· Межпрограммное взаимодействие и связь.

· Многозадачность: возможность одновременно запускать программ.

· Доступ к большему объему памяти: Windows поддерживает защищенный режим.

Серверная ОС Windows 2000 Server основана на повышенной надежности, масштабируемости и управляемости Windows 2000, таким образом она является инфраструктурной платформой высокой производительности для поддержки связанных приложений, сетей и веб-служб в любом масштабе -- от рабочей группы до центра данных.

Технология Windows 2000 Server содержит все функции, ожидаемые пользователями от серверной ОС Windows, такие как безопасность, надежность, доступность и масштабируемость.

Обобщая все выше сказанное, Windows 2000 Server позволит организации свести к минимуму прерывания при работе конечных пользователей в сети. Благодаря усовершенствованной системной архитектуре, увеличивающей время работоспособного состояния сервера, повышению доступности вследствие отказоустойчивости и избыточности, а также возможностям интерактивной настройки и обслуживания, Windows 2000 Server обеспечивает надежную работу серверов и открытость организации для ведения бизнеса.

1.5 Выводы

Итак, мы провели анализ санаторного комплекса «Валуево», его внешней организации, а также рассмотрели и проанализировали внутреннюю структуру, все его подразделения, их взаимодействие и взаимосвязи между ними.

На основании построенной организационной структуры была спроектирована схема размещения автоматизированных рабочих мест пользователей (операторов) ПК в санаторном комплексе. Проанализировав численность персонала, было рассчитано минимально необходимое количество ПК и других компьютерных технических средств для автоматизации санатория. С учетом интенсивности взаимного обмена данными между подразделениями с/к, территориальной удаленностью подразделений друг от друга, рассчитанного количества ЭВМ, а также требований к скорости обмена данными и условия возможного расширения с/к был выбран оптимальный вариант локальной вычислительной сети и дополнительных аппаратных средств для автоматизации санаторного комплекса.

С учетом особенностей и предпочтений персонала с/к «Валуево», а также требований администрации с/к к уровню надежности и защищенности данных была определена операционная система для АСУ с/к.

Таким образом, в результате анализа с/к и подбора необходимого аппаратного и программного обеспечения для его автоматизации, можно сделать вывод, что внедрение АСУ санаторным комплексом позволит многократно увеличить оперативность работы каждого подразделения в отдельности и приведет к значительному повышению эффективности работы всего санаторного комплекса в целом.

ГЛАВА 2

ПОДСИСТЕМА «ДИЕТПИТАНИЕ»

2.1 Анализ подсистемы «Диетпитание»

Подсистема «Диетпитание» - одна из подсистем санаторного комплекса «Валуево». В главе 1, проводя анализ компонент санаторного комплекса, мы выделили комплекс питания как один из трех основных подсистем. Этот комплекс питания по сути и являлся подсистемой «Диетпитание».

На рис. 2.1.1 представлена структура подсистемы «Диетпитание».

Рис. 2.1.1. Структура подсистемы «Диетпитание»

Итак, как можно увидеть, что подсистема «Диетпитание» состоит из трех подразделений:

- Врач-диетолог;

- Столовая;

- Кухня.

Функциями этой подсистемы являются следующие:

§ дополнительное обследование пациента (с учетом диагноза, поставленного диагностическим отделением лечебного комплекса);

§ назначение питания пациента, соответствующее его диагнозу и общему состоянию;

§ непосредственно питание пациента.

На рис. 2.1.2 можно видеть функциональную схему подсистемы.

Рис. 2.1.2. Циркуляция ресурсов в подсистеме «Диетпитание»

Обозначения на схеме рис.2.1.2:

информационные потоки;

материальные потоки (блюда).

На вход подсистемы «Диетпитание» поступают данные о заболевании пациента от самого пациента, а также из диагностического отделения лечебного комплекса. В зависимости от основного диагноза пациента и его дополнительных жалоб на самочувствие, а также его возраста, соответствия роста и веса врач-диетолог выбирает и назначает систему питания каждому пациенту, то есть определенную диету. В соответствии с диетой врач-диетолог устанавливает меню питания данного пациента, то есть список блюд на ближайшую неделю. Эти данные о меню передаются в столовую, а оттуда поступают на кухню, где заказанные блюда будут готовиться и поступать в столовую. На выходе подсистемы «Диетпитание» будут готовые блюда для пациентов.

Функциональные модели основных процессов п/с «Диетпитание» (выполняются врачом-диетологом) представлены на рис. 2.1.2.5.

Теперь рассмотрим, с какими отделениями санаторного комплекса взаимодействует подсистема «Диетпитание».

На рис. 2.1.3 представлена схема взаимодействия подсистемы «Диетпитание» с другими подразделениями.

Рис. 2.1.3. Схема информационных и материальных потоков подразделений подсистемы «Диетпитание» с подразделениями других подсистем санаторного комплекса

Обозначения на схеме рис.2.1.3:

информационные потоки;

материальные потоки (продукты питания);

1 - диагноз заболевания пациента, поставленный врачами диагностического отделения лечебного комплекса;

2 - дополнительная информация о состоянии пациента;

3 - меню пациента на неделю;

4 - информация о диете пациента, назначенной врачом-диетологом;

5 - информация о количестве пациентов, пребывающих в санатории;

6 - список блюд на неделю;

7 - готовые блюда;

8 - заказ продуктов питания на складе;

9 - продукты питания для приготовления блюд;

10 - запрос склада на поиск эквивалентного продукта;

11 - список эквивалентных продуктов;

12 - запрос бухгалтерии на количество продуктов, которые были использованы в процессе приготовления блюд;

13 - перечни продуктов, которые затрачены на приготовление.

