Выбор оптимальной структуры подсистемы хранения гидрометеорологических данных на основе вариантного анализа и нечетких критериев Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ПОДСИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ВАРИАНТНОГО АНАЛИЗА И НЕЧЕТКИХ КРИТЕРИЕВ

© Валентюк М.Р.1

Севастопольский национальный технический университет, Украина, г. Севастополь

Предлагается метод вариантного анализа на базе нечетких критериев и экспертных оценок при выборе оптимальной структуры подсистемы хранения гидрометеорологических данных. Анализ выполнен для случая равновесных критериев и усложнен сочетанием двух подсистем в структуре каждого варианта.

Вариантный анализ по критериям является задачей принятия решений, которая возникает не только в технике, но и в экономике, политике, образовании и других сферах жизнедеятельности человека. Существующие методики вариантного анализа, которые используются в технических системах [1], плохо приспособлены к качественным критериям, которые оцениваются экспертами данной области.

В предлагаемой работе применяется методика вариантного анализа, использующая информацию о качестве вариантов в виде парных сравнений, на примере подсистемы хранения гидрометеорологических (г/м) данных. Анализ проводиться при условии, что критерии считаются равнозначно важными.

При проектировании подсистемы хранения было предложено несколько возможных составляющих подсистемы хранения, а именно:

- подсистема резервного копирования;

- подсистема организации баз данных;

- подсистема г/м архивации.

Анализ вариантов проводиться с условием, что в каждой предполагаемой структуре используются только две из предложенных составляющих.

Первый вариант структуры подсистемы хранения г/м данных (рис. 1 а) характеризуется наличием подсистемы организации базы данных (БД) и подсистемы резервного копирования. Во втором варианте (рис. 1 б) сохранение информации производится как в БД, так и в локальный архив с использованием подсистемы г/м архивирования. Третий вариант структу-

1 Аспирант кафедры Информационных систем

ры (рис. 1 в) предусматривает сжатие информации г/м архиватором, при этом происходит дублирование информации, т.е. создание резервной копии.

Получение данных

Получение данных

Сохранение в БД Создание резервной копии

Выдача данных по запросу

а)

Получение данных

Сохранение в БД

Архивация

данных

Выдача данных по запросу

б)

Я г

Архивация данных Создание резервной копии

Выдача данных по запросу

в)

Рис. 1. Варианты структуры подсистемы хранения:

а) с созданием БД и резервным копированием;

б) с созданием БД и архивом г/м данных;

в) со сжатием данных и резервным копированием.

Для выбора оптимальной структуры необходимо учитывать несколько групп наиболее важных критериев, а именно:

временные критерии:

- время получения некоторой выборки данных;

- время получения цельного документа;

- время внесения данных из нового документа;

стоимостные критерии:

- экономия затрат на технические средства;

- экономия затрат на покупку программного обеспечения;

надежностные и качественные критерии:

- адаптивность к изменениям (гибкость);

- компактность хранения;

- восстановление потерянных или поврежденных данных.

Обозначим каждый из критериев - дъ 1 = 1..8.

Для рассмотрения критериев как нечетких множеств необходимо произвести анализ каждого из вариантов структур по всем восьми критериям.

По первому критерию д1 - времени получения некоторой выборки данных явное преимущество имеют структуры с наличием БД. Благодаря потреблению больших вычислительных ресурсов и организации информации в виде БД доступ к необходимым данным происходит значительно быстрее. Для получения некоторой выборки данных из г/м архива сотруднику г/м отрасли необходимо вручную выполнять поиск и выбор необходимых данных.

Для получения цельного документа (критерий д2), содержащего г/м данные согласно утвержденной форме, при использовании г/м архиватора понадобиться намного меньше времени, чем при составлении этого же документа из БД. Это объясняется большими размерами таблиц БД, в которых необходимо производить поиск и выборку, а также дополнительной затрате времени на составление г/м документа согласно форме.

