Лекція 14. Управління системами в умовах невизначеності. Прийняття рішень

Для систем управління будь-якої складності і форми виділяють декілька загальних характеристик, таких як принципи та методи управління. Основних принципів управління небагато, на відміну від методів, які визначаються цілями, структурою та особливостями функціонування системи.

За видом інформації, що використовується в системі можна виділити наступні принципи:

• управління за наслідками;

• управління за причинами;

• комбіноване управління;

• прогнозуюче управління;

• без використання поточної інформації.

Розглянемо кожен з принципів докладніше.

Класичний приклад управління за наслідками є метод управління за відхиленнями, що широко використовується при побудові САУ. В цім методі знімається інформація про стан системи, і якщо якась із координат, що регулюються, відхиляється від заданого діапазону, виконуються маніпуляції з вхідними параметрами, щоб компенсувати ці відхилення.

Принцип управління за причинами використовується в методі автоматичного керування за збуренням. В цьому методі приймають відомими і статичними оператори, що пов’язують вхідні, вихідні величини та внутрішні стани і для забезпечення певного виходу формують завдання на вході, не переймаючись станом на виході. Головна задача в цьому методі – розділити вплив окремих параметрів один на одного, щоб кожна з вихідних величин реагувала на зміну певних вхідних без впливу на інші.

Природним є поєднання двох попередніх принципів в так званий комбінований. Згідно з ним невідкладно і достатньо швидко приймаються керуючі рішення про зміну некерованих змінних, а коректування управління відбувається за результатами спостереження за характеристиками системи. Комбіноване або змішане управління – більш швидкий та точний метод, однак потребує додаткових інформаційних каналів, а отже і технічних пристроїв.

В разі використання прогнозуючої інформації про майбутній стан системи реалізується принцип прогнозуючого управління. При цьому поточна інформація про стан системи доповнюється історією її поведінки в різних ситуаціях. Прогноз поведінки базується на цих даних. Очевидно, що передбачення поведінки об’єкта управління та можливість превентивного керування цією поведінкою – більш приваблива можливість, ніж навіть комбіноване управління. Але на передній план при застосуванні цього принципу виходить точність і достовірність прогнозу та повнота врахування в ньому всіх факторів, що визначають поведінку системи.

Управління без використання поточної інформації про стан об’єкта і зовнішнього середовища можна умовно назвати неінформаційним. В системах, побудованих за таким принципом, керування виконується лише за даними в пам’яті (у вигляді правил чи алгоритмів). Необхідна умова для використання такого принципу управління – стабільність системи і умов її функціонування.

Ключове місце в роботі систем управління займають методи формування або прийняття рішень. В простих системах прийняття рішень – це логічний висновок на основі довершених диз’юнктивних або кон’юнктивних форм, як в скінченому автоматі. В більш складних системах використовуються декілька різних принципів і моделей, побудованих на організації пам’яті, як вмісту даних, а також відомостей про дані (знань).

Прийняття рішень в загальному сенсі – вибір такої підмножини вхідних впливів системи, що виділяються зі скінченої або нескінченої множини можливих їх сполучень, на основі внутрішнього стану об’єкту прийняття рішень.

Частіше за все таким об’єктом є людина, або Особа, що Приймає Рішення (ОПР). Необхідність підміни фізичної особи математичним апаратом призводить до певних проблем.

Найперша – це організація пам’яті. В технічних системах, вочевидь можливі декілька методів організації пам’яті. Насамперед, апаратний – як набір мікросхем із записаною інформацією (ROM). Подібна організація, крім високої вартості має суттєвий недолік, оскільки не є гнучкою – не може враховувати нові фактори і нюанси, що виникають в процесі прийняття рішень.

Наступний спосіб організації пам’яті – програмний, коли дані відокремлюються від знань. Перші зберігаються в певних сховищах (базах даних), а другі – розчинені в алгоритмах обробки цих даних. Такі знання називаються процедурними. Найвищим рівнем організації пам’яті є інтелектуальні системи, що моделюють в процесі прийняття рішень розумову діяльність людини. При такій організації дані зберігаються і обробляються в базах даних, знання, що називаються декларативними, – в їх аналогах, базах знань, що теж можуть модифікуватися та доповнюватися. Алгоритм керування враховує певний ступінь навчання системи на виконаних операціях з поступовим виключенням можливих помилок.

