Rambler's Top100
Структуралист (на главную)  
 

УДК 004.82

С.В. Акимов

4-УРОВНЕВАЯ ИНТЕГРАТИВНАЯ МОДЕЛЬ

По материалам статей: «Акимов С.В. Мультиагентная модель автоматизации структурно-параметрического синтеза // Системы управления и информационные технологии, 2005, № 3 (20). С. 45-48.» и «Акимов С.В. Четырехуровневая интегративная модель для автоматизации структурно-параметрического синтеза // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2004. № 171. С. 165-173.»

Для автоматизации структурно-параметрического синтеза необходимо представление различных знаний относящихся той предметной области, к ко-торой относится синтезируемый объект. Это связано с тем, что структурно-параметрический синтез относится к классу NP-трудных задач, для которых на данный момент не существует эффективных универсальных алгоритмов. Поэтому алгоритмы синтеза широко используют различные эвристики, специфичные для данной предметной области. Так, например, при синтезе усилителя СВЧ диапазона, существуют эвристики, позволяющие улучшить линейность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), добавляя частотно-зависимые цепи обратной связи или цепи амплитудных корректоров. Это позволит алгоритму синтеза использовать такие эвристики в случае необходимости улучшения такой характеристики. А это в свою очередь даст возможность сделать трансформацию структуры более целесообразной и избежать перебора заранее нерациональных для данного случая вариантов. Но для представления таких эвристик и других знаний необходимы специальные, 4-уровневые интегративные модели.

4-уровневая интегративная модель, содержит различные виды знаний, относящиеся к структурно-параметрическому синтезу объектов, и является частным случаем интегративных моделей, наиболее полных системологических моделей класса объектов, содержащих знания, как об анализе, так и о синтезе объектов, принадлежащих рассматриваемым классам.

Первый уровень представляет собой модель морфологического множества уровня идентификации (М1). Она примерно соответствует морфологическому дереву, только представляет более удобные и развитые способы задания. Такая модель идентифицирует структуру объекта, но не позволяет получить ее спецификацию. Второй уровень (М2) является моделью морфологического множества уровня спецификации и содержит в неявном виде спецификации всех структур объектов, рассматриваемого класса. Третий уровень (М3) – уровень симуляции или универсальных моделей. В нем модель морфологического множества дополнена функциональной моделью. Четвертый уровень (М4) представляет собой уровень интеграции и содержит эвристики, как общие (трансформация прототипа, древовидное и лабиринтное конструирование) так и специфичные для объектов рассматриваемого класса. Каждая модель более высокого уровня иерархии включает в себя все модели более низких уровней, и в совокупности они позволяют представить все знания, необходимые для автоматизации структурно-параметрического синтеза.

4-уровневая интегративная модель представления знаний для автоматизации структурно-параметрического синтеза систем

Рисунок. 4-уровневая интегративная модель представления знаний для автоматизации структурно-параметрического синтеза систем

Уровень идентификации

Морфологическое множество включает в себя все структурные решения объектов рассматриваемого класса. Такое множество может быть как неупорядоченным, так и частично упорядоченным. Если речь идет о неупорядоченном морфологическом множестве, то подразумевается просто множество структур всех объектов ему принадлежащих. В случае представления такого множества с помощью морфологического дерева или каким-либо иным способом, оно становится частично упорядоченным. Следует заметить, что одно и тоже морфологическое множество можно упорядочить различными способами, создавая различные системы классификационных признаков, хотя сами эти классификационные признаки могут быть и одинаковыми.

Выделив классификационные признаки и сведя их в систему, а если присутствует несколько классов, то и определив отношение между классами, мы получим частично упорядоченное множество, которое будет представлять собой модель морфологического множества на уровне идентификации. Назовем такую модель моделью М1. Ее обычно представляют в виде морфологического И/ИЛИ-дерева либо морфологической таблицы, хотя возможны и другие способы представления. Заметим, что в литературе такое представление обычно никак не обозначается и просто говорится о морфологическом дереве или таблице. Представление морфологического множества в том или ином виде правомочно называть моделью по аналогии с математическими моделями, представленными системами математических уравнений.

Уровень спецификации

Используя модель М1, представленную тем или иным образом, можно однозначно идентифицировать объект, назвав все значения его классификационных признаков. Но такая модель не содержит всю информацию о структуре идентифицированного объекта. Поэтому, чтобы восстановить по М1 структуру объекта, необходима библиотека базовых параметризованных моделей, представляющая собой множество спецификаций базовых структур, на которые может быть разложена общая спецификация объекта. Если объединить модель М1 с такой библиотекой параметризованных моделей и задать правила генерации спецификации устройства по его идентификатору, то будет получена модель на новом качественном уровне. Такая модель содержит всю необходимую информацию о морфологическом множестве и позволяет получить спецификацию структуры любого объекта, принадлежащего данному множеству.

