Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Во время выполнения выпускной квалификационной работы была разработана система поддержки принятия решений для построения сетей доступа. Она является результатом попытки применить теорию принятия решений к задаче из области сетевых технологий. Созданная система решает сложную многокритериальную задачу ранжирования проектов корпоративных сетей по степени предпочтительности и выбора наиболее рационального варианта с помощью методов поддержки принятия решений. Она обеспечивает гарантию качества, учитывая предпочтения пользователя и коллективную экспертную оценку, и предлагает решение, опираясь только на полученные данные. Эта система играет имеет большое прикладное значение, так как значительно ускоряет и упрощает процесс принятия решения. Такая автоматизация позволяет отойти от ручного анализа, который занимает слишком много времени и является довольно сложной процедурой для человека, что неуклонно приводит к частым ошибкам.

В ходе исследования были выполнены основные цели и задачи: обоснована актуальность разработки системы, сформулирована задача построения сети доступа, проанализированы существующие методы поддержки принятия решений, разработан собственный метод выбора сетевого проекта, создан алгоритм работы системы, разработано соответствующее программное обеспечение с программной документацией, отмечены основные итоги работы и возможное практическое применение системы. Таким образом, полученные результаты доказывают возможность применения методов поддержки принятия решений к вопросам компьютерных сетей и могут служить в качестве основы дальнейших разработок в данной предметной области.



Abstract

The decision support system for constructing access networks was developed in this final qualification work. It is the result of an attempt to apply the theory of decision-making to the task from the field of network technologies. The created system solves a complex multicriteria task of ranking corporate network projects according to the degree of preference and choice of the most rational variant using decision support methods. It provides a quality guarantee, taking into account user preferences and collective peer review, and offers a solution based only on the data received. This system plays a great practical importance, since it greatly accelerates and simplifies the decision-making process. This automation allowsto move away from manual analysis, which takes too much time and is a rather complicated procedure for a person, which leads to frequent mistakes.

In the course of the research, the main goals and objectives were fulfilled: the urgency of the system development was justified, the task of building an access network was formulated, the existing methods of decision support were analyzed, the own method for selecting a network project was developed, the system operation algorithm was developed, the corresponding software with program documentation were developed, results of work and possible practical application of the system were considered. Thus, the obtained results prove the possibility of applying decision support methods to computer network issues and can serve as a basis for further developments in this subject area.



Введение

Современный человек при принятии решений постоянно сталкивается с проблемами выбора. Не всегда удается найти самое рациональное решение, так как учесть все факторы, влияющие на выбор, - довольно сложная задача. Поэтому зачастую человеку приходится расплачиваться за плохие решения. Таким образом, существует вечная проблема выбора. Этим вопросом занимается наука «Теория принятия решений». Используя методы поддержки принятия решений, предлагается свести к максимуму шанс выбора наиболее благоприятной альтернативы. Развитие компьютерных технологий позволяет использовать всё более сложные методы, которые не рассчитаны на ручное применение. Соответственно, появились компьютерные системы поддержки принятия решений.

Одна из сфер деятельности человека, где могут быть применены системы поддержки принятия решений, - это сетевые технологии. В этой области существует фундаментальная проблема построения сетей доступа. Данная задача может быть отнесена к классу задач принятия решений - задач оценки и сравнения многокритериальных альтернатив. С учетом высокой сложности задачи, выбор наиболее рационального проекта корпоративной сети является трудно формализуемым процессом. Этот факт объясняет отсутствие в настоящее время универсальных методик оценки предлагаемых компаниями-интеграторами проектов корпоративных сетей. В большинстве случаев сетевые интеграторы при проектировании опираются на свой опыт и используют собственные методики проектирования. В следствии этого, становится актуальной задача разработки системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа, которая упростит и ускорит процесс принятия решения, позволяя абстрагироваться от ручного анализа.

Главная цель данной работы заключается в помощи людям, принимающим решение в сложных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности, в выборе наиболее предпочтительного проекта построения сети доступа. Таким образом, основной задачей моего исследования является разработка системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа. Такая система решает две главных задачи процесса принятия решения: выбор наилучшего решения из множества возможных (оптимизация) и упорядочение возможных решений по предпочтительности (ранжирование). Таким образом, во время выполнения выпускной квалификационной работы необходимо решить следующие задачи:

- Постановка задачи построения сети доступа;

- Обзор и анализ методов поддержки принятия решений;

- Разработка метода поддержки принятия решений для построения сетей доступа;

- Разработка алгоритма работы системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа;

- Разработка программного обеспечения;

- Разработка программной документации.



1. Постановка задачи построения сети доступа

Современная практика реализации сетевых проектов на крупных предприятиях основана на передаче создания сетевой инфраструктуры на аутсорсинг специализированным компаниям-интеграторам. Наиболее часто используемый подход для выбора интегратора и, следовательно, предлагаемого им проекта сети основан на комплексном анализе трёх составляющих: информация о компании интеграторе, информации о сетевом оборудовании, его производителях и поставщиках, а также экспертной оценки сетевых проектов [1].

