Устройство для решения задач планирования экспериментов

Устройство для решения задач планирования экспериментов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов для решения многоцелевой информационнорасчетной подсистемой АСУ при подготовке количественных данных для составления планов и принятия решений о степени обоснованности параметров планов управления. Цель изобретения повьшение точности. Устройство содержит генератор импульсов 1 , счет - чик 2, группу ключей 3, группу регистров 4, элемент ИЛИ 5, дешифратор 6, коммутатор 7, решающий блок 8, блок 9 регистров памяти, блок 10 выбора максимального числа, блоки умножения 12, дешифраторы 13, 45, блок регистров 18, распределитель импульсов 17, блок 20 регистрации, блок вычитания 16, накапливающий сумматор с 9 Пусх (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д д 4 G 06 F 15/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3813901/24-24 (22) 30.! 1. 84 (46) 15.06.87. Бюл. Ф 22 (72) Б.JI.Çàãoðóëÿ и А.Н.Каваленко (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 664175, кл. G 06 F 15/20, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 922758, кл. G 06 F 15/20, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов для решения многопелевой информационно„„90„„1317450 А 1 расчетной подсистемой АСУ при подготовке количественных данных для составления планов и принятия решений о степени обоснованности параметров планов управления. Цель изобретения повышение точности. Устройство содержит генератор импульсов 1, счет чик 2, группу ключей 3, группу регистров 4, элемент ИЛИ 5, дешифратор

6, коммутатор 7, решающий блок 8, блок 9 регистров памяти, блок 10 выбора максимального числа, блоки умножения 12, дешифраторы 13, 45, блок регистров 18, распределитель импульсов 17, блок 20 регистрации, блок вычитания 16, накапливающий сумматор

1317450

14. Изобретение позволило повысить точность решения задач планирования экспериментов за счет выбора алгоритI

Иэобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при выборе алгоритмов (задач) дпя решения многоцелевой информационно-расчетной подсистемой АСУ в ин- 5 тересах подготовки количественных данных для составления планов и принятия решений при оцновременной оптимизации набора задач с точки зрения обоснованности выдаваемьж ими данных и информирования лица, принимающего решение (л.п.р.) о степени обоснованности параметров плана управления.

Цель изобретения — повышение точ15 ности устройства.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор l импульсов, счетчик 2 группу 3 ключей 20 группу 4 регистров, элемент ИЛИ 5, дешифратор 6, коммутатор 7„ решающий блок 8, блок 9 регистров памяти, блок

l0 выбора максимального числа, вход

И 11 задания режима устройства, блок

l2 умножения, дешифратор 13, накапливающий сумматор 14, элемент И 15. блок 16 вычитания, распределитель 17 импульсов, блок 18 регистра, блок

19 элементов И, блок 20 регистрации, блоки 21-26 деления„ блоки 27-29, сумматоры 30-32, блок 33 вычитания, блок 34 деления, блок 35 вычитания, блоки 36 и 37 извлечения квадратного корня, блок 38 регистр 39, элемент

И 40, регистр 41, элементы И 42-44 и 35 дешифратор 45, Пусть задано множество целей управления Z=)Z ), i=1,N, преследуемых автоматизированным органом управления. Пусть для достижения цели 7.; 40 необходимо определить значения О.

) для N параметров управления, где

1=1 И,. Причем параметры д., 1

=1,N представляют собой средние зна1 чения, определяемые по множеству ре- 45 ализаций алгоритма из множества

fn11l . Каждая реализация моделирует мов, оптимальных по критерию обоснованности значения каждого параметра ,управления. 1 ил,, 2 табл.

2 одну ситуацию управляемого процесса.

