Экспертная система принятия решений (приложение к теме 1.2)

Экспертная система принятия решений (ЭСПР), ориентирована на задачи выбора эффективного варианта решения с учетом оценок альтернатив, задаваемых по нескольким критериям отдельными членами группового лица, принимающего решения, в различных проблемных ситуациях.

ЭСПР предусматривает автоматизированный поиск модели и метода принятия решения, применяемых в конкретной проблемной ситуации, а также последующий выбор эффективного решения в результате проведенных расчетов.

В основе ЭСПР лежит классификация моделей принятия решений по 13 признакам, в качестве которых выступают характеристики задачи принятия решения в общем виде:

<S, G, X, Q, F, K, V; X^*>, где

S — множество проблемных ситуаций;

G — множество целей принятия решения;

X — множество альтернативных вариантов решения;

Q — множество последствий, к которым могут приводить варианты решения;

F — множество функций предпочтения;

K — множество критериев оценки вариантов решения;

V — множество принципов согласования оценок альтернатив;

X^* — эффективное решение.

При разработке ЭСПР использованы следующие принципы.

Первый принцип — формирование набора признаков, определяющих выбор метода принятия решения (второй столбец табл. 1.2.3.).

Порядок рассмотрения указанных признаков (вопросов) зафиксирован их номерами по принципу — более общие расположены впереди, с учетом соподчинённости признаков. Соподчиненность признаков проявляется, в частности, в том, что следующий вопрос может задаваться или нет в зависимости от того, какой ответ получен на предыдущий. Так, вопрос о принципе согласования мнений отдельных членов группы целесообразно ставить, если решение принимает групповой ЛПР. В целом относительно приведённых выше 13 признаков можно отметить, что соподчинены: 1 и 2; 1 и 3; 5 и 6; 7, 8, 9 и 10.

Таблица 1.2.3

Признаки классификации методов принятия решения

№ пп	Признаки (вопросы)	Номер ответа	Возможные реализации значений признаков (варианты ответов)
1	2	3	4
1.	Информированность об условиях принятия решения	1 2 3 4 5	Одна проблемная ситуация Несколько проблемных ситуаций с неизвестными вероятностями их появления Несколько проблемных ситуаций с заданными вероятностями их появления Несколько ненаблюдаемых проблемных ситуаций с заданными вероятностями их появления и взаимосвязи с наблюдаемыми событиями, им присущими. Несколько проблемных ситуаций, упорядоченных по степени достоверности их появления
2	Принцип согласования вариантов поведения ЛПР в различ­ных про­б­лемных ситуациях с заданными вероятностями их появления	1 2	Принцип Большинства Байеса
3	Принцип согласования вариантов поведения ЛПР в различных проблемных ситуациях с неизвестными вероятностями их появления	1 2 3 4 5 6 7	Принцип Парето Пессимизма Оптимизма Гурвица Антагонистического игрока Сэвиджа Лапласа
4	Информированность о последствиях принимаемого решения	1 2 3 4	Полная определенность на одном этапе Полная определенность на конечном множестве этапов Частичная неопределенность на конечном множестве этапов Частичная неопределенность на бесконечном множестве этапов
5	Индивидуальный или групповой ЛПР	1 2	Индивидуальный Групповой
6	Принцип согласования мнений отдельных членов группового ЛПР	1 2	Принцип Большинства Парето
7	Количество критериев (признаков) оценки вариантов решения	1 2	Один критерий Несколько критериев
8	Степень сравнимости критериев оценки вариантов решения	1 2	Критерии сравнимы Критерии не сравнимы
9	Принцип согласования отдельных критериев	1 2 3	Принцип Большинства Парето Последовательного рассмотрения критериев
10	Соотношение важности крите­риев оценки вариантов решения	1 2	Заданы веса критериев Критерии упорядочены по важности
11	Вид множества альтернатив	1 2	Множество альтернатив счетно Множество альтернатив континуально
12	Способ задания предпочтения на множестве альтернатив	1 2	Заданы количественные оценки вариантов решения по каждому критерию Заданы порядковые оценки вариантов решения по каждому критерию
13	Необходимость вмешательства ЛПР в процесс решения задачи	1 2	Необходимости вмешательства ЛПР отсутствует Необходимо вмешательство ЛПР

Второй принцип создания системы — формирование различных реализации признаков (ответов) и их всевозможных комбинаций. Каждая такая комбинация ответов характеризует запрос системы на выбор подходящего метода принятия решения. Для признаков и их реализаций, приведённых в графе 4 таблицы 1.2.3, верхняя оценка числа всевозможных комбинаций значений признаков составляет 2³⁷. Однако, не все комбинации ответов имеют смысл, прежде всего, в связи с соподчиненностью признаков. Поэтому на самом деле, число учитываемых комбинаций существенно ниже указанной величины.