На первом этапе формируется ранжированный список интеграторов, удовлетворяющих требованиям заказчика по следующим критериям (список критериев может изменяться в зависимости от предпочтений лица, принимающего решение) [1]:

- Стоимость решения;

- Опыт реализации проектов подобного уровня;

- Отзывы реальных клиентов (основные вопросы взаимодействия с подрядчиком, возникающие в процессе проекта);

- Технология ведения проектов;

- Готовность подрядчика к полному циклу реализации проекта - от предпроектного обследования до внедрения с обязательным этапом опытной эксплуатации;

- Предложение по гарантийному и послегарантийному обслуживанию.

На втором этапе производиться оценка и ранжирование аппаратных решений и компаний производителей/поставщиков данного оборудования по заданным заказчиком критериям. К таким критериям можно, например, отнести следующее [2,3]:

- Подтверждение официального статуса дилера;

- Наличие у дилера склада оборудования;

- Наличие сертифицированного сервиса;

- Наличие обученных и сертифицированных сервисных инженеров;

- Уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;

- Простота управления и эксплуатации;

- Надежность и отказоустойчивость;

- Тип системы управления устройствами и мониторинг.

На третьем этапе производится групповая экспертная оценка предлагаемых интеграторами проектов сетей IT-службой компании-заказчика или привлеченной группой специалистов. В качестве параметров оценки можно использовать следующие критерии [3,4]:

- Скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;

- Возможные топологии сети и их комбинации;

- Типы оборудования и технические характеристики конкретных аппаратных средств;

- Экономичность;

- Производительность;

- Масштабируемость;

- Интеграция и маршрутизация сетей;

- Поддержка VPN для дистанционных служб Internet.

Таким образом, каждый отдельный проект сети можно описать с помощью критериев. Альтернатива представляет собой набор значений параметров, которые пользователь выберет для оценки. Такая формализация позволяет применить методы поддержки принятия решений для решения данной задачи.



2. Обзор и анализ методов поддержки принятия решений

2.1 Методы, основанные на количественном выражении предпочтений ЛПР на множестве критериев

В этой части работы рассматриваются методы поддержки принятия решений, ориентированные на задачи, которые учитывают предпочтения лица, принимающего решения. Самые распространенные методы ориентированы на сравнение альтернативных вариантов и выбор наилучшего решения. Рассмотрим три самых известных метода: MAUT, аналитической иерархии, ELECTRE. Эти методы реализуются в виде компьютерных систем поддержки принятия решений [5].

аналитический экспертный доступ информация

2.1.1 Многокритериальная теория полезности (MAUT)

Методы MAUT имеют особенности [5]:

- Используется математическая функция полезности;

- Предпочтения лица, принимающего решения, определяют форму этой функции;

- Результаты решения задачи используются для оценки заданных альтернатив.

Основные этапы решения задачи при подходе MAUT:

- Разработать перечень критериев;

- Построить функции полезности по каждому из критериев;

- Проверить некоторые условия, определяющие вид общей функции полезности;

- Построить зависимость между оценками альтернатив по критериям и общим качеством альтернативы;

- Оценить вес имеющиеся альтернативы и выбрать наилучшую.

Метод MAUT имеет положительные стороны. Чёткая математическая теория, позволяет обосновать конкретный вид функции полезности в зависимости от предпочтений ЛПР. Также можно отметить, что хотя построение функции полезности требует достаточно много времени и усилий ЛПР, полученный результат позволяет оценить любые альтернативы. Два основных недостатка, связанные с методом MAUT, стали очевидными в настоящее время. Во-первых, человек не может делать точные количественные измерения. Во-вторых, подход MAUT требует назначения всех основных параметров [5].

2.1.2 Подход аналитической иерархии (AHP)

При подходе MAUT одни и те же усилия ЛПР по построению функции полезности могут быть затрачены при большом и малом числе альтернатив. Не всегда такой подход является обоснованным. В случае небольшого числа заданных альтернатив представляется разумным использовать подход аналитической иерархии (AnalyticHierarchyProcess - АНР). В основе метода AHP лежит идея направления усилий ЛПР на сравнение только небольшого числа заданных альтернатив [5].

Постановка задачи, решаемой с помощью метода АНР, заключается обычно в следующем. Даны общая цель (или цели) решения задачи, критерии оценки альтернатив и сами альтернативы. Требуется выбрать наилучшую альтернативу [6].

