Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Обзор теоретических исследований в области построения систем принятия решений на основе распределенной параллельной обработки информации 11
1.1. Особенности компьютерной поддержки принятия согласованных групповых решений 11
1.2. Особенности целесообразности построения СРМПР и схема ее функционирования 13
1.3. Обзор и анализ существующих разработок по созданию систем с распределенным механизмом поиска решений (СРМПР) 20
1.3.1. Сравнительная характеристика существующих СРМПР 21
1.3.2. Оценка свойств и структурных характеристик РСППР 23
1.3.3. Коммерческие пакеты, используемые в системах поддержки принятия групповых решений 28
1.3.4. Типы моделей представления знаний и стратегий управления для использования в РСППР 32
1.4. Основные задачи исследований 39
Выводы к разделу 1 41
РАЗДЕЛ 2. Теоретические исследования по выбору формальных средств описания РСППР и информационные проблемы синтеза распределенных вычислительных систем 42
2.1. Основные особенности взаимодействия локальных СПР на основе консультаций 42
2.2. Объектная структуризация знаний в РСППР. Описание предметной области РСППР 48
2.3. Формальные средства описания механизма распределенного принятия решений 55
2.4. Выбор характеристик узлов распределенной СППР при обработке и передаче сообщений от узла-источника до узла-адресата по информационному критерию 66
Выводы к разделу 2 75
РАЗДЕЛ 3. Алгоритмы и модели формализованного описания взаимодействия процессов и агентов в распределенных системах поддержки принятия решений 76
3.1. Особенности реализации основных режимов РСППР для организации многозадачной многопользовательской работы пользователей РСППР 76
3.1.1. Согласование действий агентов, принятие соглашения о представлении знаний, коммуникации 78
3.1.2. Описание основных компонентов архитектуры РСППР 81
3.1.3. Выбор средств представления знаний и обмена знаниями, механизма параллельного РПР 84
3.2. Формирование алгоритма РПР на базе системной организации взаимодействия прикладных процессов в локальной сети ЭВМ 90
3.3. Построение логической модели инструментальной версии РСППР 95
3.4. Организация распределенного управления вычислительным процессом в РСППР 101
3.4.1. Методика планирования решения задач вузлах РСППР 102
3.4.2. Определение приоритетов задач 105
3.4.3. Процедура управления ходом вычислительного процесса в сети при изменении загрузки процессоров 110
Выводы к разделу 3 114
РАЗДЕЛ 4. Экспериментальные исследования основных характеристик РСППР 117
4.1. Инструментальный комплекс для исследования характеристик РСППР 117
4.2. Оценка качественных и количественных параметров РСППР 119
4.3. Моделирование РСППР с позиции теории массового обслуживания 124
4.4. Формирование имитационной модели для РСППР 127
4.4.1. Проверка имитационной модели на сопоставимость с аналитическими оценками 128
4.4.2. Исследование работоспособности в условиях имитационного моделирования 128
4.5. Многопользовательский режим работы РСППР 129
Выводы к разделу 4 134
Заключение ... 137
Список использованной литературы 139
- Особенности целесообразности построения СРМПР и схема ее функционирования
- Основные особенности взаимодействия локальных СПР на основе консультаций
- Согласование действий агентов, принятие соглашения о представлении знаний, коммуникации
- Оценка качественных и количественных параметров РСППР
Введение к работе
В настоящее время в современном обществе изменился круг задач, решаемых человеком в различных сферах своей деятельности. Возникли новые сложные проблемы, для которых характерна ситуация, когда новые явления возникают сразу параллельно, а не «по очереди», и относятся к различным предметным областям. Л это потребовало организации совместной работы специалистов в разных областях экспертизы над решением единой задачи или проблемы. В связи с этим появился новый класс вычислительных систем -распределенные системы поддержки принятия решений /РСППР/, которые об7,сдиняют локальные специализированные системы принятия решений /СПР/, обладающие элементами искусственного интеллекта и решающих задачи в составной области экспертизы через обмен взаимными консультациями (сообщениями).
Действительно, увеличение объема информации, поступающей непосредственно к лицам, принимающим решения /ЛПР/, усложнение решаемых задач, необходимость учета большого числа взаимосвязанных факторов и быстро меняющейся обстановки требует шире использовать многопроцессорные вычислительные комплексы разной архитектуры и сети ЭВМ, ресурсы которых распределены в пространстве.