3. Третий принцип — разработка программ, реализующих отдельные методы принятия решений, которые составляют ядро системы принятия решений.

Рассмотрение различных комбинаций значений приведённых выше признаков классификации требует включения в систему огромного числа методов принятия решения и соответствующих им программ. В настоящее время результаты исследований в этой области являются самым узким местом при создании сиcтемы. Причины возможных затруднений вызваны необходимостью разработки новых методов, сложностью формирования единой терминологии для различных методов, трудоемкостью создания программного обеспечения теоретически существующих методов принятия решения.

Четвертый принцип — формирование «автономного» и «системного» имён каждого метода, заложенного в систему принятия решений.

Автономное — это такое имя программы, с которым ЛПР может работать в ав­тономном режиме, если заранее знает, какой метод принятия решения ему необходим.

Системное — формируется ЭСПР для поиска нужного метода.

Пятый принцип — учёт возможностей ЭВМ (операционной системы, «языковых» средств), на базе которой создается система, для формирования автономного и системного имён программ. Автономное имя программы, включающее, например, начальные буквы названия метода, задается авторами программы. Системное имя формируется на основе специальных процедур.

Шестой принцип — создание системного имени программы на основе номеров ответов (номеров возможных реализации учитываемых признаков) на строго зафиксированный порядок вопросов (перечень признаков).

Седьмой принцип — необходимость разработки управляющей головной программы анализа конкретной проблемной ситуации, осуществляющей формирование системного имени программы в соответствии с ответами пользователя, поиск требуемой программы в ядре системы и при положительном результате — её загрузку для последующего исполнения (рис. 1.2.3)

Рис. 1.2.3.

Программа анализа проблемной ситуации служит для подбора метода, с помощью которого необходимо решить заявленную задачу. Программа построена по принципу стандартного опросника (теста), когда пользователю предлагается цепочка вопросов с несколькими вариантами ответов на каждый. Каждый выбранный ответ приводит к удалению из полного списка тех методов, которые не удовлетворяют выбранным ответам. В конечном итоге программа выходит на один единственный метод, с помощью которого и решается задача.

Несущей конструкцией головной программы системы является модель-таблица решений (ТР), состоящая из четырёх разделов, интерпретация которых в данном случае может быть следующей. Раздел условий (II) формируют признаки классификации методов принятия решений. Раздел входов условий (I) — различные значения признаков. В таком представлении мы имеем таблицу решения с расширенным входом условий, т.к. каждая реализация дополняет и расшифровывает признак, указанный во II разделе. От ТР с расширенным входом всегда можно перейти к таблице решения с ограниченным входом условий, использующей в качестве таких входов только элементы «да» (1), «нет» (0) или знаки безразличия «-». При этом, каждое условие со своей конкретной расшифровкой повторяется столько раз, сколько имеется различных значений признаков (расширенных входов), что, безусловно, приводит к увеличению размерности таблицы.

Каждая колонка входов условий в совокупности — колонка определённых значений признаков — формирует конкретные требования для выбора соответствующего метода принятия решения. Именно модель ТР позволяет подсчитать число требуемых методов, указанное в п. 2.

В раздел действий (III) включаются отдельные методы принятия решений (соответственно, реализующие их программы), образующие ядро системы. И, наконец, в разделе входов действий (IV) указывается, какой метод следует использовать в том или ином конкретном случае.

Правило решения при такой трактовке ТР показывает, какой метод из числа перечисленных в III разделе, должен выполняться при тех или иных ответах (I раздел) на задаваемые вопросы (II раздел).

Восьмой принцип — «сужающейся подсказки». Данный принцип необходим в связи с тем, что набор методов принятия решения, включённых в систему, не является исчерпывающим. Это ведёт к тому, что пользователь в результате своих ответов достаточно часто может получать сообщение: «Метод не найден».

Для того, чтобы настроить ЛПР на использование существующих возможностей, в систему включают подсказку в виде перечня методов, которые могут быть выбраны при различных ответах на текущий вопрос, если фиксированы ответы на предыдущие.

При вызове первого вопроса на экране дисплея может быть просмотрен весь перечень методов, заложенных в систему. Как только будет выбран ответ на первый вопрос и на экране появится второй, перечень приемлемых методов принятия решения сократится. В общем случае переход к каждому следующему вопросу сопровождается сужением перечня допустимых методов.

Таким образом, наличие подсказки в системе при ограниченном наборе методов ориентирует ЛПР на определенные ответы, позволяет существенно ускорить поиск и не проходить весь перечень возможных вопросов для идентификации метода. В последнем случае недостающие ответы выстраиваются автоматически в соответствии с системным именем найденного метода.

Девятый принцип — включение в систему элементов «самообучения пользователя».

При работе с системой для получения соответствующей помощи пользователь должен указать объект (метод, вопрос, ответ), для которого она необходима.

