Устройство для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для нахождения оптимального решения из ряда возможных вариантов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет реализации выбора при максимальных расстояниях. Устройство содержит матрицу элементов памяти показателей, блоки выбора максимума и минимума, вычитатели, делители, блоки возведения во вторую степень, сумматоры и индикаторы. 1 ил.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике, а именно к устройствам для выбора оптимальных решений, и может найти применение при нахождении оптимального решения из ряда возможных вариантов как при проектировании, так и в процессе эксплуатации различных больших 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 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 максимальных расстояний" [3].

Сущность метода максимальных расстояний состоит в следующем. Рассматриваются N возможных состояний (вариантов) какой-либо сложной системы, например сети связи. Каждый вариант задается совокупностью M различных частных показателей, значение каждого из которых находится в пределах от 0 до 1. Из заданных N вариантов требуется определить лучший, т.е. оптимальный, вариант.

Определение лучшего (оптимального) варианта методом максимальных расстояний осуществляется путем последовательного выполнения следующих пяти шагов.

Шаг 1. Обозначив через a_ij - значение i-го показателя (i = 1 - M) j-го варианта (j = 1 - N), для каждой совокупности i-х показателей сравниваемых вариантов определяются максимальное a_imax и минимальное a_imin значения, т.е.

Шаг 2. Для каждого частного i-го показателя каждого j-го варианта вычисляется разность b_ij между максимальным значением a_imax соответствующей i-й совокупности показателей и значением данного частного показателя a_ij, т. е.

Шаг 3. Для каждой совокупности i-х, т.е. одноименных частных показателей рассматриваемых вариантов, вычисляется разность c_i между их максимальным a_imax и минимальным a_imin значениями, т.е.

Шаг 4. Для каждого i-го частного показателя каждого j-го варианта вычисляется величина d_ij, представляющая собой возведение во вторую степень отношения разности b_ij между максимальным значением соответствующей i-й совокупности показателей и значением данного частного показателя к разности c_i между максимальным и минимальным значениями совокупности одноименных показателей из совокупности всех сопоставляемых вариантов, т.е.

Шаг 5. Для каждого рассматриваемого j-го варианта вычисляется значение обобщенного показателя φ_j определяемого как сумма по количеству показателей отношений разности b_ij между максимальным значением соответствующей i-й совокупности показателей и значением i-го частного показателя данного варианта к разности c_i между максимальным и минимальным значениями одноименных показателей из совокупности всех сопоставляемых вариантов, возведенных во вторую ступень, т.е.

Вариант, для которого значение обобщенного показателя φ_j окажется наибольшим, и признается оптимальным вариантом.

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

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

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря введению в его состав дополнительного количества блоков выбора максимума, блоков выбора минимума и вычитателей, а также дополнительному введению в состав устройства групп делителей и блоков возведения во вторую степень 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 максимума, блоков выбора минимума, вычитателей, сумматоров и индикаторов известно. Однако благодаря введению в состав устройства дополнительного количества блоков выбора максимума, блоков выбора минимума и вычитателей, а также дополнительному введению в его состав групп делителей и групп блоков возведения во вторую степень при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими составными элементами появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в расширении его функциональных возможностей, а именно в осуществлении вычисления для каждого из совокупности рассматриваемых вариантов их обобщенного показателя на основе метода максимальных расстояний. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний. Данное устройство позволяет одновременно оценивать N вариантов, каждый из которых описывается совокупностью M частных показателей.

В состав устройства для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний входят: 1 - элементы памяти показателей, образующие матрицу из M строк и N столбцов; 2 - блоки выбора максимума, образующие группу из M блоков; 3 - блоки выбора минимума, образующие группу из M блоков; 4 - вычитатели, образующие M групп по (N+1) вычитателей в каждой;
5 - делители, образующие M групп по N делителей в каждой;
6 - блоки возведения во вторую степень, образующие M групп по N блоков возведения во вторую степень в каждой;
7 - сумматоры общим количеством N;
8 - индикаторы общим количеством N.

Используемые блоки и элементы характеризуются следующими структурными особенностями. Каждый блок 2 выбора максимума имеет N входов и один выход. Каждый блок 3 выбора минимума имеет N входов и один выход. Каждый вычитатель 4 имеет первый и второй входы и один выход. Каждый делитель 5 имеет первый и второй входы и один выход. Каждый блок 6 возведения во вторую степень имеет один вход и один выход. Каждый сумматор 7 имеет M входов и один выход. Каждый индикатор 8 имеет по одному входу.

