Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Богомолов А.М. Эксперименты с автоматами

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
7.81 Mб
Скачать

4 . 4 . Контролирующий автомат

При проведении вероятностного эксперимента анализ входной и вы­ ходной последовательности исследуемого автомата может прово­ диться некоторым другим автоматом, который определит момент завершения вероятностного эксперимента и укажет, в каком классе разбиения находилось до эксперимента фактическое начальное со­ стояние исследуемого автомата. Такой автомат назовем контроли­ рующим. Схема проведения вероятностного эксперимента показана на рис. 11, где ЯСС источник случайных сигналов, А — иссле­ дуемый автомат и В (А) — контролирующий автомат.

Пусть

(X х Y)*

— множество

всех

 

последовательностей

сим­

волов

из

X

X У конечной

длины, пополненное пустой последова­

 

 

 

 

 

 

тельностью.

Полагая,

что имеет место

исс

X

 

А

 

7

тождество

( хг,

ух)

 

2,

у2)...

к,

ук)

=

 

 

 

 

=

хх2...хк,

ухуг...

ук) для (xt,

yt)

X

X

 

 

 

 

 

 

X Y (1 <

і <

 

k),

множество

(X

X

Y)

*

 

 

 

 

 

 

будем трактовать так же, как множе­

 

 

 

В(А)

 

 

ство всех пар

(р, а)

таких, что р £

X*,

 

 

 

 

 

q£Y*

и d (р) =

d

(q).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

П =

{Ki,

К2,

Кт)

раз­

Рис. 11.

Схема проведения

биение множества начальных

состояний

S0

автомата А

 

и контролирующий

авто­

вероятностного эксперимента.

 

 

 

 

 

 

 

мат В (А)

является

автоматом

Мура,

у которого состояния отмечены символами

 

1,

2,

m,

m

+

1.

Если

(р,

q) £

(X

X Y)*

— такая

пара

 

последовательностей,

по которой

можно

определить,

что

начальное

состояние

иссле­

дуемого

автомата

А

принадлежит /(,,

 

то

автомат В (А)

должен

перейти по этой паре последовательностей в состояние, отмеченное символом і. Обратно, если по некоторой паре последовательностей

автомат

В (А)

перешел в состояние,

отмеченное символом

і, то

по

этой паре можно установить, что начальное

состояние автомата

А

принадлежит

Кг

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем В (А) =

((5s (S))m,

X

X Y, І,

Д, (І, ав ), где

множе­

ство состояний

(5s

(S))m

является

/л-й декартовой степенью

множе­

ства подмножеств

множества 5,

X X

Y — входной

алфавит, /

=

= {1, 2,

m, т +

1} — выходной алфавит, а0 = и

2 ,

Кт)

начальное состояние. Функцию переходов Д определим соотноше­ нием

 

Д ((аг, . . .

,

а„

. . .

, а т ) , (х,

у))

=

 

 

f г

at

 

aJ ,

если

асф

0

и

а ;

= 0

 

 

 

 

 

для

1 < / < т

и

\Ф'ь,

(аі,

. . . , От)

 

 

 

В ПрОТИВНОМ

Случае,

где о\ = [s£

S\3t£<Jl{s

=

8(t,

x) Л Ч*> х) =

у)}

для

l < i < m .

Функцию отметок (.і: (9і (S))'n ->- / определим выражением

 

И<*і

°i

О

=

ft, если

о,- Ф 0

и а,- = 0

для

1 < j < ; m и / і,

1 г а + 1

в остальных случаях.

 

Индукцией по длине пары последовательностей легко показать

справедливость

формулы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А((al t ...

,

at, ...

, aj,

(р, q)) =

 

Uov

... , ait

...

, am),

если

at

Ф 0

и о,- =

0

=

 

 

 

для

 

1 <

/ <

m и / =^= і,

((аи

. . . , а т )

в противном

случае,

 

 

где а]- = (s £ S | 3 / Є а . (s =

6

(t, p) Л Ь

p) = ?)} для 1 <

і < m.

