Узлы сети – нелинейные элементы!

Обучение нейронной сети состоит из нахождения коэффициентов (весов) W_i для каждой нейронной связи. Оно производится либо с помощью специализированных программных пакетов, реализующих нейросеть, либо с использованием специализированных аппаратных средств. Алгоритм обучения приведен на рисунке ниже.

Рассмотрим решение практической задачи – прогноз средней стоимости 1 кв.м жилой недвижимости через неделю. Входные/выходные данные : индекс инфляции, средняя стоимость кв.м в Москве в рублях за полтора года, курс USD и Евро.

По значениям средней стоимости недвижимости, уровню инфляции, курсу доллара и евро в конкретный момент времени, рассчитывается стоимость недвижимости через неделю. Данная задача была реализована с помощью трехслойной нейронной сети. Входной информацией являлось: стоимость 1 кв.м недвижимости, скорость и ускорение изменения стоимости, уровень инфляции, курс USD и евро. В нашем примере первый слой рассматриваемой нейронной сети состоит из 6 нейронов, второй из 12, третий и одного нейрона. В результате бучения в течении 7 минут были получены следующие результаты.

На рисунке ниже показаны результаты прогнозирования. Из графика видно, что данная нейронная сеть давала вполне удовлетворительные результаты (ошибка не более 2%) первые два месяца после обучения.

Известны следующие основные сферы применения нейросетей:

1. Экономика и бизнес: предсказание поведения рынков, предсказание банкротств, оценка стоимости недвижимости, автоматическое рейтингование, оценка кредитоспособности, прогнозирование курса валют.

2. Медицина: обработка медицинских изображений, диагностика.

3. Интернет: ассоциативный поиск информации.

4.Автоматизация производства: оптимизация режимов производственного процесса, диагностика качества продукции, предупреждение аварийной ситуации.

5. Политические технологии: обобщение социологических опросов.

6. Безопасность и охранные системы: системы идентификации личности, распознавание автомобильных номеров, распознавание аэрокосмических снимков.

7. Геологоразведка: анализ сейсмических данных, оценка ресурсов месторождений.

21. Типовые информационные технологии, используемые на стратегическом уровне управления ESS – ExecutiveSupport Systems (экспертные системы)

Рассказывать первую часть вопроса 19

Технологии экспертных систем

Они базируются на моделях знаний (деревья вывода, деревья целей, семантические сети и т.д). Экспертные системы — это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей

Экспертные системы - реализуются в виде пакетов компьютерных программ, ориентированных на обработку знаний, и способных решать задачи методом дедукции и индукции, рассуждать при сомнительных (нечетких) данных, объяснять цепочки рассуждений, консультировать и давать советы, анализировать и классифицировать, а также составлять проекты, объяснять, исследовать, прогнозировать, планировать.

Обобщенная схема экспертной системы приведена на рисунке ниже

• Структурные элементы, составляющие экспертную систему, выполняют следующие функции.

• База знаний реализует функции представления знаний в конкретной предметной области и управление ими.

• Механизм логических выводов выполняет логические выводы на основании знаний, имеющихся в базе знаний.

• Пользовательский интерфейс необходим для правильной передачи ответов пользователю, иначе пользоваться системой крайне неудобно.

• Модуль приобретения знаний необходим для получения знаний от экспер­та, поддержки базы знаний и дополнения ее при необходимости.

• Модуль ответов и объяснений формирует заключение экспертной систе­мы и представляет различные комментарии, прилагаемые к заключению, а также объясняет мотивы заключения.

Пример: Экспертная система, предназначенная для определения

Тактико-технических характеристик ракетной системы среднего радиуса действия

Современные технические средства монитринга позволяют, среди прочих, зафиксировать следующие основные характеристики при запуске объекта Звуковое излучение Световое излучение Радиоизлучение Произвести видеосъемку объекта Произвести фиксацию координат (траекторию движения ) объекта

Знания экспертов (специалистов в конкретной предметной области) формализованы в следующей базе знаний, .состоящей из десяти правил ЕСЛИ-ТО.