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

Выход каждого элемента 1_ij памяти показателей матрицы MxN соединен с одним из входов блока 2_i выбора максимума, одним из входов блока 3_i выбора минимума и со вторым входом соответствующего j-го вычитателя 4_ij соответствующей i-й группы.

Выход каждого i-го блока 2 выбора максимума соединен с первыми входами всех (N+1) вычитателей 4 своей группы.

Выход каждого i-го блока 3 выбора минимума соединен со вторым входом (N+1)-го вычитателя 4 своей группы.

Выход каждого из первых N вычитателей 4 каждой группы соединен с первым входом соответствующего делителя 5 своей группы, а выход (N+1)-го вычитателя 4 каждой группы соединен со вторыми входами всех делителей 5 своей группы.

Выход каждого делителя 5 соединен с входом соответствующего блока 6 возведения во вторую степень.

Выходы одноименных блоков 6 возведения во вторую степень каждой из M групп подключены к входу соответствующих сумматоров 7.

Выход каждого сумматора 7 соединен с входом соответствующего индикатора 8.

Работает устройство для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний следующим образом.

В процессе подготовки устройства к работе в каждый из MxN элементов 1 памяти показателей записывается относительное значение соответствующего a_ij-го показателя.

В результате поступления с выходов одноименных элементов 1 памяти показателей значений a_ij частных показателей сопоставляемых вариантов на входы блоков 2_i выбора максимума и на входы блоков 3_i выбора минимума на их выходах появляются соответствующие выражению (1) сигналы a_imax и a_imin. Затем сигналы a_imax поступают на первые входы всех (N+1) вычитателей 4, а сигналы a_imin - на второй вход (N+1)-го вычитателя 4 соответствующих групп.

Кроме того, значения частных показателей a_ij с выходов соответствующих элементов 1_ij памяти показателей поступают и на вторые входы соответствующих вычитателей 4_ij своих групп.

В результате этого на выходах первых N вычитателей 4 каждой из M групп появляются сигналы, представляющие собой разность между максимальным значением a_imax совокупности соответствующих показателей и значением одноименного i-го показателя соответствующего j-го варианта, т.е. b_ij согласно выражению (2). Каждое значение b_ij поступает на первый вход соответствующего делителя 5_ij.

На выходе (N+1)-го вычитателя 4 каждой i-й группы появляется сигнал, представляющий собой разность между максимальным и минимальным значениями соответствующей совокупности одноименных i-х показателей, т.е. с_i согласно выражению (3).

В каждом делителе 5 осуществляется деление величины сигнала, поступившего на его первый вход, т.е. b_ij, на величину сигнала, поступившего по второму входу, т.е. на с_i. Сигнал с выхода каждого делителя 5 поступает на вход соответствующего блока 6 возведения во вторую степень. Таким образом, сигнал на выходе каждого блока 6 возведения во вторую степень представляет собой значение d_ij, соответствующее выражению (4).

Сигналы с выходов одноименных блоков 6 возведения во вторую степень, принадлежащих различным группам, поступают на входы соответствующих сумматоров 7.

В результате суммирования сигналов на выходе каждого j-го сумматора 7 появляется сигнал, соответствующий выражению (5), т.е. обобщенное значение показателя j-го варианта, полученное на основе метода максимальных расстояний. С выходов сумматоров 7 эти сигналы-значения поступают на входы соответствующих индикаторов 8, где и высвечиваются.

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

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

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в вычислении на основе метода максимальных расстояний обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов, - 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. - Калининград Московской области: ЦНИИмаш, 1993, с. 78-79.

Формула изобретения

Устройство для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний, содержащее матрицу из M · N элементов памяти показателей, N сумматоров и N индикаторов, причем выход каждого сумматора соединен с входом соответствующего индикатора, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены M блоков выбора максимума, М блоков выбора минимума, М групп по N + 1 вычитателей, а также делители, образующие М групп по N делителей в каждой группе, и блоки возведения во вторую степень, образующие М групп по N блоков возведения во вторую степень в каждой, при этом выход ij-го элемента памяти показателей матрицы соединен с j-м входом i-го блока выбора максимума, с j-м входом i-го блока выбора минимума и с вторым входом j-го вычитателя i-й группы, выход i-го блока выбора максимума соединен с первыми входами всех вычитателей i-й группы, выход i-го блока выбора минимума соединен с вторым входом (N + 1)-го вычитателя i-й группы, выход j-го вычитателя i-й группы соединен с первым входом j-го делителя i-й группы, выход (N + 1)-го вычитателя i-й группы соединен с вторыми входами всех делителей i-й группы, выход каждого j-го делителя i-й группы соединен с входом одноименного j-го блока возведения во вторую степень i-й группы, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответствующего сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1