Пусть fP, —множество таких пар последовательностей из (/Y X К)*,

по которым можно определить,

что начальное состояние исследуе­

мого автомата принадлежит

Формально

 

 

 

 

 

 

 

^

= {(р, q) £ (X X

3 u s

d ( Р , 3 s e K . (X(s, /,(р)) =

lk(q)

Д

 

 

 

 

 

 

„A'*s (П)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На основании определений функций А

и [х можно

показать, что

событие

5й, представлено в автомате В (А)

выходным сигналом

і,

 

 

 

(р, д) Є Я»,«-» |i (A (ст~0, (р, ?))) =

І.

 

 

(4.22)

Действительно, пусть (р, q) £ J 5 , . Тогда

найдется такая начальная

часть (р', g') £ (X

X

К)* пары последовательностей (р, (7)

и такое

s £ Kt,

что І

(s, р') =

<?', а для всех / Ф

і и всех

t £ К/ І

(t, р')

Ф

Ф

q'. Поэтому А (ст0, (р',

q')) =

( 0 ,

0 , ст„ 0 .

 

0 ) , где ст, —

некоторое непустое множество. Из определения

функции А следует,

что А_(ст0. ІР, д)) =

( 0 .

0 ,

сг£,

0 ,

....

0 )

и, таким

образом,

|1 (А (ст0, (р,

?))) =

£.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратно,

пусть

ц (А (ст0, (р,

д))) =

і.

Тогда

А (ст0, (р, а)) —

~

( 0 ,

0 , стг, 0 ,

 

0 ) , где ст( —некоторое

Непустое множе­

ство, и существуют начальная часть (р', д') £ (X

X У)* пары по­

следовательностей (р, 9) и состояние

s £ Кі такие, что X (s, р') =

д'.

Для всех / Ф

і и t £ К,Х

(і, р') Ф

д'.

Таким

образом, (р, д) £

 

и

равносильность

(4.22)

доказана.

 

 

 

 

 

 

 

 

Из формулы (4.22) следует, что построенный автомат В (А) яв­ ляется контролирующим. При построении автомата В (А) следует учесть, что поскольку состояния, отмеченные одним и тем же выход­ ным символом і Ф т + 1, являются тупиковыми, то они будут и эквивалентными.

Для иллюстрации метода построения контролирующего автомата рассмотрим слабоинициальный автомат А (табл. 12) с разбиением П множества его начальных состояний S0 . Пусть К1= 1, 2 и /С2

= 3, 4. Функции переходов и отметок минимального контролирую­ щего автомата В (А) приведены в табл. 14.

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

14

 

 

(а,

0)

(а,

1)

(Р.

0)

(Р.

1)

 

(1,2;

3,4)

(Ї6;

0)

(0;

Щ

(Т2;

ЗА)

(0:

0)

3

(5,6;

0)

(5,6;

0)

(5,6;

0)

(5,6;

0)

(5,6;

0)

1

(0;

7,8)

(0;

7,8)

(0;

7,8)

(0;

7,8)

(0;

7,8)

2

(0;

0)

(0;

0)

(0;

0)

(0;

0)

(0;

0)

3

Поскольку контролирующий автомат — инициальный, то следует производить построение только его подавтомата, порожденного на­ чальным состоянием. В связи с этим число состояний контролирую­ щего автомата обычно значительно меньше мощности множества

(9> (S))m.

4.5. Распознавание автомата известного нласса

Рассмотрим частный случай задачи диагностирования слабоини­ циального автомата по заданному разбиению множества его началь­ ных состояний, который имеет место при распознавании автомата, принадлежащего конечному классу автоматов. Пусть S0 = 5 и каж­ дый класс Кп заданного разбиения П является стабильным множе­

ством, т. е. для

произвольных s £ Кп

и х £ X б (s, х) £ Кп.

В этом случае имеет место следствие.

 

Следствие 4.1.

Если классы разбиения

П множества состояний

автомата А стабильны, то автомат А диагностируем по разбиению

П тогда и только тогда, когда любая

пара состояний

s и t

такая,

что

s Ф t (П), не

эквивалентна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

 

Необходимость

условия

следствия,

устанавливается на основании теоремы 4.1, где в качестве р

следу­

ет взять

пустую

последовательность

е.

 

 

 

 

 

 

Докажем достаточность.