Следовательно, ее целесообразно назвать моделью морфологического множества на уровне спецификаций или просто моделью морфологического множества. В отличие от модели М1, такая модель позволяет не только идентифицировать объект, но и получить его спецификацию, и тем самым является гораздо более содержательной. Кроме того, она включает в себя модель М1 в качестве модели более низкого уровня иерархии. Назовем эту модель в рамках четырехуровневой интегративной модели, моделью М2. На вход М2 подается идентификатор структуры, являющийся решением М1. В свою очередь решением М2 будет спецификация структуры объекта.

Уровень симуляции

Модель М2 позволяет получить спецификацию структуры любого объекта принадлежащего рассматриваемому классу. Но такая модель не позволяет провести всесторонний анализ этого объекта, не дает возможность получить какие-либо характеристики объекта, кроме структурных. Из нее непосредственно не вытекают системы уравнений, описывающие исследуемый объект. Если помимо возможности восстановления структуры объекта по значениям классификационных признаков имеется возможность составить систему уравнений, описывающую объект, и решить ее, то есть провести всесторонний анализ объекта, не только структурный, но и функциональный, то такая модель будет уже не моделью морфологического множества, а моделью класса устройств или универсальной моделью. Она будет моделью третьего уровня или уровня симуляции. Назовем ее М3. Она включает в себя модель М2, точно так же как М2 включает в себя М1.

Итак, М2 позволяет по значениям классификационных признаков получить спецификацию объекта. Используя эту спецификацию, представленную на входном языке системы компьютерного моделирования, или используя ее интерфейс прикладного программирования (API), возможно провести анализ идентифицированного объекта в том объеме, который обеспечивается этой системой. Так как сейчас системы компьютерного моделирования от различных производителей получили достаточно широкое распространение, то в случае наличия адекватной системы моделирования объектов исследуемого класса, можно ограничится лишь моделированием морфологического множества. Таким образом, осуществляется разделение моделирования структур и традиционного математического моделирования. Это полностью соответствует современной тенденции модульного программирования, когда вместо того, чтобы писать программу целиком, ее собирают из готовых модулей, а пишут лишь недостающие. Это сокращает объем работ и, кроме того, такая система получается более надежной, так как в ней используются модули, которые должны работать во многих различных системах и потому пишутся, отлаживаются и тестируются наиболее тщательно.

Уровень интеграции

Модель М3 позволяет провести всесторонний анализ любого устройства, принадлежащего рассматриваемому классу, структура которого идентифицирована значениями классификационных признаков. Поэтому на такой модели возможно проведение структурно-параметрического синтеза при помощи модуля, реализующего его алгоритм. Но в настоящий момент отсутствуют универсальные алгоритмы, позволяющие проводить такой синтез за приемлемое время, и поэтому используются различные эвристики, взятые из конкретных предметных областей [10, 11]. Если для данного класса объектов знания о моделировании дополнить формализованными знаниями задания на синтез и эвристиками, применяемыми при проектировании, то получим модель предметной области или модель М4. Модель М4 является моделью М3, дополненной знаниями необходимыми для синтеза объектов данного класса. Таким образом, она представляет собой универсальную модель, дополненную алгоритмом синтеза. Так как она интегрирует в себя все виды знаний рассматриваемой предметной области, то назовем ее моделью уровня интеграции.

Выводы

Предложенные 4 класса моделей: М1 – М4 представляют собой иерархическую систему (рис. 4). Особенностью такой системы является то, что модели верхних уровней иерархии включают в себя модели нижних уровней и представляют разные виды знаний, для формализации которых требуются различные способы представления. Эти знания можно заключить в отдельные модули, что ведет к разделению знаний по слоям и является положительным с точки зрения современных методологий инженерии знаний.

4-уровневая интегративная модель может быть положена в архитектуру агента интеллектуальных систем автоматизированного проектирования (САПР), ориентированных на структурно-параметрический синтез сложных объектов. Такой агент будет содержать всесторонние знания об объектах рассматриваемо-го класса. Сама же САПР должна строиться на основе мультиагентных технологий.

Материалы на сайте

Литература

  1. Акимов С.В. Четырехуровневая интегративная модель для автоматизации структурно-параметрического синтеза // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2004. № 171. С. 165-173.
  2. Акимов С.В. Мультиагентная модель автоматизации структурно-параметрического синтеза // Системы управления и информационные технологии, 2005, № 3 (20). С. 45-48.
  3. Акимов С.В. Архитектура распределенной системы структурно-параметрического синтеза // Международная НТК «Единое информационное пространство ‘2004»: сб. докл. / Днепропетровск, 2004, С. 21-24.
  4. Акимов С.В. 4-уровневая интегративная модель для автоматизации структурно-параметрического синтеза // 57-я НТК: материалы / СПбГУТ. СПб, 2004. С. 102-103.

Кто Вы?
Исследователь
Специалист
Управленец
Преподаватель
Студент
Аспирант
Другое
Результаты голосования

©Structuralist 2005-2006
structuralist@narod.ru
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Hosted by uCoz