
книги из ГПНТБ / Клыков, Ю. И. Ситуационное управление большими системами
.pdfРис. 3-13.
- A ( V / A . + i ) A -
где |
<n.v, |
w / v |
— наборы |
отношений |
в |
мультиструктурах |
||||||||
y._v, Y/ | V типа |
синтагм; |
v = l , |
2,..., |
(га — 1). |
|
|
||||||||
Синтагматические |
цепи |
П ( |
" \ |
П'"' |
будем |
называть |
||||||||
|
|
|
|
|
|
г |
|
i |
|
J |
|
|
|
|
похожими, |
|
если ш.ч |
= |
т |
, V— 1, |
2,..., |
(//. — 1). |
Пусть |
||||||
П ^ , |
П^"' — похожие |
|
цепи. |
|
Рассмотрим |
//-вершинную |
||||||||
структуру Yk и представим ее в виде |
синтагматической |
|||||||||||||
цепи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П ( п ) |
=(xh.l'okilxk,2) |
|
Д (хклшк^хк,3) |
|
Д ... |
|
|
||||||
|
- |
А (хь.Л.&. |
v+ 1) А - |
|
Л (xkt |
„ _ , % , |
а^хы). |
|
||||||
Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-> |
|
--> |
|
|
|
|
-> |
|
|
|
-V |
|
|
|
Xi,/iXk,v' |
|
Xl, v + ir>A*ft, v + P |
^ / . у ^ ^ Й Л ' |
"*7. v + l'i-^A, v + P |
|||||||||
|
|
|
v = l , |
2,..., |
|
(л - |
1). |
|
|
|
||||
Синтагматическую |
цепь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(Л.[п)у |
= (хк,у11лхк,,) |
Д |
(xf e ,Vf e ,2 x,{ ,3 ) Д ... |
|
|||||||||
|
•" А |
(Хк.Ук.*ХИ, v + l) Л |
••• А |
(Хк, п-Уи. n-r*fc.n)> |
|
|||||||||
г Д е |
S ^ ^ . U 1 1 , - , ; |
^ = 1 , 2 . |
|
|
|
|
будем |
назы |
||||||
вать |
результатом |
обобщения |
цепей |
П[ я ) , |
П ^ ' . На |
|||||||||
рис. 3-13 дан пример обобщения |
|
четырехвершинных |
||||||||||||
структур. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
91
Будем говорить, что синтагматическая цепь Д(* непосредственно подчинена синтагматической цепи 11^п) ,
если синтагма xlvw[4xl |
, |
непосредственно подчинена |
|
синтагме xq< |
' v = |
1, 2 |
( л - 1 ) . |
Обобщение понятий по семантической близости
Согласно вышеприведенному определению связи ви да семантической близости эта связь образуется между понятиями, корень дерева одного из которых лежит на одном из несплошных путей дерева второго понятия. Отношение между корнями деревьев для данного вида
Рис. 3-14.
семантической связи устанавливается по правилам тож дественного преобразования отношений.
Обобщение по семантической близости понятий осу ществляется в два этапа. На первом этапе формируются отношения между фиксированными понятиями по пра вилам тождественного' преобразования отношений. На втором этапе ситуативные структуры обобщаются по правилам обобщения ситуативных структур со связью вида семантической общности.
Рассмотрим первый этап обобщения. Пусть задана ситуативная структура Ji = xcqrpxd. Построим деревья
D(xcq), |
D(xdi) |
(рис. 3-14). |
Рассмотрим поддеревья |
D (лф С |
D (лф и D (х^) С D (xd), |
корни которых лежат на |
92
несплошных путях. Пусть между понятиями хс, х° и хь ,
хь имеются |
отношения соответственно г,, |
г . |
|
||||||
j |
|
|
|
|
|
|
А' |
е |
|
|
Будем говорить, что между понятиями х"., хь |
суще |
|||||||
ствует отношение ги, если среди правил |
тождественного |
||||||||
преобразования |
отношений |
имеется |
правило |
|
|||||
(V*J) |
(V<) |
(V<) (V^) |
( V ^ ) |
( V ^ ) |
( К * < ) Л |
||||
|
|
|
A ( < ^ ; ) A ( / v ; r p |
A ^ ) A |
|
||||
|
|
|
Mx/^rnxlT^Z) |
|
xa/kx)), |
|
|||
где |
A'j , xl |
— понятия, |
подчиняющие |
соответственно |
|||||
v;" |
xb |
|
|
|
|
|
|
|
|
i' |
i |
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
Отношение гк |
будем |
называть |
ситуативным |
отноше |
нием вида семантической близости. Структуру назовем ситуативной структурой с отношением вида се мантической близости.