Пусть

s,

t

£ S, s ^

t (П) и p £

X * —

произвольны. Предположим,

что

X (s,

р) =

X (t,

р).

Поскольку

классы разбиения П стабильны, то s =

 

б (s, р) (П) и t == б (t,

р) (П).

Но в таком случае б (s, р) Ф б (t,

р)

(II) и, следовательно, состояния

б (s, р)

и б (t, р) не эквивалентны, что и требовалось доказать.

 

для

Рассмотрим

автоматы Аи

Л2 ,

 

A N , где Л, =

[ST,

X , Y,

б,, X,)

1 <

 

і <

N

и 5, Л S, =

 

0

для

і Ф /. Суммой автоматов

Аи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

Л 2

, A N

назовем автомат М =

(S, X , У, б, Я), v которого5- (J

St,

б (s, x) — бг

 

 

и X (s, x) =

 

(s, x),

если

 

 

 

 

i=\

 

(Sj x)

\

s £ Sr

Сумму автома­

тов Аг,

A 2 ,

 

A

N условимся

обозначать через

Г ( A L T

А 2 ,

A N

) .

 

Задачу распознавания автомата Л, принадлежащего классу ав­

томатов г,

Л2 ,

AN}, можно рассматривать как задачу диагно­

стирования суммы Г ( A L T А 2

,

 

A N )

по такому разбиению Пмно-

жества ее состояний, которое отождествляет состояния, соответ­ ствующие каждому из автоматов А И Л 2 , AN- Поскольку классы разбиения П стабильны, то необходимым и достаточным условием возможности распознавания автомата, принадлежащего конечному классу автоматов, путем вероятностного эксперимента является исключительность этого класса. Точно такое же условие является необходимым и достаточным для возможности распознавания ав­ томата, принадлежащего конечному классу автоматов, путем про­ стого безусловного эксперимента. Таким образом, области приме­ нения детерминированных и вероятностных экспериментов для диаг­ ноза неисправностей дискретных устройств совпадают.

Пусть г'-й автомат из класса автоматов {Л 1 (

Л 2 ,

A N )

имеет щ

состояний и пх<Спг

••• -<л#- Если любую

пару

неэквивалент­

ных состояний можно

различить последовательностью

длины

и'

и рассматриваемый класс автоматов является

исключительным,

то

из (4.21) следует верхняя оценка математического ожидания длины вероятностного эксперимента по распознаванию автомата, принад­ лежащего этому классу

В работе [161 показано, что и' < 2пы — 1. Отметим, что практи­ чески средняя длина распознающего вероятностного эксперимента зачастую оказывается значительно меньше оценки, определяемой приведенным неравенством.

4.6. Контроль исправности автомата

Во введении задача контроля исправности автомата сформулиро­ вана следующим образом. Известно, что исследуемый автомат В является либо автоматом А , который интерпретируется как исправ­ ный автомат, либо одним из автоматов некоторого класса 91, кото­ рый интерпретируется как класс неисправных автоматов. Цель контрольного эксперимента с автоматом В заключается в определе­ нии, является ли автомат В автоматом А . Если класс неисправных

автоматов 9Ї является конечным, т. е. 2Ї = {Лх , Л 2 ,

А ^ } ,

и ав­

-

томаты, входящие в этот класс, имеют одинаковые

входные

алфа-

виты, равные входному алфавиту автомата А , то можно считать,

что исследуемым автоматом будет

автомат М = (£/, X , Y, А, Л),

являющийся суммой Г (А, А 1 Г

A N ) . В этом случае задача конт­

роля автомата В равносильна задаче диагностирования автомата М

по разбиению П = { S , V}

со стабильными классами S и V, где S —

множество состояний

автомата А , а V — множество состояний

ав­

томата М' = Г (Лх ,

Л 2 ,

A N ) . Равносильность этих задач

по­

нимается в следующем смысле:

начальное

состояние автомата М

принадлежит множеству S тогда

и только

тогда, когда В

являет­

ся автоматом А , т. е. когда

В исправен. Таким образом,

можно .

утверждать, что необходимым

и достаточным условием возможнос-

ти контроля автомата В вероятностным экспериментом является диагностируемость автомата М по разбиению П со стабильными классами.

