Игровые нечетко-логические алгоритмы и комплекс программ многокритериального ситуационного управления сложными техногенно-природными системами

• Автор: Доронова, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Смоленск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ТЕХНОГЕННОПРИРОДНЫМИ СИСТЕМАМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ИГР
1.1. Содержательная и математическая постановки задачи многокритериального ситуационного управления как задачи антагонистической матричной игры
1.2. Анализ и классификация современных методов и алгоритмов теории игр для математического моделирования и управления
1.3.Обоснование предпосылок применения методов теории нечетких множеств и нечеткой логики для разработки игровых алгоритмов ситуационного управления

1.4. Цели и задачи диссертации

1.5. Выводы
2. РАЗРАБОТКА ИГРОВЫХ НЕЧЕТКОЛОГИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ СИСТЕМАМИ КАК МАТРИЧНОЙ ИГРЫ
2.1. Разработка игрового нечеткологического алгоритма построения многокритериальных моделей процессов управления без использования изучающего эксперимента
2.2. Разработка игрового нечеткологического алгоритма построения многокритериальных моделей процесса управления с использованием изучающего эксперимента
2.3. Нечеткологическая процедура выбора оптимальной стратегии игры по многокритериальной целевой функции
2.4. Анализ чувствительности оптимальных стратегий ситуационного управления, выбранных на основе игровых
нечеткологических алгоритмов
2.5. Выводы
3. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЧЕТКОЛОГИЧЕСКИХ ИГРОВЫХ АЛГОРИТМОВ
3.1. Архитектура и режимы функционирования комплекса программ
3.2. Характеристика универсальных программных средств в структуре комплекса программ
3.3. Специализированное программное обеспечение комплекса программ
3.3.1. Программный модуль, реализующий игровой нечеткологический алгоритм построения многокритериальных моделей процессов управления без использования изучающего
эксперимента
3.3.2. Программный модуль, реализующий игровой нечеткологический алгоритм построения многокритериальных моделей процессов управления с использованием изучающего
эксперимента
3.4. Выводы
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ДЛЯ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО
СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННОПРИРОДНЫМИ СИСТЕМАМИ
4.1. Методика построения и использования игровых нечеткологических алгоритмов многокритериального управления в составе СППР ПО
4.2.Инструкция пользователя комплекса программ
4.3 .Постановка задачи управления природоохранной
деятельностью как задачи антагонистической матричной игры
4.4.Применение комплекса программ РиггуСатсэ для многокритериального ситуационного управления региональной природоохранной деятельностью в Смоленской области
4.5. Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время методы и алгоритмы построения математических игровых моделей нашли широкое применение при решении задач исследования и управления техногенноприродными системами ТПС, среди которых важное место занимают задачи управления природоохранной деятельностью, где объектами управления являются промышленные предприятия и окружающая среда. Это во многом определило большое количество фундаментальных и прикладных работ по данному научному направлению.
Широко известны фундаментальные труды отечественных и зарубежных учных в области разработки методов теории игр и их применении для математического моделирования конфликтных ситуаций в том числе процессов ситуационного управления ТПС Алескерова Ф. Т., Блекуэлла Д., Бореля Э., Буркова В, Батнарина Д., Вентцель Е.С., Гиршика М.А., Губко М.В., Дрешера М., Дюбина Г.Н., Зайченко Ю.П., Интрилигатора М., Карлина С., Кини Р.Л., Кошоховского П.В., Крапивина В.Ф., Кремера 4 Н.Ш., Ларичева О.И., МакКинси Дт., Моргенштерна О., Неймана Дж, Но
викова Д.А., Орловского С.А., Поспеловаа Д.А., Саати Т., Северцев , Суздаля В.Г., Трахтенгерца Э.А., Хедми А., Шапиро Д.И., Юдина Д.Б. В указанных работах под игрой понимается формализованное описание, т.е. математическая модель, конкретной ситуации, включающая четко определенные правила действий участников игроков, которые добиваются выигрыша в результате реализации той или иной стратегии. Можно отметить, что большинство авторов отмечают эффективность матричных игровых моделей при управлении техногенноприродными системами.
В последние годы для построения игровых моделей сложных ТПС используются методы теории искусственного интеллекта, среди которых ф особое место занимают методы теории нечетких множеств и нечеткой логики, основоположником которой является Л. Заде. Указанные нечеткологические методы позволяют повысить точность игровых моделей в условиях неопределенности информации о возможных выигрышах противоборствующих сторон за счет учета предварительной экспертной информации о свойствах функционирующей системы.
Применению методов теории нечетких множеств при решении задач математического моделирования сложных систем различной природы посвящены работы Алтунина А.Е., Андрейчикова , Асаи К. Борисова В.В., Бутусова О.Б., Верескова С.К., Дорохова И.Н., Комарцовой Л.Г., Кофмана ., Круглова В.В., Кузьмина В. Б., Леоненкова , Максимова
, Мешалкина В.П., Орловского С.А., Осовского С., Поспелова Д.А, Регеджа Р. К., Семухина М.В., Сугэно М., Терано Т., Федорова В. В., Холоднова В.А. и других отечественных и зарубежных ученых.
Вместе с тем существующие нечеткологические методы построения игровых моделей разработаны и хорошо исследованы в основном для решения задач теории игр с использованием одного критерия выбора оптимальной стратегии решения конфликта, причем представленного с помощью однотипной метрической шкалы наблюдения. Это в значительной степени ограничивает область применения указанных методов анализа и управления сложными ТПС, при функционировании которых сталкиваются интересы нескольких сторон, причем принятие решений в данном конфликте могут оцениваться только при помощи совокупности критериев, представленных при помощи шкал наблюдения различных типов.
В соответствии с вышеизложенным, задача разработки алгоритмов и комплекса программ для построения многокритериальных нечеткологических игровых моделей, позволяющих на основе применения методов интеллектуального анализа данных повысить точность математических моделей принятия решений, использующихся в системах поддержки принятия решений СППР по управлению в сложных системах различной природы, является актуальной научной задачей, имеющей важное теоретическое и прикладное значение.
Актуальность