Если исходная структура yq |
имеет произвольный |
ха |
||
рактер, то выделение в yq |
ситуативной структуры с |
от |
||
ношениями вида семантической |
близости осуществляет |
|||
ся путем представления |
yq |
в виде конъюнкции синтагм |
||
и выделения в каждой |
синтагме |
ситуативной структуры |
сотношением вида семантической близости указанным способом. Пусть В есть множество ситуативных структур
сотношениями вида семантической близости. Введем на множестве В операцию обобщения вида семантической близости.
На рис. 3-15 дан пример обобщения вида семантиче ской близости с последующим обобщением вида семан тической общности. Исходными структурами являются Krpx<i и xlr4xi • Результатом обобщения вида семанти ческой близости являются структуры хаГъ.хь^, х"хгих^ . Результатом обобщения вида семантической общности является структура х^г^х".
Структуру Сшь |
полученную |
в результате |
обобщения |
|
В, будем |
называть |
обобщенной |
структурой |
дискретной |
сети вида |
семантической близости. |
|
93
|
|
Дадим |
определение |
мо |
|||
|
дели |
обобщения ситуаций. |
|||||
|
|
Определение 3-3. Пара |
|||||
|
<.А, |
П> |
называется |
мо |
|||
|
делью |
обобщения |
ситуаций, |
||||
|
где |
А — множество |
класси |
||||
|
фицируемых ситуаций, |
П — |
|||||
|
правила обобщения |
понятий |
|||||
|
по |
семантической общности |
|||||
|
и 'близости. |
|
|
|
|||
|
|
Макроситуации, |
форми- |
||||
|
руемыев |
модели обобщения, |
|||||
|
предъявляются |
эксперту, ко |
|||||
|
торый |
принимает |
решение |
||||
Рис. 3-15. |
о включении их в 'Предикаты |
||||||
применимости |
.правил |
кор |
|||||
|
реляционной и |
трансформа |
|||||
|
ционной |
грамматик. |
Роль |
эксперта сводится к минимуму лишь в тех задачах управления, в которых цель управления и оценочный функционал достаточно хорошо формализуются на язы ке ситуаций. Возникающие здесь трудности имеют не
столько формальный, |
сколько |
содержательный |
харак |
||||||
тер, |
поскольку |
эксперт, как |
правило, |
не |
в |
состоя |
|||
нии достаточно |
полно |
сформулировать |
на |
естественном |
|||||
языке |
цели функционирования |
управляемого |
объек |
||||||
та и соответствующие |
этим целям |
оценочные |
функцио |
||||||
налы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Макроситуацням, используемым в правилах транс |
|||||||||
формации, экспертом |
сопоставляются |
решения |
(коман |
ды управления) из множества допустимых решений, ко торые формально задаются в виде системы трансформа ционных подстановок.
После окончания процесса формирования корреляци онной и трансформационной грамматик макромодель управления считается построенной и может быть исполь зована для построения законов управления дискретной сетью. Управление сложной системой с помощью макро модели рассматривается в гл. 4.
Таким образом, нами показано, что:
1) базой макромодели управления большими систе мами служит совокупность семиотических моделей, из которой она возникает в процессе обучения в результа-
94
те проведения процедур корреляции и обобщенияси туаций;
2) управление процессом обобщения ситуаций осу ществляется путем наложения ограничений на правила классификации и способ применения этих правил.