При проведении вероятностного эксперимента, диагностирую­ щего автомат М по разбиению П, анализ входной и выходной по­ следовательности может проводиться контролирующим автоматом, описанным в разделе 4.4. Отметим, что число состояний контроли­ рующего автомата зависит от числа неисправностей автомата А и при большом ;V этот автомат получается слишком громоздким. Оказывается, что в качестве контролирующего автомата можно взять такой автомат, число состояний которого не зависит от N, но при этом результат эксперимента может носить вероятностный характер.

В дальнейшем нам понадобится понятие автомата Рабина — Скотт

[36]. Автоматом Рабина — Скотт называется пятерка объектов

(У,

X, А, у0 , F ) , где V — конечное непустое множество состояний, X

конечный входной алфавит, А : V X X

V — функция переходов,

v0 — начальное состояние я F — множество представляющих

со­

стояний. Пусть В =

(V, X,

А,

у„, F) — автомат

Рабина — Скотт,

тогда символом

W(B)

обозначим множество входных

последователь­

ностей, равное

{р £ X* \ А (v0,

р) £ F},

которое

называется

со­

бытием, представленным в автомате В.

 

 

 

 

Пусть А

=

(S, X,

Y, б, К). Построим автомат Рабина — Скотт

ТА = (P(S),

X

X Y,

А, 5,

F)-, где множество

состояний

(S)

представляет собой множество подмножеств множества 5, X X Y — входной алфавит, А — функция переходов, 5 — начальное состоя­

ние, F

 

(S) — множество представляющих состояний. Функцию

переходов

А

определим следующим образом:

 

 

 

 

 

 

А(а,(х,

y))

= {s£S\3t£a(s

= 8(t,x)f\X(t,x)

 

=

y)}.

 

Множество представляющих состояний зададим соотношением

 

Индукцией по длине пары последовательностей

(р, а) £

(X X

Y)*

легко

установить

справедливость

соотношения

 

 

 

 

 

А (а, (р, q))

= {s£S\3i£c(s

= 8(t,

p)f\b(t,

p)

= q)\.

 

Автомат

TA

представляет

множество

пар

последовательностей

W А)

=

{(/>, q)

£ (X X

У)* | A (S,

(р,

д))

£ F ) .

 

 

 

ТА будем называть автоматом, порожденным автоматом Л, и в

дальнейшем будем

считать, что множество состояний

автомата

ТА

состоит только из тех состояний, которые достижимы из начального состояния S, т. е. для любого состояния существует пара последо­ вательностей, переводящая автомат ТА из 5 В данное состояние.

Автомату А соответствует последовательностное отношение [59]

0А = {(p,q)£(Xx

Yf\ 3s£S(q

= X(s, р))}.

В работе [59] показано, что

W (ТА) — 0А-

 

Теперь вернемся к вопросу контроля автомата В вероятностным экспериментом. Как уже упоминалось, можно считать, что экспе­ римент проводится с автоматом М. Предположим, что в качестве автомата, анализирующего пару последовательностей (р, q) исполь­ зуется автомат ТА, который определяет, может ли автомат А на последовательность р прореагировать последовательностью q. Еслине может, то начальное состояние исследуемого автомата М не при­ надлежит 5 и, следовательно, автомат В неисправен. Если же авто­ мат ТА определил, что А может прореагировать на последователь­ ность р последовательностью q, то в случае, когда М диагностируем, по разбиению П, это повышает вероятность того, что начальное со­ стояние автомата М принадлежит S, т. е., что автомат В исправен. При этом упомянутая вероятность оказывается тем больше, чем: длиннее эксперимент, и в пределе стремится к единице. Ниже будет приведено доказательство этого утверждения.

Пусть М — автомат, диагностируемый по

разбиению П,

и

его

 

начальное

состояние

5 принадлежит

множеству V.

 

Предположим*

 

что

Qs

— множество

входных

последовательностей

автомата

М,

 

которые не приводят к распознаванию класса разбиения П, содер­

 

жащего состояние s, т. е.

QS

=

Є X*

| 3 / £ s

(t,

р)

= Л (s,

р))}.