Слишком велика цена потерь, которые несут коммерческие фирмы и некоммерческие организации за счет недооценки важности комплексного подхода к созданию РСППР на основе распараллеливания вычислительных процессов РСППР должны не только быть информационными системами, т.е. выполнять функции сбора, обработки, хранения, передачи и представления информации, но и выполнять многовариаитиые расчеты, необходимые для принятия наиболее обоснованных управленческих решений.
В настоящее время в качестве распределенных вычислительных систем, как правило, используются распределенные экспертные системы, имеющие следующие особенности:
• физическая или логическая распределенность в зависимости от того, располагаются они на разных узлах вычислительной сети или на одном узле; степень и характер распределенности зависит от характера вычислительных средств, реализующих экспертную систему; характера обрабатываемой информации;
• распределенность баз данных и знаний;
• распределенность задач; каждая экспертная система при рассмотрении ее как операционного узла способна выполнить одну или несколько задач, которые она может решить в зависимости от поступающей информации; выбор задач, которые способна решить система, зависит от доступных ей базы знаний, базы данных, входной информации;
• стратегия информационного обмена, которая определяет, когда узел должен передавать информацию другим узлам, какого типа информация должна передаваться и кто является адресатом информации.
Однако использование таких распределенных систем все еще наталкивается на определенные методологические трудности, связанные с объединением фрагментарно или полностью различных областей экспертизы (проблема представления знаний при наличии больших баз знаний), организацией распределенного принятия решений (логического вывода) при обходе нескольких областей экспертизы (одновременно в нескольких локальных СПР) для решения задач, требующих привлечения знаний многих экспертов и, с организацией параллельных вычислений, т.е. параллельного выполнения нескольких взаимодействующих процессов на разных процессорах, когда процессы обмениваются информацией и синхронизируют свои действия, ожидая, при необходимости, готовности друг друга к выполнению совместных вычислений.
Сама реализация параллельных вычислений в РСППР дала иное понимание самого вычислительного процесса, который трактуется как совокупность асинхронно выполняемых параллельных вычислительных процессов или параллельно реализуемых действий агентов. Развитие региональных и глобальных вычислительных сетей, к которым могут быть подключены локальные сети специалистов, обеспечивает получение всей необходимой информации в реальном времени. А это налагает ограничения на скорость передачи информации из одной точки сети в другую в условиях наложения помех, искажения сообщений. Резкое увеличение объемов информации, перерабатываемых такой системой в единицу времени, влияет на ужесточение временных характеристик работы системы.
Дополнительным системным осложнением реализации распределенного подхода поддержки принятия решений является необходимость организации распределенного, а не централизованного управления вычислительным процессом, которое должно включать дисциплину планирования решения задач, поступающих в непредсказуемые моменты времени, в каждом узле сети; определение приоритетов задач, которыми запущен узел и которые стоят в очереди; определение механизма управления вычислительным процессом при изменении загрузки сети; приоритетное упорядочивание передачи сообщений; организацию выполнения параллельного шага распределенного принятия решений (РПР); выбор необходимого числа пакетов в шаге РПР; аналитическое и имитационное моделирование, как узла, так и всей распределенной вычислительной сети и т. д.
Единой методологической концепции решения указанных вопросов для выдачи рекомендаций по построению РСППР, когда в ее узлах расположены модули баз знаний (источники знаний) из разных, пусть и смешенных предметных областей, в настоящее время, по сути, нет. Не отражены в отечественной и зарубежной литературе экспериментальные исследования количественно-качественных показателей функционирования рассматриваемых распределенных СППР.
Перечисленные выше вопросы, требующие определения необходимых вычислительных ресурсов узлов сети, а так же существующие проблемы неопределенности, противоречивости, свойственные процессам принятия решений, являют собой краткий перечень типов трудностей, возникающих при практической реализации распределенного подхода поддержки принятия решений, которые вместе со сложностями подбора и реализации необходимого математического обеспечения, определяют актуальность создания методологии построения РСППР.
Цель исследования
заключается в разработке алгоритмов и средств построения РСППР с использованием локальных систем принятия решений с элементами искусственного интеллекта и аналитических моделей.
