устройство для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний

Формула изобретения

Устройство для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний, содержащее матрицу из M N элементов памяти показателей, N сумматоров и N индикаторов, причем выход каждого сумматора соединен с входом соответствующего индикатора, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены M блоков выбора максимума, М блоков выбора минимума, М групп по N + 1 вычитателей, а также делители, образующие М групп по N делителей в каждой группе, и блоки возведения во вторую степень, образующие М групп по N блоков возведения во вторую степень в каждой, при этом выход ij-го элемента памяти показателей матрицы соединен с j-м входом i-го блока выбора максимума, с j-м входом i-го блока выбора минимума и с вторым входом j-го вычитателя i-й группы, выход i-го блока выбора максимума соединен с первыми входами всех вычитателей i-й группы, выход i-го блока выбора минимума соединен с вторым входом (N + 1)-го вычитателя i-й группы, выход j-го вычитателя i-й группы соединен с первым входом j-го делителя i-й группы, выход (N + 1)-го вычитателя i-й группы соединен с вторыми входами всех делителей i-й группы, выход каждого j-го делителя i-й группы соединен с входом одноименного j-го блока возведения во вторую степень i-й группы, выход каждого из которых соединен с одним из входов соответствующего сумматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике, а именно к устройствам для выбора оптимальных решений, и может найти применение при нахождении оптимального решения из ряда возможных вариантов как при проектировании, так и в процессе эксплуатации различных больших сложных систем.

Известно устройство для выбора оптимальных решений [1], содержащее датчики оцениваемой ситуации и важности параметров, блоки установки весовых коэффициентов, схемы обобщения первого и второго уровней, логические и пороговые схемы, исполнительный блок. Недостатками этого устройства являются сравнительно большая сложность его построения и малые функциональные возможности.

За прототип изобретения принято устройство для выбора оптимальных решений [2] , содержащее в своем составе матрицу элементов памяти показателей, блоки выбора максимума, блоки выбора минимума, вычитатель, коммутирующие элементы, две группы умножителей, группу сумматоров, группу индикаторов и несколько шин задания исходных данных.

Работа устройства-прототипа представляет собой процесс вычисления для каждого из рассматриваемых вариантов обобщенного показателя качества, выражаемого в виде суммы двух произведений. В качестве сомножителей используются максимальное и минимальное значения из совокупности всех частных показателей, характеризующих данный вариант, а также задаваемый показатель оптимизма либо его дополнение до единицы.

В качестве основного недостатка устройства-прототипа следует отметить ограниченность его функциональных возможностей, заключающуюся в том, что оно не обеспечивает выбор оптимального варианта на основе широко используемого на практике так называемого "метода максимальных расстояний" [3].

Сущность метода максимальных расстояний состоит в следующем. Рассматриваются N возможных состояний (вариантов) какой-либо сложной системы, например сети связи. Каждый вариант задается совокупностью M различных частных показателей, значение каждого из которых находится в пределах от 0 до 1. Из заданных N вариантов требуется определить лучший, т.е. оптимальный, вариант.

Определение лучшего (оптимального) варианта методом максимальных расстояний осуществляется путем последовательного выполнения следующих пяти шагов.

Шаг 1. Обозначив через a_ij - значение i-го показателя (i = 1 - M) j-го варианта (j = 1 - N), для каждой совокупности i-х показателей сравниваемых вариантов определяются максимальное a_imax и минимальное a_imin значения, т.е.

Шаг 2. Для каждого частного i-го показателя каждого j-го варианта вычисляется разность b_ij между максимальным значением a_imax соответствующей i-й совокупности показателей и значением данного частного показателя a_ij, т. е.

Шаг 3. Для каждой совокупности i-х, т.е. одноименных частных показателей рассматриваемых вариантов, вычисляется разность c_i между их максимальным a_imax и минимальным a_imin значениями, т.е.

