2.5.5. Оценка систем на основе модели ситуационного управления

Теория ситуационного управления является наиболее стройной концепцией в области формализации систем предпочтений ЛПР. В подходе к формализации систем предпочтений, состоящем в построении семиотических моделей принятия решений, система предпочтений ЛПР формализуется в виде набора логических правил в определенном языке, по которым может быть осуществлен выбор альтернатив. При этом понятие векторного критерия заменяется на понятие решающего правила.

Оценка систем на основе векторной оптимизации и теории полезности предполагает, что множества альтернатив и исходов (а также законы распределения вероятностей на множестве исходов, если оценка систем проводится в условиях риска) заданы. Тем самым задача оценки систем сводится к задаче формализации системы предпочтений ЛПР. Кроме того, в упомянутых выше подходах не предусматривается наличие нечеткой среды.

В отличие от этих методов теория ситуационного управления учитывает упомянутое требование. Более того, в общей схеме ситуационного управления успешно могут быть применены практически все методы, разработанные в рамках первых двух подходов.

В основе метода ситуационного управления лежат два главных предположения:

1) все сведения о системе, целях и критериях ее функционирования, множестве возможных решений и критериях их выбора могут быть сообщены управляющей системе в виде набора фраз естественного языка;

2) модель управления принципиально открыта, и процесс ее обучения (формирования) никогда не завершается созданием окончательной формализованной модели.

Иными словами, метод ситуационного управления есть метод автоматизации решения задач управления такими системами, для которых, с одной стороны, невозможна или нецелесообразна формализация критерия оценки в виде систем математических уравнений, а с другой — возможно описание критерия ь виде правила принятия решений как совокупности фраз естественного языка. Понятно, что источником такого описания являются ЛПР или эксперт.

Решение задач оценки и управления ситуационным методом предполагает построение ситуационных моделей (имитирующих процессы, протекающие в объекте управления и управляющей системе) на базе следующих основных принципов:

1) создание моделей среды, объекта управления и управляющей системы в памяти ЭВМ;

2)построение моделей объекта управления и управляющей системы, а также описание состояния объекта в классе семиотических моделей;

3) формирование иерархической системы обобщенных описаний состояния объекта управления;

4) классификация состояний для вывода возможных решений;

5) прогнозирование последствий принимаемых решений; 6) обучение и самообучение.

Необходимость принципа 1 обусловливается потребностью включения ЭВМ в контур управления на возможно более ранних этапах оценки и поиска управляющего воздействия для повышения эффективности деятельности ЛПР. Данный принцип обеспечивает представление знаний о системе управления, их накопление в процессе функционирования системы моделей и использование для решения задач управления.

Содержание принципа 2, дополняющего первый, состоит в том, что представление всех необходимых моделей осуществляется с помощью элементов того языка, на котором ЛПР описывает систему управления и ее функционирование.

Семиотической будем называть модель управления, которая представлена с помощью элементов языка, используемого ЛПР при описании соответствующего процесса управления, и отображает закономерности процесса управления. Сформулируем понятие семиотической системы (или модели) как кортеж:

где  — алфавит;

 — множество синтаксических правил построения планов выражения (синтаксиса) знаков;

 — множество синтаксических правил построения планов содержания (семантики) знаков;

 — множество термов (в смысле исчисления предикатов);

 — множество синтаксических правил построения правильно построенных выражений;

 — множество семантически правильных выражений (фактов и законов для данной системы управления);

 — множество правил получения следствий из  — новых, правильно построенных выражений;

 — множество правил изменения синтаксиса семиотической системы (соответственно множеств , , , , );

— множество правил изменения семантики семиотической системы (соответственно множеств  и ). Здесь важно отметить, что часть правил из множеств  и  может существовать вне семиотической системы, будучи незаложенной в нее.

Отличия семиотических систем от формальных, как следует из определения, состоят в следующем:

• семиотические системы имеют отсутствующее в формальных системах множество знаков, обладающих, в частности, планами выражения (синтаксисом) и содержания (семантикой);

• семиотические системы в отличие от формальных могут самостоятельно изменять свой синтаксис и семантику;

• семиотические системы являются открытыми, а не замкнутыми, как формальные. Открытость обусловливается возможностью изменения синтаксиса или семантики системы извне.

