Устройство для выбора оптимальных решений методом наименьших расстояний

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для выбора оптимальных решений из ряда возможных вариантов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей на основе метода главного критерия. Устройство содержит матрицы N×M из элементов памяти показателей, N индикаторов, блоки выбора максимума, группы по N блоков выбора минимума, группы по N вычитателей и N блоков вычисления расстояний. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области специализированной вычислительной техники, а именно к устройствам для выбора оптимальных решений, и может найти применение при выборе оптимальных решений из ряда возможных вариантов как при проектировании, так и в процессе эксплуатации различных больших и сложных систем, в частности телекоммуникационных систем связи.

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 наименьших расстояний" [3].

Сущность метода наименьших расстояний при выборе оптимальных решений состоит в следующем.

Рассматриваются N возможных вариантов какой-либо сложной системы, в каждом из которых содержится М объектов, каждый из которых описывается посредством значений двух частных показателей. Например, N возможных вариантов плана распределения каналов первичной сети связи. Каждый вариант характеризуется наличием М подлежащих организации информационных направлений связи, для характеристики каждого из которых используется по два частных показателя, в частности степень удовлетворения требуемой пропускной способности и показатель устойчивости связи.

Из N возможных вариантов требуется выбрать наилучший (оптимальный).

Алгоритм выбора оптимального варианта методом наименьших расстояний состоит в следующем.

В каждом из N возможных вариантов рассматриваются все М объектов, в данном случае - все М информационных направлений связи, выявляя при этом наименьшие значения первого и второго частных показателей, которые и будут характеризовать соответствующие варианты.

Благодаря наличию двух частных показателей каждый из N сопоставляемых вариантов можно изобразить в виде точки на плоскости в Декартовой системе координат, где по одной из осей откладываются значения одного частного показателя, а по другой - другого, в данном случае - значения показателей устойчивости и степени удовлетворения пропускной способности информационных направлений. На этой же плоскости следует изобразить точку, координаты которой по каждой оси представляют собой максимальные значения соответствующих координат точек сопоставляемых вариантов. Наилучшим или оптимальным вариантом признается тот, у которого расстояние от его точки до точки с максимальными значениями координат будет минимальным, т.е.

где X_R - максимальное значение показателя по оси X;

Y_R - максимальное значение показателя по оси Y;

i - порядковый номер сопоставляемого варианта;

X_i - значение показателя по оси X, характеризующее 1-й вариант;

Y_i - значение показателя по оси Y, характеризующее 1-й вариант.

Целью данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода наименьших расстояний.

Указанная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря тому, что в его состав дополнительно введены вторая матрица N×М элементов памяти показателей, две группы по N блоков выбора минимума, два блока выбора максимума, две группы по N вычитателей и N блоков вычисления расстояний при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными элементами 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 и индикаторов известно. Однако благодаря дополнительному введению в состав устройства второй матрицы N×М элементов памяти показателей, двух групп по N блоков выбора минимума, двух блоков выбора максимума, двух групп по N вычитателей и N блоков вычисления расстояний при соответствующей схеме соединения их между собой и с остальными элементами устройства появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в расширении его функциональных возможностей, а именно в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода наименьших 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 наименьших расстояний. Составные части предлагаемого устройства обозначены следующим образом:

1 - элементы памяти показателей первой матрицы размером N×М;

2 - элементы памяти показателей второй матрицы размером N×М;

3 - блоки выбора минимума;

4 - блоки выбора максимума;

5 - вычитатели;

6 - блоки вычисления расстояний;

7 - индикаторы.

Таким образом, в состав заявляемого устройства входят элементы памяти показателей (1 и 2), образующие две матрицы размерностью N×М, где N - количество сопоставляемых вариантов, а М - количество составляющих каждый вариант объектов, характеризующихся значениями двух частных показателей, блоки выбора минимума 3, образующие две группы по N блоков в каждой, два блока выбора максимума 4, вычитатели 5, образующие две группы по N вычитателей в каждой, N блоков вычисления расстояний 6 и N индикаторов 7.

Каждый блок выбора минимума 3 имеет М входов и один выход. Их задачей является выбор из М величин, поступающих на его входы, наименьшей и выдача ее на выход.

Каждый блок выбора максимума 4 имеет N входов и один выход. Их задачей является выбор из N величин, поступающих на его входы, наибольшей и выдача ее на выход.

Каждый вычитатель 5 имеет по два входа и одному выходу. Назначением вычитателей является вычисление абсолютной величины разности сигналов, поступающих по его входам, и выдача полученной разницы на выход.

Каждый блок вычисления расстояний 6 имеет по два входа и одному выходу. Их задачей является вычисление длины гипотенузы прямоугольного треугольника по длинам его катетов, представляемым в виде сигналов, поступающих по его двум входам.

Задачей индикаторов 7 является индикация на табло значений длин отрезков, поступающих на их входы в виде соответствующих сигналов.