Задачи исследования:
• обоснование необходимости разработки моделей и алгоритмов создания РСППР для различных прикладных областей;
• анализ существующих средств представления знаний и стратегий выполнения распределенного принятия решений с целью использования в РСППР и выбора компонентов ее архитектуры;
• исследование специфики, условий и принципов организации взаимодействия локальных СПР в сети на основе консультаций и особенностей многопользовательской работы РСППР;
• выбор и обоснование модели обмена сообщениями в составной предметной области и разработка логической структуры узла РСППР, механизмов РПР и управления потоками заданий на основе системно-сетевой организации взаимодействия прикладных процессов;
• разработка моделей и алгоритмов формализованного планирования решений задач, поступающих в непредсказуемые моменты времени, в узлах сети, оценки приоритетов стоящих в очереди задач, управления процессом обработки информации при изменении загрузки сети и одновременного выбора характеристик нескольких узлов сети в условиях шумов;
• исследование основных количественных и качественных параметров функционирования РСППР на основе имитационного моделирования распределенной вычислительной сети.
Идея работы
заключается в выявлении взаимосвязей между выполняемым параллельным шагом распределенного принятия решений и формируемой дисциплиной обмена знаниями для локальных систем принятия решений.
Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:
- механизмы распределенного принятия решений с отложенным выполнением и управления потоками заданий при совместном решении сложной проблемы несколькими ЛПР позволяют, в отличие от существующих, найти оптимальные отношения между основными программными и информационными элементами вычислительной сети ЭВМ;
- модели и алгоритмы распределенного управления ходом процесса в сети на основе теорий отсекающих плоскостей Гомори, принципов Парето и равномерной загрузки узлов отличаются возможностью находить не полностью загруженные процессоры, перераспределять задачи между узлами сети при их решении и загружать РСППР в режиме, близком к оптимальному, при изменении загрузки процессоров сети с учетом возможных изменений приоритетов стоящих в очереди задач, поступающих в непредсказуемые моменты времени;
- модель информационной цепочки из нескольких промежуточных узлов при обработке и передаче сообщений от узла - источника до узла - адресата в условиях шумов на основе положений теории информации, позволяет, в отличие от известных, определить условия повышения достоверности передачи сообщений, не снижая величины пропускной способности;
- имитационная модель позволяет, в отличие от существующих, найти зависимость производительности РСППР от производительности сетевой операционной системы и определить область изменения характеристик сетевой операционной системы (время обслуживания для распределенного принятия решений, объем концентратора и т.д.), в которой ее применение для организации многопользовательского режима работы оправдано.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается:
- корректным использованием в проведенных исследованиях методов теории исследования операций, принятия решений, многокритериальной оптимизации, массового обслуживания, параллельных процессов обработки информации, систем искусственного интеллекта, статистического анализа;
- положительными результатами имитационного и экспериментального моделирования режимов последовательного выполнения заданий и параллельного выполнения шага распределенного поиска решений при совместной работе РСППР и специализированной сетевой операционной системы (СОВПП) в локальной сети ЭВМ с помощью разработанных инструментальных средств, показавшими достаточную для практики точность полученных оценок временных показателей (время обслуживания заявки, время параллельного выполнения шага РПР, время обработки модуля базы знаний, время управления СОВПП и т.д.) и производительности РСППР (максимальные отклонения в пределах 6% от реальных значений).
Научная значимость работы
состоит в разработке комплексного подхода к распределенному управлению процессами обработки информации и механизма формализованного описания взаимодействия нескольких локальных СПР при параллельной обработке информации в узлах вычислительной сети ЭВМ, который включает модели и алгоритмы обмена сообщениями и распределенного решения задач, поступающих в непредсказуемые моменты времени из нескольких предметных областей, что позволяет построить алгоритмы и модели создания распределенных систем поддержки принятия решений для различных приложений.
