Устройство для выбора оптимальных решений

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. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства за счет формирования результата сразу после его обнаружения и исключения избыточных вычислений. Устройство для выбора оптимальных решений содержит матрицу N×M элементов памяти показателей 1₁₁, …, 1_NM, в каждый из элементов памяти показателей в процессе подготовки устройства к работе записываются значения в порядке убывания их важности соответствующих M показателей сопоставляемых N вариантов, M блоков выбора максимума 2₁, …, 2_M, имеющих по N входов и N выходов и осуществляющих выдачу сигналов на выходах, соответствующих входам с максимальными значениями сигналов, (M-1) групп ключей 3 по N ключей в каждой группе, N индикаторов 4₁, …, 4_N, M-1 блоков анализа 5₁, …, 5_M-1 и N элементов ИЛИ 6₁, …, 6_N. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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.

Известны устройства для выбора оптимальных решений (например, устройство для выбора оптимальных решений методом главного критерия чисел (патент РФ 2256218, МПК G06G 7/122, G06F 7/02, заявлено 19.12.2002, опубл. 10.07.2005 г), содержащее две группы элементов памяти показателей по M элементов в каждой группе, M блоков сравнения, имеющих по два входа и три выхода, две группы ключей по M-1 элементов в каждой, два элемента ИЛИ, три индикатора.

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку оно использует только две группы элементов памяти показателей по М элементов в каждой группе.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятое за прототип устройство для выбора оптимальных решений (патент РФ 2262133, МПК G06G 7/122, заявлено 30.12.2002, опубл. 10.10.2005 г), содержащее N индикаторов, матрицу N×M элементов памяти показателей, в каждый из элементов памяти показателей в процессе подготовки устройства к работе записываются значения в порядке убывания их важности соответствующих M показателей, сопоставляемых N вариантов, M блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов и осуществляющих выдачу сигналов на выходах, соответствующих входам с максимальными значениями сигналов, (M-1) групп ключей по N ключей в каждой группе.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства для выбора оптимальных решений, является низкое быстродействие, обусловленное тем, что для любых значений параметров результат формируется только после последовательной обработки во всех блоках выбора максимума и групп ключей.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства за счет формирования результата сразу после его обнаружения и исключения избыточных вычислений.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство для выбора оптимальных решений, содержащее N индикаторов, матрицу N×M элементов памяти показателей, в каждый из элементов памяти показателей в процессе подготовки устройства к работе записываются значения в порядке убывания их важности соответствующих M показателей сопоставляемых N вариантов, M блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов и осуществляющих выдачу сигналов на выходах, соответствующих входам с максимальными значениями сигналов, (M-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, при этом выходы элементов памяти показателей первого столбца матрицы N×M подключены к соответствующим входам первого блока выбора максимума, выходы элементов памяти показателей последующих (M-1) столбцов матрицы N×M подключены к информационным входам соответствующих ключей соответствующих групп, выходы которых подключены к соответствующим входам последующих (M-1) блоков выбора максимума, выходы первых (M-1) блоков выбора максимума подключены к управляющим входам соответствующих ключей соответствующих групп, дополнительно содержит M-1 блоков анализа и N элементов ИЛИ, причем i-й выход j-го блока выбора максимума соединен с i-м входом j-го блока анализа, i-й выход j-го блока анализа соединен с j-м входом i-го элемента ИЛИ, i-й выход M-го блока выбора максимума соединен с M-м входом i-го элемента ИЛИ, выход i-го элемента ИЛИ соединен с входом i-го индикатора; i=1, …, N; j=1, …, M-1.

Блок анализа имеет N входов, N выходов, N+1 элементов И, пороговый элемент с N входами с весом «1» и порогом «2», элемент ИЛИ, элемент НЕ, причем i-й вход блока анализа соединен с первым входом i-го элемента И, с i-м входом порогового элемента и i-м входом элемента ИЛИ, выход i-го элемента И соединен с i-м выходом блока анализа (i=1, …, N), выход порогового элемента через элемент НЕ соединен с первым входом N+1-го элемента И, выход элемента ИЛИ соединен со вторым входом N+1-го элемента И, выход которого соединен с вторыми входами с первого по N-й элементов И.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений.

