Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Системный анализ. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

вмешательства). С этой целью подключаются метапроцедуры, оперирующие объемом знаний из проблемной области, включающей в себя данную проблемную ситуацию. Простой пример: требуется перейти проезжую часть транспортной магистрали. Для этого требуются знания о способах организации процесса движения транспортных средств и работе сигналов и светофоров, наличие пешеходных переходов и т. п

. Модельная гипотеза отличается более сложным функциональным наполнением, ее основу составляют представление знаний, процессы синтеза и анализа знаний, их пополнение и корректировка, поиск релевантной (связанной с данной проблемной ситуацией) информации.

В совокупности с «целенаправленным поиском в лабиринте возможностей» и «ассоциативным поиском и рассуждениями» «модельная гипотеза» с ее

наполнением формирует интеллектуальный арсенал средств, которыми оперируют современные интеллектуальные системы, называемые также системами, основанными на знаниях.

Определенные цели в развитии интеллектуальных систем уже достигнуты. Это прежде всего «экспертные системы», интеллектуальные роботы, интеллектуальные информационные системы (системы машинного перевода с языков, диалоговые системы) и др. Актуальными нужно считать цели, связанные с

проникновением в области мышления человека, которые лежат вне сферы рационального, словесно выразимого (вербального) мыслительного процесса, т. е. речь идет уже о ситуации. В связи с этим продолжается интенсивный поиск новых технических структур, способных решать все более усложняющиеся задачи из области интеллектуальных процессов. Например, в этой связи можно отметить

исследования по нейроподобным искусствен-

ным сетям.

3.2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ

Технические системы нового поколения, переживающего период своего бурного развития и названного интеллектуальным, отличаются от ранее созданных тем, что их функционирование основано не только на сугубо технических достижениях, но и на знаниях о предметной области, в которой система решает свои задачи. Эти знания весьма разнообразны. Действительно, будь то медицина, науки

о Земле, самолетостроение, атомная энергетика и другие, все эти области человеческой деятельности характеризуются своими предметами исследований,

законами, взаимосвязями, наборами понятий, процессами и событиями. Естественно, что различные предметные области обладают своими специфическими методами решения задач, хотя нередко разные по принадлежности проблемы могут устраняться одинаковыми методами, способами.

Следует отметить, что одной из важных процедур при работе со знаниями является их классификация, и выбор определяется конкретными целями. Можно выделить два чаще всего встречающихся варианта: де-

кларативные и процедурные знания.

Процедурные знания представляют собой последовательности дей-

ствий, которые возможно использовать для решения задач, т. е. они являются наполнением соответствующих алгоритмов.

Декларативные знания – это все знания, не являющиеся процедурными. Если процедурные знания дают ответ на вопрос «

как что-либо сделать?», то декларативные знания дают пояснения на вопросы «что это такое?» и «почему это, а не то?».

3.3. СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Важной составляющей системного анализа является изучение с общих позиций весьма разнообразных систем, возникающих практически во всех областях деятельности человека в современном обществе. Это обстоятельство в части управления достаточно сложными системами определяет значение идей системного анализа для развития исследований в системах искусственного интеллекта.

В социально-экономических и технических системах

большой сложности, как правило, не представляется возможным разработать математически точные модели, описывающие функционирование этих систем, протекающие процессы и, естественно, те управленческие приемы или процедуры, которые на неформальном уровне используются обслуживающим персоналом [11].

Знания (определяемые регламентирующими инструкциями и личным опытом, приобретенным в процессе исполнения служебных обязанностей) о

том, как управлять сложной системой / объектом (например, посадкой авиалайнера, металлургическим производством), ответственные сотрудники могут сформулировать в виде текстов на том или ином обычном языке. Необходим специальный подход, включающий в себя приемы и методы для трансляции этих текстов в формализации, пригодные для использования технической управленческой системой,

сопряженной с компьютером. Такой подход носит название «ситуационное управление». Кроме того, необходимо уметь решать проблемы, связанные с необходимостью выражать формально описание ситуаций, требующих принятия управленческих решений. Примером могут служить ситуации, когда диспетчер аэропорта дает команды сделать дополнительные круги над зоной посадки или поменять посадочную полосу и др

ГЛАВА 4

ТИПИЧНЫЕ ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ

СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЕЙ

ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В этой главе наглядно продемонстрированы примеры применения системного анализа в различных областях человеческой деятельности. Показано, что подходы и методы системного анализа могут применяться в самых неожиданных ситуациях и при правильном использовании помогают добиться лучших результатов.