Пусть,

далее,

Gs

=

£ X*

\ р

$

Qs

/\

(р)

£

Qs }.

Ясно,,

что для

произвольного

натурального k выполняется

равенство

 

 

 

 

 

 

 

 

2>Pl(Gje)

 

=

l-Pk(Qje).

 

 

 

 

(4.23)

 

Рассмотрим

множество

пар

последовательностей

 

 

 

 

 

GA = {(р, q)£(X

 

X Y)*\(p,

q)%0AA

 

(UW-i(P).

 

 

 

U(q)-i{q))£0A).

 

Для

G s

(X X

Y) * символом

Pl

(G/s) обозначим вероятность

по­

 

явления на входе ТА пары последовательностей длины

і, принадле­

 

жащей

множеству

G, если автомат

М

находится

в

состоянии

s,

 

и до этого источник случайных сигналов еще не работал. На осно­

 

вании определения множеств

GA, ОА, Q S И G S

легко

показать,

что

 

имеет место равносильность р £

GS

 

(р, Л (s, р)) £

GA И , следо­

 

вательно, для произвольного натурального числа і выполняется

 

равенство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pt{Gje)

 

=

Pt(GA/s).

 

 

 

 

(4.24)

-

Поскольку

lim Pk

(QJe)

=

0, то

из

(4.24) и (4.23)

получаем

 

 

 

 

 

 

ft-*oo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f,P,(GA/s)=\.

 

 

 

 

 

 

(4.25>

Через т [s] обозначим математическое ожидание длины вероятност­ ного эксперимента, устанавливающего, что начальное состояние s- принадлежит множеству V. В силу того, что автомат М диагности­ руем по разбиению П, математическое ожидание т Ы существует. • Пусть т — наименьшее целое число, удовлетворяющее неравенству

m > max m [s]. Применяя (4.25), легко показать, что для произвольного целого числа k справедливы следующие равенства:

km

оо

 

Pkm(0A/s) = 1 - 2 ^ ( G A / S ) =

Ц Pi(GA/s).

(4.26)

( = 1

( = f t m + l

 

Известно [35], что если случайная величина \ принимает лишь неотрицательные значения, и математическое ожидание т этой величины существует, то, каково бы ни было є > О,

P { g > e } < - J - ,

(4.27)

где Р {£ > є} — вероятность того, что случайная величина

£ при­

мет значение, равное или превышающее е. Формула (4.27) называется

первым неравенством

Чебышева.

 

 

Используя (4.27),

получаем

^ ^ ( G ^ / s ) < - r - .

Тогда из

(4.26) следует

 

i=km+l

 

 

 

 

 

Pkm(0A/sX~

.

(4.28)

Предположим, что в результате анализа пары последователь­ ностей длины km контролирующий автомат ТА определил, что эта пара последовательностей принадлежит 0А. Как при этом изменится вероятность того, что начальное состояние автомата М принадлежит множеству S? Пусть Р (S) и Р (V) — априорные вероятности того, что начальное состояние автомата М принадлежит множеству 5 и V соответственно. Пусть, далее, Pkm(S/0A) — апостериорная вероят­ ность того, что начальное состояние принадлежи^, если на входе ТА появилась пара последовательностей длины km, принадлежащая множеству 0А; Pkm (0A/S) (Pkm (0A/V)) — вероятность появления пары последовательностей длины km, принадлежащей 0А, если на­ чальное состояние автомата М принадлежит множеству S (множе­ ству V). Применяя формулу Байеса, получаем

Р

(ЧЮ

\ -

 

P(S)PKM(0A/S)

 

 

F K

M { B L U A )

-

P{S)PKMVAIS)

+ P(V)PKM{.0AIV)

^ >

По формуле

полной

вероятности

 

 

 

Pkm (Од/10 = 2 Р (S) Pkm (OA/S),

s£V

где Р (s) — вероятность того, что М находится в состоянии s, если

известно, что s £ V. Ясно, что 2 Р (s ) = 1- Поэтому,

учитывая

s£V

 

(4.28), приходим к неравенству

 

Рьп(Олт<-г.

