УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК G06G7/122 

Предлагаемое 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, в частности телекоммуникационных систем связи.

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 изобретения принято "Устройство для выбора оптимальных решений" [2], содержащее в своем составе матрицу элементов памяти показателей, блоки выбора максимума, блоки выбора минимума, вычитатель, коммутирующие элементы, две группы умножителей, группу сумматоров, группу индикаторов и несколько шин задания исходных данных.

Работа устройства-прототипа представляет собой процесс вычисления для каждого из рассматриваемых вариантов обобщенного показателя качества, выражаемого в виде суммы двух произведений. В качестве сомножителей используются максимальное и минимальное значения из совокупности всех частных показателей, характеризующих данный вариант, а также задаваемый показатель оптимизма либо его дополнение до единицы.

В качестве основного недостатка устройства-прототипа следует отметить ограниченность его функциональных возможностей, заключающуюся в том, что оно не обеспечивает выбор оптимального варианта на основе широко используемого на практике так называемого "метода главного критерия" [3].

Сущность метода главного критерия состоит в следующем. Рассматриваются несколько, обозначим их число через N (N≥2), вариантов состояния какой-либо сложной системы, каждый из которых задан совокупностью из М (М≥2) строго упорядоченных (ранжированных) по важности показателей.

Сравнение вариантов осуществляется путем поочередного сопоставления их однотипных параметров. При этом в первую очередь сравниваются их первые, наиболее важные показатели, и лучшим признается тот вариант, у которого значение этого показателя будет большим. Если же величины первых показателей каких-либо двух или большего количества вариантов окажутся одинаковыми, то переходят к сравнению значений вторых показателей этих вариантов, и лучшим признается тот вариант, у которого значение второго показателя окажется большим. Если же значения и вторых показателей у двух либо большего количества вариантов окажутся равными между собой, то переходят к сравнению значений третьих показателей этих вариантов, и т.д. до тех пор, пока не будет выявлено первое превосходство показателя очередного параметра одного из вариантов над показателем соответствующего параметра другого варианта или вариантов; вариант, сравниваемый показатель которого будет большим, и признается лучшим вариантом. Если же большие значения всех показателей нескольких или даже всех сравниваемых вариантов окажутся попарно равными между собой, то такие варианты признаются эквивалентными, т.е. равноценными между собой.

Как уже было отмечено выше, устройство-прототип в силу ограниченности своих функциональных возможностей не позволяет осуществлять выбор лучшего варианта на основе метода главного критерия.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода главного критерия.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря дополнительному введению в его состав М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, (М-1) групп элементов запрета по N элементов в каждой группе, (М-1) групп элементов ИЛИ, имеющих по (N-1) входу, по (N-1) элементу в группе, и N элементов ИЛИ, имеющих по М входов, при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными элементами 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 и индикаторов известно. Однако, благодаря дополнительному введению в состав устройства М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, (М-1) групп элементов запрета по N элементов в каждой группе, (М-1) групп элементов ИЛИ, имеющих по (N-1) входу, по (N-1) элементу в группе, и N элементов ИЛИ, имеющих по М входов, 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 осуществлении определения лучшего (оптимального) варианта на основе метода главного критерия. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений. Составные части предлагаемого устройства обозначены следующим образом:

1 - элементы памяти показателей, образующие матрицу размерностью N×M;

2 - блоки выбора максимума;

3 - ключи, образующие (М-1) группу по N ключей в каждой группе;

4 - элементы запрета, образующие (М-1) группу по N элементов в каждой группе;

5 - элементы ИЛИ, имеющие по (N-1) входу и образующие (М-1) группу по (N-1) элементу в группе;

6 - элементы ИЛИ, имеющие по М входов;

7 - индикаторы.

Блоки выбора максимума 2 имеют по N входов и N выходов, при этом каждому входу соответствует свой выход. Задачей этих блоков является анализ значений величин сигналов, поступающих на их входы, выбор из них максимального значения и выдача выходного сигнала на соответствующем выходе. Если же окажется, что несколько входных сигналов имеют равные между собой, но наибольшие по сравнению с другими входными сигналами значения, возможно, что как крайний случай все входные сигналы имеют равные между собой значения, то выходные сигналы должны появиться одновременно на всех соответствующих выходах.