Практическая значимость работы состоит :
• в формировании алгоритмов выполнения параллельного шага распределенного принятия решений, позволяющих определять оптимальное число свободных процессоров для управления параллельным РПР;
• выборе рациональной частоты обращений к блоку управления разделяемой памятью, при которой не будет перегрузки сетевых средств непроизводительной работой и сокращается время выполнения РПР;
• проведении имитационного моделирования как отдельного узла, так и всей распределенной вычислительной сети;
• создании инструментальных средств для реализации предложенных алгоритмов распределенной обработки данных в локальной сети ЭВМ;
• внедрении основных результатов диссертационной работы в разработки ЗАО «НПО ГидроМаш» (г.Москва), а также в учебный процесс для подготовки бакалавров, специалистов и магистров по направлению 550800 «Информатика и вычислительная техника» на кафедре «Автоматизированные системы управления» МГГУ.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации и ее отдельные положения докладывались на семинарах кафедры АСУ и следующих конференциях: Product Development in Engineering Education (Лохмар, Германия, 1998г.), «Неделя горняка» (г. Москва, 2001-2003 гг.), Advanced Engineering Design (Прага, Чехия, 2003г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 132 наименований, содержит 23 рисунка, 8 таблиц.
Особенности целесообразности построения СРМПР и схема ее функционирования
Компьютерная система поддержки групповых решений предназначена для оказания помощи участникам переговоров в их проведении и выработке согласованного решения. Помощь СППР заключается в [ 12 ]: сборе данных и компьютерной поддержке анализа обстановки, сложившейся перед обсуждением проблемы; организации связи всех участников переговоров вычисли тельной сетью независимо оттого, где они находятся, и предоставления им возможности легкого обмена предложениями и контрпредложениями; помощи в оценке приоритетов отдельных составляющих обсуждаемой проблемы; предоставлении средств формализации предложений, делаемых каждым участником переговоров, включающих алгоритмы их оценки, ранжирования и моделирования последствий; Такие системы имеют место при принятии стандартных решений в процессе купли продажи, предоставлении кредита и т.д. Наиболее интересный для нас класс переговоров: переговоры между экспертами и/или руководителями с помощью систем поддержки переговоров. Рассмотрим общие задачи компьютерных систем поддержки принятия решений, поскольку одной из основных задач СПП является согласование решений. Принятие решений - каждодневная деятельность человека, часть его повседневной жизни. Простые, привычные решения человек принимает легко, часто автоматически, не очень задумываясь. В сложных и ответственных случаях он обращается к друзьям, родственникам, опытным и знающим людям за подтверждением своего решения, несогласием с ним или за советом: каким могло бы быть другое решение. Часто обращаются к книгам, в том числе и религиозным, даже астрологии и гаданиям. Такие обращения - это процесс поддержки принятия решения. Принятие решения в большинстве случаев заключается в генерации возможных альтернатив решений, их оценке и выборе лучшей альтернативы. При выборе альтернатив приходится учитывать большое число противоречивых требований и, следовательно, оценивать варианты решений по многим критериям. Противоречивость требований, неоднозначность оценки ситуаций, ошибки в выборе приоритетов сильно осложняют принятие решений. Сейчас положение изменилось. Большое количество задач, если не большинство, являются многокритериальными задачами, в которых приходится учитывать большое число факторов. В этих задачах человеку приходится оценивать множество сил, влияний, интересов и последствий, характеризующих варианты решений. Например, при принятии решения в строительстве завода приходится учитывать не только ожидаемую прибыль и необходимые для строительства капиталовложения, но и динамику рынка, действия конкурентов, экологические, политические, социальные факторы и т.п. Системы поддержки принятия решений существуют очень давно: это военные советы, коллегии министерств, всевозможные совещания, аналитические центры и т.д. Хотя они никогда не назывались системами поддержки принятия решения, но выполняли именно их задачи (в некоторых случаях частично). До последнего времени они, естественно, не использовали вычислительные машины и правила их функционирования, хотя регламентировались, но были формализованы далеко не так, как это требуется в человеко-машинных процедурах. Термин "система поддержки принятия решений" (СППР) появился в начале семидесятых годов [5]. За это время дано много определений СППР [28,29,119], характеризующие функции СППР по аналогии с процессом принятия решения человеком. Если исходить из необходимости осуществления компьютерной поддержки на всех этапах принятия решения человеком, то СППР можно определить как человеко-машинную систему, позволяющую руководителем использовать свои знания, опыт и интересы, объективные и субъективные модели, оценки и данные для реализации компьютерных методов выработки решении и выполняющую следующие функции; 1. Производит анализ обстановки (ситуаций). 