Устройство для решения задач планирования экспериментов Советский патент 1987 года по МПК G06F17/00 

1317450

14. Изобретение позволило повысить мов, оптимальных пи , критерию обосно- точность решения задач планирования ванности значения каждого параметра экспериментов за счет выбора алгорит- -управления. 1 ил., 2 табл.

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов (задач) для решения многоцелевой информационно-расчетной подсистемой АСУ в интересах подготовки количественных данных для составления планов и принятия решений при одновременной оптимизации набора задач с точки зрения обоснованности выдаваемых ими данных и информирования лица, принимающего решение (л.п.р.) о степени обоснованности параметров плана управления.

Цель изобретения - повьшение точности устройства.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов , счетчик 2, группу 3 ключей группу 4 регистров, элемент ИЛИ 5, дешифратор 6, коммутатор 7 решающий блок 8, блок 9 регистров памяти, блок 10 выбора максимального числа, вход И 11 задания режима устройства, блок 12 умножения, дешифратор 13, накапливающий сумматор 14, элемент И 15. блок 16 вычитания, распределитель 17 импульсов, блок 18 регистра, блок 19 элементов И, блок 20 регистрации, блоки 21-26 деления блоки 27-29, сумматоры 30-32, блок 33 вычитания, блок 34 деления, блок 35 вычитания, блоки 36 и 37 извлечения квадратного корня, блок 38 регистр 39, элемент И 40, регистр 41, элементы И 42-44 и дешифратор 45.

Пусть задано множество целей управления ,-}, i,M, преследуемых автоматизированным органом управления. Пусть для достижения цели Z; необходимо определить значения для N параметров управления, где j l „N; . Причем параметры -, j l,Nj представляют собой средние значения, определяемые по множеству реализации-алгоритма из множества пЛ . Каждая реализация моделирует

i

одну ситуацию управляемого процесса. Каждая ситуация характеризуется состоянием объекта управления, условиями среды и т.п. Практически количество ситуаций не ограничено,

Пусть каждый параметр может быть вычислен одним из п- алгоритмов, детализацией входных и экзоген- ных данных, точностью экзогенных данных, сложностью вычислений, выраженной количеством элементарных операций. В зависимости от оперативного времени tj , отводимого для подготовки количественных данных ( i.) ДДЯ цели управления Zj, погрешности исходных данных ., имеющихся априорных сведений о параметре ,С (характеристика накопленного опыта) наиболее обоснованное решение о значении параметра }-- может быть принято на основе количественных данных одного определенного алгоритма из ь-шожества п;. Степень обоснованности значения параметра i, определяют следующим образом:

о - if

Я йр,.

(1)

0

5

где R;.

S0

показатель обоснованности : -го параметра управления для цели управления Z , вычисленного с помощью Tj-го алгоритма; г.1,п:; Ценность информации, доставляемой Г -м алгоритмом по О- -му параметру для цели управления Z-, и ценность полной информации, которой необходимо располагать для принятия абсолютно правильного решения о значении параметра tf., соответственно.

45

Выражение (1) может быть приведено к виду (2):

li:.ck l: :c;i Yi:zbiiiEpL 3E iL: l

(1+ --) -

де C. - коэффициент, учитывающий априорные сведения (накопленный опыт) о значении fO параметра для цели управления 2. ;

t. - оперативное .время, отводимое на подготовку количест- венных данных (., i l,N;); f5 V - мощность вычислительных средств (операций/с), на которых реализуется г--и алгоритм;

G - сложность (количество эле- 20 J ментарных .операций) вычислений по Г -му алгоритму; Р - заданная вероятность своевременного получения количественных данных; 25 . ,6 -. средняя погрешность экзо- 1 генных данных, используемых в Г;-м алгоритме, и входной информации по У- -му параметру, соответственно; 30 , Ij. - общее количество факторов, учитываемых Г -м алгоритмом, ,и количество факторов, непосредственно измеряемых соответственно, (входные j данные остальных k.-1. факторов не измеряются непосредственно, а учитываются через экзогенные данные). Доказано, что интегральной харак- 40 теристикой эффективности использования для составления плана управления ри заданной цели Z управления явяется показатель потерь (ресурсов, средств и т.п.) вида:45

3,n.-W.;(3)

где П. - потери, возникающие при заданной цели Z. управления; W. - степень риска (необоснован- Q ности) плана управления, состоящего из N. параметров управления при заданной цели /. управления.. N;

,

где ot U - информационный вес j-ro

параметра управления в це(2)

(1+ --) -

fOf5

20 2530j я40 45

Q

55

левой функции с точки зрения ценности информации, содержащейся в показателе , для достижения цели , ,

N,-

1,1

,г, 1

,- гj |- максимальное значение степени обоснованности показателя управления t..