Прийняття рішень на основі моделей систем можливе лише при досить високому ступені організації пам’яті. В залежності від реакції на ситуацію, що не описана в пам’яті і потребує рішення системи прийняття рішень використовують один з наступних методів:

• оптимальне управління;

• адаптивне управління;

• рефлексивне управління.

За оптимального управління незнайома ситуація або ситуація з недостатньою інформацією підганяється під найближчу з відомих і приймається оптимальне рішення з припущенням, що ситуація – така, як є в пам’яті, а не така, як показують інформаційні джерела.

При адаптивному управлінні система прийняття рішень намагається пристосовуватися до нових ситуацій по аналогії з існуючими , вносячи в свої дані та знання відомості про ситуацію, що виникла, реакцію на неї, та наслідки такої реакції. Найбільш довершені системи можуть оцінювати власні рішення за якістю.

Нарешті, рефлексивне прийняття рішень найбільш схоже на реакцію ЦНС людини на раптове подразнення. Подібні системи прийняття рішень видають рішення, не аналізуючи його доцільності та якості (оптимальності).

При використанні будь-якого з методів прийняття рішень необхідно задати:

• модель (чи множину моделей) функціонування системи;

• множину поставлених цілей (мотивів);

• множину ресурсів, що є в наявності (можливостей);

• множину ситуацій, що складається з пар стану ОПР та стану середовища і об’єкта управління (суб’єктивний стан і об’єктивний стан);

• множину припустимих рішень.

Вибір того чи іншого рішення робиться, як правило, на основі його оцінок. Тобто, кожне рішення з множини рішень має відображення на множині оцінок, впорядкованих за ступенем бажаності, що відносяться до множини наслідків рішення, яке теж є відображенням множини рішень.

Слід відзначити, що по-перше, бажаність або небажаність того чи іншого рішення і його наслідків – річ в більшості суб’єктивна. Тобто на думку одної ОПР чи експерта “результат набагато привабливіший ніж результат ”. На думку ж іншого “ результати та приблизно однакові і набагато менш бажані результату ”. Суб’єктивність оцінок можна зменшувати шляхом використання усереднених оцінок декількох експертів, їх досвіду і кваліфікації, але вона залишиться завжди.

Друге, що слід відзначити з визначення процесу прийняття рішень та множин, які використовуються, це факт, що одне й те саме рішення може бути отримане в різному стані з використанням різних ресурсів. Кожен із таких шляхів зветься стратегією прийняття рішень.

І нарешті головне. В процесі прийняття рішень великий вплив на вихідні множини, а відповідно і на результат має ступінь інформованості ОПР. В залежності від нього всі задачі прийняття рішень поділять за умовами: визначеності, невизначеності, ризику та багатокритеріальності.

Задачі в умовам визначеності – предмет дисципліни “дослідження операцій”. Задачі в умовах невизначеності розглядаються в “інтелектуальних системах”, “системах та методах прийняття рішень” та “системах навчання та самонавчання”. Системи, що приймають ризиковані рішення – предмет розгляду як “дослідження операцій”, так і “проектування складних систем”. Багатокритеріальні задачі навчають вирішувати як на ІС так і на СМПР.

Головними недоліками сучасної теорії прийняття рішень є:

• невірне розуміння цілей та їх трансформація на користь особистих інтересів;

• неточна оцінка ресурсів: частіше за все переоцінка власних можливостей та недооцінка можливостей навколишнього середовища;

• скорочення числа критеріїв при багатокритеріальній оцінці;

• відмова від використання додаткової інформації про окремий випадок, а тільки загального алгоритму прийняття рішень.

Деякі можливості для нівелювання впливу цих негативних факторів дає застосування наступних оцінок, що накладаються на рішення ДО його прийняття:

• ступінь інформованості ОПР;

• коефіцієнт (від 0 до 1) резерву часу, що дорівнює відношенню часу, що відводиться на прийняття рішень до загального часу на управління;

• значущість задачі, що вирішується;

• ступінь значущості критеріїв оцінювання рішень в залежності від задачі.