4.1. О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ  СИСТЕМНОГО ПОДХОДА В ЗАДАЧАХ 

КРИМИНАЛИСТИКИ

К середине XX столетия появилась возможность качественного определения ядов. Первые попытки определения металлических ядов и их количества при помощи радиоактивных элементов были предприняты во Франции. Существенный скачок в развитии токсикологии произошел при расследовании дела отравления мышьяком. Обвинялась женщина по имени Мария Беснар. Позже ее прозвали Черной вдовой из

Известно, что естественного количества мышьяка в организме очень мало – миллионная часть грамма. Возможность измерения мельчайших количеств мышьяка в волосах отравленных людей показала, что уже через пять дней после введения большого количества мышьяка яд можно обнаружить в корнях волос. Путем многочисленных экспериментов на животных, которым с промежутками времени давали дозы мышьяка и затем точно определяли количество найденного

Лудёна [12].

определенные

в волосках шерсти яда, установили, что волосы действительно являются своеобразным индикатором, по «шкале» которого можно определить дозировку яда.

21 июля 1949 года, в день ареста, Марии Беснар было 53 года. Когда 25 октября 1947 года скончался муж Марии Леон Беснар, соседка сооб-

щила одному из своих друзей, будто Леон Беснар сказал ей незадолго до своей

кончины, что жена хочет отравить его. Сосед, в свою очередь, передал ее слова в уголовную полицию. Так началось дело Беснар, остановить которое не смогли потом в течение 14 лет.

16 января 1949 года умерла восьмидесятисемилетняя мать Марии Беснар, проживавшая в доме дочери с 1940 года. Сразу же Марию Беснар заподозрили в убийстве матери

. Затем 9 мая было решено эксгумировать тела Леона Беснара и матери Марии Беснар и провести токси- кологическое исследование. Экспертизу поручили Жоржу Беру, директору полицейской лаборатории в Марселе. Доктор Беру при качественном и количественном определении яда установил, что в теле Леона Беснара имеется 39 миллиграммов мышьяка на килограмм веса тела, т. е. такое количество, которое должно рассматриваться как доказательство отравления мышьяком, приведшее к смерти. В теле же матери Марии Беснар обнаружилось не менее 58 миллиграммов мышьяка на килограмм веса тела. Был установлен целый ряд весьма подозрительных смертельных случаев в семье Беснар, а также среди их соседей и приятелей

. По мере расследования пришлось вернуться к 1927 году. Вскоре после Первой мировой войны двадцатитрехлетняя Мария Беснар вышла замуж за своего кузена, который скончался в 1929 году, как тогда определили, от туберкулеза. Но исследование, которое провел доктор Беру после эксгумации, несмотря на прошедшие с тех пор 22 года, показало

60 миллиграммов мышьяка на килограмм

веса тела, т. е. смерть насту-

пила от отравления мышьяком. Вскоре после оформления завещания на Марию Беснар умерла бабушка Леона Беснара – 22 августа 1938 года. О симптомах отравления мышьяком ничего не было известно. Но токсикологическое исследование ее тела доктором Беру обнаружило 35 миллиграммов мышьяка на килограмм веса. Было установлено, что при ее

смерти присутствовала Мария Беснар, которая перед этим часто

присылала ей вино.

Дальше следователь провел эксгумацию и других умерших людей, связанных с Марией Беснар, но причиной смерти которых не было установлено отравление. Однако во всех случаях анализ показал высокое содержание мышьяка, указывающее на отравление.

Вскоре после ареста Мария обеспечила себе помощь признанных адвокатов. Один из них, Альбер Готра, и положил конец обвинениям в отравлении мышьяком. На суде он указал, что все исследования на мышьяк Беру производил с аппаратом Марша, количественный анализ мышьяка – по методу Уилсокса, а также использовал для этого колориметрию. За последние тридцать

лет подобные исследования осуществлялись в его лаборатории тысячи раз, и Беру нисколько не сомневался в правильности определенных им количеств мышьяка в трупах. Он брал также многочисленные пробы почвы вокруг могил и исследовал их на мышьяк, но добытые дозы были столь малы, что не могли объяснить наличие больших количеств мышьяка в

трупах.

Как впоследствии выяснилось, результаты Беру были подтверждены также при исследовании новыми методами. Ошибка, которую он допустил, состояла в том, что он не следил за точностью и аккуратностью записей лабораторных работ и не уделял внимания системе регистрации и контроля, что и позволило дальше затянуть судебный процесс.

