Многометодные процедуры оптимального управления

Архитектура и реализация программного комплекса

Содержание доклада

Постановка проблемы Подход к решению Описание архитектуры Программная реализация Примеры вычислений

Описание проблемы

1. задачи оптимизации довольно разнообразны и невозможно предложить некоторый одинаково эффективный универсальный алгоритм

2. создано большое разнообразие специализированных алгоритмов, затрудняющее выбор и использование их для конкретной задачи

3. задача анализа модели для ее классификации и последующего выбора подходящего метода решения сложна для конечного пользователя и уводит в сторону от решения основной проблемы

Подход к решению проблемы

Предлагается создать интеллектуальную систему, позволяющую накапливать, описывать и далее выбирать и комбинировать различные методы в эффективных многометодных процедурах поиска оптимального решения задачи.

В конечном итоге предлагаемая методология есть описание МЕТААЛГОРИТМА --- алгоритма порождения алгоритмов оптимизации модели.

Постановка задачи

Задача конечномерной оптимизации

Xxxf

min)(

},...,1,{)),(),(,()1( FII tttTttutxtftx

)(,)(),,(),( I tuxtxxtUutXx II

min))(( FtxFI

Задача оптимального управления со свободным правым концом

Схема решения задачи

I. Анализ задачи

II. Процедура решения

III. Верификация результатов

Формализация

Классификация

Неформальная постановка задачи

Формальная постановка задачи

Паспорт задачи

I

Процедура

Результат во внутренних терминах

Результат удовлетворительный

Результат в исходных терминах

да

нет

Вычисление

Анализ

Интерпретация результатов

II

Верификация

Экспертный анализ и построение процедуры решения

Схема решения

Результат удовлетворительный

да

нет

Задача решена

III

Паспорт задачи

Атрибут Принимаемые значения

Тип задачи оптимального управления,конечномерной оптимизации

Размерность аргумента

одномерный,

многомерный

Особенности структуры задачи

линейная,

линейно-квадратичная,

выпуклая, ...

...

Экспертный анализ

Паспорт задачи. . .

Паспорт метода 1

Паспорт метода n

Экспертная система

Паспорт метода к

Паспортзадачи

Построение процедуры решения

Экспертный отбор на основе анализа паспорта

Метод kМетод jМетод i

Результат предварительного отбора

Процедура конкурсного отбора

Метод jМетод i

Метод k

IIIIII

Схема многометодной процедуры

Алгоритм 1Есть неэлементарные

действиянет

да

Конкурсный отбор

Алгоритм 11 Алгоритм 1N

2 уровень

1 у

ровен

ь

Есть неэлементарные действия

нет

да

Конкурсный отбор

Алгоритм i1 Алгоритм iN

2 уровеньАлгоритм i

Есть неэлементарные действия

нет

да

Конкурсный отбор

Алгоритм k1 Алгоритм kN

2 уровеньАлгоритм k

Схема вычислений. Определения

Определим ряд понятий– Модель– Базовый алгоритм– Алгоритм– Логический оператор– Многометодная процедура– Вычисление

Определение: Модель

П а сп о рт

ф ун к ци он ал

о сн . ф ун к ц.

д о п . ф ун к ц.

Ф ун кц ии

ск ал яр

в е ктор

м а тр и ца

П е ре м е нн ы е О гра ни ч ен ия

М од ел ь

*Все функции, сложные типы данных и ограничения реализованы как модули на интерпретируемом языке

Определение:Базовый алгоритм

Алгоритм, лежащий в основе составных процедур. Входит в БАНК АЛГОРИТМОВ. Базовые алгоритмы совершают в конечном итоге все вычисления над моделью.

Реализация базовых алгоритмов произвольна, доступ к ним осуществляется в соответствии с заданным интерфейсом как к ActiveX-объектам.

Определение: Алгоритм

Алгоритмом будем называть параметризованный вызов базового алгоритма. В качестве параметра может выступать шаг, регулятор, точность и т.п. конкретного базового алгоритма.

В основе алгоритма всегда лежит один базовый алгоритм.

Определение: Логический оператор

Логический (интеллектуальный, управляющий) оператор – это объект, позволяющий проводить анализ и активно управлять ходом решения задачи.

К логическим оператором относятся процедура подбора алгоритма по паспорту процедура конкурсного отбора алгоритма ...

Определение: Многометодная процедура (МП)

МП – это последовательность алгоритмов и управляющих логических операторов, рассматриваемая как единый алгоритм. МП также является алгоритмом и может участвовать в создании новых МП.

-- Логический оператор, -- Алгоритм

Определение: Вычисление

Вычисление – это объект, являющийся результатом работы некого алгоритма (простое вычисление) или МП (сложное вычисление).

Вычисление содержит:

ссы л к а нам од ел ь

ссы л к а наа л го ри тм

н ач а л ь ноезн ач ен ие

ф унк ци о на л а

за кл ю чи те л ьн оезн ач ен ие

ф унк ци о на л а

н ач а л ь ноезн ач ен ие

п е р ем е нн ы х

за кл ю чи те л ьн оезн ач ен ие

п е р ем е нн ы х

п а ра м етрыв ы чи сл е н ияа л го р итм а

ссы л кан а пр е д ы д ущ ее

в ы чи сл е н ие

вы числение

Схема вычислений

Сложное вычисление

модель алгоритм 1

вычисление

. . .

алгоритм N

вычисление

МП

модель алгоритм вычисление

Простое вычисление

Программная реализация

Обоснование программных решений Схема взаимодействия модулей Схема базы данных Актуальное состояние системы Планы дальнейших разработок

Обоснование программных решений

В качестве технологии реализации программного комплекса была выбрана web-технология с использованием ActiveX-объектов и баз данных.

Преимущества: удобная и достаточно простая среда разработки клиент-серверная архитектура, не требующая установки

специализированного клиента простой доступ для всех желающих легкая расширяемость легко реализуемая возможность групповой работы над

проектом наличие внутреннего интерпретируемого языка

Схема взаимодействия модулей

БДMS Access

клиентweb-browser

web-серверMS IIS

ASP (JavaScript) HTML

HTTPADO

ActiveX

COM

Схема базы данных

EXECS ALGORITHMS ALG_SEQ_CONTS ALG_SEQS

MODELS

VARIABLES

FUNCTIONS

CONDITIONS

PASS_FILLS PASS_VALUES

PASS_NAMES

PASSPORTS

вычисления алгоритмы содержимое МП многомет. проц.

модели

переменные

функции

ограничения

паспорта

содержимое паспортов

названия атрибутов

значения атрибутов

Актуальное состояние системы

Выполнено web-интерфейс системы база данных проекта механизм создания и

вычисления модели технология взаимодействия

с базовыми алгоритмами и пример базового алгоритма

создание МП* создание простых и

сложных вычислений** Механизмы реализованы только

для конечномерных задач

Запланировано реализация логических

операторов механизм работы с

паспортом модели реализация вычислений

для задач оптимального управления

наполнение банка алгоритмов

учет ограничений

Примеры вычислений

1. Создание модели

2. Создание алгоритма

3. Создание многометодной процедуры

4. Создание простого вычисления

5. Создание сложного вычисления

Адрес сайта: http://cron.botik.ru/isou