправншп, наряду с математическими методами, инструментами исследования слесшпх задач распознавания образов, недоступних конструктивному
анализу без использования всех трех дашшх элементов научного исследования.
Практическое использование результатов работы. Результати диссертации используются в практике проектпровакш систем распознавания на ряде пра.шиеіпшх лредпрштгіі , а такде в организациях: Вц'чііслнтельшйі центр All СССР, Институт автоматизации проектирования All СССГ, Московский ії'Изнко-технпческііі институт п Московский авіищпошіс—технологически, институт Минвуза FC.CP при проведений прикладних исследований к разработок. Практика использования результатов показала их значительную зХ'Сктпвиость. Практическое использование результатов диссертации подтверждено соответствующими документами. Тег.іа диссертацш: связана с планам основних научно—исследовательские работ \.'иТЛ по паучпо-техипческ;:: программа: ГКПТ СМ СССР 0.74.02, 0.Є0.03 и по разделам 1.13.5.1,1.13.10.3 Координационного іиана All СССР по комплексно!: проблеме "Кибернетика" .
Ап;юб"ацкя работн. Результата диссертации докладгшалксь и обсувались на III и ІУ Всесошних паучіаїх конусрокцинх по математическим методам распознаванш: образов (г.Львов, 1967 г., г. Рига, 1989 г.), на II и III Всесоюзних научшіх конференциях по автома-тизиоовашшм системам обработки изображен::! (г.Львов, I90G г., г.Ленинград, 1989 г.), па Зсс сошной научна: конференции по статистическим методам обработки давних дпстаїпкоілюго зондирования окружающей среды (г,Рига, I9GG г.), ка Всесоюзном совепанпк-сймп-наре по управлені» иерархическими актпвшл.ш система.;:: (г.Тбилиси, 1986 г.), на Всесоюзной, научна; конфереіжпн по проблемам нску'с-ствешюго интеллекта и распознаванш: образов (г.Киев, 1904 г.), на Всесоюзной научно:: конференции по декомпозиции и коордіілацпн в сла.аак системах (г.Челябинск, I9CG г.), на Всесоюзной научна; конференцій; по пскусствоіпюму интеллекту (г.Персславль-Зглссский, І9С8 г.), на УІІІ Всесоюзном совспанкн по проблемам управлення (г.Тшшаш, I960 г.)-, па III Всесоюзном симпозиуме по вичислите-льноіі томографии (г.Киев, I9G7 г.), не Всесоюзна: гл-.оле по методам синтеза и плакирования развития структур сьомим;; систем (г.Саратов, 1980 г.), на II Всесоюзном семинаре по обнаружений изменения сваіств случейних процессов (і',Звенигород, 1908 г.), на Всесоюзной школо по декомпозиции и координации в 'ачах проектирования и управлення (г.Мпасс, І9В8 г.), на ІСоордшацпошзлх ' совещаниях секции "Ві^орматпіа" Научного совета Ат1 СССР по комл-лексной гроблсме "Кибернетика" (г.Новгород, Г_Т8 г., г.Харьков,
- II -
I98D г.), на ХХУІ - ХХХІУ Паучішх конференциях Московского физико-технического института (г.Лолголруднш, 1930 - 1088 г.г.), на научно-технических конференциях и семинарах прог ешісшесс предприятии (IS03 - 1988 г.г.)» на научішх семинарах и Вычислительном центре ЛИ ССОР, в Институте проблем передачи информации All СССР, в м.ентрапьном окопомпко-латсматкческа.і институте All СССР, в "Л'П системних исследование All СССР, d інституте проблеп управления :,1пшрі:бора и А!І СССР, в ІІІІ'Л и.і. проф. П.Іі.іІуковского, в Посковском іфизике—техническом институте.
Публикация. Результати диссертации опублішовани в 28 печатних работах.
Структура п объем дпссі.ч/уацин, Диссертация состоит из введення, трех часте.! (содермап.іа девять глав и девять ігрнла.:ешїі), заключения, сгпхка літератури п зсапі.іаот 37G страши, из ша оіЗьем ілп-мшоппеного теиста диссертации составляет 292 страныщ, рисунки, таблиці:, графіти, гллвстрациг. занимают 59 страниц, список литературы залипает 25 страши (2G5 наименовании).
СОДЕР^и!ІПЗ РАІ'СТІ
Содермашіо диссертации отражает логине—хронологическую последовательность происдениих исследовании, слсдоваюіж индуктивному пути, і) приложения к отдельнш часм.і диссертации винесеш вопроси, связакше, в основном, с пцфордациошінм обеспечением алгорит-мичоскол. части работы, изложенной в оспошогд тексте. Сто сделало прожде всего для удобства чтения диссертации, при котором основное содержание образует шьарпантнуы структуру работы, а приложения налолнямт оту структуру коїшреткш ннфюрмацпошшм содержанием. Ремасмне практические задачи рассмотрены в основном тексте (глави 2,7,9), т.к. оші являвтея неотъемлемой частью научного содержания дкесортацпп, а не только примерами применения теоретически результатов