Шаг 4. Для каждого i-го частного показателя каждого j-го варианта вычисляется величина d_ij, представляющая собой возведение во вторую степень отношения разности b_ij между максимальным значением соответствующей i-й совокупности показателей и значением данного частного показателя к разности c_i между максимальным и минимальным значениями совокупности одноименных показателей из совокупности всех сопоставляемых вариантов, т.е.

Шаг 5. Для каждого рассматриваемого j-го варианта вычисляется значение обобщенного показателя _j определяемого как сумма по количеству показателей отношений разности b_ij между максимальным значением соответствующей i-й совокупности показателей и значением i-го частного показателя данного варианта к разности c_i между максимальным и минимальным значениями одноименных показателей из совокупности всех сопоставляемых вариантов, возведенных во вторую ступень, т.е.

Вариант, для которого значение обобщенного показателя _j окажется наибольшим, и признается оптимальным вариантом.

Как уже было отмечено выше, устройство-прототип в силу ограниченности его функциональных возможностей не позволяет осуществлять выбор оптимального варианта (решения) на основе метода максимальных расстояний.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для выбора оптимальных решений, заключающееся в вычислении на основе метода максимальных расстояний обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря введению в его состав дополнительного количества блоков выбора максимума, блоков выбора минимума и вычитателей, а также дополнительному введению в состав устройства групп делителей и блоков возведения во вторую степень при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными составными частями устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах элементов памяти показателей, блоков выбора максимума, блоков выбора минимума, вычитателей, сумматоров и индикаторов известно. Однако благодаря введению в состав устройства дополнительного количества блоков выбора максимума, блоков выбора минимума и вычитателей, а также дополнительному введению в его состав групп делителей и групп блоков возведения во вторую степень при соответствующем схемном соединении их между собой и с другими составными элементами появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в расширении его функциональных возможностей, а именно в осуществлении вычисления для каждого из совокупности рассматриваемых вариантов их обобщенного показателя на основе метода максимальных расстояний. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний. Данное устройство позволяет одновременно оценивать N вариантов, каждый из которых описывается совокупностью M частных показателей.

В состав устройства для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний входят:

1 - элементы памяти показателей, образующие матрицу из M строк и N столбцов;

2 - блоки выбора максимума, образующие группу из M блоков;

3 - блоки выбора минимума, образующие группу из M блоков;

4 - вычитатели, образующие M групп по (N+1) вычитателей в каждой;

5 - делители, образующие M групп по N делителей в каждой;

6 - блоки возведения во вторую степень, образующие M групп по N блоков возведения во вторую степень в каждой;

7 - сумматоры общим количеством N;

8 - индикаторы общим количеством N.

Используемые блоки и элементы характеризуются следующими структурными особенностями. Каждый блок 2 выбора максимума имеет N входов и один выход. Каждый блок 3 выбора минимума имеет N входов и один выход. Каждый вычитатель 4 имеет первый и второй входы и один выход. Каждый делитель 5 имеет первый и второй входы и один выход. Каждый блок 6 возведения во вторую степень имеет один вход и один выход. Каждый сумматор 7 имеет M входов и один выход. Каждый индикатор 8 имеет по одному входу.

Составные части, образующие предлагаемое устройство, соединены между собой следующим образом.

Выход каждого элемента 1_ij памяти показателей матрицы MxN соединен с одним из входов блока 2_i выбора максимума, одним из входов блока 3_i выбора минимума и со вторым входом соответствующего j-го вычитателя 4_ij соответствующей i-й группы.

Выход каждого i-го блока 2 выбора максимума соединен с первыми входами всех (N+1) вычитателей 4 своей группы.

Выход каждого i-го блока 3 выбора минимума соединен со вторым входом (N+1)-го вычитателя 4 своей группы.

Выход каждого из первых N вычитателей 4 каждой группы соединен с первым входом соответствующего делителя 5 своей группы, а выход (N+1)-го вычитателя 4 каждой группы соединен со вторыми входами всех делителей 5 своей группы.

