УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК G06G7/122 G06G7/48 

Изобретение относится к области специализированной вычислительной техники, а именно - к устройствам для выбора оптимальных решений, и может найти применение при выборе оптимальных решений из ряда возможных вариантов как при проектировании, так и в процессе эксплуатации различных больших и сложных систем.

Известно устройство для выбора оптимальных решений [1], содержащее датчики оцениваемой ситуации и важности параметров, блоки установки весовых коэффициентов, схемы обобщения первого и второго уровней, логические и пороговые схемы, исполнительный блок. Недостатками этого устройства являются сравнительно большая сложность его построения и малые функциональные возможности.

За прототип данного изобретения принято "Устройство для выбора оптимальных решений" [2] , содержащее в своем составе матрицу элементов памяти показателей, группу блоков выбора максимума, группу блоков выбора минимума, вычитатель, коммутирующие элементы, умножители первой группы, умножители второй группы, группу сумматоров, группу индикаторов и несколько шин, в частности шину задания режима максимизации выигрыша, шину задания режима минимизации потерь и шину задания показателя оптимизма.

Исходными данными для работы устройства-прототипа являются совокупность рассматриваемых вариантов, каждый из которых описывается определенным количеством однотипных частных показателей, а также общие для всех вариантов показатель оптимизма и режим работы - максимизация выигрыша или минимизация потерь.

Работа устройства-прототипа представляет собой процесс вычисления для каждого из рассматриваемых вариантов обобщенного показателя качества, выражаемого в виде суммы двух произведений. Одним из сомножителей каждого произведения является задаваемый показатель оптимизма либо его дополнение до единицы. Вторым сомножителем одного ив произведений является максимальное значение, а другого - минимальное значение из совокупности всех частных показателей, характеризующих данный вариант.

Из приведенного описания следует, что основным недостатком устройства-прототипа является ограниченность его функциональных возможностей, заключающаяся в том, что он не обеспечивает выбор оптимального варианта на основе широко используемого на практике так называемого "метода справедливого компромисса" [3].

Сущность метода справедливого компромисса состоит в следующем. Рассматриваются два возможных варианта (либо состояния) какой-либо сложной системы, например R₁ и R₂, каждый из которых задается только двумя показателями, "a" и "b", т. е. R₁(a₁,b₁) и R₂(a₂,b₂). Указанные показатели ("a₁" и "b₁") являются относительными, т. е. численное значение каждого из них находится в пределах от 0 до 1, и они равноценны между собой по значимости.

Сопоставление вариантов R₁ и R₂ с целью выявления наилучшего (оптимального) из них осуществляется путем вычислений по каждой паре их одноименных показателей так называемой "цены уступки" (или меры относительной эффективности) "φ" , соответственно ϕ_a и ϕ_в , с последующей обработкой полученных результатов.

Значения ϕ_a и ϕ_в вычисляются согласно выражениям:


где a_min - минимальное значение из совокупности a₁ и a₂:
b_min минимальное значение из совокупности b₁ и b₂.

Обработка полученных результатов заключается в вычислении суммы
φ = ϕ_a+ϕ_в, (3)
и анализе полученной величины φ .

Так, если φ окажется положительной величиной, то наилучшим из сравниваемых вариантов признается первый, т.е. R₁; если φ окажется равной нулю, то оба варианта признаются равнозначными; если же φ окажется отрицательной величиной, то наилучшим признается второй вариант, т.е. R₂.

Как уже было отмечено выше, устройство-прототип в силу ограниченности его функциональных возможностей не позволяет осуществлять выбор оптимального варианта (решения) на основе метода справедливого компромисса.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для выбора оптимальных решений, заключающееся в определении лучшего варианта на основе метода справедливого компромисса.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря дополнительному введению в его состав второго вычитателя, первого и второго делителей, и анализатора величины сигнала при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными составными частями устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах элементов памяти показателей, блоков выбора минимума, вычитателя, сумматора и индикаторов известно. Однако благодаря введению в состав устройства дополнительно второго вычитателя, первого и второго делителей и анализатора величины сигнала при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими элементами устройства, появляются новые свойства заявляемого устройства, заключающиеся в расширении его функциональных возможностей, а именно - в выявлении наилучшего из рассматриваемых вариантов на основе метода справедливого компромисса. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений.