2.2 Врач - диетолог

Врач-диетолог занимается решением следующих задач:

определение системы питания на планируемый срок;

выбор альтернативного продукта в блюде;

замена блюда Б_i на эквивалентное ему блюдо Б_j в рамках рациона, назначенного врачом-диетологом.

Пациент, поступивший в санаторный комплекс, получает консультацию врача-диетолога, который, в соответствии с поставленным диагнозом, назначает соответствующую диету. Пациент в течение всего времени пребывания в санатории получает питание, с соответствующим диете количеством приемов пищи в день (завтрак, обед, полдник и ужин).

В функции врача-диетолога также входит процесс замены одного продукта на другой, эквивалентный первому по составу, в случае отсутствия или нехватки его на складе. Информация об отсутствии или недостаточном количестве продуктов на складе поступает к врачу-диетологу со склада.

Схема информационного обмена подразделения «Врач-диетолог» с другими подразделениями санатория представлена на рис. 2.2.1.



Рис. 2.2.1. Информационный обмен врача-диетолога

с другими подразделениями с/к

Обозначения на рис. 2.2.1:

1 - информация о самочувствии пациента и результаты его диагностики врачом-диетологом;

2 - информация о заболеваниях и диагнозе пациента, поставленном диагностическим отделением лечебного комплекса;

3 - информация о диагнозе пациента, поставленном врачом-диетологом передается в архив;

4 - запрос столовой на составление меню врачом-диетологом, а также на замену продукта (или блюда), которого не хватает на складе;

5 - составленные врачом-диетологом меню и список эквивалентных продуктов (или блюд);

6 - запрос склада на замену продукта, которого не хватает;

7 - список эквивалентных продуктов.

2.2.1 Определение системы питания на планируемый срок

Врач-диетолог получает от терапевта (из лечебного комплекса) информацию о состоянии пациента и в соответствии с его самочувствием, врач-диетолог рекомендует определенную диету Д_i. Рассмотрим подробнее построение этой модели.

Врач-диетолог при составлении диеты для пациента должен учитывать витаминный и энергетический составы продуктов, используемых при приготовлении блюд. Каждый пищевой продукт П_i, оценивается количеством белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, аминокислот, витаминов и энергетической ценности. Таким образом, каждый продукт может характеризоваться некоторым набором атрибутов.

Можно составить таблицу исходных данных (Таблица 2.2.1), в которой столбцы определяются как атрибуты, а строки как значения атрибутов.

Таблица. 2.2.1. Состав продуктов

Наименование продукта	Белки, г	Жиры, г	Угле-воды, г	Витамины, мкг	Минеральные вещества, мг	Энергетическая ценность, ккал
				А	В1	С	Са	Fe	Ka
П1	БЛ1	Ж1	У1	BA1	BB1	BC1	Мса1	Мfe1	Мка1	k1
П2	БЛ2	Ж2	У2	BA2	BB2	BC2	Мса2	Мfe2	Мка2	k2
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
Пi	БЛi	Жi	Уi	BAi	BBi	BCi	Мсаi	Мfei	Мкаi	ki
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
ПN	БЛN	ЖN	УN	BAN	BBN	BCN	МсаN	МfeN	МкаN	kN

В столовой имеется ассортимент приготовляемых блюд. Ассортимент блюд составляется с учетом имеющихся на складе продуктов.

Для приготовления какого-либо блюда используется определенный набор продуктов.

Набор продуктов {П} для приготовления блюда Б_j является набором атрибутов этого блюда.

Можно записать:

Б₁ = {П₁¹ , П₃¹ , П₂₅¹ , П_е¹ ,…};

Б₂ = {П₁² , П₂² ,…П₁₀² , П_к² ,…};

Б_j = {П₇^j , П₁₃^j , П₁₅^j},

где П_i^j - i-й продукт, используемый для приготовляемого j-го блюда

(i-вид продукта).

Длина набора атрибутов для каждого блюда может быть различной и определяется количеством продуктов, необходимых для приготовления данного блюда.

Множество продуктов для приготовления каждого из блюд могут пересекаться, т. е. для приготовления разных блюд могут использоваться одни и те же продукты, а некоторые множества могут быть уникальными.

Значениями атрибутов, характеризующих блюдо, является вес брутто продукта, необходимый для приготовления одной порции данного блюда.

Отношения между блюдами, имеющимися в ассортименте, и продуктами, находящимися на складе и идущими на приготовление блюд, можно представить в виде двудольного графа, который можно видеть на рис. 2.2.2.



Рис. 2.2.2. Общий вид двудольного графа связи блюд и продуктов

Множество вершин {Б_j} на графе отражает множество блюд, а множество вершин {П_i} - множество продуктов. Дуги отражают связь каждого блюда с продуктами, используемыми для его приготовления. Каждая дуга содержит вес брутто В_ji - вес i-го продукта, необходимый для приготовления одной порции j-го блюда.

Таким образом, путем инициализации одной из вершин Бj можно получить для блюда Бj список продуктов, необходимых для приготовления этого блюда, а также вес каждого продукта для приготовления одной порции. Эти данные необходимы для расчета количества сырья (по каждому продукту), которое кухня должна запросить со склада для приготовления блюд (с учетом необходимого числа порций по каждому из блюд).

Соответствие между блюдами и продуктами, необходимыми для его приготовления, задается в виде таблицы (Таблица 2.2). В таблице указываются используемые для приготовления блюда продукты.

Рассмотрим двудольный граф для нескольких конкретных блюд.

Граф приведен на рис. 2.2.3.

Б₁ - холодец мясной;

Б₂ - винегрет;

Б₃ - жаркое по домашнему.

Перечень продуктов для приготовления данных блюд (с учетом пересечения продуктов) определяется на основании таблиц для данных блюд.