Выход каждого делителя 5 соединен с входом соответствующего блока 6 возведения во вторую степень.

Выходы одноименных блоков 6 возведения во вторую степень каждой из M групп подключены к входу соответствующих сумматоров 7.

Выход каждого сумматора 7 соединен с входом соответствующего индикатора 8.

Работает устройство для выбора оптимальных решений методом максимальных расстояний следующим образом.

В процессе подготовки устройства к работе в каждый из MxN элементов 1 памяти показателей записывается относительное значение соответствующего a_ij-го показателя.

В результате поступления с выходов одноименных элементов 1 памяти показателей значений a_ij частных показателей сопоставляемых вариантов на входы блоков 2_i выбора максимума и на входы блоков 3_i выбора минимума на их выходах появляются соответствующие выражению (1) сигналы a_imax и a_imin. Затем сигналы a_imax поступают на первые входы всех (N+1) вычитателей 4, а сигналы a_imin - на второй вход (N+1)-го вычитателя 4 соответствующих групп.

Кроме того, значения частных показателей a_ij с выходов соответствующих элементов 1_ij памяти показателей поступают и на вторые входы соответствующих вычитателей 4_ij своих групп.

В результате этого на выходах первых N вычитателей 4 каждой из M групп появляются сигналы, представляющие собой разность между максимальным значением a_imax совокупности соответствующих показателей и значением одноименного i-го показателя соответствующего j-го варианта, т.е. b_ij согласно выражению (2). Каждое значение b_ij поступает на первый вход соответствующего делителя 5_ij.

На выходе (N+1)-го вычитателя 4 каждой i-й группы появляется сигнал, представляющий собой разность между максимальным и минимальным значениями соответствующей совокупности одноименных i-х показателей, т.е. с_i согласно выражению (3).

В каждом делителе 5 осуществляется деление величины сигнала, поступившего на его первый вход, т.е. b_ij, на величину сигнала, поступившего по второму входу, т.е. на с_i. Сигнал с выхода каждого делителя 5 поступает на вход соответствующего блока 6 возведения во вторую степень. Таким образом, сигнал на выходе каждого блока 6 возведения во вторую степень представляет собой значение d_ij, соответствующее выражению (4).

Сигналы с выходов одноименных блоков 6 возведения во вторую степень, принадлежащих различным группам, поступают на входы соответствующих сумматоров 7.

В результате суммирования сигналов на выходе каждого j-го сумматора 7 появляется сигнал, соответствующий выражению (5), т.е. обобщенное значение показателя j-го варианта, полученное на основе метода максимальных расстояний. С выходов сумматоров 7 эти сигналы-значения поступают на входы соответствующих индикаторов 8, где и высвечиваются.

Оператору остается только проанализировать высвеченные значения обобщенных показателей сопоставляемых вариантов и выбрать в качестве оптимального тот вариант, значение обобщенного показателя которого будет наибольшим.

Как видно из приведенного описания, в предложенном устройстве в отличие от прототипа осуществляется вычисление обобщенного показателя каждого из совокупности рассматриваемых вариантов на основе метода максимальных расстояний [3].

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в вычислении на основе метода максимальных расстояний обобщенного показателя каждого из рассматриваемых вариантов, - достигнута.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими сложными системами и процессами, а также в проектных организациях, занимающихся их разработкой.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении оперативности и качества принимаемых решений при управлении соответствующими сложными системами, а следовательно, в повышении эффективности их функционирования.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства зависит в первую очередь от назначения, важности и сложности исследуемых систем; ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных системах и объектах.

Источники информации

1. А.с. СССР N 344443, МКИ G 06 F 15/18, 1972, БИ N 21.

2. А.с. СССР N 1640716, МКИ G 06 G 7/122, 1991, БИ N 13 (прототип).

3. Давлетшин Г. З. Методы многокритериальной оптимизации параметров технических систем. Оценка их качества. - Калининград Московской области: ЦНИИмаш, 1993, с. 78-79.