3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 5
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ................................................................. 8
1.1. Определение и основная классификация современных систем поддержки
принятия решений (СППР) .................................................................................... 8
1.2. Применение методов искусственного анализа данных и средств
искусственного интеллекта (ИИ) в современных СППР .................................. 12
1.3. Особенности применения СППР в экстремальных ситуациях ................. 19
1.4 Выводы по главе .............................................................................................. 30
ГЛАВА 2. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ ........................................................................ 31
2.1. Архитектура СППР ........................................................................................ 31
2.2. Описание общего алгоритма создания СППР ............................................. 33
2.3. Требования к проектируемой СППР ............................................................ 38
2.4. Этапы создания СППР ................................................................................... 40
2.5. Выводы по главе ............................................................................................. 42
ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ................................................................ 44
3.1. Обоснование выбора средств разработки .................................................... 44
3.2. Описание реализации клиентской части СППР .......................................... 46
3.2.1. Дерево функций и сценарий диалога ........................................................ 46
3.2.2. Описание программных модулей .............................................................. 48
3.3. Описание реализации базы данных .............................................................. 49
3.4. Описание реализации пользовательского интерфейса .............................. 51
3.5. Исследование работоспособности системы ................................................ 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 70
4
ПРИЛОЖЕНИЯ ..................................................................................................... 74
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность выпускной квалификационной работы заключается в
том, что сегодня потребность в принятии решения является повседневной
задачей любого человека. Она появляется с рождения, возникает на
протяжении всей жизни, касается вопросов в различных сферах: образование,
работа, быт, производство и др. Принимать решения по различным вопросам
необходимо различным компаниям, организациям, государственным
управлениям. И это решение может принять любой человек. Но будет ли оно
верным, а самое главное – наилучшим? Вот главный вопрос! Ведь самое
оптимальное решение может значительно повысить прибыль, сократить
издержки и оптимизировать тот или иной процесс.
Так перед управленцем возникают проблемы эффективного
распределения ресурсов, управления хозяйством, рационального
распределения запасов, проблемы массового обслуживания, управления
транспортными затратами, управления перевозками груза и многие другие.
Решение этих проблем связано, в основном, с получением максимального
дохода (выручки), сокращением затрат (издержек), максимального ускорения
процесса.
Не является исключением и деятельность специальных организаций
при возникновении экстремальных ситуаций, когда возникают задачи,
связанные с организацией эвакуации, оказания первой медицинской помощи
и. т. д.
Многочисленные ситуации бывают очень сложны, а последствия
решений могут быть настолько значительными, что предварительный анализ
с помощью методов оптимизации порой является неотъемлемым атрибутом
для получения желаемого результата.
Предмет исследования – математические модели, методы решения
оптимизационных задач, систем поддержки принятия решений.
6
Объект исследования – организации, принимающие участие в
ликвидации последствий техногенных катастроф, природных катаклизмов и
прочих экстремальных ситуаций.
Целью данной работы является изучение организации и методов
функционирования систем поддержки принятия решений (дальше - СППР),
изучение моделей, применяемых при проектировании и разработке СППР
при возникновении экстремальных ситуаций.
В ходе проведения исследования необходимо выполнить следующие
задачи:
изучить классификацию современных систем поддержки принятия
решений, дать ее определение;
рассмотреть применение методов анализа и средств в современных
системах поддержки принятия решений;
изучить возможность применения СППР при возникновении
экстремальной ситуации;
выполнить проектирование СППР в экстремальных ситуациях;
выполнить реализацию программной части работы;
произвести тестирование разработанной системы.
Практическая значимость работы состоит в автоматизации
подразделений и служб, занимающихся выполнением задач в экстремальных
ситуациях в соответствии с существующими регламентами, создании
системы поддержки принятия решений для улучшения эффективности их
работы.
Результатом работы является создание в рамках разрабатываемой
системы поддержки принятия решений в экстремальных ситуациях единой
базы знаний для подразделений и служб всех направлений, работающих в
экстремальных ситуациях, автоматизированного модуля, позволяющего
поддерживать эту базу в актуальном состоянии, а также полностью
автоматизировать процесс формирования отчетности по ее работе.
7
При написании выпускной квалификационной работы использовались
научные труды следующих авторов: Корнеева С.В. [6], Бакланова О.Е. [28],
Гвоздева Т.В. [22], Погодина В.А. [31] и других.
Данная выпускная квалификационная работа состоит из Введения, трех
глав, Заключения, Списка использованных источников, Приложения.
В первой главе выпускной квалификационной работы рассматриваются
основные понятия и применение систем поддержки принятия решений.
Во второй главе рассматриваются архитектура и основные этапы
проектирования систем поддержки принятия решений.
В третьей главе производится разработка и описывается процесс
использования системы поддержки принятия решения в экстремальных
ситуациях.
8
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Определение и основная классификация современных систем
поддержки принятия решений (СППР)
Существует несколько распространенных определений СППР.
Одно из них – это позиционирование СППР как «основанную на
использовании моделей совокупность методов по преобразованию данных и
суждений, в информацию, помогающую лицу, принимающему решение
(ЛПР) в принятии решений» [1].
В другом определении предлагается трактовать СППР как
совокупность «интерактивных автоматизированных систем,
предназначенных для помощи ЛПР в использовании данных и моделей для
решения неструктурированных проблем» [1]. Позднее это определение было
расширено и на решение слабоструктурированных проблем.
В качестве третьего определения приведем следующее: СППР – это
компьютерная информационная система, предполагаемая для использования
в качестве поддержки принятия решений в различных видах деятельности
при работе с ситуациями, где нежелательно или невозможно иметь
автоматическую систему, которая берет на себя роль ЛПР [2].