П₁ - говядина

П₂ - желатин

П₃ - морковь

П₄ - петрушка

П₅ - лук репчатый

П₆ - свекла

П₇ - огурцы соленые

П₈ - капуста квашенная

П₉ - картофель

П₁₀ - лавровый лист

П₁₁ - перец черный горошком

П₁₂ - жир животный топленый

П₁₃ - томатное пюре

П₁₄ - масло растительное

Каждая дуга содержит вес продукта (в граммах), необходимый для приготовления одной порции блюда, от которого отходит эта дуга.

Путем инициализации какой-либо вершины, например Б₂, можно получить данные о составе продуктов для приготовления винегрета и о количестве каждого продукта.



Рис. 2.2.3. Пример двудольного графа соответствия продуктов блюдам

Таблица 2.2.2

Таблица соответствий между блюдами и продуктами

Блюдо	Количество продукта Пi для блюда Бj (г)
	П1	П2	…	ПN
Б1 … БМ	120 … 40	20 … 0	… … …	5 … 9

Аналогично можно выразить соответствие блюд Б_j и диет Д_i с помощью двудольного графа на рис. 2.2.4 и таблицы 2.2.3.

Рис. 2.2.4. Двудольного граф соответствия блюд и диет

Таблица 2.2.3

Таблица соответствия между блюдами и диетами

Блюдо	Калорийность блюда Бj в диете Дi (ккал)
	Б1	Б2	…	БM
Д1 ДN	500 650	200 100	…	350 250

2.2.2 Модель организации пищевого рациона

В санатории применяется как лечебное (диетическое) питание, так и питание по выбору пациента (не зависит от заболевания пациента). Лечебное питание назначается врачом в виде той или иной диеты. Диеты представляют совокупный рацион питания, имеющий определенное лечебное назначение. Каждая диета характеризуется калорийностью, химическим составом пищи (т. е. определенным содержанием в ней белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных солей), а также ассортиментом разрешенных при данной диете продуктов и их сочетаний в виде блюд.

На каждый день недели имеется меню, в которое входят блюда для завтрака, обеда, полдника и ужина (см. рис.2.2.5). Имеются указания на то, к какой диете каждое блюдо относится, причем одно и тоже блюдо может относиться к разным диетам. Каждый пациент может выбрать блюда на завтрак, обед, полдник и ужин в соответствии со своей диетой. Взяв различное сочетание блюд на завтрак, обед, полдник и ужин, а также на весь день можно получить все возможные варианты для данной диеты.

Рис. 2.2.5. Схема суточного рациона пациента

Питание в санаторном комплексе проводится по схеме, когда сам пациент выбирает рацион питания на день, следующий через текущие сутки.

Для каждого варианта выбора блюд может быть определена его калорийность, химический состав (количество белков, жиров, углеводов), а также содержание витаминов и минеральных веществ. Это даст возможность врачу-диетологу рекомендовать пациентам наиболее приемлемые для них пищевые рационы.

Алгоритм составления меню пациента врачом-диетологом можно представить в виде блок-схемы, изображенной на рис. 2.2.6.



Рис. 2.2.6. Алгоритм составления меню

2.2.3 Модель организации свободного выбора блюд

Питание в санатории четырехразовое: завтрак [З] , обед [О], полдник [П] и ужин [У]. В меню четыре набора диет:

{Д₁^З,…, Д_i^З,…, Д_N^З}, {Д₁^О,…, Д_j^О,…, Д_M^О}, {Д₁^П,…, Д_h^П,…, Д_L^П},

{Д₁^У,…, Д_f^У,…, Д_K^У}.

Каждая диета состоит из набора блюд:

{Б_1i^З,…, Б_jзi^З,…, Б_mзi^З}, {Б_1i^О,…, Б_joi^О,…, Б_moi^О},

{Б_1i^П,…, Б_jпi^П,…, Б_mпi^П}, {Б_1i^У,…, Б_jyi^У,…, Б_myi^У}.

Отдыхающий, выбрав диету, ставит себе в соответствие набор блюд, а выбрав блюдо - набор продуктов (см. рис.2.2.7.). Каждому отдыхающему

Рис. 2.2.7. Представление соответствия наборов

«диета - блюдо - продукт»

В меню в каждой диете предусмотрены дежурные блюда Б_ij, для только что приехавших и для тех, кто по тем или иным причинам не сделал заказа. Количество дежурных блюд определяется исходя из статистических данных и сведений, получаемых из регистратуры.

Все индивидуальные заказы суммируются, и получается совокупный заказ. Этот совокупный заказ обрабатывается. После обработки формируется заявка на склад о количестве продуктов, необходимых для удовлетворения заказа. На складе хранятся продукты: {П₁,…, П_i,…, П_f}. Каждому продукту ставится в соответствие срок хранения П_i - t_i и пороговое значение количества продукта dП_i, при достижении которого необходим дозаказ этого продукта независимо от заявки из столовой. На модель могут накладываться помехи в виде несанкционированного поступления продуктов на склад с базы. Тогда возможны изменения в меню.

2.2.4 Замена продукта в блюде на эквивалентный

Информация о блюдах и продуктах, используемых для их приготовления, из подсистемы «Врач-диетолог» поступает в подсистему «Столовая», где учитывая пожелания пациентов формируется заявка на склад о требуемом количестве продуктов. На складе может возникнуть ситуация, когда один или несколько продуктов из заявки отсутствуют или их нет в нужном количестве.

Если возникает такая ситуация, то эксперт по продуктам, работающий на складе, обращается к врачу-диетологу с заявкой на альтернативный продукт, чтобы заменить им недостающий на складе.

Почти для всех продуктов существуют другие продукты, похожие по составу белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ, калорийности и т.д. Поэтому врач-диетолог ищет эквивалентный продукт по множеству атрибутов заменяемого продукта.

П_i = {a_1i, a_2i,…,a_ni}.