Достоинством метода АНР, привлекающим внимание многих пользователей, является направленность на сравнение реальных альтернатив. Отметим, что метод АНР может применяться и в тех случаях, когда эксперты (или ЛПР) не могут дать абсолютные оценки альтернатив по критериям, а пользуются более слабыми сравнительными измерениями. Метод АНР позволяет решить ряд практических задач. Недостатки метода АНР неоднократно обсуждались в статьях различных авторов. Среди них наиболее существенными являются два. Прежде всего введение новой, не доминирующей альтернативы может в общем случае привести к изменению предпочтений между двумя ранее заданными альтернативами. Весьма существенной проблемой является, на наш взгляд, необоснованный переход к числам при проведении измерений, оторванность метода объединения оценок от предпочтений ЛПР. Дальнейшее развитие подход АНР получил в виде методов мультипликативной аналитической иерархии и метода MACBETH [5].

2.1.3 Методы ELECTRE ранжирования многокритериальных альтернатив

Метод ELECTRE предлагает использовать относительные (парные) оценки альтернатив. В настоящее время разработан ряд методов семейства ELECTRE. Методы ELECTRE направлены на решение задач с уже заданными многокритериальными альтернативами. В отличие от метода АНР в методах ELECTRE не определяется количественно показатель качества каждой из альтернатив, а устанавливается лишь условие превосходства одной альтернативы над другой. Постановка задачи обычно имеет следующий вид: Дано: N критериев со шкалами оценок (обычно количественные), веса критериев (обычно целые числа), альтернативы с оценками по критериям. Требуется: выделить группу лучших альтернатив.

Важным достоинством методов ELECTRE является поэтапность выявления предпочтений ЛПР в процессе назначения уровней согласия и несогласия и изучения ядер. Детальный анализ позволяет ЛПР сформировать свои предпочтения, определить компромиссы между критериями. Использование отношения несравнимости позволяет выделить пары альтернатив с противоречивыми оценками, остановиться на ядре, выделение которого достаточно обоснованно с точки зрения имеющейся информации. Трудности при применении методов ELECTRE связаны с назначением ЛПР весов. В ряде случаев при выделении ядер могут возникать циклы [5].



2.2 Методы, основанные на информации о допустимых значениях критериев

Данные методы применяются для сужения числа альтернативных вариантов, основываясь на информации о допустимых значениях критериев. Рассмотрим 3 наиболее известных метода: метод разложения множества вариантов на удовлетворительные и неудовлетворительные, методы лексикографического упорядочения и полуупорядочения.

2.2.1 Метод разложения множества вариантов на удовлетворительные и неудовлетворительные

Метод разложения множества вариантов на удовлетворительные и неудовлетворительные заключается в назначении порогового значения каждого из рассматриваемых параметров/ограничений (максимального или минимального) или задании интервала допустимых значений параметра. Из списка исключаются все альтернативы (интеграторы), параметры которых не удовлетворяют заданным ограничениям [8].

2.2.2 Лексикографические методы

Согласно методу лексикографического упорядочения ЛПР упорядочивает критерии отбора по степени их важности, а затем производит сужение множества альтернативных вариантов, последовательно исключая из дальнейшего рассмотрения альтернативы, не удовлетворяющие сначала наиболее важному критерию, а затем поочередно рассматривая все менее важные критерии. Отличительная особенность метода лексикографического полуупорядочения состоит в отборе альтернатив субоптимальных по каждому критерию (т.е. задается интервал допустимых значений по критерию). Метод лексикографического полуупорядочения является модификацией лексикографического метода. Основным отличием данного метода является включение в данное множество альтернатив, субоптимальных по данному k-тому критерию, то есть вариантов, для которых значение выбранного критерия несущественно отличается от максимального. Данный метод требует обязательной количественной оценки критериев. В лексикографических методах упорядочения вариантов основной используемой процедурой является процедура сравнения двух оценок по шкале одного критерия, которая является допустимой. Лексикографические методы можно отнести к разряду малочувствительных к ошибкам ЛПР, так как ошибка при сравнении двух вариантов по одному из критериев может привести лишь к увеличению количества итерационных шагов для поиска допустимого решения [9].

2.3 Методы принятия групповых решений

2.3.1 Метод Дельфи

Метод Дельфи, в основном, используется при прогнозировании, однако он также может применяться для определения оценок, характеризующих альтернативы. Информация с прогнозами или оценками экспертов подвергается обработке:

- Находится среднее значение прогнозируемой величины (или оценки) относительно всех экспертов;

- Рассчитывается величина, определяющая разброс мнений экспертов;

- Вычисляется среднее квадратичное отклонение прогноза.

Полученные в ходе расчетов данные не определяют точного значения, а лишь позволяют оценить диапазон прогнозируемой величины или оценки, в который она попадает с заданной вероятностью [9].

2.3.2 Метод ранжирования альтернатив

Результатом использования данного метода является упорядоченная последовательность альтернатив, в которой на первом месте находится альтернатива, имеющая наибольшую степень предпочтения. Последующие места в полученной ранжировке альтернативы занимают по степени убывания их предпочтительности, то есть на последнем месте оказывается наименее предпочтительная альтернатива. Суть метода сводится к следующему: каждый эксперт формирует свою ранжировку альтернатив, согласно собственным предпочтениям, а затем по результатам обработки мнений экспертов должна быть определена единственная упорядоченная последовательность альтернатив. Существует два способа задания исходной ранжировки экспертом:

- Непосредственное назначение ранга альтернативам;

- Использование процедуры попарных сравнений.

