Лекція 2 на тему Основні принципи та властивості ІС, Основи проектування інтелектуальних систем

Лекція 2 на тему Основні принципи та властивості ІС

Функціонування будь-якої ІС розглядається як сукупність трьох аспектів: цільового, функціонального і директивного.

Цільове функціонування – це організація і координування діяльності підсистем для досягнення головної мети ІС.

За функціональним аспектом регламентується участь людини у процесах функціонування з урахуванням її потенційних інформаційних і інтелектуальних можливостей.

Директивне функціонування становить ієрархічну систему підпорядкування, в якій кожна ланка реалізує координацію безпосередньо підлеглих ланок.

До основних загальносистемних принципів проектування ІС відносять:

• комплексність – побудову ІС, що охоплює всі галузі, періоди та режими її діяльності;

• декомпозиція системи на елементи та функції;

• ієрархічність;

• замкненість циклу застосування ІС. Оскільки система має декілька підзадач (організація, контроль, стимулювання та інше), то необхідно забезпечувати виконання цих підзадач у повному циклі функціонування;

• редукція простору ознак розпізнавання, яка полягає у зменшенні вимірності простору ознак шляхом усунення неінформативних або дезінформативних ознак;

• принцип максимізації інформації, який обґрунтовується екстремальністю сенсорного сприйняття образу, що експериментально доведено вченим-фізіологом П.К. Анохіним. Цей принцип реалізується шляхом введення додаткових інформаційних обмежень, що збільшує різноманітність об’єктів;

• принцип дуальності ІС, який полягає в побудові найпростіших вирішальних правил за умови їх цілеспрямованого уточнення в міру накопичення апостеріорної інформації з метою наближення  до безпомилкових за навчальною вибіркою;

• принцип несумісності Л. Заде,  який стверджує, що складність системи і точність у першому наближенні обернено пропорційні;

• принцип апріорної недостатності обґрунтування гіпотез (принцип Бернуллі-Лапласа),  який стверджує, що за умов апріорної невизначеності доцільно розглядати апріорні гіпотези рівноймовірними, тобто прийняття рішень здійснюється за найгірших у статистичному розумінні умов;

• принцип рандомізації вхідних даних, який дозволяє досліджувати статистичні характеристики процесу;

• принцип зовнішнього доповнення, який обґрунтовує необхідність використання контрольної (екзаменаційної) вибірки для підвищення достовірності рішень, що приймаються, та перевірки відповідності технічних характеристик системи заданим вимогам;

• принцип обмеженої багатоваріантності рішень, що приймаються;

• принцип неперервного розвитку, який полягає у тому, що система повинна будуватися так, щоб поява нових апаратно-програмних засобів не приводила до її перебудови;

• принцип модульності, за яким система повинна проектуватися з окремих автономних модулів, модифікація яких не повинна приводити до зниження функціональної ефективності системи.

Зрозуміло, що при проектуванні ІС необхідно дотримуватися відомих принципів системного підходу, об’єктно-орієнтованого проектування та інших загальносистемних принципів.

Умовою розв’язання головної задачі проектування є  визначення властивостей, які повинна мати ІС, що проектується. Основними властивостями ІС є:

• стійкість – це властивість ІС повертатися в попередній функціональний стан після припинення дії збурюючих факторів;

• керованість – це існування необмеженого керування, яке може перевести систему із довільного початкового стану в будь-який інший заданий стан за кінцевий інтервал часу;

• спостережуваність – це можливість визначення поточного функціонального стану системи шляхом аналізу вихідних змінних при заданому керуючому сигналі за кінцевий період часу.

З точки зору теоретико-інформаційного підходу умовою спостережуваності є наявність умовної кількості інформації, тобто виконання нерівності

У виразі (2.1)  – апріорна (безумовна) ентропія

де    – безумовна ймовірність прийняття гіпотези,

і  – апостеріорна середня ентропія, що характеризує залишкову невизначеність після прийняття рішень 

де    – умовна ймовірність прийняття апостеріорної гіпотези  за умови наявності апріорної гіпотези .

Умову (2.1) можна подати у вигляді

тобто необхідна і достатня умова спостережуваності полягає у наявності умовної кількості інформації, яка більше нуля і не перевершує апріорну ентропію на вході ІС.

Таким чином, з точки зору теоретико-інфоромаційного підходу спостережуваність – це властивість інтелектуальної ІС розрізняти вектори-реалізації образів, оскільки інформаційна міра є мірою різноманітності.

Точність ІС, яка визначається через точнісні характеристики відповідної системи оцінок рішень. Для двохальтернативної системи оцінок достовірність рішень характеризується повною ймовірністю правильного прийняття рішень:

де ,   – безумовні ймовірності прийняття основної гіпотези  і  альтернативної гіпотези   відповідно;     ,  – точнісні характеристики: перша та друга достовірності відповідно;

і повною ймовірністю неправильного прийняття рішень: 

де ,  – точнісні характеристики: помилки першого та другого роду відповідно.

Оскільки гіпотези  і  складають повну групу подій, то має місце.

Надійність ІС. Це властивість ІС забезпечувати виконання заданих функцій, зберігаючи в часі функціональну ефективність системи в заданих межах, технічного обслуговування, ремонту, супроводження інформаційного та програмного забезпечення, зберігання і транспортування.

Масогабаритні характеристики визначаються геометричними, ваговими та топологічними показниками ІС.

Стабільність ІС. Це властивість ІС зберігати незмінними свої характеристики у процесі експлуатації.

Енерговитрати, пов’язані з функціонуванням ІС, які в першому наближенні лінійно залежать від маси системи.

Вартість як сукупні витрати на всіх етапах життєвого циклу системи.      

Основні етапи життєвого циклу ІС показано на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема етапів життєвого циклу системи 

На рис. 2.2 показано типовий якісний графік зміни показника надійності функціонування будь-якої системи в процесі експлуатації за умови відсутності відновлення системи.

Рисунок 2.2– Графік залежності параметра  у процесі експлуатації системи 

На рис 2.2 показано три  типові часові відрізки: І – введення системи в експлуатацію; ІІ – період стабільної експлуатації; ІІІ – період  ”старіння” системи, обумовлений її фізичним зносом. Специфіка ІС  полягає в тому, що на першому відрізку невисока функціональна ефективність обумовлена не стільки комплексом технічних засобів системи, який в основному є відповідною конфігурацією стандартних уніфікованих засобів електронно-обчислювальної і телекомунікаційної техніки, а необхідністю верифікації спеціального програмного забезпечення шляхом його адаптації до реального керованого процесу.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!