На чертеже составные части предлагаемого устройства обозначены следующим образом:
1 - первый элемент памяти показателей;
2 - второй элемент памяти показателей;
3 - третий элемент памяти показателей;
4 - четвертый элемент памяти показателей;
5 - первый блок выбора минимума;
6 - второй блок выбора минимума;
7 - первый вычитатель;
8 - второй вычитатель;
9 - первый делитель;
10 - второй делитель;
11 - сумматор;
12 - анализатор величины сигнала;
13 - первый индикатор;
14 - второй индикатор;
15 - третий индикатор.

Таким образом, в состав предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений входят четыре элемента (1-4) памяти показателей, два блока (5, 6) выбора минимума, два вычитателя (7, 8), два делителя (9, 10), один сумматор 11, один, анализатор 12 величины сигнала и три индикатора (13-15).

Каждый блок (5 и 6) выбора минимума имеет по два входа и одному выходу. Их задачей является выбор из двух величин, поступающих на входы, наименьшей, и передача ее на выход.

Каждый вычитатель (7 и 8) имеет по два входа и одному выходу. Назначением вычитателей является вычитание из величины сигнала, поступающего по первому входу, величины сигнала, поступающего по второму входу, и выдача полученной разницы на выход.

Каждый делитель (9 и 10) имеет по два входа и одному выходу. Их задачей является деление величины сигнала, поступающего по первому входу, на величину сигнала, поступающего по второму входу, и выдача полученной величины частного на выход.

Сумматор 11 имеет два входа и один выход. Его назначением является алгебраическое суммирование величин двух сигналов, поступающих по его входам, и выдача полученной суммы на выход.

Анализатор 12 величины сигнала имеет один вход и три выхода. Его задачей является анализ величины поступающего на вход сигнала и выдача в соответствии с ней выходного сигнала на один из трех выходов. При этом, если входной сигнал представляет собой положительную величину, т.е. больше нуля, то выходной сигнал должен появиться на первом выходе; если величина входного сигнала будет равна нулю - на втором выходе; если же величина входного сигнала окажется меньше нуля - на третьем выходе.

Составные части, образующие предлагаемое устройство, соединены между собой следующим образом:
выходы первого 1 и второго 2 элементов памяти показателей подключены к первым входам соответственно первых и вторых блоков (5, 6) выбора минимума и вычитателей (7, 8);
выходы третьего 3 и четвертого 4 элементов памяти показателей подключены ко вторым входам соответственно первых и вторых блоков (5, 6) выбора минимума и вычитателей (7, 8);
выходы первого 7 и второго 8 вычитателей подключены к первым входам соответственно первого 9 и второго 10 делителей;
выходы первого 5 и второго 6 блоков выбора минимума подключены ко вторым входам соответственно первого 9 и второго 10 делителей;
выходы первого 9 и второго 10 делителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 11;
выход сумматора 11 подключен ко входу анализатора 12 величины сигнала, каждый из трех выходов которого подключен ко входу соответственно первого 13, второго 14 и третьего 15 индикатора.

Работает устройство для выбора оптимальных решений следующим образом.

В процессе подготовки устройства к работе значения первого и второго показателей первого варианта - R₁, т.е. "a₁" и "n₁", записываются соответственно в первый 1 и второй и элементы памяти показателей, а значения первого и второго показателей второго варианта - R₂, т.е. "a₂" и "b₂", записываются соответственно в третий 3 и четвертый 4 элементы памяти показателей.

В результате поступления с выходов первого 1 и третьего 3 элементов памяти показателей первых показателей первого и второго вариантов, т.е. "a₁" и "a₂", соответственно на первые и вторые входы первого блока 5 выбора минимума и первого вычитателя 7, на выходе первого блока 5 выбора минимума появится сигнал, представляющий собой минимальное значение из этих двух показателей, т. е. a_min, и он поступает на второй вход первого делителя 9, а на выходе первого вычитателя 7 появится сигнал, представляющий собой разность величин этих двух показателей, и он поступает на первый вход первого делителя 9.

В результате поступления входных сигналов на входы первого делителя 9, на его выходе появится сигнал ϕ_a , величина которого соответствует выражению (1), а именно:

Этот сигнал поступает на первый вход сумматора 11.