Результат попарного сравнения альтернатив можно получить на основе метода перестановок. Метод перестановок обладает достаточной простотой и использует только допустимые для человека процедуры принятия решений. В методе перестановок из двух альтернатив лучшей признается та, для которой выполняется условие:

- - сумма весов критериев, по которым альтернатива Ai лучше альтернативы Aj;

- - сумма весов критериев, по которым альтернатива Ai хуже альтернативы Aj.

Согласно методу перестановок эксперту предлагается попарно оценить две альтернативы по каждому критерию, расставив первичные оценки по правилу: лучше, равнозначна, хуже.

2.3.3 Метод минимального расстояния

Метод минимального расстояния основан на анализе ранжировок альтернатив, заданных экспертами. Для применения метода прежде всего нужно задать способ определения расстояния между ранжировками. Затем необходимо найти такую ранжировку, суммарное расстояние от которой до всех экспертных ранжировок минимально. Эта ранжировка, наиболее полно удовлетворяющая всех экспертов сразу, получила название медианы Кемени-Скелла. С вычислительной точки зрения данный алгоритм довольно требователен к ресурсам. С возрастанием количества альтернатив (n), количество матриц, которые необходимо перебрать, возрастает очень быстро, и при n = 10 задача становится практически неразрешимой при современном уровне развития вычислительной техники.

2.3.4 Метод кластеризации экспертных оценок

Кластеризация -- это процесс объединения объектов в группы по принципу схожести по какому-либо признаку, показателю или критерию. Сами же группы принято также называть кластерами. Групповое принятие решений с помощью процедуры кластеризации можно разделить на ряд этапов:

- Каждому эксперту предлагается заполнить матрицу сравнения альтернатив по всем показателям качества принимаемых решений, на основе которой рассчитывается степень удовлетворения объектом по заданным критериям всеми экспертами;

- Полученные результаты наносятся на график;

- ЛПР производит кластеризацию оценок экспертов каждого объекта поочередно по всем показателям качества одним из известных методов;

- Производится вычисление центров масс образовавшихся кластеров;

- Вычисляется «масса кластера». За ее величину предлагается взять сумму коэффициентов компетентности экспертов, входящих в кластер;

- Рассчитывается итоговая оценка объекта по каждому из критериев;

- Расчет итоговой оценки объекта относительно всех критериев.



3. Разработка метода поддержки принятия решений для построения сетей доступа

Необходимо разработать собственный метод поддержки принятия решений путем составления уникальной комбинации методов поддержки принятия решений, которая бы учитывала нюансы процесса выбора проекта корпоративной сети. Целью использования методов поддержки принятия решений является обеспечение процесса наиболее рационального выбора с учетом экспертных оценок и предпочтений лица, принимающего решение. Решение проблемы выбора проекта сети разделено на четыре этапа, где применяются различные методы поддержки принятия решений. На первом и втором этапах применяется метод разложения альтернатив на удовлетворительные и неудовлетворительные, на третьей стадии - метод ранжирования альтернатив и метод перестановок, на четвертой - метод аналитической иерархии [10].

На первом этапе формируется список компаний-интеграторов. Применение методов, основанных на анализе информации о допустимых значениях критериев, будет эффективным для сужения числа альтернатив. В частности, целесообразно использовать метод разложения ряда вариантов на удовлетворительные и неудовлетворительные. Выбор альтернатив основан на установке минимального и максимального значений параметров. Процесс состоит в назначении порогового значения каждого рассматриваемого критерия или задании интервала допустимых значений параметров, а затем исключении из списка тех альтернатив, параметры которых не удовлетворяют указанным ограничениям.

На втором этапе формируется список оборудования для реализации проекта. Вышеупомянутый метод может применяться для ранжирования типов сетевого оборудования по степени предпочтения, но с использованием других критериев. Результатом второго этапа станет отказ от услуг неподходящих поставщиков или дилеров. Кроме того, оценивается степень предпочтения оборудования, которое было выбрано.

На третьем этапе сетевые проекты оцениваются экспертными группами, и с этой точки зрения выбирается наиболее рациональное проектное решение. Процесс оценки осуществляется совместно ИТ-службой предприятия/компании или привлеченной группой специалистов, что требует использования групповых методов экспертной оценки. Метод ранжирования альтернатив позволяет подробно рассмотреть качество проектов и провести сравнение альтернатив по заданным критериям. Для каждого параметра с использованием метода перестановки производится парное сравнение альтернатив в зависимости от степени предпочтения. Этот процесс имеет достаточную простоту и использует только приемлемые для человека процедуры принятия решений [10].