Ключи 3 имеют по два входа, один из которых информационный, а другой - управляющий, и по одному выходу. Их задачей является обеспечение прохождения входного сигнала, поступившего по информационному входу, на выход только при условии поступления управляющего сигнала на управляющий вход.

Элементы запрета 4 имеют по два входа, один из которых информационный, а другой - управляющий, и по одному выходу. Их задачей является запрет прохождения входного сигнала, поступившего по информационному входу, на выход при условии поступления управляющего сигнала на управляющий вход.

Составные части, образующие предлагаемое устройство, соединены между собой следующим образом:

выходы элементов памяти показателей первого столбца матрицы N×M подключены к соответствующим входам первого блока выбора максимума;

выходы элементов памяти показателей последующих (М-1) столбцов матрицы N×M подключены к информационным входам соответствующих ключей соответствующих групп, выходы которых подключены к соответствующим входам последующих (М-1) блоков выбора максимума;

выходы первых (М-1) блоков выбора максимума подключены к информационным входам соответствующих элементов запрета соответствующих групп, ко входам всех, кроме одного с ними порядкового номера, элементов ИЛИ, имеющих по (N-1) входу, соответствующей группы, и к управляющим входам соответствующих ключей группы, относящейся к последующему блоку выбора максимума;

выходы элементов запрета одного порядкового номера всех групп, совместно с одноименным выходом М-го блока выбора максимума подключены ко входам соответствующих элементов ИЛИ, имеющих по М входов, выходы которых соединены со входами соответствующих индикаторов.

Работает предлагаемое устройство для выбора оптимальных решений методом главного критерия следующим образом.

В процессе подготовки устройства к работе в каждый из элементов памяти показателей 1 каждой строки матрицы N×M записываются значения соответствующих М показателей в порядке убывания их важности соответствующих сопоставляемых N вариантов.

Работа устройства начинается с того, что на входы первого блока выбора максимума 2 поступают с первых элементов памяти показателей 1 всех N вариантов значения первых, наиболее важных, частных критериев сопоставляемых вариантов.

Если значение первого показателя какого-либо одного варианта окажется больше по сравнению со всеми другими вариантами, то на соответствующем выходе первого блока выбора максимума 2 появится выходной сигнал, который, беспрепятственно пройдя через соответствующий элемент запрета 4 и последующий соответствующий элемент ИЛИ 6, поступает на соответствующий индикатор 7, вызывая тем самым его срабатывание и индикацию оптимального по критерию главного показателя варианта. Работа устройства на этом завершается.

Если же значения первых показателей нескольких (двух либо более) вариантов окажутся равными между собой, то появляются выходные сигналы сразу на нескольких соответствующих выходах первого блока выбора максимума 2.

Эти выходные сигналы, пройдя через соответствующие элементы ИЛИ 5, поступают в качестве управляющих сигналов на управляющие входы соответствующих элементов запрета 4, запрещая тем самым друг другу поступление на входы соответствующих элементов ИЛИ 6, а следовательно, и на входы индикаторов 7.

В то же время эти сигналы поступают на управляющие входы соответствующих ключей 3, относящихся ко вторым параметрам своих вариантов, в результате чего с выходов элементов памяти 1 второго столбца матрицы N×M на входы второго блока выбора максимума 2 поступят значения показателей вторых частных критериев, причем только тех вариантов, значения показателей первых частных критериев которых оказались наибольшими и равными между собой.

Теперь уже если значение второго показателя какого-либо одного из имеющих наибольшее значение первого показателя варианта окажется больше по сравнению с другими вариантами, то на соответствующем выходе второго блока выбора максимума 2 появится выходной сигнал, который, беспрепятственно пройдя через соответствующий элемент запрета 4 и последующий соответствующий элемент ИЛИ 6, поступает на соответствующий индикатор 7, вызывая тем самым его срабатывание и индикацию оптимального по критерию главного показателя варианта. Работа устройства на этом завершается.

Если же значения и вторых показателей нескольких (двух либо более) вариантов окажутся равными между собой, то появляются выходные сигналы сразу на нескольких соответствующих выходах второго блока выбора максимума 2.