(4.30)

Легко видеть, что Pkm(OA/S) = 1. Тогда из (4.29) и (4.30) следует справедливость неравенства

 

РКТ

(S/OA)

>

1

p(v)

j

г _ .

(4.31)

 

 

 

 

P{S)

'

k

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку

Ркт (S/OA)

•< 1

при

любом

натуральном

k, то (4.31)

позволяет

заключить,

что

lim

Ркт (S/OA)

= 1, если

Р (S) Ф 0.

Если в результате вероятностного эксперимента контролирую­ щий автомат ТА определяет, что появившаяся пара последователь­ ностей принадлежит ОА, то будем говорить, что результат экспери­ мента положительный. В противном случае результат эксперимента назовем отрицательным. Предположим, что в случае положитель­ ного исхода эксперимента требуется, чтобы выполнялось неравен­ ство Ркт (S/OA) >• Р, где Р — произвольное положительное число, меньше единицы. Нужно определить, во сколько раз длина вероят­ ностного эксперимента должна превысить число т , чтобы выполня­ лось это неравенство, т. е. требуется найти число k, полагая, что в (4.31) правая часть неравенства больше или равна Р. Искомое k должно удовлетворять неравенству

k>

Р

P W

 

1 — Р

Р(5) •

Для определения длины вероятностного эксперимента, повы­ шающего в случае положительного исхода вероятность Ркт (S/OA) до заданного уровня, требуется знание верхней оценки числа т.

Аналогично

доказательству

неравенства

(4.20)

с

учетом

того,

что т Is]

есть

условное математическое

ожидание

длины

веро­

ятностного

эксперимента,

можно

показать

справедливость

соотношения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т < л ( 2 / г — 1 ) е - ( 2 " - " .

 

 

 

Здесь е — число из соотношения (4.1),

а

п = max {|5|, \ST\, ...

\SN\},

где5;

— множество состояний автомата

Л,. Отметим, что

определенная этим неравенством верхняя оценка для т зачастую завышена, поэтому в практических приложениях следует пользо­ ваться статистической оценкой математического ожидания т. Ста­ тистические данные для определения этой оценки можно получить путем проведения вероятностных экспериментов с заведомо неис­ правными автоматами, фиксируя различные начальные состояния. При этом в качестве контролирующего автомата можно применить автомат ТА-

На практике часто имеет место случай, когда экспериментатор может устанавливать исправный автомат в фиксированное началь­ ное состояние, а для неисправных автоматов такая возможность исключается. В этом случае можно считать, что исследуемый авто-

7

2—1686

97

мат

В принадлежит

множеству

автоматов

{А, Аг,

А2,

A N ) ,

где

А — инициальный,

а

остальные не инициальные

автоматы.

Предположим, что А

=

(S,

X, Y,

б, X, s0) и

Г и ....

AN) = (У,

X,

7,Д,Л). Из теоремы 4.1 следует, что при сделанных

предположе­

ниях автомат В контролируем тогда и только тогда, когда для

произвольных s £ V и р £ X* равенство X (s„, р) — Л (s, р)

влечет

 

 

 

 

неэквивалентность

состояний

б (s0 , р)

и

нес

 

 

 

A

(s,

р).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В рассматриваемом

случае в качестве

 

 

 

 

контролирующего

автомата

можно

ис­

 

 

 

 

пользовать

инициальный автомат А сов­

 

 

 

 

местно с устройством сравнения выход­

 

 

 

 

ных

сигналов

и схему

проведения

ве­

 

 

 

 

роятностного эксперимента можно пред­

 

 

[УС

 

ставить

в

виде,

 

изображенном

на

 

 

 

рис. 12, где ЯСС — источник случайных

 

 

Т

 

 

 

 

сигналов,

 

В — исследуемый

автомат,

Рис. 12. Схема контроля ис

А — исправный

инициальный

автомат

и

УС — устройство

сравнения.

Функ­

правности автомата

В.

ция

УС

заключается

в сравнении вы­

ходных

сигналов

 

автоматов

В

и А. При несравнении делается

вывод,

что

исследуемый

автомат неисправен. В случае

сравнения

выходных

последовательностей

с увеличением

длины

вероятност­

ного эксперимента происходит увеличение апостериорной вероят­ ности того, что автомат В исправен, в соответствии с неравенством (4.31).

