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 решении 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 данного 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, 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 (альтернатив), каждый из которых описывается совокупностью однотипных частных показателей, общие для всех вариантов величины показателя 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 сомножигелем одного из 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 минимальных потерь" [3].

Сущность метода минимальных потерь состоит в следующем. Рассматриваются N возможных состояний (вариантов) какой-либо сложной системы, например сети связи. Исследуемая система содержит Q однотипных составных частей (объектов), например направлений связи, каждая из которых характеризуется совокупностью R показателей, например - степенью обеспеченности в канальном ресурсе, устойчивостью связи, относительной величиной рентабельности функционирования и т.д.

Для каждого из рассматриваемых вариантов вычисляется обобщенный показатель его эффективности ϕ_n, определяемый как сумма по каждому из показателей разностей максимального значения из совокупности минимальных значений рассматриваемого показателя каждого из вариантов и минимального значения соответствующего показателя данного варианта, т.е.

где a_nrq - значение r-показателя q-го объекта n-варианта.

В качестве оптимального принимается вариант, характеризующийся наименьшим значением ϕ_n, т.е. вариант, у которого сумма разностей максимальных значений из совокупности минимальных значений по каждому из показателей, взятых из совокупности всех рассматриваемых вариантов, и минимальными значениями соответствующих показателей объектов данного варианта будет наименьшей по сравнению с другими вариантами (альтернативами).

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

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для выбора оптимальных решений, заключающееся в вычислении обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов на основе метода наименьших потерь.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря дополнительному введению в его состав нескольких матриц элементов памяти показателей, нескольких групп блоков выбора минимума и нескольких групп вычитателей 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, блоков выбора максимума, вычитателя, сумматоров и индикаторов известно. Однако благодаря введению в состав устройства дополнительного количества матриц элементов памяти показателей, групп блоков выбора минимума и групп вычитателей при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими элементами устройства появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в расширении его функциональных возможностей, а именно - в реализации вычисления обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов на основе метода наименьших потерь. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений. Данное устройство позволяет одновременно оценивать N вариантов (альтернатив), каждый из которых описывается совокупностью Q однотипных составных частей - объектов, каждый из которых характеризуется совокупностью R показателей.

В состав устройства для выбора оптимальных решений входят:
элементы 1 памяти показателей, образующие N матриц, каждая из которых размерностью RxQ;
блоки 2 выбора минимума, образующие N групп по R блоков в каждой;
блоки 3 выбора максимума, образующие одну группу из R блоков;
вычитатели 4, образующие N групп по R вычитателей в каждой;
сумматоры 5 общим количеством N и индикаторы 6 общим количеством N.

Каждый блок 2 выбора минимума имеет Q входов и один выход.

Каждый блок 3 выбора максимума имеет N входов и одни выход.

Каждый вычитатель 4 имеет два входа и один выход.

Каждый сумматор 5 имеет R входов и один выход.

Каждый индикатор 6 имеет по одному входу
Составные части, образующие предлагаемое устройство, соединены между собой следующим образом:
в каждой из N матриц элементов 1 памяти показателей выходы всех Q элементов 1 памяти показателей каждой r-строки соединены со входами соответствующего r-блока 2 выбора минимума соответствующей n-группы;
выход каждого nr-блока 2 выбора минимума соединен с первым входом соответствующего nr-вычитателя 4 и с одним из входов соответствующего r-блока 3 выбора максимума,
выход каждого r-блока 3 выбора максимума соединен со вторым входом соответствующего r-вычитателя 4 каждой n-группы;
выходы всех R вычитателей 4 каждой n-группы соединены со входами сумматора 5 соответствующей n-группы;
выход каждого сумматора 5 соединен со входом соответствующего индикатора 6.

В процессе подготовки устройства к работе в каждый из RxQ элементов 1 памяти показателей каждой из N матриц записывается относительное значение соответствующего r-показателя соответствующего q-объекта.

Работает устройство для выбора оптимальных решений следующим образом.

В результате поступления с выходов элементов 1 памяти показателей, образующих каждую r-ю строку каждой из N матриц, на входы соответствующих блоков 2 выбора минимума значений однотипных параметров объектов на выходе каждого блока 2 выбора минимума появляется сигнал, представляющий собой т. е. минимальное значение соответствующего r-го показателя из совокупности всех Q объектов соответствующего n-го варианта.

С выходов каждого nr-блока 2 выбора минимума найденное значение поступает на первый вход соответствующего nr-сумматора и на один из входов соответствующего r-блока 3 выбора максимума.

В результате поступления входных сигналов на выходе каждого блока 3 выбора максимума появляется сигнал, представляющий собой т. е. максимальное значение из совокупности минимальных значений соответствующего r-го параметра всех N рассматриваемых вариантов. Выходной сигнал каждого r-го блока 3 выбора максимума поступает на вторые входы r-ых вычитателей 4 каждой из N групп.

В результате поступления входных сигналов на выходе каждого r-вычитателя 4 появляется сигнал, представляющий собой т. е. разницу между максимальным значением из совокупности минимальных значений по соответствующему r-ому показателю, взятых из совокупности всех N рассматриваемых вариантов, и минимальным значением из совокупности соответствующих показателей всех Q объектов данного варианта.

Выходной сигнал каждого nr-го вычитателя 4 поступает на один из входов соответствующего n-го сумматора 5.

В результате суммирования сигналов, поступающих на входы сумматоров 5, на выходе каждого из N сумматоров появляется сигнал, представляющий собой выражение (1), т. е. обобщенное значение показателя соответствующего варианта, полученное на основе метода наименьших потерь. С выходов сумматоров 5 эти сигналы-значения поступают на входы соответствующих индикаторов 6, где и высвечиваются.

Оператору остается только проанализировать высвеченные значения обобщенных показателей рассматриваемых вариантов и выбрать в качестве оптимального тот вариант, значение обобщенного показателя которого будет наименьшим.

Как видно из приведенного описания, в предложенном устройстве в отличие от прототипа осуществляется вычисление обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов на основе метода наименьших потерь [3].

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в вычислении обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов на основе метода наименьших потерь, 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.

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. Калиниград, 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. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, заключающееся в вычислении обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов на основе метода наименьших потерь. Устройство содержит матрицы элементов памяти показателей, блоки выбора максимума, блоки выбора минимума, группу сумматоров и группу индикаторов и вычитатели. 1 ил.

Устройство для выбора оптимальных решений, содержащее группу из N сумматоров и группу из N индикаторов, причем выход каждого сумматора соединен со входом соответствующего индикатора, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены N матриц размерностью RxQ элементов памяти показателей, N групп по R блоков выбора минимума, группа из R блоков выбора максимума и N групп по R вычитателей, при этом в каждой матрице элементов памяти показателей выходы всех Q элементов памяти показателей каждой строки соединены со входами соответствующего блока выбора минимума соответствующей группы, выход каждого блока выбора минимума соединен с первым входом соответствующего вычитателя соответствующей группы и с одним из входов соответствующего блока выбора максимума, выход каждого блока выбора максимума соединен со вторыми входами одноименных вычитателей каждой группы, выходы всех R вычитателей каждой группы соединены со входами сумматора соответствующей группы.