Можно записать, что продукт П_i имеет эквивалентный продукт Пэ_i тогда, когда атрибуты эквивалентного продукта

Пэ_i = {a₁э_i, a₂э_i,…,a_nэ_i}

находятся в определенном диапазоне, близком к значениям атрибутов заменяемого продукта. Например, если у заменяемого продукта калорийность равна 45 ккал, то у эквивалентного продукта калорийность должна находиться в пределах 40 - 50 ккал.

Если эквивалентный продукт найден, то врач-диетолог передает эту информацию о скорректированном меню в подсистему «Столовая». Если эквивалентный продукт не найден или не имеет аналогов, то врач-диетолог должен найти альтернативное блюдо.

Блок-схема процесса замены продукта на эквивалентный изображена на рис. 2.2.8.



Рис. 2.2.8. Схема процесса замены продукта на эквивалентный

2.2.5 Замена блюда в диете на эквивалентное

Как уже говорилось выше, если эквивалентный продукт в блюде не найден или не имеет аналогов, то врач-диетолог должен заменить все блюдо. Рассмотрим механизм замены блюда Б_i на Б_j. Поиск эквивалентного блюда необходимо осуществлять в списке блюд { Б_1кл,…, Б_nкл}, приемлемых для диеты Д_кл, в которой заменяется блюдо.

Если альтернативное блюдо Бэ_i найдено, то врач-диетолог включает его в меню и уже скорректированное меню отправляет в столовую. Если же альтернативное блюдо Бэ_i не найдено, то врач-диетолог исключает его из рациона пациента до тех пор, пока на складе не появится необходимый продукт для приготовления данного блюда, и скорректированное меню, не включающее это блюдо, передается в столовую. Блок-схема замены блюда на эквивалентный см.нарис.2.2.9.



Рис. 2.2.9. Схема замены блюда на эквивалентное

2.2.6 Поступление и хранение продуктов

Для решения задачи об определении системы питания пациента на планируемый срок врачу-диетологу необходимо иметь сведения о том, какие продукты поступили на склад, их количество и сроки хранения. Эти данные поступают к врачу-диетологу в виде таблицы базы данных склада.

Используя эту информацию, врач-диетолог может скорректировать систему питания и составить наиболее эффективную схему потребления всех продуктов на складе, то есть не позволить им испортиться.

Следовательно, на входе подсистемы «Врач-диетолог» помимо данных о заболеваниях пациента от врача-терапевта из лечебного комплекса должны быть данные о перечне продуктов, их количестве, времени поступления и допустимых сроках хранения.

2.3 Подразделение «Столовая»

В столовой санатория имеются складские помещения. В этих помещениях хранятся различные продукты, которые используются для приготовления блюд. Каждый пищевой продукт может определяться некоторым набором характеристик. Для каждого продукта можно указать содержание (на единицу веса съедобной части продукта), белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, аминокислот, витаминов, а также калорийность. Эти данные необходимы врачу-диетологу для расчета пищевой ценности каждого блюда и всего рациона питания.

Также необходимой характеристикой каждого продукта является цена продукта за 1 кг веса. Эти данные необходимы бухгалтерии для расчета стоимости сырья для приготовления блюда.

В столовой имеется ассортимент приготовленных блюд. Ассортимент блюд составляется c учетом имеющихся на складе продуктов. Для приготовления какого-либо блюда используется определенный набор продуктов. Этот набор продуктов {П} для приготовления блюда {Б_i} является набором атрибутов этого блюда.

Схема взаимодействия подразделения «Столовая» с другими подразделениями представлена на рис. 2.3.1.

Рис. 2.3.1. Схема взаимодействия подразделения «Столовая» с другими подразделения с/к

Обозначения потоков информации на рис. 2.3.1:

1 - запрос столовой на составление меню врачом-диетологом;

2 - составленные врачом-диетологом меню;

3 - данные об общем количестве пациентов;

4 - данные о количестве пациентов, выбирающих диетическое и общее питание;

5 - потоки готовых блюд.

2.3.1 Размещение пациентов в столовой

Пациенты санаторного комплекса могут выбирать, будут ли они сидеть за столиками в соответствии с диетой, которую каждому из них назначил врач-диетолог или они будут сидеть за отдельными столиками вместе с теми, с кем они приехали и поселились в санатории (с семьей, друзьями и т.д.). Поэтому столы делятся на «диетические» (20 шт.) и свободные (10 шт). За каждым столом могут разместиться четыре человека.

2.3.2 Проблемные ситуации, возникающие в столовой, и

пути их решения

Человек, прибывший в санаторий, регистрируется в столовой. Информация, поступившая от него в систему, заносится в базу данных "Столовая". Регистрация в столовой необходима для рассадки отдыхающих в столовой; кроме того, если необходима диета, то для соблюдения назначенной врачом-диетологом диеты.

При рассадке отдыхающих в столовой могут возникать проблемные ситуации, которые необходимо оперативно решить. Какие это могут быть ситуации:

Отдыхающий прибывает в санаторий не один, а вместе со своей семьей или товарищами и, вполне естественно, что они захотят

сидеть за одним столиком;

Врач-диетолог назначает отдыхающему диету. Отдыхающий

изъявляет желание сидеть за столиком вместе с людьми,

питающимися с ним по одинаковой диете;

Отдыхающему не нравится его окружение за столом, и поэтому, он хотел бы пересесть за другой столик.

Разрешение этих проблемных ситуаций возможно при использовании следующих процедур:

рассадки отдыхающих (пациентов) по желанию:

рассадки отдыхающих (пациентов) в соответствии с назначенной диетой;

пересадки отдыхающих (пациентов) за другой столик.

2.4 Подразделение «Кухня»

Задача заказа блюд на кухне является не менее важной, чем задача рассадки отдыхающих в столовой.

Для решения этой задачи необходимо знать:

1) сколько человек питается по каждой диете;

2) подсчитать количество блюд.

Данные о количестве человек, пребывающих в санатории всего и число пациентов, желающих принимать диетическое питание, подразделение «Кухня» получает из подразделения «Столовая».

Схема взаимодействия подразделения «Кухня» с другими подразделениями санатория представлена на рис. 2.4.1.

Рис. 2.4.1. Схема взаимодействия подразделения «Кухня» с другими подразделениями с/к

Обозначение потоков на рис. 2.4.1:

1 - заявка на приобретение продуктов питания;

2 - доставка продуктов со склада на кухню;

3 - запрос бухгалтерии на количество продуктов, ушедших на приготовление блюд;

4 - перечни продуктов, ушедших на приготовление блюд, и их количество;

5 - данные о количестве пациентов, выбирающих диетическое и общее питание;

6 - потоки готовых блюд.

Поскольку в санатории применяется лечебное (диетическое), так и питание по выбору отдыхающего, то в общем случае на кухне следует

заказать следующее количество блюд:

К_б = К_БД+К_БС, где

К_Б - количество блюд, заказанное на кухне;

К_БД - количество блюд, заказанных по диете;

К_БС - количество блюд, заказанных по свободному выбору.

2.5 Выводы

Итак, во второй главе была описана вся подсистема «Диетпитание» и ее составляющие подразделения «Столовая», «Кухня» и «Врач-диетолог». Были составлены и проанализированы структурная и функциональная схемы подсистемы. Это необходимо для дальнейшего анализа подсистемы на уровне информационного обеспечения для того, чтобы составить алгоритмы процесса движения данных внутри подсистемы и обмена данными с другими подсистемами санаторного комплекса.

ГЛАВА 3

ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ

«ДИЕТПИТАНИЕ» НА ОСНОВЕ МЕТОДА

БЛОЧНЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СЕТЕЙ

3.1 Метод блочных альтернативных сетей

3.1.1 Элементарный блок альтернатив

Пусть задан объект или группа объектов {}. Предположим, что такая совокупность объектов отражается в информационном аспекте в виде некоторого информационного портрета предметной области, представленная множеством атрибутов Аi, где i = 1, 2, ..., n. Будем исходить из того, что Аi покрывают полную совокупность свойств объекта .

Каждый атрибут Аi может принимать множество альтернативных значений

. Аi: ()

(логическое отношение «ИЛИ»). Количество значений атрибута определяется самим атрибутом.

Альтернатива - это необходимость выбора между взаимоисключающими возможностями, каждая из исключающих друг друга возможностей. Набор альтернативных значений, которые может принимать атрибут, имеет непрерывный дискретный характер. Значения являются альтернативными, т. к. предполагается, что в каждый момент времени атрибут может принимать одно и только одно значение. Сложные задачи всегда формируют решения на основе различных сочетаний исходных данных, в силу чего образуются совокупности альтернативных (исключающих друг друга) решений. Для сложного объекта: А = (А₁,..., А_i,…, А_n) (логическое отношение «И»).

Каждый атрибут определяется множеством его значений, и решение будет задаваться матрицей атрибутов:

А₁ = (₁₁, …, _1j, …, _1m1)

…………………………..

А = (₁, …, _j, …, _m)

……………………………

A_N = (_N1, …, _Nj, …, _NmN)

Естественно, что значения атрибутов, а в ряде случаев и сами атрибуты могут выступать в качестве альтернативных характеристик или величин-параметров. В рассмотрение можно включить некоторый атрибут А и набор его альтернативных значений _j, если сам атрибут и его значения заданы. Следует отметить, что значения _j атрибута А могут иметь непрерывный или дискретный характер. Это могут быть числовые величины или некоторые понятия. Отношение атрибут-значение можно представить в виде первичного дерева иерархии (рис. 3.1).

Здесь атрибут А выступает в качестве корневой вершины, а значения _j (j=l,... ,N) определяются как альтернативные, так как предполагается, что в любой момент времени атрибут А может принимать одно и только одно значение _j.

Элементарный блок альтернатив (ЭБА) можно представить как поименованную структуру организации данных, т.е. класс, определяющий множество объектов-альтернатив.

Рис.3.1. Первичное дерево альтернатив

А_i - имя блока;

_{i1, …, ij , …,im} - значения атрибутов (совокупность альтернатив).

Если представить информацию об атрибуте в иерархической модели, то можно ввести еще один блок, который называется якорь, т.е. выходной блок.

Рис.3.2. Первичное дерево альтернатив

с замыкающей вершиной «якорем»

Следует отметить, что в элементарном блоке имеет место три вида вершин:

а) вершины первого ранга: вход и выход;

б) вершины второго ранга: значения атрибутов;

в) вспомогательные вершины: рекурсия и транзит.

В подобной структуре должна быть реализована функция выбора альтернативы (ФВА) при условии существования значения (кода) альтернативы. Обычно подобная функция содержит в своем теле две составляющие: рекурсивный (R) и транзитный (Т) блоки.

Транзитный блок используется в тех случаях, когда ни одна из альтернатив в общем решении не участвует, а в частном случае может выступать как ограничитель для рекурсивного перебора альтернатив. То есть когда ни одно значение атрибута не используется, то можно пройти с входа на выход через транзитную вершину Т_i. Если поиск по альтернативным атрибутам А_i продолжается, то путь лежит через рекурсивный блок R_i. Другими словами, рекурсивный блок используется, когда необходимо решить задачу поиска альтернативного значения на массиве альтернатив, т. е. организовать циклический процесс.

В результате дополнив двухуровневую схему атрибута замыкающей вершиной («якорем»), транзитным и рекурсивным вершинами, получим структуру элементарного блока альтернатив (рис.3.3.).



Рис.3.3. Структурная схема элементарного блока альтернатив (ЭБА)

А_i - имя блока;

R_i - рекурсивная вершина;

T_i - транзитная вершина;

A^*_i - замыкание альтернатив.

Для упрощения совокупность альтернатив назовем блоком альтернатив (БА); упрощенный вид ЭБА представлен на рис.

Рис. 3.4. Упрощенный вид ЭБА

БA_i = {_{i1, …, ij , …,im} }

Совокупность таких последовательно соединенных элементарных блоков образует простую БАС. ЭБА -- это базовый блок для формирования сетей. Его использование дает возможность порождать любые конфигурации сетей или структур.

3.1.2 Алгоритмы навигации на БАС

Для работы с БАС необходимо создать алгоритмы навигации на сети. Существует три метода навигации на сети:

последовательный;

параллельный;

смешанный.

Результатом работы алгоритма навигации является формирование вершинного маршрута. Формируется маршрут М=(). Основная цель таких алгоритмов заключается в определении каждого элемента , в оценке согласованности с другими.

Каждый элемент интерпретируется как частное локальное решение. Маршрут интерпретируется как модель результата решения. Если необходимо сгенерировать некоторую совокупность решений, то формируется несколько маршрутов, образующих парадигму решений. На массиве решений возможны реализации задач анализа, выбора, упорядочивания, оптимизации.

Возможные структуры БАС определяются иерархией отношений между классами объектов-альтернатив.

Последовательная БАС

Для последовательной сети последовательный алгоритм навигации может быть реализован двумя базовыми способами.

1. Прохождение сети реализуется последовательно, начиная с первого a₁ и заканчивая последним а_N блоками. Алгоритм обращается к блоку a₁, просматривает его содержимое и через транзитные вершины передает результат. Далее переходит к следующему блоку. В итоге образуется некоторый вершинный маршрут М_j =(_1j, ..., _j, ..., _Nj), который и представляет данные о результате решения. Если какое-то решение несовместно, то выявляется причина несовместимости и ищется новое решение.

2. Алгоритм обращается последовательно к каждому блоку и результат из каждого блока передается обратно в алгоритм. Массив частных решений преобразуется в маршрут, далее процедура продолжается.

При последовательной навигации определяется логика прохождения сети, т.е. порядок входа в каждый из блоков, порядок поиска частного решения внутри блока, порядок выхода из блока, входа в следующий блок и «склеивания» частных решений.

Пусть задан кортеж атрибутов (множество альтернатив):

А = {: ( = 1, 2, …, n)}.

Осуществим последовательную генерацию исходов

А^* = {^*: ( = 1, 2, …, n)}

для каждой из альтернатив с помощью последовательной БАС.

БАС с последовательной стратегией представлена на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Пример последовательной разомкнутой трехблочной БАС

Рис.3.8. Пример последовательной замкнутой трехблочной БАС

В последовательных БАС генерируемые альтернативные решения соединяются в одну связку с генерирующими следующего ЭБА попарно. В результате вершины А^* и А₊₁ сливаются в одну А₊₁.

Параллельная БАС

При алгоритме с параллельной организацией навигации возможны как минимум две схемы:

одноуровневый алгоритм;

двухуровневый алгоритм.

Одноуровневый алгоритм

По схеме одноуровневого алгоритма все элементы сети связаны друг с другом и включают координирующую и исполнительную функции. Одноуровневый алгоритм является децентрализованной схемой навигации.

Рис. 3.9. Параллельная одноуровневая структура БАС

На рисунке 3.9 связь реализуется через общую транзитивную вершину (раздельный вход и выход).

Можно замкнуть параллельную БАС через:

вершины транзита и рекурсии;

включить в качестве дополнительной некоторую вершину агрегирования.

При параллельной генерации решений в каждом блоке БА_i работает свой алгоритм формирования исходов. Алгоритмы работают одновременно, и матрица альтернативных решений заполняется построчно.

Двухуровневый алгоритм

На верхнем уровне двухуровневого алгоритма (рис.3.10) находится координирующий алгоритм, а на нижнем - исполняющий. По команде координирующего алгоритма каждый исполняющий алгоритм входит в свой блок, определяет частное решение внутри блока и передает результат в координирующий алгоритм. Последний осуществляет функцию сопряжения частных решений в единое общее решение. Этот процесс может быть итеративным, формализующим соответственные парадигмы решений. Данный двухуровневый алгоритм является централизованной схемой навигации.

Рис. 3.10. Параллельная двухуровневая структура БАС

3.1.3 Маршруты на БАС

Применение блочно-альтернативных сетей для решения различного рода задач (анализ, синтез, классификация и т.д.) основано на использовании их свойства порождать множество альтернативных маршрутов М_N. При описании допустимых множеств маршрутов М_N на сетях , целесообразно исходить из блочной структуры альтернативной сети.

В БАС используется вершинный тип маршрутов. С точки зрения сети маршруты подразделяются на внутриблоковые и сетевые. Последние, в свою очередь, формируются из внутриблоковых и межблоковых.

Внутриблоковый - это такой маршрут Мⁱ_N М_N (i = 1, …, n), который тем или иным образом связывает две соседние вершины () первого ранга, принадлежащие i-му блоку. Другими словами, внутриблоковый маршрут формируется как последовательность вершин, связанных определенным отношением.

Межблоковые - маршруты М^il_N , которые связывают некоторые пары вершин первого ранга

{(), i = 1, …, n; k = 1, 2, …, n; }.

Межблоковые маршруты используются при формировании циклов, и, следовательно, связываемые вершины () для таких маршрутов отождествляются.

При использовании БАС для решения конкретных задач могут возникать ситуации, когда тот или иной внутриблоковый маршрут Мⁱ_N формируется неоднозначным образом. При этом возможны три случая:

1) внутриблоковый маршрут Мⁱ_N проходится один раз слева направо;

2) внутриблоковый маршрут Мⁱ_N для маршрута М_N является запрещенным;

3) внутриблоковый маршрут Мⁱ_N должен быть пройден неоднократно.

В соответствии с названными случаями, определим три типа маршрутов: ациклические AMⁱ_N, транзитные ТMⁱ_N и циклические СMⁱ_N.

Ациклические маршруты

Наиболее простыми маршрутами М_N являются ациклические (или незамкнутые) AMⁱ_N.

Ациклический маршрут (АМⁱ) формируется как последовательность

вершин совместно с отношением между вершинами:

AMⁱ : (Aⁱ , r_ij , _ij),

где Аⁱ - атрибут;

r_ij - определяет отношение между атрибутом и вершиной-значением _ij;

_ij - значение атрибута Аⁱ.

Полное представление внутриблокового маршрута по схеме исток-сток будет представлять собой объединение:

AMⁱ : (Аⁱ , r_ij ,_ij) U (_ij ,r_ji ,A*_i),

или в общем виде для вершин-альтернатив получим вершинный ациклический маршрут:

AMⁱ: (Аⁱ, _ij, A*_i).

Аналогично для маршрута, проходящего через транзитивную вершину:

АMⁱ_T: (Aⁱ, r_T, A*_i),

что эквивалентно записи

AMⁱ_T: (Aⁱ, T, A*_i).

Ациклические маршруты имеют место в тех случаях, когда осуществляется однократное прохождение слева направо через блок , между блоками (,) или по сети в целом.

Внутриблоковые ациклические маршруты всегда проходят через вершины

(j = 1,2, … , m; i = 1,2, … , n)

второго ранга. В общем случае маршрут AMⁱ_N может быть задан последовательностью:

AMⁱ_N = {(); (j = 1,2, … , m; I = 1, 2, …, n)}

В этой последовательности и обозначают дуги между соответствующими парами вершин внутри i-го блока. Кратко это выражение можно записать так:

AMⁱ_N = (3.1)

Отметим, что на сети любой внутриблоковый маршрут AMⁱ_N всегда начинается с входной вершины .

Транзитные маршруты

Достаточно часто при использовании сети могут возникать случаи, когда прохождение через блок (i = 1, 2, …, n) или совокупность блоков

запрещено. Иными словами, запрещены в рассмотренном выше смысле ациклические маршруты AMⁱ_N или AM^i,l_N, при этом полные маршруты AM_N имеют место.

Для описания подобного рода случаев введено понятие транзитного маршрута ТМ_N (для сети в целом понятие транзитного маршрута не имеет смысла.) Прежде чем дать определение транзитного внутриблокового маршрута ТMⁱ_N, введем и определим понятие транзитной вершины . Транзитными являются такие вершины

(i = 1, 2, …, n)

второго ранга, которые не несут семантической нагрузки в соответствии с признаком , а определяют лишь маршрут следования внутри блока . Таким образом, внутриблоковым транзитным маршрутом является ТMⁱ_N такой маршрут, который проходит через транзитную вершину. В общем случае внутриблоковый транзитный маршрут ТMⁱ_Nопределяется последовательностью:

Т

Mⁱ_N =

или в сокращенной форме:

ТMⁱ_N=.

Циклические маршруты

В тех случаях, когда осуществляется неоднократное прохождение через блок (i = 1, 2, …, n) или {(,), l = i+k, k 1} или через сеть в целом, то имеют место циклические маршруты.

Основой циклических маршрутов СMⁱ_N являются ациклические АMⁱ_N. Замыкание внутриблокового маршрута АMⁱ_N осуществляется через вершины (), которые соответственно определяют конец и начало. В общем случае для любого блока циклические маршруты СMⁱ_N можно представить виде суммы соответствующих ациклических маршрутов АMⁱ_N, каждый из которых повторен раз. Используя выражение (3.1), можно записать:

СMⁱ_N

_,

где К_ji0 - количество j-х циклов в i-ом блоке.

Внутриблоковые циклические маршруты СMⁱ_N используются в тех случаях, когда при формировании маршрута M_N возникает необходимость неоднократного прохождения через какой-либо блок с целью включения в такой маршрут любого количества любых вершин

(j = 1,2, … , m; i = 1,2, … , n).

Межблоковые и сетевые маршруты формируются на основе склеивания внутриблоковых. Для этих целей используются специальные алгоритмы, которые осуществляют как формирование самого маршрута, так и склеивание внутриблоковых в единый сетевой:

M_N, = U (MБi),

где MN - сетевой маршрут;

MБi - внутриблоковый маршрут.

При таком алгоритме навигации путем склеивания будет получен маршрут MN со своим набором решений:

R = (R_1,, …, R_i, …, R_N)

Для каждого блока альтернатив определяется свой алгоритм выбора альтернативы. Алгоритм параллельной навигации, в свою очередь, реализует функции координации, которые взаимодействуют с каждым блоковым алгоритмом. Работа осуществляется параллельно. Алгоритм координации передает исходные данные в локальные алгоритмы и запускает их в работу. Каждый из локальных алгоритмов формирует внутриблоковый маршрут и получает соответствующий результат (R). Далее формируется последовательность (R¹₁, ..., Rⁱ₁, ..., R^N₁) = R_l несвязанных между собой решений. После этого решается задача склеивания частных решений в общее. Данная процедура может протекать по двум направлениям:

1) формирование общего решения на уровне координирующего алгоритма; анализ, оценка, принятие решения для дальнейших действий;

2) координирующий алгоритм решает задачу общего решения, одновременно выдав задание блоковым алгоритмам на формирование частных решений. При получении общих решений возможна параллельная стратегия для многоальтернативных решений.

Получив парадигму общих решений, в соответствии с определенными критериями выбирается наилучшее из них.

3.2 Информационное представление алгоритма

работы врача-диетолога методом БАС

Врач-диетолог, проанализировав имеющиеся в ассортименте продукты, составляет из них блюда, входящие в ту или иную диету. Для приготовления какого-либо блюда, используется определенный набор продуктов {П}. Набор {П} является набором атрибутов блюда Б_i:

Б_i = {П_1, П₂, ... ,П_m}.

Для предоставления маршрутов выбора блюд можно использовать метод блочно-альтернативных сетей (БАС).

Вид элементарного блока такой сети для выбора альтернативных блюд Б_i представлен на рис. 3.2.1.

Рис. 3.2.1. Элементарный блок альтернатив

Блочно-альтернативной сети

Обозначения на рис. 3.2.1:

Q_i^r - имя блока;

Q_i^r* - замыкание альтернатив;

Переменная r обозначает прием пищи (завтрак, обед, полдник и ужин) и может принимать значения: r = {З, О, П, У};

Переменная i определяет категорию блюд (закуски, первые, вторые, третьи блюда и десерт), i = 1, 2,…,5.

Показатель Q_i^r* может принимать одно из множества значений {Б_ji^r}, совокупность которых представляет альтернативные вершины блока БАС. Также в ЭБА имеются Т - транзитная вершина, и R - рекурсивная вершина.

3.2.1 Выбор блюд для приема пищи методом БАС

Для всех приемов пищи существуют следующие категории блюд:

Q₁ ^r - закуски (салаты и др.);

Q₂ ^r - первое блюдо (супы);

Q₃ ^r - второе блюдо (мясное или рыбное блюдо с гарниром);

Q₄ ^r - третье блюдо (напитки);

Q₅ ^r - десерт (сладости или хлебобулочные изделия).

Следовательно, один прием пищи в общем случае может содержать все эти категории блюд:

Q^r = {Q₁^r , Q₂^r , Q₃^r , Q₄^r, Q₅^r}

или

Q^r = {Q_i^r},

где i = 1, 2,…, 5.

Для каждой из категорий существует свой набор блюд:

Q₁^r = (Б₁₁^r , Б₁₂^r ,…, Б_1j^r ,…, Б_1m^r );

Q₂^r = (Б₂₁^r ,…, Б_2j^r ,…, Б_2l^r );

Q₃^r = (Б₃₁^r ,…, Б_3j^r ,…, Б_3k^r );

Q₄^r = (Б₄₁^r ,…, Б_4j^r ,…, Б_4h^r );

Q₅^r = (Б₅₁^r ,…, Б_5j^r ,…, Б_5g^r ).

При этом одно и то же блюдо может принадлежать к разным категориям.

На основе этих данных можно сформировать блочно-альтернативную сеть для завтрака (см. рис. 3.2.2.). Набор категорий блюд завтрака включает:

Q^З = (Q₁³ , Q₄³, Q₅^З).

Сочетание различных блюд {Б_ij^З} образует маршрут М_e^З на сети завтрака. Маршрут выбирается целенаправленно, в соответствии с определенной диетой, т. е. с учетом блюд, разрешенных для данной диеты Д_k.

На сети получаем множество маршрутов М_k^З = {M_ke^З}, где

k - номер диеты,

k = 1,…, D, где D - количество диет;

е = 1,…, L^З, где L^З - количество маршрутов по данным D диетам для завтрака;

М_ke^З = (Б_1j^З, Б_4j^З, Б_5j^З),

где индекс j - номер блюда в списке блюд определенной категории.

В общем случае маршрут выбора блюд на весь день для пациента с определенной диетой Д_k можно записать в виде:

М_kе = { М_ke^З, М_ke^О, М_ke^П, М_ke^У},

где k - номер диеты,

e - номер маршрута.

Таким образом, для каждой из диет имеем определенное число маршрутов выбора блюд. Тогда диету как совокупность маршрутов выбора блюд можно записать в виде:

Д_k = {М_k1,…, М_ke,…, М_kL}.

Следовательно, для завтрака определенная диета Д_k будет иметь вид:

Д_k^З = {М_k1^З,…, М_ke^З,…, М_kL^З}, k = 1, 2, …, D.

Каждый из маршрутов М_ke³ характеризуется калорийностью, содержанием белков, жиров, углеводов, а также витаминов и минеральных веществ:

М_ke³ = М_ke³ (К_ke³ , БЛ_ke³ , Ж_ke³ ,У_ke³ , В_ke³ , МВ_ke³ ),

k=1,…, D,

е =1,…, L.

Аналогичным образом может быть представлена БАС для обеда Q^О (см. рис.3.2.3.)

Q^О = {Q_i^О}, i =1,…, 5;

Q_i^О = (Б_i1^О ,Б_i2^О ,…Б_ij^О ,…Б_iN^О ).

Маршруты на БАС для обеда определяются путем выбора по одной альтернативной вершине для каждой категории блюд с учетом диеты:

Д_к^О = (М_k1^О , М_k2^О ,…, M_kS ^О )

М_k^О = {M_k1^О }, k =1,…, N;

M_ks^О = (Б_1j^О ,Б_2j^О ,Б_3j^О ,Б_4j^О )

М_ks^О = М_ks^О (К_ks^О , БЛ_ks^О , Ж_ks^О ,У_ks^О ,В_ks^О ,МВ_ks^О );

k =1,…, N; s =1,…, S.

Рис. 3.2.3. Блочно-альтернативная сеть обеда

Блочно-альтернативная сеть полдника (см. рис.2.3.4.) состоит из двух элементарных блоков:

Q^П ={Q₁^П, Q₄^П}.

Рис. 3.2.4. Блочно-альтернативная сеть полдника

Q_i^П = (Б_i1^П ,Б_i2^П ,…, Б_iN^П);

М_k^П = {М_kp^П} , k = 1,…, D, p = 1,…,P;

М_kp^П = (Б_1j^П ,Б_2j^П );

Д_к^П = (М_k1^П ,М_k2^П ,…М_kp^П );