2. Генерирует возможные управленческие решения (сценарии действий). 3. Осуществляет оценку сгенерированных сценариев (действий, решений) и выбирает лучший. 4. Обеспечивает постоянный обмен информацией принимаемых решений и помогает согласовать групповые решения. 5. Моделирует принимаемые решения (в тех случаях, когда это возможно). 6. Осуществляет компьютерный анализ возможных последствий принимаемых решений. 7. Производит сбор данных о результатах реализации принятых решений и осуществляют оценку результатов. 1.2. Особенности целесообразности построения РСМПР и схема ее функционирования 1. Характер распределенности. СППР могут быть сосредоточенные и распределенные [27]. 1.1. Сосредоточенные СППР реализуются на одной вычислительной машине. Они выполняют функции 1-3, 5-7 перечисленные выше (или часть их), помогая небольшой группе специалистов оценивать обстановку и согласовывать принимаемые решения. 1.2. Распределенные вычислительные системы могут быть распределены пространственно и/или функционально. Пространственно распределенные СППР состоят из локальных СППР, расположенных в связанных между собой узлах вычислительной сети. Каждая из них может независимо решать свои частные задачи, обслуживая своего менеджера или специалиста. Но для решения общей проблемы ни одна из них не обладает достаточными знаниями, информацией и ресурсами (или некоторыми из этих составляющих). Общую проблему они могут решать только сообща, объединяя свои локальные возможности, согласовывая принятые частные и вырабатывая общие решения. Функционально распределенные системы состоят из нескольких экспертных систем (или СППР), связанных между собой информационно и установленных на одной вычислительной машине (пространственно они сосредоточены). Распределенные системы выполняют функции 1-7, перечисленные в разд. 1.1 (или часті» их). Необходимо особо отметить очень распространенный класс систем -иерархические системы поддержки принятия решений.
Иерархические вычислительные подсистемы поддержки переговоров располагаются в узлах, связанных между собой вычислительной сетью. По значимости вырабатываемых рекомендаций узлы не равноправны. Самый простой пример такой системы - это система, состоящая из подсистем W i, W 2—» W п первого уровня и одной подсистемы W2j второго (более высокого) уровня. Цель подсистемы W і - влиять на низшие подсистемы таким образом, чтобы достигалась общая цель, заданной для всей системы. Такая двухуровневая система может служить в качестве элементарного блока при построении более сложных систем.
Основные особенности взаимодействия локальных СПР на основе консультаций
РСППР является инструментальной системой и предназначена для решения задач независимо от их предметной области. Главная особенность этих задач -совместная работа специалистов в разных областях над решением единой задачи. РСППР объединяет специализированные СПР, решающие задачи в составной области экспертизы через обмен взаимными консультациями.
Подобная ситуация имеет прямую аналогию в человеческой деятельности. Специалистом можно быть, как правило, в достаточно узкой области. Для расширения кругозора достаточно использовать справочники и консультации со специалистами.
Причем последней форме отдается явное предпочтение. Важно только иметь согласованный набор понятий, известный всем участниками консультации. Та же структура обмена знаниями через консультации предлагается как концептуальная основа РСППР при решении задач, требующих использования знаний из нескольких областей экспертизы. Неспецифичные для данной предметной области знания заменяются ссылочными знаниями о том, в какой СПР и с помощью каких исходных данных можно получить конкретную информацию. В СПР вводятся дополнительные знания о знаниях - метазнания, которые могут быть использованы для обращения к другой области экспертизы и получения глубоких и полных ответов.
Информационная база системы формируется за счет интеграции следующих разнородных данных и знаний: - экспериментальная информация, получаемая либо в автоматическом режиме с помощью системы контроля, либо в результате специальных исследований; - фактическая информация, определяющая особенности конкретной шахты, конкретного объекта исследования; - экспертная информация. Экспертная информация, в свою очередь, может рассматриваться как результат анализа ситуации на основе: - фундаментальных знаний, представленных в структурированных формах; - эвристических знаний, обеспечивающих интерпретацию фундаментальных знаний в рамках конкретных технологических схем. Форма представления экспертной информации определяется классом задач, на решение которых ориентирована РСППР. В РСППР основную роль играют экспертные правила, а также факты или примеры, опирающиеся на экспертную информацию. Формально деятельность экспертов можно представить в виде: где Л — множество характеристик объектов исследования; Е - множество экспериментальных данных, доступных эксперту; J - множество высказываний и описаний ситуаций (в кодированной форме); В - текстовое описание ситуаций и явлений; R - множество продукционных правил.