Как видно из (4), увеличение степени обоснованности R.,- уменьшает степень риска W; ив целом снижает потери при управлении Э.

Таким образом, задача состоит в том, чтобы для заданной цели управления Z- для требуемого оперативного времени t,- , при заданной погрешности исходных данных ,-., j и известных априорных све дениях С;; , выбрать из множества П: обоснованности R,-.Y, что необходимо для обеспечения минимальной степени риска (необоснованности) плана управления и, как следствие, минимальных потерь при управлении.

Устройство работает следующимобразом.

Перед началом работы в каждый из регистров блока 9 регистров памяти заносят в двоичном коде значения пе- ременньгх, используемых в процессе работы устройства. Причем значения переменных заносятся для каждого параметра управления каждой из М .целей управления и каждого алгоритма соответствующего параметра. Содержание регистров блока 9 регистров памяти представлено в табл. I.

В узлы регистров 4 заносится в виде кодов информация о местонахождении каждого значения переменной, соответствующей каждому параметру управления и каждому алгоритму этого параметра управления. Причем в i-м узле записана информация о местонахождении каждого значения переменной, соответствующей каждому из N- параметров управления и каждому из п алгоритмов этого параметра для цели управления Z;. Содержание i-ro регистра 4 представлено в табл. 2.

Перед началом работы счетчик 2 устанавливается в О, все элементы И и ключи устройства закрыты, коммутаторы находятся в исходном состояду блока 12 умножения. Так, при поступлении на входы дешифратора кода ,,l..,.,C-ft.,V, -ln(l-p) коммутатор / подключает выходы регистров

НИИ, при котором все выхода разомкну- 5 С;,,., t,- , -ln(l-p), V,6.. блока 9 ре- ты, накапливающий сумматор 14 находится в состоянии 0.

Для простоты дальнейшего изложения регистры блока именуются по находящимся в них пере менным,.например регистр t. - регистр, в котором находится значение переменгистров памяти к входам решающего блока: С;ц;. - к первому: -ln(l-p) - к третьему: t,- - к четвертому V - регистров памяти к пятому; 6.fj; - к девятому, а выход - 0 регистра oi;(д.- к первому входу блока 12 умножения. В промежутке времени

между сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 происходит многократная смена кодов на выходах мпадной t. , и т.д.

Сигналом Пуск запускается генератор 1 импульсов и на вход счетчика 2, а также на первый вход элемента И 40 поступает последовательность импульсов.

Код с выходов счетчика 2 поступает на информационные входы группы 3 ключей. Оператор на пульте управления набирает номер цели /. (например, нажатием соответствующей клавиши) и на i-M входе устройства появляется сигнал, поступающий на управляющий вход i-ro ключа из группы 3 ключей, открывает этот ключ, и код с выходов счетчика 2 через открытый ключ 3. поступает на вход1э1 1-го регистра 4 группы, а также на входы дешифратора 45. Последовательной сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 из i-ro.регистра 4 группы последовательно извлекаются коды:

Ц,. .V, -ln(l-p) .. . ;k4,, .,, N. ,С,.. ,V, -ln(l-p);

Воздействуя на входы третьего дешифратора, код с выходов старш:их разрядов счетчика 2 вызьшает последовательное появление сигналов на каждом из выходов дешифратора 45, которые, поступая на управляющие входы распределителя 17, последовательно подсоединяют выход элементов 42, являющийся первым выходом блока