Устройство для выбора оптимальных решений содержит матрицу N×M элементов памяти показателей 1₁₁, …, 1_NM, в каждый из элементов памяти показателей в процессе подготовки устройства к работе записываются значения в порядке убывания их важности соответствующих M показателей сопоставляемых N вариантов, M блоков выбора максимума 2₁, …, 2_M, имеющих по N входов и N выходов и осуществляющих выдачу сигналов на выходах, соответствующих входам с максимальными значениями сигналов, (M-1) групп ключей 3 по N ключей в каждой группе, N индикаторов 4₁, …, 4_N, M-1 блоков анализа 5₁, …, 5_M-1 и N элементов ИЛИ 6₁, …, 6_N, при этом выходы элементов памяти показателей первого столбца матрицы N×M 1₁₁, …, 1_N1 подключены к соответствующим входам первого блока выбора максимума 2₁, выходы элементов памяти показателей последующих (M-1) столбцов матрицы N×M подключены к информационным входам соответствующих ключей 3 соответствующих групп, выходы которых подключены к соответствующим входам последующих (М-1) блоков выбора максимума 2, выходы первых (М-1) блоков выбора максимума 2 подключены к управляющим входам соответствующих ключей 3 соответствующих групп, i-ый выход j-го блока выбора максимума 2_j соединен с i-м входом j-го блока анализа 5_j, i-й выход j-го блока анализа 5_j соединен с j-м входом i-го элемента ИЛИ 6_i, i-й выход M-го блока выбора максимума 5_M соединен с M-ым входом i-го элемента ИЛИ 6_i, выход i-го элемента ИЛИ 6_i соединен с входом i-го индикатора; i=1, …, N, j=1, …, M-1.

На фиг. 2 представлена функциональная схема блока анализа 5.

Блок анализа 5 имеет N входов 7, N выходов 8, N+1 элементов И 9₁, …, 9_N+1, элемент ИЛИ 10, пороговый элемент 11 с N входами с весом «1» и порогом «2», элемент НЕ 12, причем i-й вход 7_i блока анализа соединен с первым входом i-го элемента И 9_i, с i-м входом порогового элемента 11 и i-м входом элемента ИЛИ 10, выход i-го элемента И 9_i соединен с i-м выходом блока анализа 8_i (i=1, …, N), выход порогового элемента 11 через элемент НЕ 12 соединен с первым входом N+1-го элемента И 9_N+1, выход элемента ИЛИ 10 соединен со вторым входом N+1-го элемента И 9_N+1, выход которого соединен с вторыми входами с первого по N-й элементов И 9₁, …, 9_N.

Предложенное устройство предназначено для выбора оптимальных решений методом главного критерия (Давлетшин Г.З. Методы многокритериальной оптимизации параметров технических систем. Оценка их качества. - Калининград Московской области: ЦНИИмаш, 1993, с. 61), который состоит в следующем. Рассматриваются варианты какой-либо сложной системы, каждый из которых задан совокупностью из M (M>=2) строго упорядоченных (ранжированных) по важности показателей. Сравнение вариантов осуществляется путем попарного 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 некоторых вариантов окажутся одинаковыми, переходят к сравнению значений вторых показателей для этих вариантов, и лучшим признается тот вариант, у которого значение второго показателя будет большим. Если же значения и вторых показателей окажутся равными между собой, то переходят к сравнению значений третьих показателей, и т.д. до тех пор, пока не будет выявлено первое превосходство показателя очередного параметра одного из вариантов над показателем соответствующего параметра других вариантов; вариант, сравниваемый показатель которого будет большим, и признается лучшим вариантом. Если же значения всех показателей некоторых вариантов окажутся попарно равными между собой, то такие варианты признаются эквивалентными, т.е. равноценными между собой.

Работает предлагаемое устройство для выбора оптимальных решений следующим образом.

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. При этом наибольшему значению соответствует значение сигнала «1» на соответствующем выходе блока выбора максимума, в противном случае формируется сигнал «0». Если несколько входных сигналов имеют равные между собой, но наибольшие по сравнению с другими входными сигналами значения, то выходные сигналы «1» 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 «1» на управляющий вход.