Г л а в а ч е т в е р т а я
Ф У Н К Ц И О Н И Р О В А Н И Е М А К Р О М О Д Е Л И
Имитационная макромодель предназначена для ими тации процесса формирования законов управления слож ными системами. Поскольку структура сложной системы н структура ее модели, задаваемая в виде дискретной сети, описываются на едином языке, то моделью процес са формирования законов управления сложной системой служит экстраполяция ситуаций на дискретной сети.
Прежде чем рассматривать процесс экстраполяции ситуаций, мы дадим точное определение правил экстра поляции. Формализация правил экстраполяции ситуаций осуществляется с помощью языка описания решений.
4-1. ЯЗЫК ОПИСАНИЯ РЕШЕНИЙ
Язык описания решений разрабатывается на основе анализа управляющей информации, циркулирующей
вподсистемах большой системы.
Вгл. 1 и 2 мы показали, что структура сложной си стемы может быть представлена в виде композиции мо дулей. Каждый модуль состоит из управляемой и управ ляющей частей.
Управляемая часть модуля состоит из двух уровней. Нижний уровень образуют исполнительные устройства,
а вторым |
уровнем являются композиции исполнитель- |
|
пых устройств. Формирование моделей |
решения задач |
|
управления |
внутри каждого модуля |
осуществляется |
с помощью управляющей части модуля. В простейших модулях (модули нулевого порядка) роль исполнитель ных устройств играют объекты, структура которых не представляет интереса для решения задач управления сложной системой. Модули нулевого порядка играют роль исполнительных устройств в модулях первого по рядка, которые в свою очередь являются исполнитель ными устройствами для модулей второго порядка, и т.д.
95
В общем случае в модулях высшего порядка исполни тельными устройствами могут быть модули любого низ шего порядка. После того как определена структура управляемого объекта, можно приступить к анализу управляющей информации в каждом модуле. Рассмо трим структуру управления модуля на примере такой подсистемы, как район грузового морского порта. Роль исполнительных устройств в этой подсистеме играют причалы,- склады, портальные краны, перегрузочный автотранспорт, железнодорожные составы и др. Про стейшие команды управления соответствуют операциям, выполняемым отдельными исполнительными устрой ствами.
Например, выполнение перегрузочных работ пор тальным краном осуществляется с помощью операций: «зацепить краном груженое грузозахватное приспособ ление на берегу», «перенести груз на судно», «отцепить груз» и др. Кроме команд управления отдельными эта пами функционирования исполнительных устройств, используются команды, соответствующие технологиче ским циклам работы исполнительных устройств. Струк тура этих команд определяется технологическими схема ми функционирования исполнительных устройств и представляет собой последовательность простейших опе раций. Например, команда управления «погрузить штуч-. ный груз портальным краном на судно» представляет собой последовательность операций, определяющую технологический цикл работы портального крана. В эту последовательность входят, кроме указанных трех опе раций, следующие две операции: «возвратить порожнее грузозахватное устройство на берег», «отцепить грузо захватное приспособление». Таким образом, командами управления исполнительными устройствами в общем случае могут быть как команды, соответствующие про стейшим технологическим операциям устройства, так и команды, соответствующие последовательностям этих операций.
