CC BY
12Применение адаптивного критерия оценки альтернатив в системах поддержки принятия решений
Лабунский А.Д.
кандидат технических наук
Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М.Василевского
Аннотация
Для представления знаний в СППР управления огнем наиболее часто используется продукционная модель. Однако, заложенные на этапе разработки СППР правила со временем устаревают, меняются критерии оценки принимаемых решений.
Устранение этого противоречия возможно путем предоставления пользователю СППР возможности выбора варианта решения из множества альтернативных, на основе анализа прогнозируемых результатов их реализации. При этом важной является задача многокритериальной оценки альтернатив.
Ключевые слова: многокритериальная оценка; система поддержки принятия решений;система управления огнем; нечеткий логический вывод; главный критерий.
Введение
В настоящее время среди существующих направлений автоматизации процессов управления огнем интенсивно развиваются системы поддержки принятия решений (СППР).
Для представления знаний в СППР управления огнем наиболее часто используется продукционная модель.
Однако, в связи с непрерывным совершенствованием средств вооруженной борьбы, форм и способов их применения, реализация ситуационных СППР в АСУ В ПВО может привести к тому, что заложенные в нее на этапе разработки правила будут не соответствовать современным взглядам на подготовку и ведение боевых действий.
Устранение этого противоречия возможно путем предоставления пользователю СППР возможности выбора варианта решения из множества альтернативных. Для этого в СППР необходимо вводить блок оценки альтернатив.
Оценка альтернативных вариантов решений необходима для всех типов задач и типов систем. Она предшествует окончательному выбору решения и является его составным элементом [1]. Основной задачей оценки альтернатив решения является их ранжирование по степени удовлетворения цели управления.
В задачах планирования отражения удара оценку альтернатив решения принято проводить по прогнозируемым результатам его реализации [2]. Результаты реализации управляющих решений характеризуются показателями эффективности отражения удара группировкой войск ПВО: Мое, Мсвн, и, Мзур [2].
Согласно [3] цель управления огнем состоит в оптимальной реализации огневых возможностей группировки войск ПВО в строгом соответствии с поставленной задачей с учетом конкретно сложившейся обстановки. Исходя из этого формулируются частные цели управления огнем:
- выполнить боевую задачу, поставленную общевойсковым командиром (сохранение боеспособности сухопутной группировки и прикрываемых объектов);
- обеспечить максимальную живучесть группировки войск ПВО;
- израсходовать минимальное количество ракет (боеприпасов);
- обеспечить безопасность действий своей авиации и др.
35
4-2015
Согласование и определение значимости перечисленных целей является сложной задачей, поскольку, добиваясь максимального удовлетворения одной из них, приходится уступать в других. Например, требование максимального количества уничтоженных воздушных целей, приводит к увеличению расхода ракет и потерь огневых единиц (рис. 1).
Рис. 1. Нормированные показатели эффективности управления огнем при отражении удара воздушного противника для альтернативных вариантов решения на отражение удара
Сложность задачи состоит также в том, что важность частных целей может изменяться, в зависимости от условий обстановки и поставленных задач (табл. 1). Таким образом, в каждом конкретном случае принятия решения необходимо заново решать задачу определения значимости частных целей.
Таблица 1
Критерии эффективности управления боевыми действиями группировок войск ПВО
Задачи, решаемые авиацией воздушного противника Основные цели действий группировки ПВО
Завоевание господства в воздухе Недопущение завоевания авиацией противника господства в воздухе
Непосредственная авиационная поддержка Прикрытие войск от ударов с воздуха
Изоляция района боевых действий Сохранение выдвигающихся войск. Не допущение разрушения коммуникаций
Подавление системы ПВО Сохранение своих сил и средств
Удар по войскам и объектам Прикрытие войск от ударов ВП
Иллюстрация задачи оценки и ранжирования альтернатив решения, проведенная на примере выбора «лучшего» решения, среди представленных на рис., показывает, что применение различных критериев для оценки альтернатив приводит к тому, что их ранжирование изменяется в широких пределах (табл. 2).
