Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“Київський політехнічний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук

МЕТОДИ І ЗАСОБИ РОЗРОБКИ СПЕЦІАЛЬНОГО

ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ СИСТЕМ РОЗПОДІЛУ РЕСУРСІВ

АЙМАН ІССА

спеціальність: 01.05.03 - Математичне та програмне забезпечення обчислювальних машин і систем

Київ - 2003

Анотація

Ісса Айман Сарем. Методи та засоби розробки спеціального програмного забезпечення для систем розподілу ресурсів - рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.03 - Математичне та програмне забезпечення обчислювальних машин і систем. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2003.

Дисертація присвячена розробці ефективного спеціального програмного забезпечення (СПЗ) для задач обліку, планування, прогнозування стану та підтримки прийняття оперативних рішень з розподілу ресурсів на об'єктах обліку. На базі комплексної класифікації структур даних, елементів задач і методів розподілу ресурсів узагальнено інформаційно-аналітичну модель ресурсів об'єктів обліку. Удосконалено спосіб шаблонно-ієрархічного управління задачами аналізу стану і вибору оперативних рішень з розподілу і планування ресурсів. Узагальнено семантико-критеріальний метод підготовки ефективного СПЗ для зіставлення поточних моделей за статичними та динамічними шаблонами критеріїв, подій та ситуацій для визначення стану споживачів і постачальників ресурсів засобами логічного доведення. Удосконалено методики автоматизованого оперативного настроювання задач підтримки прийняття рішень на базі традиційних технологій побудови компонентів СПЗ.

Ключові слова: спеціальне програмне забезпечення, системи прогнозування та прийняття рішень, планування ресурсів, шаблони подій, ситуацій, правил та критеріїв.

програмний облік шаблон

Аннотация

Исса Айман Сарем. Методы и средства разработки специального программного обеспечения для систем распределения ресурсов - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.03. - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин и систем. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2003.

Диссертация посвящена разработке эффективного специализированного программного обеспечения (СПО) для задач учета, планирования и прогнозирования состояния процессов распределения ресурсов при принятии оперативных решений на базе методов построения и настройки компонентов ядра СПО с использованием шаблонов событий, ситуаций, правил и критериев в форме объектов системы программирования.

В первой главе предложена новая комплексная классификация структур данных, элементов задач и методов для распределения ресурсов. Эта классификация позволила определить актуальные задачи и направление исследования.

Во второй главе обобщена информационно-аналитическая модель ресурсов объектов учета для задач их распределения. На основе представления таблиц модели формализована постановка задачи исследования и определена структура информационно-аналитической системы. База знаний системы организована как объединение фактической информации и шаблонов, определяющих правила и критерии семантической обработки и распознавания позитивных, негативных и комплексных событий и ситуаций. С учетом использования специальных структур шаблонов для данных и аналитических формализмов определены модели и механизмы эффективного семантического анализа событий и ситуаций. Определены пути реализации модели проблемной области исследования в рамках систем учета на основе традиционных СУБД и систем аналитической обработки, использующих многомерные хранилища данных.

В третей главе представлен усовершенствованный способ шаблонно-иерархического управления задачами анализа состояния и выбора оперативных решений по распределению и планированию ресурсов объекта учета процедурами, упорядоченными по позитивным и негативным показателям относительно оперативных и стратегических целей, прогнозов и прецедентов ситуаций в системах, использующих данные и знания, сохраненные в реляционных СУБД. Обобщен семантико-критериальный метод настройки и генерации эффективного СПО для сравнения текущих моделей со статическими и динамическими шаблонами критериев, событий и ситуаций для определения состояния потребителей и поставщиков ресурсов виртуальной машиной логического вывода со встроенными возможностями реконфигурации и упорядочения элементов ресурсных моделей объектов учета.

В четвертой главе представлена реализация обобщенной методики настройки и генерации СПО и результаты экспериментальных исследований предложенных методов поддержки принятия решений по распределению ресурсов, показавшие рост эффективности функционирования и настройки СПО и определившие области эффективного использования предложенного СПО. Практическая ценность работы состоит в дополнении традиционных технологий построения СПО обобщенными методиками автоматизированной оперативной настройки задач анализа ситуаций по шаблонам и усовершенствованными формализованными методиками обучения БЗ машины логического вывода на основе поиска и предварительной оценки перспективных решений программами СПО.

Ключевые слова: специальное программное обеспечение, системы прогнозирования и принятия решений, планирование ресурсов, шаблоны событий, ситуаций, правил и критериев.

Summary

Issa Aiman Sarem. The methods and technique for special software design for resource managing. - Manuscript.

Thesis for a Ph.D. degree by the specialty 01.05.03. - Mathematical both software of computers and systems. National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute ", Kiev, 2003.

The thesis is devoted to development of effective software for tasks of resource accounting, planning, managing, and forecasting in decision support systems for account objects. Informational analytic model of account object recourse is generalized on base of complex classification for data structures, task elements, and resource distribution methods. Template hierarchical task control for situation analysis and decision support systems is advanced for resource distribution and planning. The method of semantic criterion for software component development based on logical deduction is generalized for provider, vendor, or consumer state recognition with object templates for events, situations, rules, and criterions. Advanced automated techniques for special software component adjustment are proposed for analytical decision support systems.