База знаний

1. IF(звук) THEN (тип двигателя)

2. IF(звук) THEN (размеры камеры сгорания)

3. IF(световое излучение) THEN (тип топлива)

4. IF(видеосъемка) THEN (размеры объекта)

5. IF(радиоизлучение) THEN (система управления)

6. IF(фиксация координат, время) THEN (ускорение)

7. IF(тип двигателя, размеры камеры сгорания, тип топлива) THEN (тяга двигателя)

8. IF(тяга двигателя, ускорение) THEN (масса объекта)

9. IF(размер объекта, размер камеры сгорания)THEN (запас топлива)

10. IF(запас топлива, тип двигателя, масса объекта) THEN (дальность полета)

Протокол работы блока логического вывода может выглядеть следующим образом

1. Из спектрального анализа звука двигателя определяется его тип (Правило 1).

2. Из величины главной гармоники звукового сигнала оценивается размер камеры сгорания (Правило 2)

3. Из спектрального анализа светового излучения определяется тип топлива (Правило 3)

4. Из анализа кадров видеосъемки оцениваются линейные размеры объекта (Правило 4)

5. Из анализа радиоизлучения высказываются суждения о системе управления объектом (Правило 5)

6. Из анализа движения объекта определяется его ускорение (Правило 6)

7. Зная тип двигателя, размеры камеры сгорания и тип топлива оценивается тяга двигателя (Правило 7)

8. Зная тягу двигателя и ускорение – определяется масса объекта (Правило 8, второй закон Ньютона)

9. Вычтя из размеров объекта, размер камеры сгорания (размер двигателя) можно получить оценку размеров топливных баков, т.е. запас топлива (Правило 9)

10. Зная запас топлива и тип двигателя можно оценить возможный радиус поражения данной ракетной системы (Правило 10).

Данный пример воспроизводит весьма упрощенную схему работы машины логического вывода. Реальные экспертные системы содержат тысячи и даже десятки тысяч правил, отражающих знания реальных экспертов в конкретных предметных областях.

В экономике экспертные системы используются для консультаций по выработке инвестиционных решений, выбору стратегии маркетинга, кредитованию юридических лиц и т. д. С их помощью осуществляется мониторинг производственных, логистических, маркетинговых и других процессов. При необходимости они запускают механизм логического вывода для устранения критических ситуаций с одновременным информированием управленческого персонала.

Довольно часто экспертные системы используются в

- аналитических центрах крупных международных транснациональных компаний

- ситуационных кабинетах различных государственных структур

- во всевозможных системах специального назначения

Также экспертные системы могут быть составной частью различных программных продуктов общего назначения (например, предназначенных для анализа рынков, оценки инвестиционных проектов, в пакетах общего назначения, типа MatLab и прочее.)

22. Типовые информационные технологии, используемые на стратегическом уровне управления ESS – ExecutiveSupport Systems (системы с нечеткой логикой)

Рассказывать первую часть вопроса 19

Системы с использованием нечеткой логики

Математическая теория нечетких множеств (fuzzy sets) и нечеткая логика (fuzzy logic) являются обобщениями классической теории множеств и классической формальной логики. Данные понятия были впервые предложены американским ученым Лотфи Заде (Lotfi Zadeh) Основной причиной появления новой теории стало наличие нечетких и приближенных рассуждений при описании человеком процессов, систем, объектов.

Широкое использование нечеткой логики началось после доказательства в конце 80-х Бартоломеем Коско теоремы FAT (Fuzzy Approximation Theorem), где доказано, что любая математическая система может быть аппроксимирована с использованием нечеткой логики, то есть, с помощью естественно-языковых высказываний-правил “Если - то”, с последующей их формализацией средствами теории нечетких множеств, можно сколько угодно точно отразить произвольную взаимосвязь “входы-выход”.

Широкое использование нечеткой логики началось после доказательства в конце 80-х Бартоломеем Коско теоремы FAT (Fuzzy Approximation Theorem), где доказано, что любая математическая система может быть аппроксимирована с использованием нечеткой логики, то есть, с помощью естественно-языковых высказываний-правил “Если - то”, с последующей их формализацией средствами теории нечетких множеств, можно сколько угодно точно отразить произвольную взаимосвязь “входы-выход”.

Лингвистическая переменная — в теории нечётких множеств, переменная, которая может принимать значения фраз из естественного или искусственного языка. Например, лингвистическая переменная «успех» может иметь значения «жизнь удалась», «значительный», «средний», «жизненная катастрофа» и т. д. Фразы, значение которых принимает переменная, в свою очередь являются именами нечетких переменных и описываются нечетким множеством.