Десятый принцип — диалоговый режим работы пользователя как с программой анализа конкретной проблемной ситуации (основной), так и с программами, реализующими конкретные методы принятия решения.

Одиннадцатый принцип — унификация работы с каждым отдельным методом, выражающаяся в использовании типового «меню» для всех программ.

Двенадцатый принцип — «исследовательский» характер системы, обусловленный тем, что анализ ситуаций, в которых нужный метод принятия решения не найден, позволяет сформулировать соответствующие требования к разработчикам методического и математического обеспечения системы.

Причем становится понятным, как синтезировать элементы старых методов для создания новых. Например, встречаются реализации методов принятия решения, использующие в чистом виде либо принцип Большинства, либо принцип Парето. Для того, чтобы создать метод, который для согласования вариантов поведения в различных ситуациях использует принцип Парето, а для согласования мнений отдельных членов группового ЛПР и согласования оценок по отдельным критериям — принцип Большинства с успехом можно объединить готовые фрагменты.

Тринадцатый — «модульный» принцип разработки программного обеспече­ния, в соответствии с которым введение новых вопросов, ответов или методов требует дополнительного включения или переработки отдельных программных модулей, а не системы в целом.

Четырнадцатый принцип — «открытость» системы для расширения.

Рассмотренная процедура формирования системного имени программы допускает до 16 вопросов к ЛПР при 10 вариантах ответа на каждый. Эта возможность в настоящее время далеко не исчерпана. Но самая актуальная задача — расширение числа методов принятия решения даже в рамках настоящей концепции системы.

Презентация работы Экспертной системы принятия решений представлена на рисунках 1.2.4.—1.2.13.

Рис. 1.2.4

Рис. 1.2.5

Рис. 1.2.6

Рис. 1.2.7

Рис. 1.2.8

Рис. 1.2.9

Рис. 1.2.10

Рис. 1.2.11

Рис. 1.2.12

Рис. 1.2.13

1 Petzinger T. The New Pioneers: The Men and Women Who Are Transforming the Workplace and Marketplace. Simon & Schuster, 1999.

2 Applegate L.M., McFarlan F.W., McKenney J.L. Corporate Information Systems Management: The Issues Facing Senior Executives. Irwin, 1996.

3 Журнал «Компания». No 7 (203) от 25.02.2002

4 Finlay P. Introduction Decision Support System. Bodmin, Cornwall: Hartnolls, 1999.

5 См.: Сизов А.В. Институциональные проблемы внедрения информационных технологий/ Материалы Международной конференции по управлению. М.: ГУУ, 2001.

6 Современные технологии управления. Цикл ежемесячных семинаров (сентябрь 2001 — июнь 2002). Март 2002. Управление информацией.

7 PC Week/Re. № 10. 19 марта, 2002.

8 Годин В.В. Стратегический взгляд на информационные системы в организации/Современные технологии управления. Цикл ежемесячных семинаров (сентябрь 2001 — июнь 2002). Издательский дом «Коммерсант».

9 См.: Laudon K., Laudon J. Essentials of Management Information Systems: Organization and Technology. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.

10 Whisler T.L., Leavitt H.J. Management in the 1980s // Harvard Business Review. 1958. November—December. P. 41—48.

11 Nolan R.L. Managing the Crisis in Data Processing // Harvard Business Review. 1979. March—April. P. 115—126.

12 Applegate L.M., McFarlan F.W., McKenney J.L. Op. cit.

13 Кравченко Т.К., Перминов Г.И. Эксперная система принятия решений. М.: ГУ ВШЭ, 1998.

14 Porter E.M. Corporate Strategy: Techniques for Analyzing Industries and Competitors. N.Y.: The Free Press, 1980.

15 Porter E.M. Millar V.E. How Information Gives You Competitive Advantage // Harvard Business Review. 1985. July—August. P. 151.

16 Kaufman F. Data Systems That Cross Company Boundaries // Harvard Business Review. 1966. January—February.

17 ComputerWorld Россия, 26 марта 2002.

18 См.: Сизов А.В. Институциональные проблемы внедрения информационных технологий/ Материалы Международной конференции по управлению. М.: ГУУ, 2001.

19 Там же.

20 Минс Г., Шнайдер Д. Метакапитализм и революция в электронном бизнесе. Какими будут компании в XXI веке. М.: Альпина Паблишер, 2001.

21 ComputerWorld Россия, 26 марта 2002.

22 PC Week/Re. № 11. 26 марта 2002.

23 Weber M. The Theory of Social and Economic Organization. New York: Free Press, 1947.

24 См.: Laudon K., Laudon J. Essentials of Management Information Systems: Organization and Technology. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.

25 Источник: Martin Buss, «Penny-Wise Approach to Data Processing», Harvard Business Review, July — August 1981.

165