Процессы, протекающие в семиотических системах, в методе ситуационного управления принято описывать на языке rx-кодов и семантических сетей.

Под семантической сетью подразумевается граф, отражающий смысл целостного образа. Узлы графа соответствуют понятиям и объектам, а дуги — отношениям между объектами. Формально семантическую сеть можно задать в виде Н= , где I — множество информационных единиц; С_i — множество типов связей между информационными единицами; G — отображение, задающее конкретные отношения из имеющихся типов С_i, между элементами I.

Множества правил, о которых упоминалось при определении понятия семиотической системы, описываются на языке ситуационного управления правилами подстановки вида Н₁Н₂, где Н₁, Н₂ — высказывания, описывающие факты (в том числе причины и следствия).

Состояние объекта управления в ситуационных моделях описывается в терминах ситуаций. Пусть — множество мультиграфов, где — множество вершин, — множество дуг мультиграфа, . Пусть также П — множество базовых и производных понятий и R — множество отношений, необходимых для описания системы управления и ее среды, Т — множество интервалов времени. Тогда ситуация S есть математическая структура

где

Из этого определения следует, что задачу оценки системы можно описать как семантическую сеть.

Поскольку наблюдение за объектом управления и средой организационной системы часто ведется на уровне базовых понятий (микроописание), а цели управления, в том числе критерии оценки, формулируются с помощью понятий более высоких уровней в виде обобщенных ситуаций (макроописание), возникает задача перехода от микроописания ситуации к макроописанию. В реализации этой задачи и состоит смысл принципа 3 построения ситуационных моделей. В процессе перехода на базе свойств элементов описаний производится формальное пополнение последних новыми элементами. Обобщенные описания, так же как и наиболее детальное, представляются на языке ситуационного управления.

Пусть множество возможных ситуаций на объекте управления, множество классов возможных оценок ситуаций (решений). Тогда для обширного класса задач управления В связи с этим задачу оценки можно сформулировать как поиск такого разбиения множества ситуаций на классы , при котором каждому классу ситуаций соответствует класс решений , оптимальный относительно критериев качества. Однако в общем случае удается найти не разбиение, а лишь покрытие множества . После определения класса решений производится уточнение управляющего воздействия до конкретного решения или вывод решения. Изложенное составляет сущность принципа 4 построения ситуационных моделей.

В связи с тем, что покрытие множества не дает возможности однозначно определить решение, возникает необходимость выбора лучшего варианта решения. Поскольку в большинстве случаев требуется не непосредственное оценивание варианта решения, а оценивание его последствий, принцип 5 построения ситуационных моделей предусматривает прогнозирование изменения ситуации на объекте управления под воздействием некоторого варианта решения. Процессы в соответствующей семиотической имитационной модели описываются, как и все предыдущие, на языке ситуационного управления с помощью правил подстановки. Прогнозирование осуществляется на определенное число шагов, зависящее от конкретной задачи управления.

Организационные системы — объект, эволюционирующий (по отношению к времени жизни автоматизированной системы управления) достаточно быстро, вследствие чего ситуационная модель должна выявлять необходимость корректировки своих элементов и иметь средства реализации корректировки как автоматической, так и с помощью «учителя». Кроме того, такие средства позволяют уменьшить объем работы ЛПР по формированию модели, что повышает эффективность ее использования. Поэтому ситуационные модели строятся с учетом принципа 6 — обучение и самообучение.

Основные этапы оценки системы на основе ситуационных моделей включают:

• получение описания текущей ситуации, имеющейся на анализируемом объекте управления;

• пополнение микроописания ситуации;

• классификацию ситуации и выявление классов возможных решений по оценке систем (при этом движение осуществляется от микро- к макроописанию);

• вывод допустимых оценок (при этом происходит обратное движение по иерархическим уровням представления знаний ситуационной модели);

• прогнозирование последствий принятия допустимых решений в качестве окончательных оценок;

• принятие решения по оценке.