Нечеткое подмножество F множества U определяется через функцию принадлежности , где . Эта функция принадлежности отображает элементы u множества U на множество чисел в отрезке [0,1], которые указывают степень близости этих элементов множеству F. Так, например, для лингвистической переменной возраст можно записать следующую функцию принадлежности

Формализуем неточное определение «теплая вода», при принятии решения возможности купания на пляже с помощью функции принадлежности

В нечеткой логике существуют операции аналогичные операциям обычной логики И, ИЛИ, НЕ

И M_c(x)= min(M_a(x), M_b(x))

ИЛИ M_c(x)=max(M_a(x), M_b(x))

НЕ А 1-M_a(x)

Пример

Рекрутинговой компании срочно требуется специалист в узкой области квалификацией экстра класса, высокой мотивацией к труду и поразительной работоспособностью.

Тел. (903)-111-хххх

Выполнение условия И высокая квалификация И высокая работоспособность требует применения логической функции И.

M_c(отдача от работника)= min(M_a(квалификация), M_b(работоспособность))

Таким образом из результирующего графика очевидны возрастные ограничения, которые обычно указываются в объявлениях о приеме на работу.

Внимание! Параметры приведенных функций принадлежности носят усредненный, субъективный и демонстрационный характер и НЕ МОГУТ быть распространены на всех работников различных специальностей!

Программные пакеты, использующую «нечеткую логику» находят все большее распространение в практической деятельности. Некоторые методо - ориентированные программные продукты обладают такими возможностями, а также наметилась тенденция к слиянию экспертных систем, нейросетей и систем с нечеткой логикой.

23. Информационная инфраструктура управления

Информационная инфраструктура — система организационных структур, подсистем, обеспечивающих функционирование и развитие информационного пространства страны и средств информационного взаимодействия.

Включает в себя:

совокупность информационных центров, подсистем, банков данных и знаний, систем связи, центров управления, аппаратно-программных средств и технологий обеспечения сбора, хранения, обработки и передачи информации. Обеспечивает доступ потребителей к информационным ресурсам.

Понятие "инфраструктура" пришло из экономики и означает комплекс вспомогательных служб, обеспечивающих функционирование макро и микроэкономических хозяйствующих субъектов.

Инфраструктура играет вспомогательную роль в создании условий для производственных и других основных процессов. На макроэкономическом уровне это дороги, мосты, аэропорты, городская транспортная сеть и т.д., на микроэкономическом – это службы и сооружения, необходимые для производства продукции.

Под информационной инфраструктурой понимается среда, состоящая из автоматизированной и неавтоматизированной частей информационной системы, обеспечивающих информационный сервис.

Цель создания информационной инфраструктуры состоит в предоставлении какого-либо вида сервиса, необходимого для функционирования предприятия.

Информационная инфраструктура предприятия – это комплекс систем, состоящий из набора специализированного программного обеспечения, сетевых служб, службы каталога, политик информационной безопасности, систем резервного копирования и хранения данных, средств спам-защиты и т.д.

В совокупности данный комплекс определяет доступность бизнес-приложений для сотрудников предприятия и возможности роста бизнеса.

Служба каталога позволяет по ряду признаков упорядочивать информацию о сетевых ресурсах (общие папки, серверы печати, принтеры, пользователи и т.д.), хранящуюся в едином месте, что обеспечивает централизованное управление, как самими ресурсами, так и информацией о них. Таким образом, служба каталога решает задачи администрирования ресурсов, контролируя их использование.

Глобальная информационная инфраструктура

Это информационное образование, которое начало формироваться в 1995 году группой развитых стран. Глобальная информационная инфраструктура разрабатывается как общемировая информационная сеть массового обслуживания населения планеты на основе интеграции глобальных и региональных информационно-телекоммуникационных систем, а также систем цифрового телевидения и радиовещания, спутниковых систем и подвижной связи.

Информационная инфраструктура в России

Президент Российской Федерации посредством документа «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» обозначил задачу перехода страны на инновационный путь развития. Но для этого нашей стране необходима информационная инфраструктура, которая на данный момент активно развивается, а потому привлекает к себе огромное внимание. В России ещё не сложилась информационная инфраструктура, которая обеспечила бы информационное сопровождение инновационного цикла от возникновения идеи до её внедрения в жизнь.

Под информационным сервисом понимается комплекс услуг, предназначенный для автоматизации какой-либо управленческой деятельности.