На четвертом этапе комплексная оценка проектов выполняется по трем компонентам, упомянутым выше, и одно наиболее подходящее проектное решение выбирается с использованием метода аналитической иерархии. Использование этого процесса оправдано, если количество критериев и альтернатив в задаче невелико. Проблема выбора проекта корпоративной сети отвечает этому требованию, поскольку количество альтернатив уменьшается до приемлемых значений после предварительной процедуры отбора на первых двух этапах решения [10].

Таким образом, полученная комбинация методов поддержки принятия решений позволяет выбрать наиболее рациональное проектное решение для сети доступа. Метод разложения вариантов на удовлетворительные и неудовлетворительные отвечает за первичный отбор альтернатив, основываясь на предпочтениях ЛПР. Метод ранжирования альтернатив и метод перестановок используются экспертами для групповой оценки проектных решений. Метод ранжирования альтернатив отвечает за обобщенную оценку проектов группой экспертов, а метод перестановок - за попарное сравнение альтернатив по каждому критерию каждым экспертом отдельно. В качестве базового метода, обеспечивающего комплексную оценку проекта, применяется метод аналитических иерархий. Это сочетание методов обеспечивает всестороннюю оценку проекта с учетом всех компонентов [10].



4. Разработка алгоритма работы системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа

Алгоритм работы системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа представлен на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма работы системы

4.1 Ввод данных

Ввод данных 1:

- Критерии оценки проектов сетей доступа (названия);

- Альтернативные варианты сетевых проектов (числовые значения критериев для каждой альтернативы);

- Допустимые значения критериев оценки проектов сетей доступа (ограничения параметров на основе предпочтений ЛПР).

Ввод данных 2:

- Критерии групповой экспертной оценки (названия);

- Сравнительные оценки критериев групповой экспертной оценки (матрица числовых значений);

- Экспертные оценки попарного сравнения альтернатив по каждому групповому критерию (матрица числовых значений для каждого эксперта).

Ввод данных 3:

- Сравнительные оценки критериев оценки проектов сетей доступа (матрица числовых значений);

- Сравнительные оценки альтернатив по каждому критерию (матрица числовых значений).

4.2 Основные функции

4.2.1 Расчёт весов критериев

Согласно методу назначения весов критериев на основе метода аналитических иерархий процедура сравнения и расчёта весов критериев заключается в выставлении сравнительных оценок xij каждой паре критериев Кi - Kj, где i, j = 1, n (n - количество критериев). Оценка xij = 1 выставляется обоим критериям, если они имеют равную важность для рассматриваемого проекта. Оценка xij = 3 выставляется критерию Кi, если его важность для рассматриваемого проекта незначительно превосходит важность критерия Kj (тогда критерию Kj выставляется оценка - xji = 1/3). При существенном превосходстве критерию Кi выставляется оценка xij = 5 (критерию Kj - xji = 1/5 соответственно). При значительном превосходстве критерию Кi выставляется оценка xij = 7 (критерию Kj - xji = 1/7 соответственно). При очень большом превосходстве критерию Кi выставляется оценка xij = 9 (критерию Kj - xji = 1/9 соответственно). Таким образом составляются матрицы попарного сравнения критериев (рис. 2) для групповой экспертной оценки и комплексной оценки проекта [10].

Рис. 2. Матрица сравнительных оценок критериев

Затем следует рассчитать вес Wi каждого i-го критерия формуле:

- n - общее число критериев; i, j=1,n;

- xij - элемент матрицы попарного сравнения критериев в строке i и столбце j.

4.2.2 Расчёт групповой экспертной оценки

Согласно методу перестановок каждому эксперту предлагается попарно оценить две альтернативы по каждому критерию, расставив первичные оценки по правилу: лучше (1), равнозначна (0), хуже (-1). Лучшей из двух альтернатив признается та, для которой сумма весов критериев, по которым она лучше, больше.



Рис. 3. Экспертная оценка двух альтернатив методом перестановок

Далее по методу ранжирования альтернатив заполняются матрицы попарного сравнения альтернатив (рис. 4) каждого эксперта. По вертикали и горизонтали расположены альтернативы, элемент матрицы хij - это оценка сравнения альтернативы Аi с Аj. Оценки выставляются по правилу: альтернатива лучше - 1, хуже - -1, равнозначны - 0. Далее происходит вычисление результирующей матрицы путем суммирования одноименных элементов матриц экспертов. Результирующая оценка каждой альтернативы вычисляется суммированием элементов результирующей матрицы по строкам [10].

Рис. 4. Матрица попарного сравнения альтернативэкспертом

4.2.3 Расчёт итоговой ценности

Далее переходим к комплексной оценке альтернатив по критериям. Для этого составляются n матриц размерности m?m сравнительной оценки альтернатив (рис. 5) по каждому критерию (n - количество критериев, m - количество альтернатив). В матрицах каждый элемент показывает оценку альтернативы Аi по отношению к альтернативе Аj по критерию K с использованием тех же правил сравнения (равнозначна - 1, незначительное превосходство - 3, существенное превосходство - 5, и т.д.)[10].