При этом, следует учесть, что СППР не принимает решение за
человека, а лишь обеспечивает его всесторонней вспомогательной
информацией, с помощью которой оператор может самостоятельно принять
решение.
Большинство исследователей согласны, что СППР предназначены для
обеспечения решения слабо структурированных проблем [3]. В соответствии
с определением Н. Simon [4], к слабоструктурированным относятся
проблемы, которые содержат не только количественные, но и качественные
параметры, причем качественные аспекты проблемы обычно преобладают
9
над количественными. Проблемы, имеющие только качественное описание,
называются неструктурированными проблемами.
Судя по примерам практического использования СППР, чаще всего под
СППР понимаются системы, позволяющие пользователю обрабатывать и
анализировать массивы данных с помощью совокупности моделей
объективного характера (финансовые расчеты, сбыт, управление запасами и
т. п.). Вместе с тем в последние годы выявились новые классы задач
принятия решений, требующих привлечения СППР.
В ходе эволюции процесса принятия решений возникла потребность в
создании субъективных, экспертных системах, которые будут необходимы
для лица, принимающего решение. Также возникла необходимость в
сохранении использовании знаний, полученных от нескольких экспертов, в
анализе решений, принятых ранее. Вследствие этого, в структуре СППР
появился элемент «база знаний» (далее БЗ). Системы, в которые входит БЗ
называются «интеллектуальными» СППР [5].
Существует еще один метод проектирования СППР под названием
«адаптивный». Основной его особенностью является утверждение о том, что
«конечная система» должна возникать только в процессе адаптивного
проектирования и внедрения системы.
От других адаптивный подход отличается интерактивностью процесса
разработки «конечной системы», для создания которого необходимо тесное
взаимодействие разработчика, пользователя (эксперта) и самой системы. Для
построения таких СППР в рамках данного подхода используется метод
«прототипирования» систем [5]. Метод включает в себя создание
разработчиком первоначальной версии системы, включающей в себя только
общие черты будущей системы. Такая первоначальная версия называется
«прототипом» системы. Далее следует стадия совместной работы над
системой пользователя и разработчика, результатом их взаимодействия
является требуемая конечная система.
10
Опыт использования СППР показал, что поддержка, оказываемая
СППР, далеко не всегда бывает достаточной [5]. Очень часто возникают
информационная перегруженность ЛПР, сложная проблема учета
противоречивых оценок по многим критериям, выявления предпочтений
ЛПР. Для разрешения этих проблем необходимы использование
современных методов принятия решений и создание специальных средств
общения человека и ЭВМ. Наличие «дружественного» человеко-машинного
интерфейса, обеспечивающего удобную связь пользователя с системой, стало
одной из отличительных черт СППР.
Подводя итоги, следует сказать, что СППР объединяет в себе на общей
основе подходы, характерные, для следующих направлений исследований:
принятие решений;
извлечение и представление знаний;
построение человеко-машинных (диалоговых) систем.
Взаимодействие этих направлений создает СППР как качественно
новое средство для поддержки принятия решений. Сформулируем
следующее определение СППР.
Системы поддержки принятия решений представляют собой системы,
основанные на взаимодействии человека и машины, которые позволяют
лицу, принимающему решение, использовать имеющиеся данные и
собранные знания, а также различные (объективные и субъективные) модели
для проведения анализа и решения слабоструктурированных проблем.
Концептуальная модель СППР, соответствующая данному
определению, представлена на рис. 1. Интерфейс «пользователь – система»
содержит средства для генерации и управления диалогом.
11
Рисунок 1 - Концептуальная модель СППР
Функциональные элементы анализа проблем и принятия решений
включают в себя методы и алгоритмы, позволяющие сформулировать
поставленную проблему, с помощью баз данных (далее «БД»), моделей
(далее «БМ») и знаний (далее «БЗ») проанализировать возможности ее
решения и получить результат. В СППР включаются также средства для
извлечения данных и знаний, построения моделей и манипулирования ими.
В настоящее время нет общепринятого определения СППР, так как
архитектура и особенности реализации СППР существенно зависят от вида
задач, для решения которых она разрабатывается, от имеющихся данных о
моделируемой системе, информации и знаний, а также от пользователей
системы.
СППР обладает следующими четырьмя основными характеристиками
[6]:
1. СППР использует и данные, и модели.
2. СППР предназначены для помощи ЛПР в принятии решений для
слабоструктурированных и неструктурированных задач.
3. Они поддерживают, а не заменяют, выработку решений ЛПР.
4. Цель СППР – улучшение эффективности решений.
Можно говорить о максимально удовлетворяющей понятию СППР
системе, если она соответствует следующим параметрам:
способна оперировать со слабоструктурированными решениями;
может быть применена ЛПР различного уровня;
12
может быть адаптирована для группового или индивидуального
использования;
может поддерживать взаимозависимые и последовательные решения;
поддерживает три фазы процесса решения: интеллектуальную часть,
проектирование и выбор;
поддерживает различные методы решения;
способна адаптироваться к изменениям как среды, так и ее
окружения;
проста в использовании пользователями и модификации системы
разработчиками;
улучшает эффективность процесса принятия решений;
дает возможность пользователю управлять процессом принятия
решений;
может быть использована эволюционно, адаптируясь к новым
требованиям;
может быть легко построена по сформулированной логике и
архитектуре;
поддерживает моделирование;
позволяет использовать накопленные знания [7].
1.2. Применение методов искусственного анализа данных и средств
искусственного интеллекта (ИИ) в современных СППР
С развитием и совершенствованием методов анализа данных, научное
сообщество совершало неоднократные попытки создания искусственного
интеллекта и с каждым шагом все ближе подходит к своей цели. Замена
человека-специалиста на системы искусственного интеллекта, в частности на
экспертные системы, системы поддержки принятия решений, позволит