Оценка и выбор «лучшей» альтернативы из множества возможных при наличии множества противоречивых целей известна как задача многокритериального выбора. Для упрощения задачи выбора разработаны различные методы, позволяющие формализовать процедуру многокритериального выбора. На рис. 2 представлены наиболее распространенные из них, применяемые в предметной области управления огнем [2].
www nauka-i-asu .ru 36 i-methods
Таблица 2
Ранжирование альтернатив в зависимости от выбранного критерия
Критерий эффективности Ранжирование альтернатив
Основное условие Ограничения
Мое^ min Мсвн> Мсвн тр. Мр< Мр доп. Рсв ав.> Рсв ав тр. 15, 9, 11
U^max Мое < Мое доп. Мр< Мр доп. Рсв ав> Рсв ав тр 5, 8, 10
Мр^тт U> итр Мое < Мое доп Рсв ав> Рсв ав тр 6, 10, 9
Мсвн^тах или U^max Мое < Мое доп Мр< Мр доп Рсв ав> Рсв ав тр 2, 7, 14
Рсв ав^тах Мсвн> Мсвн тр. Мр< Мр доп. U> итр. 11, 10, 8
многокритериальная оценка
I
переход к системе верхнего уровня
Объединение в один показатель
i"
Максимизация главного показателя
достойнотва
Оценивается конечная цель функционирования системы простая математическая формула Задача сводится к однокритериальной
недостатки
Сложность построения модели верхнего уровня Сложность определения весов показателей малая чувствительность к частным показателям при большом их числе Сложность определения граничных значений показателей
Рис. 2. Методы многокритериальной оценки
Первый подход состоит в переходе от исследуемой системы к системе более высокого уровня [1]. При этом исследуемая система рассматривается в качестве подсистемы верхнего звена. Она влияет на ее функционирование, и вклад в эффективность функционирования системы верхнего уровня позволяет оценить эффективность функционирования исследуемой системы. Показатели эффективности этой системы должны входить как составные элементы в показатель эффективности функционирования системы более высокого уровня.
Положительной стороной рассматриваемого подхода является то, что эффективность исследуемой системы увязывается с конечной целью ее функционирования. Недостаток состоит в том, что для вычисления показателя эффективности приходится строить модель системы верхнего уровня. Эта модель может оказаться гораздо более сложной, чем модель исследуемой системы.
Другой подход состоит в агрегировании (свертке) нескольких частных показателей в один обобщенный. Считается, что обобщенный показатель в интегральной форме характеризует степень соответствия результата функционирования исследуемой системы своему целевому предназначению.
Наличие одного показателя позволяет свести многокритериальную задачу к однокритериальной. Одним из наиболее часто используемых методов выражения различий частных показателей по важности является назначение каждому из них некоторого веса с последующим агрегированием этих весов в рамках операции свертки.
Однако возможность априорной оценки весов весьма проблематична, причем она тем более проблематичнее, чем в большей степени значения т относятся к величинам, которые имеют различный физический смысл. Кроме того, при увеличении количества показателей снижается чувствительность целевой функции к их изменению.
Другой, довольно распространенный, способ оценки - максимизация главного показателя при установленных ограничениях на другие. Среди частных целей к{ выделяют одну - главную, обозначим ее И1, и устанавливают ограничения bi по другим целям к, I Ф 1, которым должно удовлетворять рациональное решение. Такая информация позволяет векторную задачу оценки свести к скалярной: тахк1(х) при ограничениях к(х) >Ь, i=2, 3, ..., п..
Если среди множества альтернатив удается найти удовлетворяющую заданным требованиям, то ее решение принимается в качестве рационального. В противном случае, на основе анализа полученного решения, устанавливаются новые пределы Ь, и задача решается снова.
Достоинством такого подхода является сведение задачи к однокритериальной. Недостаток состоит в том, что выбор главного показателя и установление корректных ограничений полностью зависят от опыта ЛПР. Кроме того, при задании ограничений точными значениями, в область «лучших» решений могут не попасть варианты, показатели которых лежат на границе ограничений, но в большей степени удовлетворяющие целям ЛПР.