С позиций системотехники исследование РСППР сводится к задаче проектирования некоторой распределенной информационной системы (РИС). На рис. 2.1 представлен пример смежных областей, объединенных через механизм консультаций. ЛСПР1 проектирует РИС, используя знания двух других систем; ЛСПР2 определяет тип ЭВМ и операционной системы; ЛСПРЗ выбирает тип локальной сети. В ЛСПР1 определен также глобальный объект «Проект ППП», выбирающий пакеты прикладных программ для отдельных ЭВМ РИС.
Пользователь ЛСПР1 для определения объекта «Проект РИС» (в РСППР все понятия в предметных областях СПР определяются как объекты) формирует запрос. В этом запросе он должен ответить на все вопросы, связанные с исходными данными для всех участвующих в структуре определяемого объекта удаленных объектов. Последовательность консультаций определяется логической связью между объектами-понятиями и начинается с объекта «Проект ППП», заданного в ЛСПР1. Следующие два шага для объектов «Проект ЭВМ и ОС» и «Проект Локссть» связаны с запросами к ЛСПР2 и ЛСПРЗ. И наконец, после завершения этих консультации определяется значение объекта «Проект РИС».
Итак, составная проблемная область РСППР (СПО РСППР) является объединением проблемных областей локальных СПР, обменивающихся знаниями на основе взаимных консультации при выполнении близких по методам решения задач, выходящих за пределы области экспертизы отдельной СПР.
Обмен знаниями между отдельными ЛСПР является средством объединения локальных областей экспертизы в единую распределенную среду определяемую как составная проблемная область. Обмен знаний возможен с использованием устоявшихся определений объектов. Модификации объектов должны сопровождаться соответствующими комментариями и требуют выполнения глобальной актуализации составной области экспертизы. Актуализация знаний при обмене тесно связана с понятием модульности БЗ. Разделение модуля на спецификацию внешнего шггерфейса и тело модуля, отвечающее за выполняемые им функции, принятые в модульном программировании, позволяет модифицировать и совершенствовать его функции, не изменяя и не влияя на структуру его внешних связей. Обмен знаний через консультации помогает объединить преимущества малых по объему БЗ СПР с возможностью решения сложных задач, свойственной большим СПР. Для работы ЛСПР і можно использовать автоматизированную процедуру экспертного описания явлений, предложенную в [13]. Суть процедуры состоит в формировании факторных таблиц, описывающих множество явлений и ситуаций с помощью наборов лингвистических переменных.
Согласование действий агентов, принятие соглашения о представлении знаний, коммуникации
Организация взаимодействия агентов в РСППР может преследовать разные цели: 1. увеличение производительности при параллельной работе; 2. специализация агентов на отдельных задачах, которая повышает качество решения системой этих задач; 3. увеличение надежности при отказе; одного из агентов его знания могут быть использованы и обработаны другими; 4. возможность параллельного выполнения разными агентами одной задачи, что увеличивает вероятность ее решения и доверие к результатам; 5. балансирование нагрузки; 6. координация усилий, при этом снижаются потери времени и объемы пересылаемой информации. Существуют следующие подходы к планированию совместной работы многих агентов: 1. многоагентнос планирование: выделение одного агента в системе, который планирует работу всех остальных и рассылает этот план другим агентам; альтернативу этому методу планирования составляет подробное информирование каждого агента о возможностях всех других агентов; в РСППР один агент выполняет планирование при организации действий других агентов, и этой способностью обладает каждый агент РСППР; 2. переговоры: агент декомпозирует задачу и распределяет подзадачи на основе протокола переговоров; 3. функционально-эффективный кооперативный