При внесении нового документа с г/м данными - критерий д3 - в БД необходима выборка данных из документа и внесении их в определенные таблицы БД с соблюдением связей и целостности. При внесении документа в архив с помощью г/м архиватора происходит архивация всего документа и помещение его в структурированный архив. Соответственно, время на добавление нового документа существенно меньше у структур с г/м архиватором.

Для функционирования структур с системами резервного копирования требуются не только устройства резервного копирования, но и сами носители. Носители могут быть разнообразными: СБ и БУБ диски, магнитные ленты, жесткий диск. Соответственно и стоимость технических средств (критерий д4), необходимых для создания резервных копий, также варьируется. Для функционирования БД необходимы мощные вычислительный ресурсы и большой объем жесткого диска, что также ведет к расходу средств на техническое обеспечение. Для работы г/м архиватора достаточен ПК средней мощности, а для хранения архива не нужен жесткий диск большого объема. Поэтому не возникает никакой необходимости в переоснащении ПК отрасли и происходит экономия денежных средств.

Стоимость программного обеспечения (ПО) - критерий д5 - для функционирования системы резервного копирования зависит от многих условий: устройств резервного копирования, лицензии, операционной системы и т.д. Стоимость систем управления БД (СУБД) также зависит от многих факторов. Наиболее дешевым является использование ШегЬаве или клонов этого СУБД. ПО г/м архиватора является бесплатным, и для работы он не требует никакого дополнительного дорогостоящего ПО.

При внесении каких-либо изменений в форму г/м документов гибкость БД позволит ей достаточно быстро адаптироваться к этим изменениям. Изменение внутренней формы документа для системы резервного копирования не имеет значение, поэтому по критерию д6 эти системы имеют абсолютное преимущество. Так как г/м архиватор является узкоспециализированным, то в нем отсутствует значительная гибкость при изменении формы документа. Поэтому в случае полной смены формата документа может появиться необходимость написания нового г/м архиватора.

Под критерием компактности хранения данных д7 понимается место, занимаемое файлами, содержащими г/м данные. Так при использовании г/м архиватора компактность будет наиболее высокой. Использование системы резервного копирования также предусматривает возможность компрессии данных, но компактность при этом будет существенно меньше, чем при использовании г/м архиватора. Данные в файлах БД не подвергаются компрессии, значит, файлы БД наименее компактны.

По критерию восстановления потерянных или поврежденных данных д8 явное преимущество имеют системы резервного копирования. Структуры с использованием БД не имеют, либо имеют малое преимущество над вариантом структуры с использованием г/м архиватора. Это зависит от математических средств, которые могут использоваться для восстановления данных при использовании г/м архиватора.

Сравнения вариантов по каждому из критериев производиться по шкале Саати, представленной в табл. 1.

Таблица 1

Девятибалльная шкала Саати

Балл Пояснение

1 отсутствует преимущество варианта V] над вариантом V;

3 имеется слабое преимущество V] над V;

5 имеется существенное преимущество V] над V;

7 имеется явное преимущество V] над V;

9 имеется абсолютное преимущество V] над V;

2,4,6,8 промежуточные сравнительные оценки

Сравнение структур подсистемы хранения по критериям приводит к следующим высказываниям:

Критерий д1 : Критерий д2 : Критерий д3 :

Критерий д4: Критерий д5 : Критерий д6 : Критерий д7 :

I явное преимущество у1 и у2 над у3,

[слабое преимущество у2 над у1.

[абсолютное преимущество у2 и у3 над у1,

[почти отсутствует преимущество у2 над у3 .

[почти абсолютное преимущество у2 и у3 над у1;

[слабое преимущество у3 над у2. более чем абсолютное преимущество у2 над у1 ,

- явное преимущество у2 над у3, существенное преимущество у3 над у1 .

I более чем существенное преимущество у3 над у2 , почти абсолютное преимущество у3 над у1 , существенное преимущество у2 над у1 .