Такого рода сервис делится на виды (Интернет-сервис, почтовый сервис, аналитический сервис, маркетинговый и другой).

Единицей измерения информационного сервиса может служить бизнес-процесс, для осуществления которого указывается цель, ресурсы и процедуры преобразования входной информации в результирующую.

Примерами информационного сервиса могут быть: управление поставщиками, управление себестоимостью продукции, расчет бюджета, расчет финансового плана и т. д.

Информационный сервис базируется на следующих принципах:

- информационное обслуживание на предприятии должно рассматриваться как равноправный партнер бизнеса. Это означает, что информационная служба выступает в качестве подразделения-подрядчика, а все остальные структурные подразделения предприятия - в качестве заказчика. Бюджет подрядчика формируется из средств заказчиков, в зависимости от удовлетворенности поставляемой продукцией (информацией);

- должен существовать, как и в любом бизнесе, конечный продукт информационной системы. Таким продуктом является информационная услуга.

24. Стандартизация – технологическая основа для разработки открытых информационных систем.

Открытой информационной системой называется система, которая реализует открытые спецификации на интерфейсы, сервисы (услуги среды) и поддерживаемые форматы данных, достаточные для того, чтобы дать возможность должным образом разработанному прикладному программному обеспечению быть переносимым в широком диапазоне систем с минимальными изменениями, взаимодействовать с другими приложениями на локальных и удалённых системах, и взаимодействовать с пользователями в стиле, который облегчает переход пользователей от системы к системе.

Открытая спецификация - общедоступная спецификация, которая поддерживается открытым, гласным согласительным процессом, направленным на приспособление новой технологии к её применению, и которая согласуется со стандартами.

Основные свойства открытых систем: расширяемость, масштабируемость, переносимость приложений, данных и персонала, совместимость приложений и подсистем, способность к интеграции и т.п.

Поддержание конкурентоспособности информационных систем, информационных технологий и отдельных программных продуктов, сложность создания и развития требуют их соответствия общепризнанным стандартам, ограничивающих фантазии и поле деятельности разработчиков. Стандартизация информационных технологий и систем повышает их прибыльность за счет снижения затрат на создание, внедрение и особенно модификацию. Стандартизации подлежат:

• базовые функции операционных систем;

• функции управления базами данных и распределенная обработка;

• функции пользовательского интерфейса;

• функции взаимосвязи открытых систем;

• структура данных и документов;

• безопасность информационных систем и др.

Создаются информационные системы в соответствии со стандартами, которые разрабатываются многочисленными организациями. В первую очередь к ним относятся международные организации, а также ассоциации и консорциумы, создающие рекомендации, полезные в деле автоматизации управленческих процессов.

Классификация стандартов, используемых в процессе создания информационных систем.

Стандарты в области информационных технологий можно классифицировать следующим образом:

1. По уровню утверждающей организации.

2. По предмету стандартизации: функциональные стандарты (стандарты на языки программирования, интерфейсы, протоколы) стандарты на организацию жизненного цикла (ЖЦ) информационных систем и т.д.

Согласно первому признаку стандарты располагаются по иерархии, представленной на рисунке

1. На верхнем уровне находятся стандарты, разрабатываемые международными организациями по стандартизации (ISO - International Organization for Standardization, IEEE - The Institute of Electrical and Electronics Engineers,), признанные соответствующими комитетами.

2. На среднем уровне находятся региональные стандарты, создаваемые для группы стран или континентов.

Графическая иллюстрация иерархии стандартов

3. На нижнем уровне находятся национальные стандарты, действующие в рамках отдельных государств, корпораций и организаций.

Объектами стандартизации являются:

• процессы (Что делать?, например ISO12207, ISO15288, IEEE1220);

• качество (Как следует делать?, например, ISO15504);

• источник (Какие данные использовать, например, ISO10303);

• описание процессов или объектов, например, IDEF, UML, IEEE 1471.

В РФ функционирует Государственный институт по стандартизации и метрологии, который разработал профиль взаимодействия открытых систем в соответствии с ISO/IEK TR 10000-1 под названием «Государственный профиль взаимосвязи открытых систем России. Рекомендации по освоению». Данный стандарт определяет:

• государственную политику России в области информационных технологий, ее ориентацию на ИСО/МЭК;

• набор взаимосвязанных государственных стандартов России, предназначенный для регламентации прикладных задач (электронная почта, кодирование символов, базы данных и т.д.);

• очередность разработки стандартов, касающихся информационных технологий.