- к шестому входу решающего бловыбора максимального числа, к входам

каждого из регистров блока 18 регист- ка 8; l седьмому входу решаю- . ров результата. Извлеченные из i-ro 50 блока 8; восьмому входу регистра коды групп переменных через решающего блока 8; 1 - к четвертому, элемент ИЛИ 5 поступают на входы дешифратора 6. На соответствующем каждому коду группы переменных выходе дешифратора 6 появляется сигнал, по 55 которому первый коммутатор 7 подключает соответствуюш 1е выходы регист- Р.ОВ блока 9 регистров памяти к входам решающего блока 8 и первому вховходу блока 10 выбора максимального числа. И так: далее, до тех пор, пока не будут выбраны переменные для всех г. алгоритмов О .-го параметра управления. В период времени между сменой кода на выходах младших разрядов счетчика 2 в решающем блоке 8 происходит вычисление значения R ,-:

между сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 происходит многократная смена кодов на выходах мпадших разрядов счетчика 2. Последовательная смена кодов на выходах младших разрядов счетчика 2 через тот же i-й ключ группы 3 ключей вызывает последовательное появление на выходах

регистра 4 кодов, которые, проходя через элемент ИЛИ 5 на входы первого дешифратора 6, переключают коммутатор 7 таким образом, что к соответствующим входам решающего, блока 8 и к входу блока 10 выбора максимального числа последовательно подключаются выходы регистров блока 9 регистров памяти, в которых записа-

ны значения переменных у, ky, 1у, г- , соответствующие г--му

алгоритму параметра управления. Так, при появлении первого кода на выходах младвшх разрядов счетчика 2 коммутатором 7 подключаются выходы

регистров блока 9 регистров памяти: G,| - к ВТО-рому входу решающего блока 8; k - к шестому входу решающего блока 8; 1 - к седьмому входу решающего блока 8; - к восьмому входу

решающего блока 8; 1, - к четвертому входу блока 10 выбора максимального числа. При появлении второго кода на выходах младших разрядов счетчика 2 первый коммутатор 7 подключает

выходы следутощей группы регистров блока 9 регистров памяти: к второму входу решающего блока 8;

- к шестому входу решающего блока 8; l седьмому входу решаю- блока 8; восьмому входу решающего блока 8; 1 - к четвертому

ка 8; l седьмому входу решаю- блока 8; восьмому входу решающего блока 8; 1 - к четвертому

входу блока 10 выбора максимального числа. И так: далее, до тех пор, пока не будут выбраны переменные для всех г. алгоритмов О .-го параметра управления. В период времени между сменой кода на выходах младших разрядов счетчика 2 в решающем блоке 8 происходит вычисление значения R ,-:

для г.-го алгоритма параметра управления. Процесс вычисления R.. состоит в следующем.

С помощью блока 21 деления, сумматора 31, блока 36 извлечения квадратного корня и блока 33 вычитания формируются последовательно величины:

i- . 1. +,; (,+ i-); (Н -1-) С,.С..С,..

С помощью блоков 27 и 28 умножения, блока 24 деления, сумматора 30 сложения и блока 25 деления последовательно формируются значения:

V-T.; -GjLn(l-p); -V (l-p); C,..-Vt,,/Gp. In(l-p); l/(C--V-t./Gr «In(l-p));

A в-блоке 22 детгения, блоке 35 вычитания , блоке 29 умножения и блоке 23 деления последовательно вычисляются значения:

, (k,); () ; (k,/l,-l)6,X

.С помощью сумматора 32, блока 37 и блока 34 вычитания последовательно формируются значения:

n(l-p) Ч

)4l);

1

1

С;. -V-t./G -lnd-p)

в блоке 26 деления производится

деление

О. -1-)Т-(1.(

;

(f- ( г г, }

Таким образом, на выходе блока 26 деления получаем вычисленное значение R,-.Y, которое поступает на первый вход блока 10 выбора максимального числа.

После тоги как значения К-у будут вычислены для всех алгоритмов, соответствующих 1.-му параметру управления, на выходе младших разрядов счетчика 2 появляется код, которьй извлекает из i-ro регистра 4 памяти код kk-, соответствующий окончанию анализа алгоритмов по )---му параметРУ управления, который, воздействуя через элемент ИЛИ 5 на входы дешифратора 6, вызывает появление сигнала на его третьем выходе, который соединен с третьим входом блока 10 выбора максимального числа. Сигнал с третьего выхода дешифратора 6 по третьему входу блока 10 выбора максимального числа поступает на вторые входы

элементов, И 42 и 43, открьшая их. Через открытый элемент И 42 число, записанное в регистре 39 числа, которое соответствует максимальному

числу из множества чисел R,;,,.