подход: в этом случае агенты взаимодействуют через обмен частичными решениями и, согласуя их, сводят в единое решение. Согласование действий агентов в РСППР. Здесь важна степень децентрализации управления. Принято решение о независимости агентов и их локальных знаний, теперь надо решать как они будут объединять свои действия в некотором последовательном процессе. В РСППР таким средством являются рассмотренные далее два вида распределенного поиска решений. Причем, РПР с отложенным выполнением наиболее полно отражает совместные действия группы экспертов при решении смежной проблемы. Согласование форм представления знаний - основная задача при организации взаимодействия ЛСПР. В РСППР единая интерпретация (семантика) знаний обеспечивается через словарь общедоступных понятий. Рассмотрим два основных подхода к согласованию форм представления знаний (синтаксис): - объединение однородных по представлению знаний агентов; - создание некоторой единой формы представления, к которой могут быть сведены разнородные по форме знания агентов. В РСППР может быть определен интерфейс через процедуры конвертирования результатов работы разнородных СПР в принятую в РСППР форму представления результатов на доске объявлений. ЛСПР с нестандартной формой представления знаний участвуют в работе РСППР через определяемые в ней объекты. С этими объектами связана интерфейсная процедура, конвертирующая входные и выходные формы ЛСПР в форму РСППР. Сформируем требования к ЛСПР для их включения в качестве агентов в РСППР: 1) Наличие интерфейса с внешними процедурами по данным и управлению. 2) Возможность программной передачи параметров при внешнем запуске. Агент для взаимодействия может выступать в двух качествах: он может располагать задачей для обработке некоторых знаний или знаниями, которые могут быть обработаны некоторой задачей. В РСППР агент обрабатывает сам собственные знания, объединяя оба эти качества. Характеристика распределения знаний между агентами: 1) Статическое (начальное) распределение знаний между агентами; 2) Динамическое распределение знаний фиксировано и связано с обменом знаниями и режимом РПР. Первый вопрос: что эффективнее? Запрашивать и пересылать нужную информацию или вычислять ее на месте, затрачивая в обоих случаях время. Пересылая результаты, мы избегаем повторных вычислений. Но эффективное соотношение между счетом и пересылкой можно определить для некоторых смесей нагрузок, используя имитационную модель РСППР, Основной практический результат этого вопроса — определение условий, когда следует распараллеливать выполнение РПР при наличии свободных рабочих ЭВМ в сети. Важная характеристика, снижающая затраты на коммуникации, -эффективный обьем модулей знаний. Этот показатель может быть исследован в имитационной модели и рекомендован пользователям для ограничения максимального размера модулей БЗ. Он же определяет время выполнения последовательного РПР. Другой важной формой служебной информации, которая создает основную загрузку на средства коммуникации в РСППР, являются файлы знаний и результатов. Эта служебная информация может быть достаточно сложной по структуре и методам обработки и имеет следующие характеристики: достоверность, своевременность и полнота. В РСППР эти характеристики можно определить по отношению к одному шагу РПР. Достоверность и своевременность передач для организации согласованных действий обеспечивается при динамическом планировании РПР.
Оценка качественных и количественных параметров РСППР
Аналитические расчеты позволяют выбрать локальную сеть с приемлемыми показателями производительности для эффективной работы РСППР.
Основные задачи натурной модели РСППР связаны с исследованием применимости выбранных архитектурных решений для компонентов РСППР, их эффективности и соответствия выбранным целям РСППР. Натурная модель является демонстрационным прототипом будущей РСППР.