Г л а в а 5

К О М П О Н Е Н Т Н О - Д И А Г Н О С Т И Р У Е М Ы Е

СЕ Т И А В Т О М А Т О В

Вданной главе будут рассмотрены некоторые вопросы теории экс­ периментов с сетями, состоящими из соединенных между собой автоматов (компонент). Теория экспериментов с сетями является промежуточным звеном между теорией экспериментов с автоматами и ее техническими приложениями. В настоящее время теория экспе­ риментов с сетями автоматов только начинает создаваться.

При контроле и диагнозе сети возникает задача определения ее исправности и отыскания в ней неисправной компоненты, если уста­ новлено, что сеть неисправна. Ниже будут определены условия, при которых возможен контроль исправности и нахождение не­ исправной компоненты сети, а также рассмотрены способы конструи­ рования сетей, которые удовлетворяют этим условиям.

Материал этой главы основывается на работах [4—6].

5.1. Определение компонентно-диагностируемой сети

В качестве математической модели сети будем использовать абстракт­ ную сеть Хартманиса — Стирнса [60]. Абстрактная сеть Ж = ({Л,-},.

X, У,

{fi}>g)

представляет собой совокупность

следующих объектов:

1)

{А, =

(S,, Xh б;)}, і £ I — множество

автоматов Медведева;.

2)X — непустое конечное множество, внешний входной алфа­ вит сети;

3)Y — непустое конечное множество, внешний выходной ал­ фавит сети;

4) її —отображение множества ( х 5Л X X во множество Хь за- /Є/

дающее правило соединения г'-го автомата с остальными автоматами

сети;

 

 

 

 

 

 

 

 

5) g — отображение

множества

( х

S ) х X

во

множество Y,.

функция выходов сети.

 

 

i£i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Говорят, что абстрактная сеть Ж задана в стандартной форме,

если каждую функцию /, можно представить в виде

 

 

ft(sv s2,

. . . , s„, х)

=

(fi,i(Sj),

f2.i{s2)

 

/n.,(s„),

fx,i(x)).

Здесь предполагается, что

I = (1, 2,

n). В

дальнейшем будем

рассматривать только сети в стандартной форме.

 

 

Абстрактная сеть Ж определяет

автомат, у которого

множество

состояний V равно X

 

входной

и выходной

алфавит

совпадают

 

і

 

входным и выходным алфавитами сети,

соответственно с внешним

а функции переходов А и выходов Л определяются

выражениями

Д (S, х)

= (61 (S1 ,

(sx ), . . . ,

fnA (S„), fx.! (x)), ...

 

 

• • • > б «(5я. /j.nfo), . . . .

fn,n(Sn),

fx,n(x))),

 

 

A(s,

x) = g-(slf

. . . , s„, x),

 

 

 

где s = (sx ,

sn). Условимся автомат, определяемый сетью ^ о б о ­

значать также символом Ж, а из контекста всегда будет ясно, идет, ли

речь о сети

Ж,

или об

определяемом

ею автомате Ж- В

нашем

случае Ж =

(V,

X,

Y,

А, Л).

 

 

 

 

 

 

 

В кортеже а =

г,

а2,

ап) его і-й элемент (1 •< і •< п)

будем

обозначать через

рг,- (а). Каждой функции ft,i

поставим в

соответ­

ствие разбиение

Р,-,/ множества

V,

определяя

его выражением

 

 

s

 

t (Ри)

ftJ

(рг,

(S)) =

f u (рг, (0).

 

 

 

Напомним, что разбиение, состоящее из одного класса, обозна­

чается через I, а разбиение, состоящее из

одноэлементных

классов,

обозначается

символом

О

(I и Отривиальные разбиения).

 

Если Р(>;-

= I,

то это значит, что входной

сигнал /-го

автомата

Медведева не зависит от состояния

і-го автомата. В отличие от ра­

боты [60] і-й компонентной сети Ж будем называть не автомат

Аь

а автомат, образованный Л,- и функциями

для которых

P,v ф

I.

7 *

 

 

 

 

 

 

І

 

 

 

 

99

і

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