Готра выдвинул аргумент, что

обнаруженный мышьяк проник из почвы. Он взял большое количество проб почвы из разных мест кладбища Лудёна, чтобы еще раз проверить растворимость мышьяка. Также он узнал, что при определении мышьяка в волосах в этом случае применялся метод атомных исследований, и не терял надежды найти слабые места, поэтому решил на этот раз

признать наличие мышьяка, выработав другую тактику защиты. Он приготовился утверждать, что мышьяк попал в трупы из земли кладбища, а не из рук отравительницы, и принялся за изучение специальной литературы о токсикологическом значении мышьяка в почвах. Готра ознакомился с работами ученых, область деятельности которых лишь соприкасалась с токсикологией, а именно

Генри Оливье, руководителя лабораторий медицинского факультета Парижского университета и преподавателя биологии, и Лепэнтра, руководителя лаборатории, контролирующей питьевую воду столицы Франции.

Оливье и Лепэнтр установили, что мышьяк в земле растворяется в больших количествах, чем считают токсикологи, и растворение зависит, очевидно, не от чисто химических процессов: это процессы биологического характера, и зависят они непосредственно от деятельности почвенных микроорганизмов. Готра узнал, что существуют различные почвенные микроорганизмы, которые по обмену веществ можно разделить на две большие группы: те, которым для жизнедеятельности, как и человеку, необходим кислород (аэробные), и те, которые могут существовать без кислорода (анаэробные), – они получают необходимую для

жизнедеятельности энергию из процессов брожения, в которых решающую роль играет водород.

Оливье и Лепэнтр провели поучительные эксперименты. Когда они помещали анаэробные микробы в содержащую мышьяк почву, которая при обычных токсикологических контрольных анализах не показывала наличия растворимого мышьяка, мышьяк растворялся большими количествами и уносился водой. Если же в почву помещали

аэробные микробы, то мышьяк оставался нерастворимым. Повсюду, где в почве происходило гниение и брожение, вызванные деятельностью анаэробных микробов, имелись предпосылки для растворения большого количества мышьяка. Между анаэробными микробами и человеческими волосами имеется особая связь, потому что анаэробные бактерии на кладбищах иногда необходимый для их жизни водород получают из

волос трупов, содержащих серные соединения. Там, где происходят эти сложные процессы, мышьяк в качестве обмена проникает непосредственно в волосы, как и из тела отравленного, через корни волос и не поддается удалению при мытье. Все идеи, за которые ратовали Оливье и Лепэнтр, принадлежали не токсикологам. Исследователи также не утверждали, что

разработали затронутые проблемы. Тем не менее одно было очевидным: в результате деятельности почвенных микроорганизмов увеличивалась растворимость мышьяка и создавались условия для его проникновения в волосы трупов. Установить же наличие или отсутствие этих процессов было невозможно. Этого материала оказалось достаточно для того, чтобы поколебать основы официальной токсикологии.

Затем

Готра принялся изучать информацию о методе, которым Генри Гриффон пользовался для определения количества мышьяка в волосах «мертвецов Марии Беснар». Он нашел двух физиков-консультантов, Лебретона и Деробера, и узнал от них, что определение мышьяка в костях и волосах проводилось с применением радиоактивных элементов. В нормальном состоянии мышьяк не

радиоактивен. Но его можно сделать радиоактивным, поместив в атомный реактор и обстреляв нейтронами. Нейтроны поглощаются атомами мышьяка и превращают их в радиоактивный элемент, излучение которого можно измерить счетчиком Гейгера – Мюллера. Волосы при исследовании на количество мышьяка помещают в атомный реактор и одновременно туда же кладут определенное количество мышьяка для

сравнения. По результатам измерения излучений образцов устанавливается количество мышьяка в волосах. Известно, что период полураспада радиоактивного мышьяка составляет 26,5 часа. Чтобы сделать вещество радиоактивным

и «зарядить» его в атомном реакторе, нужно с помощью единицы полураспада высчитать самое благоприятное количество времени, необходимое для этого. Однако человеческие волосы, исследуемые на мышьяк, имеют целый ряд других элементов, которые в результате пребывания в атомном реакторе тоже становятся радиоактивными. Их излучение может привести к неправильным результатам, если время

их полураспада близко ко времени полураспада мышьяка. Это, например, натрий (18 часов) или калий (12,5 часа). Угроза ошибки здесь еще не была преодолена. Ее только пытались избежать, подбирая самое благоприятное количество времени пребывания в атомном реакторе. Однако прежде всего предпринимались попытки удалить из волос химическим путем мешающие элементы перед измерением

излучения мышьяка.