RI I поступает на первый выход блока 10 выбора максимального числа, которым является выход третьего элемента И 42. На второй выход блока 10 выбора максимального числа поступает в

параллельном коде значение г (номер алгоритма), соответствующее максимальному значению R;;, которое, воздействуя на входы дешифратора 13, вызывает появление на соответствующем

его выходе сигнала, по которому производится выбор алгоритма с номером г, соответствующим максимальному числу R,-;. Максимальное значение R, - с первого выхода блока 10 выбора максимального числа поступает на второй вход блока 12 умножения, первый вход которого срединен с одиннадцатым выходом коммутатора 7. Первый информационный вход распределителя 17 к данному моменту времени переключен сигналом с дешифратора 45 таким образом, что поступающее по его информационному входу максимальное значение R,-. для параметра управления

записывается в соответствующий ему j-й регистр блока 18 регистров результата. В блоке 12 умножения, формируется значение R,-.-o,. для j-ro параметра управления, которое заносится в накапливающий сумматор 14. После того как на выходах счетчика 2 N. раз сменится код (где N,- - число параметров управления, необходимых для Z.-и цели управленияJ, опи

санным выше способом вычисляются

максимальные значения . для всех параметров управления , на выходах младших разрядов счетчика 2 появляется код, который извлекает из i-ro регистра 4 код (kkk), соответ- ствующий окончанию работы устройства. Код kkk. , проходя через элемент ИЛИ 5, воздействует на входы дешифратора 6 и вызывает на втором его выходе появление сигнала, который поступает на BTOpwe входы элемента И 15 и блока 19, открьшая их, и на второй вход генератора 1, прекращая его работу. Через элемент И 15 с выхода накапливающего сумматора 14 на второй вход блока 16 вычитания поступае сформированная к этому времени

ма R ,. 0 , . В блоке 1 6 вычитания jVl .

производится вычисление значения

N, 1-2- К., -еО-.,которое поступает на перJ

М Г

вый вход блока 20. Через блок 19 на вторые входы блока 20 поступает содержимое блока 18 регистров результатов, в которых записаны максимальные значения k,-. для каждого л-го параметра управления.

Форм у л а изобретения

Устройство для решения задач планирования экспериментов, содержащее блок регистров памяти, два блока ум- .ножения, два блока деления, первый блок вычитания , группу ключей, три регистра и генер атор импульсов, .вход запуска которого является входом Пуск устройства, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика, выход первого блока вычитания соединен с входом делимого первого блока деления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два блока извлечения квадратного корня, четыре блока деления, три блока вычитания, распределитель импульсов, блок регистров, дешифраторы, сумматоры, накапливающий сумматор, блок элементов ЛЛИ, элементы И, блок элементов И, блок сравнения, коммутатор и блок регистрации, причем выхо,цы счетчика соединены с информационными входами ключей группы, управляющие входы которых являются входами задания режима устройства, выходы ключей группы через одноименные регистры группы подключены к входам блока элементов ИЛИ соответственно, выходы которых соединены с входами первого дешифратора, группа выходов которого подключена к управляющим входам коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами блока регистров памяти, первый выход коммутатора подключен к входу делимого второго блока деления и к первому

входу первого сумматора, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы коммутатора подключены соответственно к первому и второму входам первого и

второго блоков умножения, к входам делимого и делителя третьего блока деления, к первому входу третьего блока умножения и к входу делимого четвертого блока деления, выход которого соединен с первым вkoдoм второго сумматора, вькод которого через первый блок извлечения квадратного корня подключен к входу делителя пятого блока деления, выход которого

соединен с входом делителя первого блока деления, выход которого под- жлючен к первом входу блока сравнения и к информационному входу первого регистра, выход которого соединен

с вторым входом блока сравнения и с первым входом первого элемент И, выход которого подключен к первому входу четвертого блока умножения и к информационному входу распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами блока регистров, выходы которого подключены к информационным входам блока элементов И, выходы которого соединены с группой входов

блока регистрации, выход второго блока деления соединен с первым входом третьего сумматора, выход которогр через блок извлечения квадратного корня подключен к входу делимого пятого блока деления и к входу умень- п аемого первого блока вычитания, вхо- даг делимого и делителя шестого блока деления подключены соответственно к выходам первого и второго блоков умножения, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к входу делителя седьмого блока деления, выход которого соединен с вторым входом второго сумматоpa, выход третьего блока деления подключен к входу уменьшаемого второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход которого подключен