Аналогичным образом работает и вторая часть устройства, а именно: в результате поступления с выходов второго 2 и четвертого 4 элементов памяти показателей вторых показателей первого и второго вариантов, т.е. "b₁" и "b₂", соответственно на первые и вторые входы второго 6 блока выбора минимума и второго 8 вычитателя, на выходе второго блока 6 выбора минимума появится сигнал, представляющий собой минимальное значение из этих двух показателей, т. е. b_min, и он поступает на второй вход второго делителя 10, а на выходе второго вычитателя 8 появится сигнал, представляющий собой разность величин этих двух показателей, и он поступает на первый вход второго делителя 10.

В результате поступления входных сигналов на входы второго делителя 10, на его выходе появится сигнал ϕ_в , величина которого соответствует выражению (2), а именно:

Этот сигнал поступает на второй вход сумматора 11.

В результате поступления на входы сумматора 11 сигналов, представляющих собой значения ϕ_a и ϕ_в , на его выходе появится сигнал, представляющий собой их алгебраическую сумму, то есть φ = ϕ_a+ϕ_в , соответствующее выражению (3). Этот суммарный сигнал поступает на вход анализатора 12 величины сигнала, в котором, в зависимости от величины сигнала появляется выходной сигнал на одном из его трех выходов. Так, если величина φ будет больше нуля, что свидетельствует о превосходстве первого варианта над вторым, выходной сигнал появится на первом выходе и поступит соответственно на первый индикатор 13, вызывая тем самым его срабатывание; если величина сигнала φ будет равна нулю, что свидетельствует о равнозначности обоих рассматриваемых вариантов, то выходной сигнал появится на втором выходе и поступит соответственно на второй индикатор 14, вызывая тем самым его срабатывание; если же величина φ будет меньше нуля, что свидетельствует о превосходстве второго варианта над первым, выходной сигнал появится на третьем выходе и поступит соответственно на третий индикатор 15, вызывая тем самым его срабатывание.

Как видно из приведенного описания, в предложенном устройстве в отличие от прототипа осуществляются вычисление "меры относительной эффективности" рассматриваемых вариантов и анализ полученной величины в соответствии с положениями метода справедливого компромисса с последующей индикацией найденного решения.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предполагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в определении лучшего варианта на основе метода справедливого компромисса, - достигнута.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими сложными системами и процессами, а также в проектных организациях, занимающихся их разработкой.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении оперативности и качества принимаемых решений при управлении соответствующими сложными системами, а следовательно - в повышении эффективности их функционирования.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства зависит в первую очередь от назначения, важности и сложности исследуемых систем; ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных системах и объектах.

Источники информации
1. А. с. СССР N 344443, МКИ G 06 F 15/18, 1972, БИ N 21.

2. А. с. СССР N 1640716, МКИ G 06 G 7/122, 1991, БИ N 13, (прототип).

3. Давлетшин Г. З. Методы многокритериальной оптимизации параметров технических систем. Оценка их качества. Монография. - Калининград, М.о.: ЦНИИмаш, 1993, - с. 76-77.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в сложных системах при выборе оптимальных решений из ряда возможных вариантов. В состав устройства входят четыре элемента памяти показателей, два блока выбора минимума, вычитатель, сумматор и группа из трех индикаторов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет определения лучшего варианта на основе метода справедливого компромисса. Устройство содержит дополнительно вычитатели, делители, анализатор величины сигнала, элементы памяти показателей, блоки выбора минимума, сумматор и индикаторы. 1 ил.

Устройство для выбора оптимальных решений, содержащее четыре элемента памяти показателей, два блока выбора минимума, первый вычитатель, сумматор и три индикатора, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены второй вычитатель, первый и второй делители и анализатор величины сигнала, при этом выходы первого и второго элементов памяти показателей подключены к первым входам соответственно первых и вторых блоков выбора минимума и вычитателей, выходы третьего и четвертого элементов памяти показателей подключены ко вторым входам соответственно первых и вторых блоков выбора минимума и вычитателей, выходы первого и второго вычитателей подключены к первым входам соответственно первого и второго делителей, выходы первого и второго блоков выбора минимума подключены ко вторым входам соответственно первого и второго делителей, выходы первого и второго делителей подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход сумматора подключен ко входу анализатора величины сигнала, каждый из трех выходов которого подключен ко входу соответствующего индикатора.