Таблица 3 иллюстрирует применение рассмотренных методов к результатам прогноза альтернатив решения на отражение удара, представленных на рис. 1. Анализ данных таблицы 3 показывает, что выбор метода оценки в большой степени влияет на результат выбора решения. Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение рассмотренных подходов к оценке и выбору решений, связанных с получением традиционных сверток критериев, не дает удовлетворительных результатов. Это обусловлено многокритериальным качественным характером задач, решаемых системой управления огнем, с одной стороны, и невозможностью четкой формализации всех критериев - с другой.
Таблица 3
Результаты применения методов многокритериальной оценки
Критерий Непосредственное упорядочивание альтернатив Аддитивная свертка Максимум главного критерия
1 15, 11, 7 11, 9, 15 11, 15, 7
2 12, 5 8 5, 8, 10 8, 12, 5
3 9, 6, 14 6, 10, 9 6, 9, 14
В работе [3] Л. Заде предложил использовать методы теории нечетких множеств в качестве концептуальной основы для решения задач многокритериального выбора. При этом цели и ограничения представляются посредством нечетких множеств, а задача свертывания критериев рассматривается как задача комбинирования нечетких множеств с помощью теоретико-множественных операций над ними. Этот подход позволяет формализовать процесс обработки целей, заданных в качественной форме.
Возможности использования теории нечетких множеств для оценки альтернатив были расширены за счет применения аппарата нечеткого логического вывода для формирования интегрального показателя достижимости обобщенной цели. Применение аппарата нечеткого логического вывода для оценки альтернатив решения на отражение удара воздушного противника позволяет решить следующие задачи:
- сформировать общую целевую функцию на основе частных целевых функций;
- учесть неравнозначность частных целей;
- учесть степень парных согласований общей цели с частными;
- применять различные теоретико-множественные операции свертки общей цели с частными в
www nauka -i-as u. ru
38
i-methods
зависимости от степени их парных согласований.
Заключение
Таким образом, применение нечеткого вывода в процессе выбора решения из множества альтернатив позволит более полно учитывать цели и задачи, стоящие перед группировкой средств ПВО дивизии.
Литература
1. Шапиро Д.И. Принятие решений в системах организационного управления: использование расплывчатых категорий. М.: Энергоатомиздат. 1983. 184 с.
2. Гаврилов А. Д. Проблемы управления огнём соединений, частей, подразделений войск ПВО СВ и возможное их решение путём разработки и использования в АСУ огнём систем искусственного интеллекта: Дис. ... доктора воен. наук. Киев: ВА ПВО СВ. 1993. 449 с.
3. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М: Мир. 1976. 168 с.
Для цитирования:
ЛабунскийА.Д. Применение адаптивного критерия оценки альтернатив в системах поддержки принятия решений // ¡-те^с^Б. 2015. Т. 7. № 4. С. 35-39.
The used of adaptive criterion for evaluating alternatives in the decision support systems solutions
Labunskaya D.A.
candidate of technical Sciences
Military Academy of army air defense Armed Forces of the Russian Federation named after Marshal of Soviet Union A.M. Vasilevsky
Abstract
For knowledge representation in SPPR weapon control is most commonly used production model. However, inherent in the development phase of the SPPR rules, over time, become obsolete, changing the criteria for the evaluation of decisions.
The elimination of this contradiction is possible by providing the user of the SPPR the possibility to choose a solution from the set of alternative, on the basis of an analysis of the anticipated results of their implementation. This is an important task of multi-criteria evaluation of alternatives.
Keywords: multi-criteria evaluation; decision support system, fire control system; fuzzy inference; the main criterion.
References
1. Shapiro D. I. decision Making in systems of organizational management: the use of vague categories. M.: Ener-goatomizdat. 1983. 184 p.
2. Gavrilov A. D. Problems of fire control connections, parts, divisions of armies of air defense of the SV and their possible solution through the development and use of in ACS fire systems artificial intelligence: Dis. ... military doctor. Sciences. Kiev: IA PVO SV. 1993. 449 p.
3. Zadeh L. the Concept of linguistic variable and its application to approximate reasoning. M: Peace. 1976. 168 p.
For citation:
Labunskaya D.A. The used of adaptive criterion for evaluating alternatives in the decision support systems solutions // i-methods. 2015. T. 7. No. 4. Pp. 35-39.