Рис. 5. Матрица попарного сравнения альтернатив по критерию

Для каждой матрицы рассчитывается ценность каждой альтернативы по критерию согласно формуле:

- m - общее число альтернатив; i, j=1,m;

- - элемент матрицы в строке i и столбце j.

Затем рассчитывается итоговая ценность Ui каждой альтернативы по всем критериям по формуле:

Альтернатива с наивысшей итоговой ценностью и будет искомым решением. Оставшиеся альтернативы ранжируются по степени предпочтительности на основе итоговой ценности [10].



5. Выбор программных средств

За время обучения по бакалаврской программе «Информатика и вычислительная техника» я познакомился со многими языками программирования. Среди всех дисциплин наиболее полно были представлены курсы по языкам С и С++, где я получил довольно обширные знания и значительный опыт решения алгоритмических задач и программирования. Эти языки, являясь одними из самых популярных, используются для разработки высокопроизводительного программного обеспечения и могут быть применены фактически к любой задаче программирования. Наиболее предпочтительным является использование С++, как более современного потомка, унаследовавшего эффективность С. В моем понимании, C++ - это «швейцарский нож программирования», то есть язык, на котором можно написать всё. Таким образом, опираясь на свой опыт и личные предпочтения, для реализации данного проекта используется С++.

Для удобной работы над созданием системы необходимо выбрать комплекс программных средств, называемый интегрированной средой разработки (IDE). Мой выбор пал на QtCreator - кроссплатформенную свободную IDE для разработки на С, С++ и QML. У меня имеется опыт работы с этой средой, а также она является одной из самых используемых для программирования на С++. QtCreator разработана для работы с фреймворком Qt. Включает в себя графический интерфейс отладчика и визуальные средства разработки интерфейса. В текстовом редакторе среды реализованы автодополнение ключевых слов, подсветка кода, задание стиля выравнивания, отступов и постановки скобок. Для работы с проектами поддерживаются системы сборки и системы контроля версий.

Qt - кроссплатформенный фреймворк для разработки программного обеспечения на языке программирования C++. Он представляет собой программную платформу, определяющую структуру и облегчающую разработку программного проекта. Этот фреймворк включает в себя много различных классов, которые помогают разрабатывать систему поддержки принятия решений, например, классы элементов интерфейса или классы взаимодействия с сетью. Для работы над данным проектом необходимы следующие модули:

- QtCore - классы ядра библиотеки, используемые другими модулями;

- QtGui - компоненты графического интерфейса;

- QtWidgets - содержит классы для классических приложений на основе виджетов;

- QtSql - набор классов для работы с базами данных с использованием SQL.

Классы:

- QObject - базовый класс всех Qt объектов;

- QApplication - управление приложением и основными настройками;

- QDialog - класс диалогового окна;

- QWidget - класс объектов графического интерфейса;

- QGridLayout - класс, отвечающий за расположение виджетов в виде сетки;

- QPushButton - класс командной кнопки;

- QTableWidget - класс отображения таблиц;

- QMessageBox - класс информирующего окна;

- QLabel - класс отображения текста;

- QSql - класс, отвечающий за работу QtSql модуля;

- QSqlDatabase - класс управлениясоединениемс базой данных;

- QSqlQuery - класс, отвечающий за осуществление запросов к базе данных;

- QDebug - класс вывода отладочной информации.

Для хранения информации используется база данных под управлением компактной встраиваемой СУБД «SQLite». Данная система управления базами данных отличается простотой использования, кроссплатформенностью и высокой скоростью работы. Используется повсеместно, являясь довольно популярным, распространяемым по свободной лицензии, программным продуктом. Соответственно, для управления данными применяется язык структурированных запросов SQL.

Итоговый набор программных средств, выбранных для разработки системы поддержки принятия решений, выглядит так:

- языки программирования С++ и SQL,

- IDEQtCreator 4.6.0,

- фреймворк QT 5.10.1,

- компилятор MinGW 5.3.0 32bit для С++,

- отладчик GNUGDB 7.10.1,

- СУБД SQLite.

Таким образом, учитывая достоинства вышеперечисленных компонентов, они отлично подходят для реализации данного проекта.



6. Разработка программного обеспечения

Разработка системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа выполнялась с использованием программных средств, указанных в предыдущем разделе.

Разработанная программа является многооконным приложением. Каждое окно представляет собой объект отдельного класса, наследованного от базового класса окна QDialog, с графической формой. Классы реализуют функции вычисления, сохранения введенной пользователем информации, обработки нажатий кнопок, проверки пустых полей, вывода. При создании окна происходит присоединение к базе данных и инициализация графического интерфейса, при закрытии - разрыв соединения с базой и передача управление следующему окну.

Графический интерфейс реализован с применением модулей QtGui и QtWidgets фреймворка Qt, которые содержат классы готовых графических компонентов. Внешний вид приложения был создан при помощи дизайн редактора IDEQtCreator, который сам пишет файл графической формы, предоставляя интерфейс. Был разработан стандартный вид окна с виджетом табличного отображения QTableWidgetпо центру, текстовым заголовком QLabelи кнопками QPushButtonпо краям.

Для хранения исходных данных и результатов промежуточных вычислений в системе используется база данных под управлением СУБД SQLite. За взаимодействие с базой данных во фреймворке Qtотвечает модуль QtSql, содержащий классы для работы с базой с использованием языка SQL. Был создан класс DataBase, который реализует функции установления и разрыва соединения с базой данных, а также создания и удаления таблиц. Взаимодействие осуществляется через SQLзапросы.



7. Разработка программной документации

В этом разделе приведена программная документация, разработанная для системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа. Она включает в себя документы: описание применения, руководство оператора, программа и методика испытаний.

7.1 Описание применения

Разработанная система поддержки принятия решений для построения сетей доступа предназначена для помощи пользователю в выборе наиболее подходящего сетевого решения среди множества альтернатив, основываясь на предпочтениях ЛПР и коллективной экспертной оценке. Программа решает сложную многокритериальную задачу выбора проекта корпоративной сети используя методы поддержки принятия решений. В качестве входных данных выступают критерии, альтернативы, и их оценки. Выходные данные это ранжированный список альтернатив по степени предпочтительности, в котором выделен самый лучший проект.

7.2 Руководство оператора

В руководстве оператора указывается последовательность действий оператора, обеспечивающих запуск, выполнение и завершение программы, а также приведены изображения окон, выдаваемых оператору в ходе выполнения программы, и описания их содержания.

Система поддержки принятия решений для построения сетей доступа представляет собой многооконное приложение. При запуске программы появляется стартовое окно (рис. 6) с названием системы и кнопкой «Начать», при нажатии на которую происходит переход к первому окну ввода критериев (рис. 7). Дальше переход между окнами осуществляется нажатием кнопки «Далее».

Рис. 6. Стартовое окно

Для добавления критериев необходимо нажать на кнопку «Добавить». Появится новое текстовое поле, куда можно вписать данные. Для удаления необходимо выделить текстовое поле и нажать кнопку «Удалить». Такой же похожий функционал имеют почти все окна ввода.

Рис. 7. Окно ввода критериев



Следующий этап - это добавление альтернативных проектов сетей (рис. 8). Отличие от предыдущего окна заключается в том, что по нажатию кнопок появляется/удаляется целая строчка, в данном случае соответствующая какой-либо альтернативе.

Рис. 8. Окно ввода альтернатив

Затем происходит переход к окну ввода граничных значений критериев (рис. 9), где применяется метод разложения вариантов на удовлетворительные и не удовлетворительные. Пользователь вводит номер критерия, по которому хочет произвести отбор, затем знак операции сравнения и само граничное значение параметра.

Рис. 9. Окно сортировки

При нажатии на кнопку перехода программа автоматически составляет и выполняет запрос к базе данных на выборку записей с условиями, заданными пользователем. В следующем окне (рис. 10) выводится результат сортировки. Альтернативы, прошедшие отбор, продолжают принимать участие в выборе лучшего проекта сети.

Рис. 10. Окно результатов сортировки

Далее программа приступает к работе с экспертной коллективной оценкой. Появляется окно ввода групповых критериев (рис. 11). Пользователю необходимо ввести параметры групповой оценки.

Рис. 11. Окно ввода групповых критериев

На следующем этапе необходимо ввести матрицу сравнительных оценок групповых критериев (рис. 12), составленную на основе предпочтений ЛПР. Система сама создает таблицу нужных размеров и ожидает ввода информации.



Рис. 12. Окно ввода сравнительных оценок групповых критериев

На следующем этапе вызывается окно экспертных оценок (рис. 13). Здесь каждая строчка соответствует одному специалисту и его оценкам. При нажатии кнопки «Добавить» происходит вызов дочернего окна (рис. 14), где происходит добавление нового эксперта и его оценок каждой паре альтернатив по каждому критерию. При завершении ввода и нажатии кнопки «ОК» дочернее окно закрывается, возвращая управление окну предку, в котором автоматически создается запись в таблице оценок.

Рис. 13. Окно ввода экспертных оценок альтернатив



Рис. 14. Окно добавления нового эксперта и его оценок пар альтернатив по критериям

При нажатии кнопки перехода выводится новое окно добавления информации (рис. 15), где необходимо ввести матрицу сравнительных оценок критериев.

Рис. 15. Окно ввода сравнительных оценок критериев

И, наконец, вызывается последнее окно ввода (рис. 16), где нужно добавить оценки попарного сравнения альтернатив по критериям.



Рис. 16. Окно ввода парных оценок альтернатив по каждому критерию

Система производит необходимые расчеты и выдает последнее окно (рис. 17), где выведена итоговая ценность для каждой альтернативы и красным цветом выделен лучший результат. Завершение программы на кнопку «Завершить».