Эти выходные сигналы, аналогично описанному выше, также пройдя через соответствующие элементы ИЛИ 5, поступают в качестве управляющих сигналов на управляющие входы соответствующих элементов запрета 4, запрещая тем самым друг другу поступление на входы соответствующих элементов ИЛИ 6, а следовательно, и на входы индикаторов 7. Вместе с тем эти сигналы поступают на управляющие входы соответствующих ключей 3, относящихся к третьим параметрам своих вариантов, в результате чего с выходов элементов памяти 1 третьего столбца матрицы N×M на входы третьего блока выбора максимума 2 поступят значения показателей третьих частных критериев, причем только тех вариантов, значения показателей первых и вторых частных критериев которых оказались наибольшими и равными между собой.

Аналогично изложенному выше процесс поиска оптимального варианта будет происходить до тех пор, пока на каком-либо этапе обнаружится превосходство значения очередного параметра какого-либо одного варианта по сравнению со всеми другими - этот вариант и будет высвечен посредством соответствующего индикатора 7 как наилучший, либо несколько вариантов окажутся идентичными друг с другом по всем показателям - в этом случае выходные сигналы с соответствующих выходов последнего, т.е. М-го блока выбора максимума 2, через соответствующие элементы ИЛИ 6 поступят на входы соответствующих индикаторов 7, вызывая тем самым их срабатывание, а следовательно, и индикацию соответствующих идентичных между собой, но лучших по сравнению с другими, вариантов.

Срабатыванием одного или нескольких индикаторов 7 и завершается процесс сравнения между собой значений ранжированных параметров сопоставляемых вариантов, а следовательно, и выбор из них наилучшего, т.е. оптимального.

Из приведенного описания работы предложенного устройства видно, что в нем, в отличие от прототипа, осуществляется выбор наилучшего (оптимального) из сопоставляемых вариантов на основе метода главного критерия.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода главного критерия, - достигнута.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими сложными объектами 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 объектами, 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 объектов, - ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных объектах.

Источники информации

1. А.с. СССР №344443, МКИ G 06 F 15/18, 1972, БИ №21.

2. Патент РФ №2150743, МКИ G 06 G 7/122, 2000, БИ №16 (прототип).

3. Давлетшин Г.З. Методы многокритериальной оптимизации параметров технических систем. Оценка их качества. - г.Калининград Московской обл.: ЦНИИмаш, 1993, с.61.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для выбора оптимальных решений из ряда возможных вариантов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей на основе метода главного критерия. Устройство содержит матрицу N×M из элементов памяти показателей, N индикаторов, М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, (М-1) групп элементов запрета по N элементов в каждой группе, (М-1) групп элементов ИЛИ, имеющих по (N-1) входу, по (N-1) элементу в группе, и N элементов ИЛИ, имеющих по М входов. 1 ил.

Устройство для выбора оптимальных решений методом главного критерия, содержащее матрицу N×M из элементов памяти показателей и N индикаторов, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов, (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, (М-1) групп элементов запрета по N элементов в каждой группе, (М-1) групп элементов ИЛИ, имеющих по (N-1) входу, по (N-1) элементу в группе, и N элементов ИЛИ, имеющих по М входов, при этом выходы элементов памяти показателей первого столбца матрицы NxM подключены к соответствующим входам первого блока выбора максимума, выходы элементов памяти показателей последующих (М-1) столбцов матрицы N×M подключены к информационным входам соответствующих ключей соответствующих групп, выходы которых подключены к соответствующим входам последующих (М-1) блоков выбора максимума, выходы первых (М-1) блоков выбора максимума подключены к информационным входам соответствующих элементов запрета соответствующих групп, ко входам всех, кроме одного с ними порядкового номера, элементов ИЛИ, имеющих по (N-1) входу, соответствующей группы, и к управляющим входам соответствующих ключей группы, относящейся к последующему блоку выбора максимума, выходы элементов запрета одного порядкового номера всех групп, совместно с одноименным выходом М-го блока выбора максимума подключены ко входам соответствующих элементов ИЛИ, имеющих по М входов, выходы которых соединены со входами соответствующих индикаторов.