В процессе перевалки грузов участвуют одновремен но все исполнительные устройства района. Последова тельность работы исполнительных устройств на задан ном 'отрезке времени определяется командами управле ния, формируемыми диспетчерской службой района. Эти команды представляют собой упорядоченные во времени композиции команд управления испрднительнымц
96
устройствами. Команды управления исполнительными устройствами могут выполняться как последовательно, так и параллельно. Например, перевалка грузов с судов на причалы может осуществляться параллельно с по грузкой железнодорожных составов из складов. Таким образом, в модуле можно выделить три уровня команд управления: 1) команды, соответствующие отдельным технологическим операциям (атомарные команды); 2) команды, соответствующие последовательностям тех нологических операций (элементарные команды);
3) команды, соответствующие композициям последова
тельностей |
технологических |
операций |
(базовые |
команды). |
|
|
|
Базовые команды управления модулей низшего по рядка могут играть роль атомарных команд управления модулей высшего порядка. Так, команды управления районом порта играют роль простейших технологических
операций в системе управления портом. |
|
|||||
Дадим |
теперь |
определение |
команды |
управления. |
||
Рассмотрим |
модуль |
и определим |
для него |
следующих |
||
три конечных |
множества: |
|
|
|
||
Л° = |
{а° |
а°); * в |
= |
{*?,..., k°J; |
||
|
|
|
Т — |
тп }, |
|
|
элементами |
которых являются |
соответственно атомар |
ные команды управления, элементарные команды управ ления, времена реализации атомарных команд. Выберем в качестве атомарных команд управления подстановки вида Xi—*-xj, где xi, Xj— понятия, принадлежащие структуре дискретной сети. Установим взаимно-одно значное соответствие между множествами А0 и Т. Опи сание команд управления удобно осуществлять с по мощью языка полюсниковой дискретной сети. Рассмо трим D-сеть. Сопоставим дугам графа функционирова ния 1-го преобразователя сети атомарные команды
управления из А0. Пусть di,, |
есть / = е состояние i-ro пре |
|||
образователя сети, где |
/ = 1 , |
2, ..., |
г*=1, 2, ..., q. |
|
Обозначим через £°з . |
|
элементарную команду уп |
||
равления, соответствующую |
переходу |
в состояние |
||
Содержательно команда |
k°ti |
интерпретируется |
следую |
|
щим образом: i'-преобразователь перевести в /-е |
состоя |
|||
ние. |
|
|
|
|
7—272 |
|
|
|
97 |
Множество 1(° элементарных команд управления D- сетью представим в виде таблицы, t-й строкой которой является набор команд управления, сопоставленный £-му
преобразователю, |
£ = 1, 2, .... |
а: |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1 |
1 о |
/ г 1,2> |
•• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
к° = . |
/0 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2,1' |
2,2' |
" |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/г |
, |
... 1 **'«. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
9,2' |
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим |
Л'° множество |
команд |
управления, |
распо |
|||||||||
ложенных в i-й строке таблицы |
К0, |
£ = 1 , 2 , . . . , |
9. |
|
|||||||||
Набор |
< Я ° , /С° |
/ < > |
назовем |
обобщенной |
ко |
||||||||
мандой |
управления D-сетью, |
а элементы К0 — |
перемен |
||||||||||
ными |
командами |
управления. Наборы значений |
обобщен |
||||||||||
ной команды |
управления |
будем |
называть базовыми |
ко |
|||||||||
мандами |
управления |
D-сетью. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Число |
NbM |
различных |
базовых |
команд |
управления |
||||||||
определяется |
как |
Nik |
= l1X.l2 |
X ••• X V |
Г Д е |
h~ |
число |
элементарных команд управления, соответствующее £-у преобразователю, £ = 1 , 2 , . . . , q.
Пусть К есть множество базовых команд управления D-сетью. Сопоставим базовой команде управления граф без циклов, в котором вершинам сопоставлены элемен тарные команды управления, входящие в базовую коман ду управления, а дугами — связи функционального и управляющего типа, имеющиеся между этими элемен тарными командами. Каждая вершина графа взвешена весом ti,j, где ^ — время реализации /-й элементарной команды на £-м преобразователе. Так как циклы в гра
фе устранены, то |
возможно ввести упорядочение в по |
||||
следовательность |
выполнения |
элементарных |
команд |
||
управления. Все элементарные |
команды управления, ко |
||||
торые |
могут |
выполняться |
одновременно, |
относятся |
|
в один |
ярус |
графа. |
|
|
Ярусно-параллельная форма (ЯПФ) является стан дартной формой представления базовой команды управ ления для ее реализации на D-сети. Язык ЯПФ был разработан Д. А. Поспеловым для описания программ, реализуемых на вычислительной системе [Л. 34]. Исполь-. 98
зование этого языка для описания структуры команды управления D-сетыо позволяет не только стандартизи ровать форму записи команд управления, но и решить
основные проблемы теоретического |
характера, возни |
|
кающие при проектировании подобных систем [Л. 35]. |
||
Последовательность элементов входного |
и выходно |
|
го алфавитов, соответствующая |
пути, |
выделенному |
в графе функционирования 1-го преобразователя, харак
теризует |
порядок поступления (выдачи) |
объектов на |
|||
i-й преобразователь |
при |
реализации команды |
k°... |
||
Если |
обозна шть |
через |
i длительность |
такта |
работы |
преобразователя, то время реализации команды управле ния /е^ определяется как т (k° ) = %у(1(&°з.), где t(k°tj)— длина пути, соединяющего вершины di ^, di,$.