1 явное преимущество у1 над у3 , существенное преимущество у1 над у2 , слабое преимущество у3 над у2 . абсолютное преимущество у3 над у1 ,

- существенное преимущество у3 над у2 , существенное преимущество у2 над у1 .

1 почти нет преимущества у1 над у3,

явное преимущество у1 над у2 ,

более чем существенное преимущество у3 над у2 .

Далее необходимо сформировать матрицы парных сравнений вариантов по каждому критерию [2]. Экспертным высказываниям соответствуют следующие матрицы парных сравнений:

У1 У1 ' 1 У2 3 У3 1/7" У1 У1 1 У2 9 У3 9" У1 У1 1 У2 8 У3 8"

А(д1) = у 2 1/3 1 1/7 А^ = У2 1/9 1 1/2 А(Чз) = У2 1/8 1 3

V 7 7 1 У3 1/9 2 1 У3 1/8 1/3 1

уі уі 1 У2 10 У3 5 У1 У1 ' 1 У2 5 У3 8" У1 У1 '1 У2 1/5 У3 1/7

А(?4) = У2 1/10 1 1/7 А(?5) = У2 1/5 1 6 А(Чб) = У2 5 1 3

У3 1/5 7 1 У3 1/8 1/6 1 У3 7 1/3 1

' 1 5 9' v1 "1 1/7 1/ 2'

1/5 1 5 A(«8) = v2 7 1 6

1/9 1/5 1 v3 2 1/6 1

A(q7) = v2

Степени принадлежности каждого варианта по критерию вычисляются по формуле [3]:

1

(1)

Пользуясь матрицами парных сравнений и формулой (1), получаем:

«4 =

0,241 0,677 0,067

0,063 0,805 0,122

«2 =

«5

0,053 0,621 0,321

0,071 0,139 0,774

«7

0,067 0,161 0,763

«8 =

0,059 0,242 0,686

v

v.

v.

0,745 0,111 0,12

v3

v,

v2

0,609 0,071 0,316

Базируясь на принципе Беллмана-Заде [4], наилучшей системой будем считать ту, которая одновременно лучшая по всем критериям. Поэтому нечеткое множество, которое необходимо для рейтингового анализа, определяется в виде пересечения.

Учитывая тот факт, что в теории нечетких множеств операции пересечения соответствует min, получаем:

0.053 0.071 0.067

D =

Согласно полученному множеству Б, наилучшим следует считать тот вариант, для которого степень принадлежности (числитель) является наибольшей.

Множество Б свидетельствует о преимуществе второго варианта над первым и третьим вариантами, а также о преимуществе третьего варианта над первым.

Таким образом, при равной значимости выбранных критериев структура подсистемы хранения с созданием БД и одновременным созданием архива г/м данных имеет преимущество над остальными структурами. Следовательно, для обеспечения качественного прогноза гидрометеорологических явлений необходимо спроектировать подсистему хранения согласно выбранной структуре.

vv

v

vv

v

v

v

к

к

к

,1 + а,2 +... + а

а

v

v

v

v

v

v

2

3

2

v

v

v

v

v

v

2

3

2

V

V

V

V

V

V

2

3

2

3

v

v

v

2

Список литературы:

1. Хубка В. Теория технических систем / В. Хубка. - М.: Мир, 1987. -209 с.

2. Козак А. А. Анализ надежности информационно-измерительных систем на ранних этапах проектирования / А.А. Козак, П.О. Кузнецов, А.П. Ротштейн // Стандартизация и измерительная техника: сб. науч. тр. -Красноярск, 1976. - Вып. 2. - С. 128-131.

3. Rotshtein A. Modification of Saaty Method for the Construction of Fuzzy Set Membership Functions / A. Rotshtein // Fuzzy Logic and Its Applications: International Conference FUZZY. - Zichron, 1997. - P. 125-130.

4. Беллман Р. Принятие решений в расплывчатых условиях / Р. Белл-ман, Л. Заде // Вопросы анализа и процедуры принятия решений: сб. переводов. - М.: Мир, 1976. - С. 172-215.