Лебретон и Деробер обратили внимание Готра на то, что Гриффон, безусловно, допустил одну из грубейших ошибок токсикологов – он не стал ждать, пока закончат испытание нового метода. Он подверг волосы Леона Беснара лишь пятнадцатичасовой обработке нейтронами в атомном реакторе вместо необходимых 26,5 часа. Из-за этого правильности измерения существенно

мешало излучение натрия. Если оно и не приводило к ошибке, то вызывало сомнение в точности такого измерения. Тем не менее правильность результата его не очень тщательной работы, т. е. утверждение, что волосы исследуемых трупов содержат смертельные дозы мышьяка, подтвердилась. Однако к этим результатам можно было прийти, используя проверенные методы

Если подвести итог сказанному, то можно сделать следующий вывод: на основании проведенных опытов подтверждено, что почвенные микроорганизмы, особенно находящиеся в почве кладбища, безусловно, оказывают влияние на растворимость мышьяка и проникновение его в трупы и в волосы трупов. Из-за воздействия микробов мышьяк мог так глубоко проникнуть в волосы, что

его было невозможно удалить в процессе промывания, на которое обычно полагаются токсикологи. Более того, некоторые эксперименты показали, что мышьяк под воздействием микробов проникал из почвы и сосредоточивался в отдельных частях волос трупа, как будто это мышьяк, проникший в волосы из тела. Тем самым утверждение о том, что мышьяк, проникший извне

, пропитывал весь волос и отличается от мышьяка из тела, теряло свое значение. Наконец, в результате проникновения микробов в труп количество мышьяка в нем и в его волосах может во много раз превышать количество мышьяка в окружающей почве. Из-за этого возникали сомнения в правильности существовавшего до сих

пор положения, исключавшего

возможность проникновения мышьяка в труп из окружающей среды, если в трупе мышьяка было больше, чем в почве.

Существовавшие до сих пор теории о растворимости и нерастворимости мышьяка в почве нельзя считать незыблемыми. В итоге 12 декабря 1961 года за отсутствием доказательств суд снял с Марии Беснар обвинение в убийстве двенадцати человек

Осознание и признание того факта, что возможности токсикологии на сегодняшний день ограниченны, – важный урок, вынесенный из дела Беснар. Таким образом, мы видим, как в вопрос, изначально связанный с токсикологией, оказались вовлечены различные подходы из других областей. Этот пример показывает, что специалист, пользующийся системным анализом (пусть и на интуитивном уровне),

должен обладать именно широким умом, а узкие области исследований доверять соответствующим специалистам и не пренебрегать консультациями с ними.

4.2. ЗАДАЧА О НАИЛУЧШЕЙ КОНСЕРВНОЙ БАНКЕ

Перед вами поставили задачу: найти наилучший вариант консервной банки фиксированного объема V, имеющей обычную форму прямого кругового цилиндра [7]. Получив такое задание, вы неизбежно должны спросить: «По какому признаку следует сравнивать банки между собой, какая банка считается наилучшей?» Иными словами, вы попросите указать цели оптимизации.

Рассмотрим два варианта этой задачи

1. Наилучшая банка должна иметь наименьшую поверхность S.

На ее изготовление пойдет наименьшее количество жести.

2. Наилучшая банка должна иметь наименьшую длину швов l. Швы

нужно сваривать, и мы хотим сделать эту работу минимальной.

Для решения данной задачи запишем формулы для объема банки, площади ее поверхности и длины швов:

Vrh

22Sr rh 

4lrh

. (4.1)

Объем банки задан, это устанавливает связь между ее радиусом r и

высотой h. Выразим высоту через радиус:

/,hV r после чего под-

ставим полученное выражение в формулы для поверхности и длины швов. В результате получим

() 2

Sr r

 

0 r

; (4.2)

() 4

lr r





0 r

. (4.3)

Таким образом, с математической точки зрения задача о наилучшей консервной банке сводится к определению такого значения r, при котором достигает своего наименьшего значения в одном случае функция S(r), в другом – функция l(r).

Рассмотрим первый вариант задачи. Вычислим производную функции S(r):



() 4 (2 )

Sr r r V

   

(4.4)

и исследуем ее знак. При

02rr V  

и функция S(r) убывает, при

rr

производная отрицательна

производная положительна

и функция S(r) возрастает. Следовательно, своего наименьшего значения эта функция достигает в точке

, в которой ее производная об-

rr

ращается в нуль. График функции S(r), иллюстрирующий проведенный анализ, показан на рис. 4.1, а.

Итак, радиус и высота банки, наилучшие с точки зрения условия минимальности S(r), определяются формулами

r 



, (4.5)

2hr

при этом

() 32 ()Sr V Sr

. (4.6)

Рассмотрим теперь задачу во второй постановке. Продифференцируем функцию l(r):



() 4 (2 )

lr r V

   



. (4.7)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]