Блоки анализа 5 предназначены для определения единственного решения на определенном этапе сравнения значений показателей. Пороговый элемент 11 имеет N вход с весом «1» и порог «2». Сигнал на его выходе будет «1», если сумма значений сигналов, поступающих на его вход с входов 7, будет не менее «2». На выходе элемента НЕ 12 сигнал «1» формируется, если сумма сигналов на входах порогового элемента 11 будет «0» или «1». На выходе элемента ИЛИ 10 формируется сигнал «1», если хотя бы один сигнал, поступающий на входы 7 блока анализа, равен «1». Следовательно, сигнал на выходе элемента И 9_N+1 будет равен «1» только в том случае, если двоичный код, поступающий на входы 7 блока анализа, является унитарным, т.е. в нем значение только одного разряда равно «1», а все остальные равны «0». Если такой код на входах 7 обнаружен, что соответствует найденному единственному решению, то сигнал «1» на выходе элемента И 9_N+1 поступает на вторые входы элементов И 9₁, …, 9_N, открывает их и на выходы 8 блока анализа поступает двоичный код с входов 7 блока анализа.

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 с элементов памяти показателей 1 первого столбца матрицы N×M, т.е. значения первых, наиболее важных, частных критериев всех N сопоставляемых вариантов поступают на входы первого блока выбора максимума 2₁.

Если же значения первых, а равно и последующих показателей нескольких (двух либо более) вариантов окажутся равными между собой и наибольшими по сравнению с другими вариантами, то появляются выходные сигналы «1» сразу на нескольких соответствующих выходах первого и последующих блоков выбора максимума 2.

Эти выходные сигналы, поступая на управляющие входы соответствующих ключей 3, относящихся к последующим параметрам своих вариантов, обеспечат прохождение через них на соответствующие входы последующих блоков выбора максимума 2 значений очередных показателей соответствующих вариантов с выходов соответствующих элементов памяти показателей 1 последующих столбцов матрицы N×M.

Если на выходах i-го блока выбора максимума 2_i в двоичном коде только одно значение «1», то этот код формируется на выходах i-го блока анализа 5_i и через элементы ИЛИ 6 проходит на входы индикаторов 4, включая соответствующий индикатор.

Если среди введенных значений существует несколько абсолютно одинаковых и превосходящих все другие варианты, то в этом случае результат будет сформирован после последовательного сравнения всех показателей и записан с выходов M-го блока выбора максимума 2_M через элементы ИЛИ 6 на входы сразу нескольких соответствующих индикаторов.

Сравнение предлагаемого устройства и прототипа показывает, что в предложенном устройстве при обнаружении решения на i-м шаге вычислений сразу включаются соответствующие индикаторы и избыточные операции сравнения в последующих N-i блоках вычисления максимума не выполняются. Следовательно, предложенное устройство имеет большее быстродействие.

1. Устройство для выбора оптимальных решений, содержащее N индикаторов, матрицу N×M элементов памяти показателей, в каждый из элементов памяти показателей в процессе подготовки устройства к работе записываются значения в порядке убывания их важности соответствующих М показателей сопоставляемых N вариантов, М блоков выбора максимума, имеющих по N входов и N выходов и осуществляющих выдачу сигналов на выходах, соответствующих входам с максимальными значениями сигналов, (М-1) групп ключей по N ключей в каждой группе, при этом 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 управляющим входам соответствующих ключей соответствующих групп, отличающееся тем, что дополнительно содержит М-1 блоков анализа и N элементов ИЛИ, причем i-й выход j-го блока выбора максимума соединен с i-м входом j-го блока анализа, i-й выход j-го блока анализа соединен с j-м входом i-го элемента ИЛИ, i-й выход М-го блока выбора максимума соединен с М-м входом i-го элемента ИЛИ, выход i-го элемента ИЛИ соединен с входом i-го индикатора; i=1, …, N, j=1, …, M-1.

2. Устройство для выбора оптимальных решений по п. 1, отличающееся тем, что блок анализа имеет N входов, N выходов, N+1 элементов И, пороговый элемент с N входами с весом «1» и порогом «2», элемент ИЛИ, элемент НЕ, причем i-й вход блока анализа соединен с первым входом i-го элемента И, с i-м входом порогового элемента и i-м входом элемента ИЛИ, выход i-го элемента И соединен с i-м выходом блока анализа (i=1, …, N), выход порогового элемента через элемент НЕ соединен с первым входом N+1-го элемента И, выход элемента ИЛИ соединен со вторым входом N+1-го элемента И, выход которого соединен с вторыми входами с первого по N-й элементов И.