5. Методы эвристического моделирования

Эвристический подход к моделированию используется в современном системном анализе плохо структурированных проблем, основанном на экспертных оценках.

Эвристические модели стали основой ряда методов решения проблем, воплотивших в себя опыт системного анализа сложных задач стратегического планирования и прогнозирования. Большинство из этих методов рождались в связи с решением какой-либо конкретной проблемы, чаще всего на правительственном уровне.

Центральной идеей всех методов является декомпозициясложных высокоабстрактных вопросов на ряд простых последовательных задач, доступных для понимания и адекватного восприятия экспертом.

Эвристические методы решения проблем можно условно разделить на две категории: матричные и графовые.

4.1. Матричные методы

Сущность матричных методов состоит в построении некоторой иерархической или сетевой структуры, отражающей взаимные влияния и последовательность достижения различных целей, приводящих к решению исследуемой модели.

Морфологический метод. Разработан в 40-х годах ХХ века швейцарским астрономом Ф Цвики. Основная идея метода – систематически находить все мыслимые варианты решения проблемы путем комбинирования выделенных элементов и их характеристик. Цвики предложил три методп морфологического исследования.

Первый - метод систематического покрытия поля, основанный на выделении так называемых опорных пунктов знания в любой исследуемой области и использовании для заполнения поля некоторых сформулированных принципов мышления.

Второй - метод отрицания и конструирования,базирующийся на идее, состоящей в том, что на пути конструктивного прогресса стоят догмы и компромиссные ограничения, которые есть смысл отрицать, и следовательно, сформулировав некоторые предложения, полезно заменить на противоположные и использовать при проведении анализа.

Третий – метод морфологического ящика, идея которого состоит в определении всех мыслимых параметров, от которых может зависеть решение проблемы. Например, при прогнозировании развития телескопов в качестве таких параметров выделяются принципиальные схемы – рефрактор, рефлектор; возможные варианты среды, в которой проходят лучи в трубе телескопа - газ, вакуум, жидкость, твердое тело; способы обеспечения необходимого состояния этой среды и т.д. Затем эти параметры представляют в виде матриц-строк, называемых морфологическим ящиком. Затем формируются различные варианты решения проблемы путем перебора всех возможных сочетаний параметров. Общее число вариантов:

где - количество возможных значений (вариантов реализации)i-того параметра;

n– общее число параметров.

В процессе анализа каждого из сформированных вариантов эксперт определяет те из них, которые перспективны с точки зрения достижения определенной цели.

Методы Цвикке использовались для решения таких задач как разработка двигателей для ракет и самолетов, разработки телескопов и планирования исследований в астрономии, анализ перспектив развития техники для получения вакуума и др.

Метод QUEST (Quntitative Estimates for Science and Technology). Предназначен для распределения ресурсов, выделяемых на исследования и разработки, исходя из их возможного вклада в решение определенного круга задач. Метод предполагает четыре этапа;

1. Оценка значимости различных задач.

2. Оценка возможного вклада различных отраслей техники в решение указанных задач как в случае обычного, так и в случае дополнительного финансирования.

3. Определение суммарной значимости каждой отрасли для решения всей совокупности задач:

где - суммарная значимостьi-той отрасли;

- суммарная значимостьj-той задачи;

- вкладi-той отрасли в решениеj-той задачи.

3. Распределение ресурсов между отраслями в соответствии с их суммарными значимостями.

4. Аналогичная процедура проводится для получения оценок научных направлений, содействующих развитию различных отраслей техники. На основе этих оценок производится распределение ресурсов между научными направлениями.

Метод решающих матриц. Предложен в 1966 году Г.С.Поспеловым и использовался при планировании средств на фундаментальные исследования.

Для решения проблемы предлагалось выделить основные цели исследований, указать их относительные веса α₁,…, α_n, (веса должны быть пронормированы α₁,+…,+ α_n,=100) и перечислить опытно конструкторские работы (β₁,…, β_m,), прикладные (γ₁,…, γ_k) и фундаментальные исследования (δ₁,…, δ_l), необходимые для достижения этих целей (рис.5).

Рис.5. Иерархия исследований, работ и целей

Следует учесть, что опытно – конструкторские разработки могут служить нескольким целям. В методе решающих матриц эксперт должен указать относительную значимость каждой опытно – конструкторской работы для достижения различных целей, т.е. построить решающую матрицу 1;

где - значимость опытно-конструкторской работы β_iдля достижения цели α_j, (относительные значимости работы β_iдолжны быть пронормированы):

Используя решающую матрицу , можно для заданных α₁,…, α_n, получить относительные веса опытно-конструкторских работ:

Аналогично составляется вторая решающая матрица, характеризующаязначимость различных направлений прикладных исследованийдля обеспечения опытно-конструкторских работ.

На основании известных весов β_iи решающей матрицывычисляются относительные веса прикладных исследований γ_i.

Затем составляется третья решающая матрица, характеризующая относительнуюважность фундаментальных исследований, необходимых для завершения соответствующих прикладных разработок и вычисляются относительные веса фундаментальных исследований δ_i.