С помощью натурной модели может быть решен целый ряд задач, связанных с проектированием РСППР, а именно; 1) Натурная модель позволяет определить эффективную схему РСППР в целом и обобщенную схему узла РСППР, определить состав программных средств и структуру их взаимодействия. 2) Можно исследовать выбранный способ объектной структуризации знаний в составной предметной области РСППР. При этом следует учитывать такие характеристики как удобство с точки зрения пользователя работы с объектами (наглядность, выразительность средств представления объектов). 3) Возможно исследование процесса обмена сообщениями и форм отображения объекта. При этом отбираются решения, которые освобождают пользователя от контроля за процессом обмена, позволяя ему концентрировать внимание на семантической стороне задачи. Формируется алгоритм обмена знаниями и исследуется в сетевой среде. 4) Можно определить информационную и алгоритмическую структуры для процессов распределенного принятия решений, оценить эффективную и минимальную по объему формы представления знаний на доске объявлений с учетом необходимости объяснения результатов удаленного принятия решений. 5) В натуральной модели удается исследовать комплексы процессов, связанные с выполнением РПР в распределенной среде, исследовать алгоритмы управления этими процессами. Для режимов работы РСППР с использованием СОВПП и без СОВПП удастся определить предельные характеристики применимости с учетом таких показателей работы сетевых средств, как скорость передачи в канале и производительность. Созданная в натурной модели нагрузка для исследования производительности основана на анализе конкретных задач, которые должна решать РСППР. В этой модели имеются встроенные средства для выполнения измерений в условиях реальной работы демонстрационного прототипа РСППР. С помощью этих средств были получены оценки среднего времени выполнения шага РПР и задания пользователя. Выводы к разделу 4 1. Выполнены экспериментальные исследования основных характеристик РСППР. Разработана структура программно-инструментального комплекса, с помощью которого были определены эффективные решения для создания отдельных компонентов РСППР и организации их взаимодействия. 2. Получены средние значения для основных количественных показателей работы РСППР при реализации параллельного РПР. В качестве показателя производительности локальной сети предложено использовать число шагов РПР в единицу времени. Построена временная диаграмма взаимодействия процессов РПР, позволяющая оценить время выполнения шага РПР. 3. Разработана аналитическая модель, на основании которой найдены оценки производительности РСППР в зависимости от конфигурации сети и применения СОВПП. Показано, что выигрыш в производительности от применения СОВПП связан с параллельным выполнением процессов РПР на каждом шаге. 4. Определены граничные показатели применимости СОВПП, т.е. границы времени обслуживания СОВПП для РПР с учетом производительности РСППР, объема концентратора СОВПП для РСППР, состоящей из «N» ЛСПР, цикла опроса для МСБ СОВПП. Получена зависимость между производительностями ЭВМ и сети, учитывающая среднее число параллельных заданий в шаге РПР и позволяющая оценить эффективность параллельного выполнения РПР в локальной сети. Данная зависимость учитывает число связей между локальными областями экспертизы, а именно: сложность составной предметной области РСППР. 5. Установлено, что единицей работы в РСППР является задание, формируемое некоторой ЛСПР. На основании этого введено понятие времени выполнения задания и построена модель системы массового обслуживания для РСППР с Ncnp обслуживающими приборами и очередью из «М» заданий или заявок. С помощью модели СМО получена оценка среднего времени пребывания заявки в РСППР на выполнение шага РПР при предельных режимах нагрузки, позволяющая вычислять приемлемое время обслуживания заявки и необходимое число свободных процессоров, участвующих в параллельном РПР. 6. Разработана имитационная модель РСППР. С ее помощью выявлены основные зависимости отдельных временных показателей и определены узкие места, критически влияющие на производительность РСППР. При выполнении имитационного моделирования использованы оценки основных временных параметров РСППР и СОВПП. 7. Имитационная модель была проверена на основе аналитических вычислений и доказано ее соответствие реальным процессам в РСППР (отклонение в пределах 6% при режиме последовательного выполнения заданий и параллельной работе с использованием СОВПП). В свою очередь, аналитические зависимости подтверждаются результатами имитационного моделирования. 8. Установлено, что эффективное распараллеливание заданий начинается при среднем числе пакетов в шаге, равном числу свободных процессоров. Сделан вывод, что при интенсивной нагрузке сканирование концентратора свободными процессорами должно иметь малый период, и наоборот в противном случае. Разработано программное обеспечение, реализующее имитационную модель. 9. Исследован многопользовательский режим работы РСППР. Показано, что для повышения производительности работы РСППР на базе СОВПП необходимо увеличивать нагрузку на концентратор до уровня 60% при параллельной работе с РСППР других прикладных систем в локальной сети. Ю.Исследования показали, что в качестве концептуальной схемы обмена знаниями может быть взята методология проектирования снизу вверх через использование «типовых решений», созданных в разных областях экспертизы. Однако при этом общим подходом к совместному решению задач может служить декомпозиция исходной задачи и адресация ее подзадач для решения в узлы РСППР. Структуризация правил в модулях БЗ должна осуществляться с помощью объектного представления, которое можно рассматривать как средство взаимодействия между неоднородными БЗ. Поэтому важна модульная организация базы знаний локальной СПР. 11.Использование предложенных программно-инструментального комплекса и имитационной модели позволит проводить в дальнейшем исследования по следующим направлениям:
