Лекция: Место КСППР с АСУ
Для совершенствования процесса управления и повышения его оперативности были предложены, разработаны, созданы и продолжают создаваться автоматизированные системы управления различного назначения, при этом все чаще и активнее в состав таких систем вводятся СППР
Точкой взаимодействия оператора и технических средств АСУ является подсистема инормационного обеспечения. Поэтому исследователи, которые не рассматривают вопросы эргономического проектирования средств информационного взаимодействия оператора с системой, делают это не обосновано и сознательно ограничивают область исследований, не отвечая на вопрос «кому это нужно?»
Анализ комплекса технических средств АСУ позволяет выделить в ее структуре следующие элементы:
– подсистему сбора информации;
– подсистему обработки информации;
– средства отображения информации;
– лицо, принимающее решения;
– средства взаимодействия человека с системой управления.
Использование СППР в АСУ влияет на такие процессы, как выработка решений и распределение задач между оператором и системой управления. В свою очередь, возникает необходимость согласования технических средств отображения информации, методов управления информационными моделями, разработки алгоритмов деятельности операторов, а так же отбора и подготовки операторов для работы с такими системами.
Результаты анализа работ в предметной области «информационное обеспечение деятельности оператора» позволяют сформулировать положение, которое можно считать определяющим при проектировании ИМ. Информационные модели и их фрагменты должны обеспечивать не только эффективный поиск и восприятие информации о проблемной ситуации, но и формирование оперативного образа этой ситуации в сознании оператора, т.е. ее концептуальной модели. В таком случае, необходимо использовать возможности СППР по формированию качественных оценок и обобщающих характеристик.
Таким образом, в состав задач разработки системы информационного обеспечения деятельности оператора необходимо, наряду с существующими задачами, ввести следующие:
– распределение задач между оператором и техническими средствами;
– выявление задач, которые решаются СППР, установление понятий, которыми они оперируют и формирование алфавита их кодирования;
– определение информативности информационных признаков и понятий, которыми оперирует СППР и их согласование с возможностями оператора по их обработке;
– уточнение алгоритмов работы оператора в условиях использования СППР, учет общей неопределенности результатов работы СППР, особенно в критических условиях функционирования;
– согласование возможностей оператора по обработке информации и информацией представляемой на средствах отображения.
Использование при построении систем управления СППР приводит к необходимости переосмысления деятельности оператора, и как следствие, к однозначному определению роли и места СППР в общей структуре системы, пересмотру перечня задач разработки системы информационного обеспечения деятельности оператора
Введенная систематизация существующих систем управления и тенденций их создания и развития позволяет предположить базовым направлением их совершенствования дальнейшую широкую интеллектуализацию с возможностью передачи решения ряда задач, ранее свойственных только человеку.
Вопрос 11: Объективные и субъективные измерения.
В процессе принятия решений ЛПР и эксперты формируют ситуации, цели, ограничения, варианты решений и производят измерение их характеристик. Эти измерения могут носить качественный или количественный характер и могут быть объективными или субъективными. Объективные качественные или количественные измерения производятся измерительными приборами, действие которых основано на использовании физических законов. Измерение определяется как процедура сравнения объектов по определенным показателям (признакам). В это определение включены три понятия: объекты, показатели и процедура сравнения. Объектами могут быть предметы, явления, события, решения и т.п. В качестве показателей сравнения объектов используются пространственные, временные, физические, физиологические, социологические, психологические и другие свойства и характеристики объектов. Процедура сравнения включает определение отношений между объектами и способ их сравнения. Введение конкретных показателей сравнения позволяет установить отношения между объектами: “больше”, “меньше”, “равны”, “хуже”, “предпочтительнее”. Отношение является самой общей формой описания связей между объектами. Частным случаем отношения является функция. Бинарное отношение связывает 2 объекта. Если все объекты из множества X сравнимы между собой по этому отношению, то отношение R называется полным (совершенным, линейным). Если не все объекты сравнимы по отношению R, то оно называется неполным (несовершенным, нелинейным, частичным). Частным случаем отношения является функция. Различают следующие типы отношений: эквивалентности, строгого порядка и нестрогого порядка (квазипорядка). Отношение эквивалентности содержательно интерпретируется как взаимозаменяемость, одинаковость объектов. Отношение строгого порядка может интерпретироваться как предпочтительность одного объекта по сравнению с другим объектом. Отношение нестрогого порядка есть объединение отношений строгого порядка и эквивалентности.
Числовая система используется для унификации процесса измерения. Измерение заключается в отображении объектов эмпирической системы на множество чисел в числовой системе таким образом, чтобы отношения между числами, отображающими объекты, сохраняли отношения между самими объектами. Представление эмпирической системы с помощью числовой системы осуществляется с использованием различных шкал: наименований; порядковая; интервалов; отношений; разностей; абсолютная.
Вопрос 12: Измерения при формировании решений: ранжирование, парное сравнение, непосредственная оценка.
При формировании ситуаций, целей, ограничений и вариантов решений лиц принимающих решения и эксперты производят объективные и субъективные измерения характеристик достоверности, важности и предпочтительности. Для осуществления субъективных измерений применяются различные методы, наиболее употребительными из которых являются: ранжирование, парное сравнение, непосредственная оценка и последовательное сравнение.
При описании методов предположим, что имеется конечное число измеряемых объектов X=(x1,…,xm) и сформулирован один или несколько признаков сравнения, по которым осуществляется сравнение свойств объектов. Следовательно, методы измерения будут различаться лишь процедурой сравнения объектов. Эта процедура включает построение отношений между объектами эмпирической системы, выбор отображающей функции f и определение типа шкалы измерений.
Ранжирование. На основе знаний и опыта ЛПР или эксперт располагает объекты в порядке предпочтения, руководствуясь одним или несколькими выбранными показателями сравнения, и приписывает им соответствующие числовые представления. Эти числовые представления могут быть любыми, но должны удовлетворять единственному условию — их последовательность должна быть монотонна. В практике ранжирования чаще всего в качестве числового представления последовательности упорядоченных объектов используется натуральный ряд чисел, называемых рангами и обозначаемых буквой r. При этом наиболее предпочтительному объекту присваивается ранг 1, а по мере убывания предпочтения значение ранга возрастает. Эквивалентным объектам присваиваются одинаковые ранги. Если объекты неразличимы, то вводится понятие связного ранга – среднее арифметическое между соседними рангами. Связные ранги могут быть дробными.
При проведении группового ранжирования для m объектов с участием d экспертов получаем матрицу (таблицу) размером m*d. Аналогичный вид таблица имеет при проведении ранжирования 1 экспертом для m объектов на основании данных d критериев.
Достоинством ранжирования как метода субъективного измерения является простота осуществления процедур, не требующая какого-либо трудоемкого обучения экспертов. Недостатком ранжирования является практическая невозможность упорядочения большого числа объектов.
Попарное сравнение. Парное сравнение представляет собой процедуру установления предпочтения объектов при сравнении всех возможных пар. При сравнении пары объектов возможно либо отношение строгого порядка, либо отношение эквивалентности. Если объект предпочтительнее другого, то 1, в противном случае 0. Результаты сравнения всех пар объектов удобно представлять в виде матрицы. Если сравнение пар объектов производится отдельно по различным показателям или сравнение осуществляет группа экспертов, то по каждому показателю или эксперту составляется своя таблица результатов парных сравнений. Ранжирование объектов можно провести следующим способом: Производят суммирование элементов матрицы парных сравнений в пределах каждой строки. В результате получают значения сумм по каждой строке матрицы. Полученные суммы располагают в порядке убывания их значений, что соответствует расположению объектов по убыванию их предпочтительности.
Для проведения попарного сравнения может использоваться 9-бальная шкала:
1- объекты неразличимы, одинаковая значимость.
3 — слабое преобладание.
5 – существенное преобладание.
7 – очевидное преобладание.
9 – абсолютное преобладание. 2,4,6,8 – промежуточные значения преобладания.
Если приоритет объекта 1 над объектом 2 составляет величину b, то приоритет объекта 2 над 1 – 1/b. Теорема: матрица попарного сравнения непротиворечива тогда и только тогда, когда λmax=n, где n – число сравниваемых объектов, λmax – максимальное значение нормированного собственного вектора матрицы.
Индекс согласованности: ИС = (λmax-n)/(n-1), если ИС = 0.1 – 0.2, то матрица попарного сравнения согласована.
Непосредственная оценка (метод базовых шкал). Непосредственная оценка представляет собой процедуру приписывания объектам числовых значений в шкале интервалов. ЛПР или эксперту необходимо поставить в соответствие каждому объекту точку на определенном отрезке числовой оси. При этом эквивалентным объектам приписываются одинаковые числа.
Переход от размерного показателя к балльной оценке осуществим по формуле:
А – значение размерного показателя;
Min и Max – границы интервала размерного показателя;
x– балльная оценка показателя.
Применяются 5-, 10- и 100-балльные шкалы.
Вопрос 13: Виды неопределенностей в принятии решений и их измерение.