Кроме международных, региональных и национальных стандартов разрабатываются отраслевые (корпоративные) стандарты, стандарты промышленных консорциумов, которых к началу века в области информационных технологий насчитывалось около 150.

Объекты стандартизации и состав стандартов, используемых в процессе создания информационных систем.

Стандарты открытых информационных систем необходимы для обеспечения взаимодействия информационных технологий за счет достижения следующих видов мобильности:

• мобильность данных, заключающаяся в способности систем к взаимодействию за счет использования согласованных форматов данных (стандарт ISO 7498); стандарты обмена ГОСТ 6201-90 (ISO9735), ГОСТ 6106-87(ISO 6422)

• мобильность программ, заключающаяся в переносе прикладных программ при замене технических средств (ISO 9945);

• мобильность пользователя, заключающаяся в предоставлении дружественного интерфейса пользователю, не имеющему специальной подготовки;

• расширяемость - возможность добавления (наращивания) новых функций, которыми ранее информационная система не обладала, без ее модификации.

Под интерфейсом понимается совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие объектов (программ, оборудования, человека).

• Все множество стандартов верхнего уровня можно разделить на две группы:

• стандарты, регламентирующие архитектуру информационной системы и взаимодействие прикладных программ внутри системы;

• стандарты, обеспечивающие взаимодействие информационной системы с иными (внешними) информационными системами.

На рисунке иллюстрируется пространство действия двух групп стандартов верхнего уровня.

Две группы стандартов открытых систем

Стандартизация включает:

• базовые стандарты;

• профили, обеспечивающие конкретные функции;

• средства для уточнения параметризации на основе профилей.

Базовый стандарт состоит из обязательной части и опций:

Обязательная часть

Опция 1

Опция 2

…

Обязательная часть содержит: терминологию, общее руководство, принципы.

Стандарты на элементы стандартизации:

- стандарты на потребителя;

- стандарты на процессы;

- стандарты на продукты;

- стандарты на ресурсы.

Опции предназначены для включения необходимых функций. Для каждой опции приводится ее описание и рекомендации по выбору конкретного значения. Существуют опции, отвечающие за установку даты и времени, порядок прохождения процедур, точность вычислений, выбор формы экранов, антивирусную защиту, снятие и установку паролей и т.д.

Профили как уточнение и адаптация стандартов к условиям их использования

В процессе создания информационной системы стандарты должны конкретизироваться в соответствии с целями управления и спецификой объекта управления. Выделенное подмножество стандартов определяет состав проблемно-ориентированного профиля. Профили стандартов ориентируются на определенные типы предприятий, функций управления и классы задач.

Под профилем стандарта понимается выделенная совокупность характеристик объекта (процесса), в которых с помощью опций указываются требования и рекомендации, предназначенные для реализации конкретной функции в конкретном программном, техническом и другом окружении.

Конкретное окружение – это тип предприятия, обслуживаемые функции управления, классы задач, условия передачи и обработки территориально распределенных данных, среда документооборота, охватывающая цехи, склады и службы управления производством и т.д. Профилирование стандартов – это фундаментальное понятие, используемое для адаптации стандартов к конкретной области применения. Профиль стандартов всегда объединяет в себе два качества:

• удовлетворяет потребности управления, то есть обеспечивает информационную поддержку соответствующих функций управления и решаемых задач на конкретном предприятии;

• удовлетворяет требованиям и принципам построения открытых систем, технических, программных и коммуникационных средств (переносимость, расширяемость, дружественный интерфейс и др.).

Благодаря профилю осуществляется агрегирование базовых стандартов и определение значений их параметров, которые в базовых стандартах не задаются. Поэтому профиль это не только набор согласованных стандартов, но и их параметризация. В профиле уточняются детали базовых стандартов с помощью опций

Базовый стандарт		Профиль одного стандарта
О бязательная часть		Обязательная часть
О пция 1		Опция 2
О пция 2		Опция 8
Опция 8
Опция 8
Опция 9

Профилирование базового стандарта с помощью опций

На базе одного стандарта может формироваться несколько профилей. Например, на основе Федерального государственного обучающего стандарта можно создать учебные планы следующих профилей: Одна часть дисциплин в стандарте является общей для всех профилей, а другая – предназначена для отражения содержания конкретного профиля

Три варианта получения профилей одного стандарта