Предложены алгоритмы определения оптимального решения для матричных игр при выявлении нескольких эквивалентных равнозначных стратегий, а также при использовании критериев оптимальности стратегий, представленных в виде различных типов шкал наблюдений, которые в отличие от известных позволяют повысить обоснованность принимаемых управленческих решений за счет использования экспертной информации. Проведен анализ чувствительности оптимальных решений для матричной игры, полученных на основе применения разработанных нечеткологических алгоритмов построения игровой модели. Исследованы свойства многокритериальных нечеткологических игровых моделей с использованием многократных изучающих экспериментов, которые показали, что подобные модели, в отличие от известных, могут иметь неустойчивые решения только для сложных коалиционных игр. Разработана методика построения и пракического применения многокритериальных нечеткологических игровых моделей сложных систем в информационных СППР по управлению ГПС. Разработана архитектура и режимы функционирования комплекса программ РиггуСатеэ, реализующего многокритериальные нечеткологические игровые модели, который характеризуется высокой степенью универсальности и позволяет за счт уменьшения риска принятия неоптимального решения повысить эффективность управления природоохранной деятельностью в районах экологически опасных промышленных предприятий. Научная значимость работы. Разработанные в диссертации нечеткологические алгоритмы и комплекс программ для построения многокритериальных игровых моделей являются основой для построения СППР по управлению сложными ТПС и вносят вклад в развитие новых математических методов теории игр. Практическая значимость работы. Разработанные в диссертации нечеткологические алгоритмы построения многокритериальных игровых моделей могут практически использоваться при создании СППР по управлению ТПС, что позволит повысить обоснованность принимаемых управленческих решений. На основе предложенных алгоритмов с использованием среды визуального программирования ВОШКАМ ОЕЬРН1 6. РиггуСатея, который может практически применяться для управления природоохранной деятельностью в районах экологически опасных промышленных предприятиях. Реализация результатов работы. Разработанный комплекс программ РиггуСатеэ и научнообоснованные рекомендации по его применению практически используются Управлением Росприроднадзора по Смоленской области в составе экологической геоинформационной системы для управления природоохранной деятельностью, что позволило повы сить эффективность использования материальнотехнических и финансовых ресурсов на природоохранные мероприятия и снизить уровень негативного техногенного воздействия промышленных предприятий на окружающую среду. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции Системы компьютерной математики и их приложения Смоленск, , Всероссийской конференции Современные информационные технологии в медицине и экологии Смоленск, II Всероссийской научнотехнической конференции Искусственный интеллект в XXI веке Пенза, , Областной научнопрактической конференции по Совершенствование профессиональной подготовки обучающихся на основе внедрения в педагогический процесс информационных технологий Смоленск, , а также на семинарах в РХТУ им Д. И. Менделеева и филиале Московского энергетического института в г. Смоленске. Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, общим объемом 4,2 п. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего наименование и приложения. Диссертация содержит 4 страницы, рисунка и таблиц. Под принятием решений обычно понимается особый процесс человеческой деятельности, направленный на выбор наилучшего варианта наилучшей альтернативы действий. 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. Неопределенности являются неотъемлемой частью процессов принятия решений.