Key words: special software, forecasting and decision support systems, resource planning, templates of events, situations, rules and criterions.

1. Загальна характеристика дослідження

Актуальність теми дослідження обумовлена різким підвищенням складності інформаційних систем (ІС) з функціями підтримки прийняття рішень (ППР), що вимагають створення програмного забезпечення (ПЗ) обробки величезних обсягів інформації в режимі реального часу і мінімальної затримки в одержанні результату узагальнення ПЗ для розв'язання типових задач, властивих для різних проблемних галузей досліджень (ПГД). Існує багато варіантів спеціальних програмних систем оперативного аналізу та прогнозування стану об'єктів обліку, але практично відсутні методи і технологічні комплекси програмних компонентів для швидкого настроювання, реконфігурації та модифікації вже існуючого аналітичного та інформаційного ПЗ з врахуванням особливостей та динаміки зміни поточних ситуацій. До того ж, сучасні інструментальні засоби для побудови розподілених агентських програм та SQL-сервери ще не мають вбудованих машин логічного доведення для аналітичної обробки даних. Головна сучасна проблема швидкої генерації та оперативного настроювання таких систем полягає в забезпеченні їх комплексом ефективних типових програм, в тому числі для розробки машин логічного доведення та на їх основі спеціального ПЗ (СПЗ). Крім того, СПЗ інформаційно-аналітичних систем (ІАС) не включає засобів автоматизації, узагальнених для розв'язання схожих задач, і потребує значних доробок і модифікацій при його впровадженні в нових галузях.

Таким чином, розробка і дослідження методів і засобів побудови гнучких компонент СПЗ підготовки рішень з розподілу є актуальною в різних галузях господарства і має неабияке практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у розвиток робіт за державною науково-технічною програмою “Сучасні інформаційні технології в створенні інтегрованих виробничих комплексів” тема “Розробка, дослідження та застосування засобів інтелектуалізації в процесі проектування баз даних та прикладних програм в автоматизованих системах на базі ПЕОМ” (№ держреєстрації 0195u008180, 1994-96 рр.) та в рамках робіт напрямку “Перспективні інформаційні технології, прилади, системи зв'язку”, що виконувались кафедрою обчислювальної техніки НТУУ “КПІ” в 1997-99 рр.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є скорочення часу розробки та настроювання компонентів машини логічного доведення та інформаційно-аналітичного СПЗ на її базі з використанням моделей та методів інженерії знань для розширення області застосування наявної інформаційної бази (ІБ) та підвищення ефективності систем ППР з ефективного розподілу багатокомпонентних ресурсів.

Об'єктом дослідження є СПЗ ІАС обліку та формування проектів рішень щодо прирощень ресурсів, а також засоби інженерії знань для вибору правил, критеріїв і шаблонів моделей рішень.

Предметом дослідження є ефективна організація дій з побудови та обробки внутрішнього подання моделей та ефективних програмних механізмів побудови еталонів для швидкого аналізу та прогнозу ситуацій, генерації та прийняття проектів ефективних рішень.

Основні задачі дослідження у відповідності з поставленою метою сформульовано наступним чином:

Аналіз і удосконалення структур та форматів даних для ефективного подання структурних, чисельних та динамічних моделей і шаблонів стану ресурсів і ситуацій на об'єктах обліку, а також для подання алгоритмів, шаблонів, правил, критеріїв та таблиць керуючих даних, зручного для дослідження комплексів характеристик, а також підготовки і аналізу проектів рішень.

Дослідження критеріїв ефективності методів і алгоритмів аналізу стану ресурсів і поточних ситуацій та побудова моделей ефективної організації та пошуку інформації про стан ресурсів в базах даних (БД) і в шаблонах ситуацій баз знань (БЗ) для виконання цілеспрямованого перебору перспективних варіантів рішень.

Розв'язання задачі генерації та перебудови програм ефективного розподілу ресурсів обліку та інформаційних ресурсів по вузлах розподілених обчислювальних мереж підприємства і організація ефективного доступу до інформації розподілених БД і БЗ на основі аналітичного моделювання поточних і перспективних ситуацій.

Вибір структури і механізмів реалізації уніфікованого ядра СПЗ та підсистеми діалогового настроювання окремих програмних компонентів з врахуванням конкретних показників та інтегральної оцінки поточного і перспективного стану та ситуацій на об'єкті обліку.

Розв'язання цього комплексу проблем призводить до побудови методичних основ та інструментів створення гнучкого аналітичного СПЗ ІАС для підвищення ефективності діяльності осіб, що приймають рішення.

Методи дослідження спираються на традиції побудови інформаційних систем з використанням реляційних БД і їх застосування для побудови БЗ. Теоретичною основою дослідження є аналіз існуючих систем обробки інформації, що використовують концепцію БД і БЗ.

Наукова новизна одержаних результатів. Для досягнення поставленої мети запропоновано оригінальні підходи до побудови СПЗ ІАС об'єктів обліку і розподілу ресурсів та вбудованої машини логічного доведення, що входить до його складу:

запропоновано нову комплексну класифікацію структур даних, елементів задач та методів для розподілу складових ресурсів, яка дозволила узагальнити інформаційно-аналітичну модель ресурсів об'єктів обліку і їх розподілу за рахунок використання спеціальних структур шаблонів для даних та аналітичних формалізмів і визначити шляхи ефективного семантичного аналізу подій і ситуацій;

вдосконалено спосіб шаблонно-ієрархічного управління задачами аналізу стану та вибору оперативних рішень з розподілу та планування ресурсів об'єкта обліку процедурами, впорядкованими за позитивними і негативними показниками відносно оперативних та стратегічних цілей, прогнозів і прецедентів ситуацій в системах, що використовують дані і знання, збережені в реляційних СУБД;

узагальнено семантико-критеріальний метод настроювання та генерації ефективного СПЗ для порівняння поточних моделей зі статичними та динамічними шаблонами критеріїв, подій і ситуацій для визначення стану споживачів та постачальників ресурсів засобами логічного доведення, що відрізняються можливостями реконфігурації та впорядкування елементів ресурсних моделей об'єктів обліку.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що результати досліджень доповнюють традиційні технології побудови СПЗ:

узагальненими методиками автоматизованого оперативного настроювання задач аналізу ситуацій за шаблонами та управління ресурсами на основі спрямованих ациклічних графів, які аналізуються компонентами СПЗ і дозволяють уникнути втрат через недостатню ефективність рішень, прийнятих в умовах дефіциту часу;

вдосконаленими формалізованими методиками навчання БЗ машини логічного доведення на основі пошуку перспективних рішень та їх попередньої оцінки, що накопичують фактичну та статистичну інформацію про успішність прийняття рішень програмами СПЗ та адекватність побудови інформаційної моделі розподілу ресурсів.

Впровадження результатів. Практичні результати роботи були використані для побудови СПЗ в навчальному процесі на кафедрі обчислювальної техніки НТУУ ”КПІ” в циклах лабораторних робіт за курсами “Проектування інтелектуальних систем” та “Технології системного програмування”.

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, подані в дисертації, одержані здобувачем особисто. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належить: [2] - методика прогнозування ефективності роботи підприємства за прецедентами та шаблонами при розв'язанні задач розподілу ресурсів, [3] - пропозиції механізмів визначення інформативності властивостей і даних та методику настроювання критеріїв ефективності за шаблонами розв'язання задач, [4] - застосування узагальнених структур аналітичних даних для подання семантичних шаблонів і критеріїв, а також моделей подій і ситуацій для узагальнення семантико-критеріального методу побудови та настроювання програм підтримки прийняття рішень з розподілу ресурсів, [5] - визначення ізоморфності задач розподілу ресурсів та структур даних для шаблонно-ієрархічної організації задач в базі даних, [6] - механізми побудови шаблонів і організації баз знань, [7] - методики включення шаблонів до складу програмних компонентів, [8] - пропозиції реалізації шаблонів аналітичних типів через спрямований ациклічний граф.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дослідження обговорено на міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та електронні технології” в м. Одеса в 2001 році, на 7-й та 8-й Міжнародних конференціях “Теорія і техніка передачі, приймання та обробки інформації” в м. Туапсе в 2001 році і в м. Харкові в 2002 році та на семінарах кафедри обчислювальної техніки НТУУ КПІ.

2. Основний зміст роботи

У вступі визначено актуальність теми, спрямованість досліджень та визначено задачі, що розв'язуються в роботі.

В першому розділі розглянуто відомі підходи та методи розв'язання задач аналізу та прогнозування стану та ситуацій на об'єктах систем обліку та розподілу ресурсів і визначені перспективні напрямки розвитку засобів програмування цих задач. На основі аналізу визначено основні задачі розробки методів та методик в дослідженні.

СПЗ сучасних інформаційних систем традиційно будується на засадах узагальнення понять суті або семантики даних, методів їх обробки та структур даних. Найбільш широкою областю застосування ПЗ ІС стали економіка, наука і техніка експериментів та наука про управління.

Ідея побудови потужних інформаційних систем для підтримки прийняття рішень особами, що приймають рішення, пройшла етапи розвитку від АРМ керівника до потужних технологій типу CASE для проектування програм та аналітичних технологій OLAP. Слід відзначити, що різноманіття форм власності та нестабільність економічних законів в регіонах світу, що розвиваються, призводить до постановки специфічних задач при побудові систем оперативного та довгострокового управління фірмами з різними варіантами організації управління. Серед сучасних розробок методів інженерії знань та алгоритмів підготовки та аналізу проектів рішень слід відзначити роботи українських вчених В.І. Скурихіна, В.Г. Тоценка, О.Г. Додонова, В.В. Хаджинова та інших провідних вчених НАН України Інституту кібернетики, Інституту проблем реєстрації інформації, Інституту проблем моделювання в енергетиці, Інституту програмних систем і наукових організацій промисловості України.

Математична сторона питання традиційно спирається на методи оптимізації за критеріями, побудованими на характеристиках об'єктів обліку та розподілу. При побудові СПЗ систем підтримки прийняття рішень (ППР) головною метою є автоматизація найбільш трудомістких і відповідальних аспектів комп'ютеризації об'єктів, тобто автоматизація підготовки або генерації рішень та аналіз можливих наслідків рішень. Однак програмна реалізація сучасних методів ППР сповільнюється відсутністю єдиного комплексу засобів автоматизації програмування промислових БД і віртуальних аналітичних машин для задач ППР.

Весь комплекс задач J = {J_sgh}, що стоять перед службами обліку, аналізу та прогнозування стану динамічних об'єктів, систематизовано за трьома впорядкованими напрямками. До двох традиційних напрямків, які визначаються індексом s для основних груп джерел даних в межах ПГД та індексом g - для цільових змінних та критеріїв розв'язання задач, додано напрямок технології програмування задач з індексом h.

У відповідності зі структурою моделі ресурсів ІБ D ІАС доцільно поділити на зв'язані таблиці задач обліку: D = {D_s}. Тут індекс s, як і для задач J_sgh, визначається з множини {a, c, e, r, f, p, d} груп результатів задач оперативної обробки: a - про підсистеми обліку і накопичення інформації про внутрішній стан ресурсів; c - про стан зовнішніх об'єктів джерел і споживачів ресурсів; e - про поточні події і ситуації; r - результати розподілу ресурсів; f - таблиці рішень та правила перспективного планування; p - критерії ранжування варіантів рішень; d - контракти, звіти та інші документи. ІБ зовнішньої D_ext = D_c та власної інформації об'єкта розподілу D_reg = D_a D_e D_r D_d традиційно являє собою реляційну БД, структура якої включає зв'язані таблиці з інформацією про фінанси, бухгалтерію, матеріальні цінності, людські ресурси підприємства, тощо, або облікові таблиці технічної системи автоматизації. Дані, які використовуються в правилах D_rule = D_p D_f традиційно зберігаються в БД, а самі бізнес-правила P_rule являють собою процедури, що зберігаються в SQL-сервері. Дані про оточення та взаємодію з ним (в економічних системах - маркетингу) D_mrkt = D_e D_f поєднують зовнішні дані та елементи правил або шаблони і правила P_mrkt, пов'язані з зовнішніми даними.

Щоб полегшити використання елементів правил в бізнес-правилах, згрупуємо ці елементи в множини P = P_n P_a шаблонів значень P_n та аналітичних P_a шаблонів типового застосування в правилах та критеріях БЗ. Такі дані та шаблони в свою чергу розглядаються як інформаційні та аналітичні або інтелектуальні ресурси для перевірки, побудови, настроювання або навчання елементів СПЗ. Правила та критерії визначають напрямки покращення ефективності, сталості та надійності систем розподілу ресурсів на основі традицій підходу розпізнавання образів.

В другому розділі запропоновано моделі контролю за створенням та споживанням ресурсів, стабільності об'єктів обліку та оцінки стану ресурсних об'єктів на основі систематизації і структуризації підтримання сталості та позитивного розвитку інформаційного об'єкта.

Формальна постановка задачі розробки, настройки та використання СПЗ з підготовки та прийняття комплексу рішень з управління та розподілу ресурсів в межах об'єкту обліку подана наступним чином:

Вхідні дані для розробки такого СПЗ на основі реляційної БД ІАС визначаються табличними відношеннями атрибутів локальних ресурсів об'єкта обліку r_l(R), де R = {R_m}, m = 1.. m_max - колекція записів про ресурси, R_m = {x_i} {y_j}, i = 1.. i_max, j = 1.. j_max, а x_i та y_j - синтаксичні та семантичні атрибути ресурсів; прирощеннями зайнятих R_b та вільних R_f ресурсів, що динамічно перерозподіляються, прирощеннями R_t на момент часу t; відношеннями глобальних ресурсів r_g(R); відношеннями r_d(G) рішень з розподілу ресурсів та їх проектів G = {G_n}, що заповнюються записами G_n = {y_gj, y_gj, _k} про цільові змінні рішень y_gj та критерії _k для напрямків зміни або обробки даних за допомогою СПЗ.

Результатом розв'язання поставленої задачі має стати організаційне СПЗ аналізу ситуацій і впливу на ІАС розподілу ресурсів для підтримки послідовності позитивних подій та ситуацій на базі механізмів автоматизованого та автоматичного настроювання програм. Настроювання повинно відбуватися шляхом навчання БЗ ІАС через створення та реконфігурацію шаблонів, правил та критеріїв розпізнавання ситуацій та послідовностей подій при її проектуванні та експлуатації. Таке СПЗ повинно генерувати шаблони послідовностей ефективних рішень і дій, що підтримують роботу системи з прийнятною ефективністю розподілу. Проходження послідовності запланованих подій і ситуацій дозволяє визначити поточні події і ситуації та одержати інформацію для навчання.

Фундаментальний шар БЗ зберігає ресурси зображувальних засобів довільної мови L_l = {D_sl, D_cl}, яка визначаються довідниками синтаксичного контролю (ДСК) D_l = {X_l, _l} та довідниками семантичної відповідності (ДСВ) D_l = {Y_l, } елементів мови. Дані довідників D_sl і D_cl про синтаксичні X_l та семантичні Y_l ознаки складають БД мови, а синтаксичні _l та семантичні _l множини правил розширюють БД до БЗ.

Ефективна реалізація семантичних частин СПЗ ІАС (див. рис.1) використовує мовно-незалежне подання бібліотек шаблонів ПГД у ДСК або ДСВ з довільним впорядкованим алфавітом внутрішнього кодування, а також використання ДСК або ДСВ для трансляції у внутрішню форму та реконструкції шаблонів на конкретній зовнішній мові L_l. Механізм логічного доведення коректності, ефективності та сталості рішення на основі шаблонів ДСВ для моделей об'єктів, подій та ситуацій являє собою набір функцій або методів, що обробляють уніфіковані внутрішні подання шаблонів, правил, формул та критеріїв.

Семантична обробка, аналогічно синтаксичній обробці, регламентується аналізом позитивних шаблонів або шаблонів включення за k-м правилом або критерієм ⁺_k = ⁺_k({y_j}), та додаткових шаблонів виключення за правилом або критерієм -_k = -_k(⁺_k{y_i}), {y_i}). Задачі семантичної обробки виконують крім цього й вибірку та реконфігурацію інформації за правилами скорочень та перетворень. Корегуючі ДСВ зберігають множину відповідностей ^*_lk = {_lk({x_lj}, {y_cj, y_qj})} впорядкованих семантичних шаблонів _k наборам синтаксичних ознак x_li задачі і мовно-незалежних семантичних ознак {y_cj, y_qj} та множині правил семантичних обмежень та відповідностей = {_k} і правил ранжування поточних, очікуваних та можливих ситуацій, подій та керуючих впливів. Використання впорядкованих кодів для квантифікаторів y_qj спрощує побудову методів діяльності, взаємодій і кооперації в рамках класів мов моделювання і програмування [3], а класифікаторів y_cj - полегшує впорядкування типів об'єктів.

СПЗ ІАС будується на засадах узагальнення понять, методів і структур даних, пов'язаних з узагальненою структурою ІАС розподілу ресурсів з застосуванням засобів штучного інтелекту, і подана на рис. 1.

Рис. 1

При побудові аналітичного СПЗ програмні компоненти розробляються для кожного блоку рисунку за всіма рівнями подання даних та всіма рівнями узагальнення. Сфера застосування, в свою чергу, визначає набір цільових змінних, шаблонів і критеріїв результатів та проміжних даних програм та їх використання для одержання результатів програм.

Кожна істотна зміна характеристик визначає істотну подію E(S_t-1, S_t), що змінює ситуацію в аналітичній моделі з S_t-1на S_t. При розв'язанні задач підтримки прийняття рішень, як і при розпізнаванні образів [3], для побудови шаблонів подій простір станів розбивається на класифікуючі області або кластери. Фактична інформація про послідовності ситуацій і подій разом з їх характеристиками накопичуються в таблицях БД і сховищах БЗ для наступного аналізу за допомогою уніфікованих шаблонів.

Для управління обчисленнями в ІАС необхідно визначити ситуацію S_nt на об'єкті розподілу ресурсів, як об'єднання всіх критичних ситуацій s⁺_nt та s-_nt, що ініціюють розв'язання n-ї задачі аналізу та прогнозування J_n розвитку поточного стану об'єкта обліку та розподілу в момент t:

k_max k_max

S_n={s⁺_n=⁺_nk({y_j}, {y_j}), s-_n=-_nk({y_j}, {y_j})}, j=1.. j_max, n=1.. n_max. (1)

k=1 k=1

Вона визначається вірністю шаблонів для всіх позитивних подій ⁺_nk, та невірністю - для всіх негативних подій -_nk, де k - номери елементарних шаблонів. Результатами задач визначення ситуацій є двійкові ознаки запуску задач, що перевіряються спеціальними тригерними процедурами сучасних СУБД. В більш загальному випадку булеві критерії замінюються обмежувальними зведеними числовими шаблонами _wnk, що формують позитивні значення для позитивних шаблонів та від'ємні - для негативних. При розв'язанні задач розпізнавання подій конкретні вирази ⁺_nk, -_nk і _wnk відрізняються між собою і включають обмежувальні відношення типу, через що важливо зберігати адитивність складових шаблонів. Найчастіше рішення про розподіл ресурсів приймаються у формі:

яку частину вільних та резервних ресурсів R_f можна використати для актуальних цілей і як їх розподілити між цілями;

яку частину зайнятих ресурсів R_b можна перерозподілити, щоб поліпшити характеристики ситуації на об'єкті обліку.

Моделі ПГД ефективного розподілу та використання різних типів ресурсів подаються комплексами численних рівнянь та нерівностей для ресурсів, які не можна зіставити або звести до єдиної системи:

ресурси перерозподіляються з врахуванням законів збереження та додержанням балансів атрибутів одержаних та втрачених ресурсів:

_i⁺y_ij = _i-y_ij, i = 1.. i_max, j = 1.. j_max; (2)

більшість локальних ресурсів об'єктів обмежуються прогнозованою чи пороговою сумою значень характеристик y'_j та їх прирощень y'_j в таблицях за нормуючою функцією v, зважених коефіцієнтами w_i:

v(_iw_iy_ij) y'_j, v(_iw_iy_ij) y'_j, i = 1.. i_max, j = 1.. j_max. (3)

Ефективним розподілом ресурсів вважається такий, що максимізує з заданою точністю позитивні підсумкові характеристики аналізу стану об'єкта обліку у відповідності з шаблонами ситуації. Балансні рівняння (2) та нерівності (3) разом з теоретико-множинними відношеннями та реляційними зв'язками БД утворюють поточні критерії (1) і шаблони подій та ситуацій для визначення зміни поточної ситуації на об'єкті обліку. На множинах ресурсів постачальників і споживачів r_g та наявних власних ресурсів r_l об'єкта обліку регулярно генерується та обирається варіант розподілу або для наявних запитів з попиту та пропозиції ресурсів, або для послідовностей запитів до технічної системи.

Модель аналітичної частини системи обліку реалізується реляційними таблицями БД для обліку r_a(R), подій, прогнозів та планів ситуацій, проектів рішень, простих і групових впливів r_d(R, P, A'_t, E'_t) та прецедентів r_r(R^*, P^*, A^*_t, E^*_t). Ці таблиці разом з шаблонами, правилами і критеріями подій та ситуацій об'єктів розподілу та системи управління ресурсами складають шаблонно-ієрархічну модель ПГД розподілу ресурсів та її задач. Ці таблиці складають виміри зірки кубу OLAP, що використовується для зберігання характеристик ефективності, надійності, сталості наслідків та складності виконання розподілу ресурсів.

В третьому розділі подано розроблені методи та методики заповнення інтелектуальних компонент СПЗ на основі узагальненої віртуальної машини (ВМ) та комплексу шаблонів для розпізнавання подій і ситуацій та перевірки критеріїв. СПЗ включає узагальнені числові і логічні методи розпізнавання образів за шаблонами. Ієрархія задач виконується в регулярному режимі з гори до низу і перезапускається за шаблонами подій та ситуацій від нижчих рівнів до вищих (див. рис.2).

Рис. 2

Конкретні шаблони та цілі і критерії задач визначаються та настроюються відповідно призначенню системи на етапах підготовки та перестроювання. Методи та механізми, запропоновані для реалізації компонентами різних типів, в тому числі типу клієнт-сервер, повинні використовувати узагальнене внутрішнє подання аналітичних шаблонів та узагальнену схему обробки всіх задач. При проектуванні підбирається достатня кількість інформативних даних для формування внутрішнього подання аналітичних шаблонів. Інформативність характеристик визначається за напрямками видобування інформації функціоналами обмежень множин значень f_c = {inf, '<', '', lim, '', '>', sup} та цільовими функціоналами критеріїв інформативності та ефективності f_c = {extr, min, max}, що використовують характеристики об'єкта y_ci, y_qi і y_s, оцінки y = {y_h, y_p, y} характеристик інформативності y_h, достовірності y_p, сталості даних y, а також шаблони подій та ситуацій:

f _c(r_a({x_li}, {y_ci}, {y_qi}), r_a({x_li}, {y_ci}, {y_qi}), , , p, p), (4)

де p та p - вектори шаблонів параметрів для характеристик об'єктів та ситуацій y_ci, y_qi і y_s, які змінюються залежно від ситуації в системі.

На етапах проектування та настроювання в процесі циклічного аналізу шаблонів інформативності (4) будуються структурно ідентичні шаблони і критерії розпізнавання подій та ситуацій, а також шаблони для оцінок цільових та вторинних показників системи: складності, ефективності, коефіцієнтами сталості, мірами відповідності послідовностей подій і ситуацій та своєчасності рішень зі зміни правил. На етапі експлуатації ці шаблони використовуються для перетворень, підготовки та прийняття рішень. Наслідком схожості формалізмів всього комплексу розв'язуваних задач, стало визначення семантико-критеріального метода, реалізованого уніфікованими процедурами співставлення, модифікації та виконання послідовності правил, шаблонів і критеріїв. В його основу покладено уніфіковане внутрішнє подання семантичних характеристик, їх аналітичних зв'язків і базових механізмів реалізації у вигляді спрямованих ациклічних графів (САГ) з можливостями параметризації та реконфігурації і наведено відповідні приклади.

Шаблони рішень, попередньо підготовлені за таблицями рішень або прецедентами, формують таблиці прогнозів для оперативного аналізу подій та ситуацій. Прогнози та їх фактичні реалізації інтерпретуються за шаблонами або машинними кодами, згенерованими за їх внутрішнім поданням за допомогою ВМ логічного доведення, яка показана на рис. 3, і працює в інкрементних режимах на етапах виконання, перебудови, навчання та самонавчання за єдиною схемою обробки.

Для таких співставлень визначено набір операцій, шаблонів та правил корекції в форматі рядків таблиць рішень r_d(r, P, A_t), де A_t визначає корекції для підвищення адекватності, відміни використання, заміни та зміни спрямованості шаблонів. Шаблони подаються в форматі САГ для правил та критеріїв будь-якої складності. Варіанти розвитку СПЗ визначають необхідні компоненти і включають шаблони вільного розвитку стану _e(E(S_t-1, S_t)), шаблони дій _a(A_t), а також керованого розвитку об'єкта за шаблонами сценаріїв типа “еталон-дія” _e(E(S_t-1, S_t), _a(A_t)), і правилами корекції елементів сценаріїв _r(_a(E(S_t-1, S_t), _a(A_t)), _a(A'_t)).

Рис. 3

Ефективне СПЗ, основане на використанні правил, реалізовано через вбудований механізм оперативного збереження правил, їх компіляції і інтерпретації. Для цих цілей використовується будь-яка компілююча система, що випускається промислово разом з діалоговою оболонкою для накопичення та корекції інформації. Ефективними методами розподілу ресурсів вважаються такі методи, які дозволяють в обмежений час одержати результати, що дозволяють підтримувати позитивний баланс в системі ресурсів, обліку. Розрахунки ефективності СПЗ виконує в режимі уточнення результатів для одержання потрібної ефективності та точності рішень.

Визначено набори типових елементарних та композиційних формалізмів для подання шаблонів подій, ситуацій, правил та критеріїв і наборів типових функцій, функціоналів та операцій, що реалізують обробку правил та критеріїв за базовими алгоритмами основних режимів. Частина найбільш характерних з них подана на рис. 4.

Рис. 4

Рішення про навчання та зміни в БЗ приймається за результатами співставлень послідовних ситуацій, прецедентів, прогнозів і фактів, та їх варіантів за схемою етапів проектування, настроювання та обробки, наведеною на рис. 5. Спрямованість функцій та функціоналів шаблонів, занесених до БЗ, визначається відносно окремих груп аргументів та вхідних даних.

Рис. 5

Необхідні обсяги пам'яті V для збереження критеріїв і шаблонів та витрати часу T обраного метода перевірки шаблонів в формі критеріїв визначаються за формулами V = _iV(_i, y_i), T = _kT(j_k), де - оцінка витрат на одноразовий розрахунок критерію, а T(j_k) - витрати часу на проходження j_k-го маршруту доведення k-го критерію або відповідності шаблону; - оцінка витрат пам'яті на зберігання кодів програми розрахунку критерію, а V(_i, y_i) - витрати пам'яті для керуючих та інформаційних даних розрахунку i-го компонента критерію або шаблону.

Для реалізації алгоритмів СПЗ визначені п'ять рівнів компонентів СПЗ, що включають виконавчі примітиви, виконавчі модулі, пояснювальні, генеруючі та організаційні компоненти. На базі оцінок компонентів СПЗ запропонований узагальнений сценарій настроювання поведінки підсистеми розподілу ресурсів з семи етапів та сценарій виконання з трьох етапів. Запропонована методика вибору та настроювання шаблонів, критеріїв та правил включає пункти, що передбачають побудову загального механізму у вигляді реалізації ВМ з наступним аналізом вторинних характеристик для математичного або експериментального обґрунтування коректності та ефективності правил та шаблонів.

В четвертому розділі розглянуто питання практичної реалізації ВМ для управління сценаріями та алгоритмами і визначення області її ефективного застосування та результати експериментів, що довели достовірність розроблених методик та оцінок.

При реалізації проблемних функцій для кожної з задач використано спеціальні механізми подання стану та ситуацій, на базі єдиної внутрішньої форми подання та множин форм відтворення, орієнтованих на різні варіанти семантичної інтерпретації. Окрім базових цільових підсистем підтримки прийняття рішення для полегшення сприйняття процесу автоматизованої підготовки прийняття рішень створюються підсистеми пояснень, імітаційного та аналітичного моделювання, а також для других видів семантичної інтерпретації моделей. Аналітичне дослідження дозволило на базі питомої ваги окремих операцій в системах обліку і розподілу, оцінити їх ефективність, а також області ефективного застосування аналітичних компонентів СПЗ.

Експериментальна реалізація компонентів підтвердила ефективність методів та методик побудови програмних засобів та ефективність запропонованих процесів проектування аналітичних компонентів. Показано, що обсяги часової складності включають пропорційні та логарифмічні складові оцінок O(_k(w₁N_k + w_slog N_k)). Аналітичні дослідження та моделювання визначили область ефективного використання при кількості елементарних операційних компонентів та шаблонів, що перевищує тисячі одиниць. Оцінки витрат на розробку та перенастроювання шаблонів СПЗ порівняно з варіантами використання різних технологій.

Автором проведено експерименти з розробленим СПЗ з корекцією шаблонів та використанням традиційних засобів автоматизації і виконано планування та оцінки витрат різноманітних ресурсів на розробку та настроювання програмного забезпечення з аналітичними компонентами, які показали достатньо високу ефективність розроблених методик.

В заключній частині роботи сформульовано висновки та результати дослідження.

Основні висновки і результати

В результаті теоретичних і експериментальних досліджень і розробки компонентів ефективного СПЗ одержані наступні результати:

Класифіковано та систематизовано задачі обліку та оперативного планування розподілу та спрямування ресурсів, а також найбільш загальні методи їх розв'язання в інформаційно-аналітичних системах, побудованих на основі СУБД, що відрізняються зберіганням даних про динаміку і послідовність зміни стану ресурсів для розв'язання задач розподілу багатокомпонентних ресурсів та їх прирощень.

На основі результатів класифікації запропоновано модифіковану інформаційно-аналітичну модель ресурсів об'єктів обліку і аналізу, яка відрізняється включенням змінних шаблонів подій і ситуацій на об'єкті обліку та шаблонів динаміки зміни часткових, групових та сукупних характеристик ресурсів з інформацією про вплив таких подій, ситуацій та змін на загальний стан цього об'єкта.

Удосконалено структуру спеціального ПЗ для аналізу та ефективного розподілу ресурсів, яка відрізняється зберіганням ранжованих статистичних і динамічних шаблонів, правил та критеріїв розпізнавання ситуацій та розподілу ресурсів в довідниках семантичної відповідності для регулярного співставлення різних варіантів рішень за шаблонами припустимості і критеріями ефективності різних ситуацій.

Запропоновано спосіб шаблонно-ієрархічної організації задач подійного планування та управління ресурсами, який відрізняється керованим цілеспрямованим перебором варіантів виконання задач в залежності від поточної ситуації і використовує механізми навчання за результатам аналізу наявних внутрішніх та необхідних зовнішніх ресурсів з врахуванням динаміки зміни їх характеристик.

Розроблено удосконалений семантико-критеріальний метод побудови СПЗ з настроюванням компонентів, що відрізняються комплексним використанням впорядкованих графових шаблонів моделей, динаміки моделей обліку та аналітичних зв'язків для визначення перспективних та ефективних рішень, впорядкованих за комплексом критеріїв ефективності.

Розроблено автоматизовану методику проектування інформаційно-аналітичних компонентів на основі уніфікованого ядра СПЗ у формі багаторежимної віртуальної машини, яка відрізняється використанням підсистеми навчання за шаблонами аналізу ситуацій та прийняття рішень типа “еталон-дія”, що підвищує ефективність використання СУБД і скорочує кількість програмних модулів ядра.

Результати експериментальної реалізації елементів системи налагоджуваних аналітичних компонентів вибору оперативних рішень з управління ресурсами підприємства і прогнозу за різними варіантами реалізації модельних експериментів показали суттєве підвищення швидкості перебору варіантів при оперативному аналізі в системі обліку та приблизно 5-разове прискорення режиму навчання в порівнянні з перекомпіляцією правил, що включаються в середовище SQL за допомогою процедур, складених на цій мові.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Исса А.С. Эффективная эксплуатация программного обеспечения для организации управления развивающимися предприятиями. Вісник НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчиcлювальна техніка - К.: “Век+”.- 1998.- 31.- с. 174 - 180.

Пустоваров В.И., Исса А.С. Прогнозирование эффективности деятельности предприятия методами искусственного интеллекта. Вісник НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка, К.: “Век+”. - 1999. - 32. - с. 127 - 136. (Дисертанту належить методика прогнозування ефективності роботи підприємства за прецедентами та шаблонами при розв'язанні задач розподілу ресурсів).

Исса А.С., Пустоваров В.И. Модели и шаблоны для решения задач эффективного распределения ресурсов. Вісник НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчиcлювальна техніка - К.: “Век+” .- 2000. - 33. - с. 47 - 55. (Дисертанту належать пропозиції механізмів визначення інформативності властивостей і даних та методику настроювання критеріїв ефективності для розв'язання задач).

Исса А.С., Пустоваров В.И. Структуры данных интеллектуальных компонент для анализа и накопления знаний, представленных в форме направленных графов - Вісник НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчиcлювальна техніка - К.: “Век+”. - 2002.- 37.- с. 49 - 55. (Дисертанту належать застосування узагальнених структур аналітичних даних для подання семантичних шаблонів і критеріїв, а також моделей подій і ситуацій, щодо систем підтримки прийняття рішень з розподілу ресурсів).

Пустоваров В.И., Тюрютиков А.И., Исса А.С. Информационные базы для компьютеризации фирм различных форм собственности // Вісник НТУУ “КПІ”. Інформатика, управління та обчиcлювальна техніка - К.: ТОВ “ВЕК+”. - 1998. - 31. - с. 164 - 173. (Дисертанту належить визначення ізоморфності задач розподілу ресурсів та структур даних в базі даних).

Брагинский О.Л., Исса А.С., Пустоваров В.И., Стиренко С.Г. Обобщенные инструменты для построения шаблонов моделей и баз знаний интеллектуальных компонент программного обеспечения. Труды 2-й международной научно-практической конференции “Современные информационные и электронные технологии”, Одесса. - 2001. - с. 50 - 51. (Дисертанту належать механізми побудови шаблонів і організації баз знань).

Брагинский О.Л., Исса А.С., Пустоваров В.И., Стиренко С.Г. Интеллектуальные компоненты для анализа и накопления знаний в CASE-системах // Сборник научных трудов по материалам 7-й международной конференции “Теория техника передачи, приема и обработки информации”, Харьков. - 2001. - с. 372 - 373. (Дисертанту належать пропозиції включення шаблонів до складу компонентів).

Исса А.С., Пустоваров А.В., Пустоваров В.И., Соболь Х. Расширение языков запросов и моделирования для аналитической обработки знаний // Сборник научных трудов по материалам 8-й международной конференции “Теория техника передачи, приема и обработки информации”, Харьков. - 2002 . - с. 234 - 235. (Дисертанту належать пропозиції реалізації аналітичних даних через спрямований ациклічний граф).

Размещено на Allbest.ru