к входу делителя четвертого блока деления, десятый выход коммутатора соединен с первым входом второго элемента И, выход которого через второй регистр подключен к первому входу

и131

третьего элемента И, выход которого соединен с входами второго дешифратора, выходы которого являются выходами устройства, одиннадцатый выход коммутатора соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход которого через накапливающий сумматор подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом уменьшаемого третьего блока вычитания, выход которого подключен к входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с вто- 4WM входом второго элемента И и с

S

Н:

maf

м|;ч

3Z Nj+5 2ln.+M+2, ui .HI

„we к

где N-. - максимальное число параметров для Zj цели управления

.Ъ .

WN

i

Cfi

,

i,-..

012

первым входом пятого элемента И,выход которого подключен к тактовому входу первого регистра, выходы старших разрядов счетчика соединены с

входами третьего.дешифратора, выходы которого подключены к управляющим входам распределителя импульсов, первый выход первого дешифратора соединен с вторьми входами первого и третьего элементов И, второй вьрсод первого дешифратора подключен к входу останова генератора импульсов, к уп- равляещему входу блока элементов И и к второмувходу четвертого элемента И.

Таблица 1

Оперативное время, отводимое для подготовки количественных данных для Z-й цели управления

Среднеквадратическая погрешность исходньк данных, используемых при подготовке количественных данных по j--My параметру для Z,--и цели управления

Информативный вес (Д.-го параметра управления в целевой функции с точки ценности информации, содержащейся в показателе , для достижения цели Z.

Коэффициент, учитывающий априорные сведения (накоплен-, ный опыт) о значении параметра t.- для цели управления Z.

Среднеквадратическая погрешность экзогенных данных, ис- пользуем)1х при подготовке количественных данных по гЯ--му параметру для Z- цели управления г--м алгоритмом

J3

К

i.v,

V Мощность вычислительных средств

-ln(l-p) Функция своевременности Р подготовки данных

N. 1

К () выбора группы пере менных (t; ,dj,-.,ot,. , С,-. ,

К, ,67, .C,-j ,Vp-ln(l-p)V, -ln(l-p), соответст вующих Z--и цели и д - -му

К ,2 f(,c iN; i N;.Vs-1п(-р)параметру управления из

регистров блока 9 регистNi

I i-

K&f,C,, ,К,„ 1,,. 1 Vl

1317450

14 Продолжение табл.1

ir

Сложность (количество эле- ментарных операций) вычислений по t.-My алгоритму

n

Общее количество факторов, учитываемых г: -м алгоритмом

Количество факторов, непосредственно измеряемых (входные данные) для Г|-го алгоритма

Номер алгоритма, используемого для вычисления t.-ro параметра управления

Таблица 2

ров памяти; извлекаются кодами старших разрядов счетчика 2

Коды выбора группы переменных (6,Vj, е,-г., kj., 1.. Т;), соответствующих 1.-му алгоритму пара

, lr,

,-r,Sj J j lfr , i

Ki;.N«.r«,G,,r,,

NM KKl

KK.

KKK,

Составитель И.Загорбинина Редактор А.Маковская Техред В.Кадар . Корректор С. Шекмар

Заказ 2425/44

Тираж 672. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

метра управления, для цели управления Z из регистров памяти; извлекаются кодами младпшх разрядов счетчика 2,

Коды окончания анализа по параметру , j . Извлекаются кодами младших разрядов счетчика 2

Код окончания работы устройства по выбору алгоритмов для расчета параметров управления по цели Z.,

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов для решения многоцелевой информационнорасчетной подсистемой АСУ при подготовке количественных данных для составления планов и принятия решений о степени обоснованности параметров планов управления. Цель изобретения повьшение точности. Устройство содержит генератор импульсов 1 , счет - чик 2, группу ключей 3, группу регистров 4, элемент ИЛИ 5, дешифратор 6, коммутатор 7, решающий блок 8, блок 9 регистров памяти, блок 10 выбора максимального числа, блоки умножения 12, дешифраторы 13, 45, блок регистров 18, распределитель импульсов 17, блок 20 регистрации, блок вычитания 16, накапливающий сумматор с 9 Пусх (Л