Время реализации на D-сети базовой команды управ ления, представленной в виде ЯПФ, определяется с по мощью соотношений, установленных в [Л. 34].
Таким образом, языком описания команд управле ния дискретной сетью является язык ЯПФ, в котором роль простейших операторов играют подстановки вида
Рассмотрим процесс экстраполяции ситуаций на дис кретной сети.
4-2. ТРАНСФОРМАЦИОННАЯ ГРАММАТИКА
Экстраполяция ситуаций на дискретной сети осуще ствляется с помощью команд управления макромодели. Обозначим макромодель Мэ и рассмотрим ее функцио нирование.
Будем считать тактом t3 работы модели Мэ проме
жуток |
времени, равный |
( ^ Ч ~ 0 ' г д е |
^ — в Р е м я |
реализа |
||
ции на |
дискретной сети базовой команды управления, ^— |
|||||
время |
выбора |
очередной |
команды |
управления. |
t3 |
вклю |
чает в |
себя: |
fj — время |
анализа |
ситуации, f' |
— время |
|
формирования |
ситуативной структуры, f' — время |
рас |
познавания класса (макроситуации), которому принадле жит ситуативная структура.
В зависимости от способа задания такта будем раз личать два вида модели М3: Mei — модель с постоянным
7* |
99 |
(фиксированным) тактом; — модель с переменным тактом.
В модели |
)И3 1 — величина f равна |
максимальному |
|
значению времени реализации на D-сети |
базовой |
коман |
|
ды управления, а ^ — математическому |
ожиданию вре |
||
мени выбора базовой команды управления. Если |
величи |
||
на f -f- f для |
конкретной ситуации меньше такта |
модели, |
то образуется «временное окно», в течение которого мо дель не работает. Наличие окон в Mai снижает быстро действие, что нежелательно для решения задачи управ ления оперативного характера. Указанным недостатком не обладает модель Мз2, в которой выбор очередной ба зовой команды управления осуществляется сразу же
после |
окончания |
реализации |
на |
D-сети |
предыдущей |
|
команды. |
|
|
|
|
|
|
Необходимость |
формирования |
служебных |
команд |
|||
конца |
операций в |
Мо2 приводит |
к |
усложнению |
устрой |
|
ства |
управления, |
координирующего |
работу |
отдельных |
блоков МЭ 2. Эта модель используется для решения опе ративных задач, для которых быстродействие является определяющим фактором.
Функционирование Л43 может начаться с любой си туации, задаваемой на D-сети. Для модели экстраполя ции нет понятия фиксированной начальной ситуации. Условие прекращения экстраполяции задается либо в виде числа тактов экстраполяции, либо указанием класса, которому должна принадлежать результирую щая ситуация.
Последний способ задания цели является наиболее характерным, например: «разгрузить рудовоз»; «произ вести посадку самолета»; «сделать мат в три хода» и др. Прекращение по числу тактов экстраполяции ис пользуется при решении задач с фиксированным вре менем решения. Например, при проведении маневровых работ на железнодорожном узле время принятия реше ния в некоторых случаях не должно превышать 10 — 30 сек. Это значит, что спустя 30 сек ситуация на же лезнодорожном узле может настолько измениться, что решение, принятое в результате экстраполяции, потеряет практическую ценность. При построении декадного пла
на работы |
морского |
порта процесс экстраполяции на |
D-сети начинается с начальной дислокации флота и пе |
||
регрузочных |
средств |
до момента последнего грузового |
100 |
|
|