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

выходы ij-ых элементов памяти показателей 1 первой матрицы соединены со входами соответствующих i-х блоков выбора минимума 3 первой группы, выходы которых соединены со входами первого блока выбора максимума 4;

выходы ij-ых элементов памяти показателей 2 второй матрицы соединены со входами соответствующих i-х блоков выбора минимума 3 второй группы, выходы которых соединены со входами второго блока выбора максимума 4;

выход каждого i-го блока выбора минимума 3 каждой группы соединен с первым входом соответствующего i-го вычитателя соответствующей группы;

выход первого блока выбора максимума 4 соединен со вторыми входами всех N вычитателей 5 первой группы;

выход второго блока выбора максимума 4 соединен со вторыми входами всех N вычитателей 5 второй группы;

выходы i-х вычитателей первой и второй групп соединены со входами соответствующих i-ых блоков вычисления расстояний 6, выходы которых соединены со входами соответствующих индикаторов 7.

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

В процессе подготовки устройства к работе в каждый ij-ый элемент памяти показателей 1 первой матрицы N×M записываются значения первого частного показателя соответствующих j-ых объектов i-го варианта, а в каждый ij-й элемент памяти показателей 2 второй матрицы N×M - значения второго частного показателя соответствующих объектов.

В результате поступления с выходов элементов памяти показателей 1 и 2 значений первых и вторых частных показателей объектов сопоставляемых вариантов на входы соответствующих блоков выбора минимума 3, на выходах i-х блоков выбора минимума 3 первой группы появятся сигналы, представляющие собой минимальные значения первых частных показателей, а на выходах блоков выбора минимума 3 второй группы - минимальные значения вторых частных показателей для совокупности из М соответствующих объектов N сопоставляемых вариантов.

С выходов блоков выбора минимума 3 первой группы минимальные значения первых частных показателей сопоставляемых вариантов поступают на первые входы соответствующих вычитателей 5 первой группы и на входы первого блока выбора максимума 4, с выхода которого максимальное значение из совокупности минимальных значений первых частных показателей сопоставляемых вариантов поступает на вторые входы всех N вычитателей 5 первой группы.

С выходов блоков выбора минимума 3 второй группы минимальные значения вторых частных показателей сопоставляемых вариантов поступают на первые входы соответствующих вычитателей 5 второй группы и на входы второго блока выбора максимума 4, с выхода которого максимальное значение из совокупности минимальных значений вторых частных показателей сопоставляемых вариантов поступает на вторые входы всех N вычитателей 5 второй группы.

Значения разности между максимальными значениями из совокупности минимальных значений исследуемых вариантов и минимальными значениями соответствующих вариантов по обоим частным показателям с выходов соответствующих вычитателей 5 поступают попарно на входы соответствующих блоков вычисления расстояний 6, с выходов которых значения соответствующих расстояний каждого из сопоставляемых вариантов поступают на входы соответствующих индикаторов 7, где и высвечиваются на табло.

Оператору остается только проанализировать высвеченные значения, принадлежащие сопоставляемым вариантам, и выбрать в качестве оптимального тот вариант, значение "расстояния" которого будет наименьшим.

Из приведенного описания работы заявленного устройства видно, что в нем в отличие от прототипа осуществляется сопоставление сравниваемых вариантов с целью выявления лучшего на основе метода наименьших расстояний.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением, - расширение функциональных возможностей устройства для определения оптимальных решений, заключающееся в осуществлении определения лучшего варианта на основе метода наименьших расстояний, - достигнута.

Предложенное устройство может найти применение на пунктах управления различными действующими сложными системами, объектами 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 объектах.

Источники информации

1. А.с. СССР N 344443, МКИ G 06 F 15/18, 1972, БИ № 21.

2. А.с. СССР N 1640716, МКИ G 06 G 7/122, 1991, БИ № 13 (прототип).

3. Давлетшин Г.З. Методы многокритериальной оптимизации параметров технических систем. Оценка их качества. - Калининград Московской области: ЦНИИмаш, 1993, с.75.

Формула изобретения

Устройство для выбора оптимальных решений методом наименьших расстояний, содержащее матрицу N×М из элементов памяти показателей и N индикаторов, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены вторая матрица N×М элементов памяти показателей, две группы по N блоков выбора минимума, два блока выбора максимума, две группы по N вычитателей и N блоков вычисления расстояний, при этом выходы ij-й элементов памяти показателей первой группы соединены со входами соответствующих i-х блоков выбора минимума первой группы, выходы которых соединены со входами первого блока выбора максимума, выходы ij-х элементов памяти показателей второй группы соединены со входами соответствующих i-х блоков выбора минимума второй группы, выходы которых соединены со входами второго блока выбора максимума, выход каждого i-го блока выбора минимума каждой группы соединен с первым входом i-го вычитателя соответствующей группы, выход первого блока выбора максимума соединен со вторыми входами всех N вычитателей первой группы, выход второго блока выбора максимума соединен со вторыми входами всех N вычитателей второй группы, выходы i-х вычитателей первой и второй групп соединены со входами соответствующих i-х блоков вычисления расстояний, выходы которых соединены со входами соответствующих индикаторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1