Термин неопределенность был предложен F.H. Knight в 1933г… Смысл термина заключался в том, что руководитель не знает или не может точно оценить состояние окружающей среды и резуль-таты, проистекающие из нахождения среды в этом состоянии. Неопределенности часто разделяют на три класса [3.3]: неопределенности, связанные с неполнотой наших знаний о проблеме, по которой принимается решение; неопределенность, связанная с невозможностью точного учета реакции окружающей среды на наши действия, и, наконец, неточное понимание своих целей лицом, принимающим решения.
Способом снятия этих неопределенностей в процессе принятия решений является субъективная оценка руководителем (экспертом) создавшейся ситуации (варианта решения) на основе его знаний, опыта и интуиции.
Неопределенность, связанную с невозможностью точного учета реакции окружающей среды на наши действия, можно подразделить на внешнюю, внутреннюю и личную.
Внешняя неопределенность связана с факторами, находящимися в очень слабой степени зависимости от воли руководителя или вне его контроля. Точная оценка и прогноз влияния этих факторов на решаемую проблему затруднительна.
Внутренняя неопределенность связана с факторами, на которые руководитель может оказать достаточно сильное влияние. Оценка каждой из этих составляющих в значительной степени также производится на основе субъективных оценок и предпочтений руководителя.
Личная неопределенность связана с колебаниями в выборе средств достижения цели, сомнениями в выборе и оценке критериев, выбором математических моделей и т.д. Этот вид неопределенности
преодолевается руководителем или экспертом на основе своего субъективного опыта, образования и привычек, а выражается в субъективных оценках и предпочтениях.
Степень неопределенности зависит от:
— точности измерений;
— сложности ситуации;
— временных ограничений;
— доступности альтернатив;
— неясности результатов, полученных после реализации решения;
— четкости предпочтений руководителя возможным результатам, полученным после принятия того или иного решения;
Методы оценки неопределенности:
1. Использование субъективной вероятности. В основе подхода лежит предположение, что вероятностные оценки определяются отношением наблюдателя к системе и характером его восприятия происходящих событий. Фактически вероятность рассматривается, как субъективная мера убежденности (веры) наблюдателя, соответствующая его знаниям и опыту, в истинности (или ложности) предложенного ему утверждения (высказывания).
Пусть специалист, принимающий решение, должен осуществить выбор из конечного множества альтернатив: A = {a / i = 1, ..., m}. Последствия каждой альтернативы ему ясны не вполне. Они зависят от внешних факторов или состояний, находящихся вне контроля руководителя (внешняя неопределенность). Будем считать, что таких состояний также конечное множество Q = {qj / j = 1, ..., n}. Выбирая альтернативу ai для состояния qj, приходим к последствию cij, лежащему в соответствующем пространстве C. Таким образом, связываются состояния объекта, альтернатива выбора (решение) и последствия принятого решения.
Введем две функции:
— субъективной вероятности P(*), которая отражает представления руководителя о возможных или правдоподобных состояниях мира;
— полезности U(*), которая представляет предпочтения руководителя.
Возможные альтернативы могут быть ранжированы по правилам:
U(ai )=ΣP(q j )U(cij ), i = 1,..., n
Последствия выбора альтернативы ai определяется cij. Отсюда требования достаточно полной характеристики cij через некоторый набор атрибутов cij = (cij1,...,cijp ). Таким образом, cij становится p-мерным вектором.
2. Использование нечетких множеств. Преимущество подхода нечеткой логики перед классическим подходом при использовании их в системах управления заключается в том, что при нечетком подходе аналитическое описание процесса может не делаться. Во многих случаях достаточно только профессионального описания того, как процессом управляет опытный оператор, в то время как при классическом подходе необходимо аналитическое описание самого процесса.
Одним из краеугольных камней теории нечетких множеств является функция принадлежности к некоторому множеству μА(ui). Ее основная особенность заключается в том, что она характеризует субъективное представление руководителя о характере какого-либо процесса или свойствах некоторого объекта. Значение функции принадлежности μА(ui) определяется экспертом или руководителем.
Теперь покажем связь между функцией распределения вероятности, функцией принадлежности множеству и лингвистическими переменными.
Введем понятие нечеткого графика. Нечеткий график f* отображает функциональную зависимость f: X → Y, где Х и Y лингвистические переменные в U и V соответственно. Он служит для аппроксимации представления графа f в форме: f*=Σ(Ai*Bi), где Аi и Bi (i=1,2,...,n) – непрерывные нечеткие подмножества U и V.
Используя понятие нечеткого графика, легко показать связь между функциями распределения вероятности и принадлежности к множеству, когда одна и та же функция описывается как в терминах распределения вероятности, так и в терминах принадлежности множеству.
Прямоугольники характеризуют нечеткие множества, а кривая – распределение вероятности.