Рис. 17. Окно результатов

7.3 Программа и методика испытаний

Система поддержки принятия решений для построения сетей доступа должна отвечать следующим требованиям:

- Позволять вводить и редактировать исходные данные (критерии, их значения в виде альтернатив, условия отбора альтернатив, сравнительные оценки критериев и альтернатив);

- Выдавать итоговый результат в виде ранжированного списка альтернатив с указанием наиболее подходящего сетевого проекта;

- Выдавать сообщения об ошибке при попытке неполного ввода данных;

- Учитывать досрочное завершение программы.

Следовательно, вышеуказанные пункты подлежат проверке во время испытаний.

Окна ввода данных (рис. 18) содержат кнопки «Добавить» и «Удалить», редактируемые текстовые поля. Таким образом, пользователь может вводить любые необходимые данные и, в случае ошибки, изменить или удалить неверную информацию.

Рис. 18. Пример окна ввода

Последнее окно программы (рис. 19) выводит столбец рассчитанной итоговой ценности альтернатив в порядке их записи в таблице и выделяет красным цветом наиболее подходящий вариант.

Рис. 19. Окно результатов



При вводе данных при попытке совершить переход к следующему окну, не заполнив все текстовые поля, вызывается окно с предупреждающим сообщением (рис. 20). Программа не продолжит функционировать, пока пользователь не удовлетворит требование системы заполнить пустые поля.

Рис. 20. Уведомление о незаполненных полях

Также программа обрабатывает ситуации, когда оператор не добавил ни одной записи и пытается совершить переход на следующий этап. Например, для целесообразности расчёта необходимо ввести хотя бы один критерий, по которому можно проводить оценку, или хотя бы две альтернативы, чтобы было из чего выбирать. В таких случаях система выдает информирующее окно (рис. 21) и ожидает ввода.

Рис. 21. Уведомление о недостаточном количестве информации

В некоторых случаях возможно досрочное завершение работы программы на первом этапе выбора проекта сети. Такая ситуация возникает, когда после первичной сортировки остается единственный возможный вариант или вообще нет подходящий альтернатив. Система отслеживает количество оставшихся после отбора проектов и завершает работу в случае необходимости (рис. 22).



Рис. 22. Окно досрочного завершения работы



Заключение

В ходе выпускной квалификационной работы были выполнены основные задачи:

- Сформулирована задача построения сети доступа;

- Проведен обзор и анализ методов поддержки принятия решений;

- Разработан метод поддержки принятия решений для построения сетей доступа;

- Разработан алгоритм работы системы поддержки принятия решений для построения сетей доступа;

- Разработано соответствующее программное обеспечение;

- Разработана программная документация.

В результате выполнена главная задача данной работы - разработана система поддержки принятия решений для построения сетей доступа. Она решает проблему выбора проекта корпоративной сети с учетом оценки деятельности компании-интегратора, используемого сетевого оборудования, экспертной оценки предлагаемого решения. Разработанная система позволяет вводить и редактировать критерии отбора проектов сетей, альтернативные варианты проектов, их сравнительные оценки. Анализ и обработка исходных данных происходят с помощью методов поддержки принятия решений. Программное обеспечение имеет простой и понятный пользовательский интерфейс, а также использует базу данных для хранения информации.

Вопреки распространенному мнению, признанный лидер в создании систем поддержки принятия решений пока не идентифицирован до сих пор. Причина в том, что многие многокритериальные задачи требуют индивидуального подхода, основанного на детальном анализе области знаний и выборе наиболее подходящих методов решения. Разработанная система поддержки принятия решений решает узкоспециализированную задачу выбора наиболее подходящего сетевого проекта.

Её использование ускорит и упростит процесс принятия решений, позволяя абстрагироваться от ручного анализа. Если какая-либо компания хочет передать создание своей сетевой инфраструктуры на аутсорсинг, эта система поможет выбрать наиболее подходящий сетевой проект. Таким образом, созданная система выполняет главную цель исследования - помогает пользователю в процессе принятия решения. В недалеком будущем системы поддержки принятия решений прочно войдут в нашу жизнь и будут помогать людям в любой области.



Список использованных источников

1. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Логос, 2002, - 392 с.

2. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1993, - 278 с.

3. Трахтенгерц Э. А. Компьютерная поддержка принятия решений. Научно-практическое издание, - М.: СИНТЕГ, 1998, -- 376 с.

4. Эддоус М., Стэнсфилд Р. Методы принятия решений/ Пер. с англ. под ред. член-корр. РАН И.И. Елисеевой. -- М.: Аудит, ЮНИТИ, 1997.

5. А.В. Вишнеков, Е.М. Иванова Применение методов поддержки принятия решений при построении сетей доступа // Информационные технологии. 2017. Т. 23. № 9. С. 627-634.

Размещено на Allbest.ur