Каждая ситуация характеризуется состоянием объекта управления, условиями среды и т.п, Практически количество ситуаций не ограничено, Пусть каждый параметр о может быть вычислен одним из и алгорит1 мов, детализацией входных и экзогенных данных, точностью экзогенньж данных, сложностью вычислений, выраженной количеством элементарных операций. В зависимости от оперативного времени t, отводимого для подготов" ки количественных данных (g.) для ! цели управления 7., погрешности иск ходных данных, имеющихся априор2 ii ных сведений о параметре tJ.,С (хаУ 1) рактеристика накопленного опыта) наиболее обоснованное решение о значении параметра О может быть приня1 то на основе количественных данных

\ одного определенного алгоритма из множества 1п 1. Степень обоснованнос1> ти значения параметра ь" определяют следующим образом:

Я 1г (1) о 1 где R". — показатель обоснованности

11 - -го параметра управления

1 дл я ц ели уп равл ения Z; вычисленного с помощью

r. -го алгоритма; r =l,п

Ъ ° - ,8 .. — ценность информаций, до011 ставляемой r -м алгоритмом ,1 по -му параметру для це1 ли управления Z; и ценность полной информации, которой необходимо располагать для принятия абсолютно правильного решения о значении параметра . со У ответственно.

Выражение (1) может быть приведено к виду (2):

1317450!

1 г (!+ — -) -(!+ +

«С )» С,;-1/- 7Сг,1п (1 Р >sr 1, 1) ) (2) ) (1+ ) — 1

С,! (3) Э;=П;-W, (4) где где С„. — коэффициент, учитывающий априорные сведения (накопленный опыт) о значении !О параметра д" для цели уп) равления 4.;

1 — оперативное, время, отводимое на подготовку количественных данных () ., j=i,N,); 15

7 — Мощность вычислительных средств (операций/с), на которых реализуется r --й"

1 алгоритм;

G — сложность (количество эле- 20 г

1 ментарных, операций) вычислений no r -му алгоритму;

P — заданная вероятность своевременного получения количественных данных; 25 — средняя погрешность экзоФ ri г1) генных данных, используемых в r -м алгоритме, и входной информации по ф -му параметS ру, соответственно; 30

1 — общее количество факторов, учитываемых r.-м алгорит) мом, и количество факторов, непосредственно измеряемых соответственно, (входные данные остальных k r. -1

1 ) факторов не измеряются непосредственно, а учитываются через экзогенные данные).

Доказано, что интегральной харак- 40 теристикой эффективности использования для составления плана управления при заданной цели 7. управления яв 1 ляется показатель потерь (ресурсов, средств и т.п.) вида:

45 где П, — потери, возникающие при заданной цели Z. управления;

W. — степень риска (необоснован- 50

1 ности) плана управления, состоящего из N . параметров

1 управления при заданной цели Е управления..

К;

W;=1- с с1; В„"

) — информационный вес j-ro параметра управления в целевой функции с точки зрения ценности информации, содержащейся в показателе

)у., для достижения цели Z,, К; с ;.=1

К;=шах(К;; r ) — максимальное значение степени обоснованности показателя управления

Как видно из (4), увеличение степени обоснованности К; уменьшает степень риска W; и в целом снижает потери при управлении 3 .

Таким образом, задача состоит в том, чтобы для заданной цели управления 7.. для требуемого оперативно1 го времени t,, при заданной погрешности исходных данных 5 <, j=l,N< и известных априорных све)дениях

С;;, j=l,N; выбрать из множества (n 1 обоснованности Ri r что необхо) 3 димо для обеспечения минимальной степени риска (необоснованности) плана управления и, как следствие, . минимальных потерь при управлении.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в каждый из регистров блока 9 регистров памяти заносят в двоичном коде значения переменных, используемых в процессе работы устройства. Причем значения переменных заносятся для каждого параметра управления каждой из М .целей управления и каждого алгоритма соответствующего параметра. Содержание регистров блока 9 регистров памяти представлено в табл. 1.

В узлы регистров 4 заносится в виде кодов информация о местонахождении каждого значения переменной, соответствующей каждому параметру управления и каждому алгоритму этого параметра управления. Причем в i-м узле записана информация о местонахождении каждого значения переменной, соответствующей каждому из N napa1 метров управления и каждому из и алгоритмов этого параметра для цели управления Z;. Содержание i-го регистра 4 представлено в табл. 2.

1317450

Перед началом работы счетчик 2 устананливается в "0", все элементы

И и ключи устройства закрыты, коммутаторы находятся в исходном состоянии, при котором все выходы разомкнуты, накапливающий сумматор 14 нахоIt n дится в состоянии . 0- .

Для простоты дальнейшего изложения регистры блока 9 регистров памяти именуются по находящимся н них переменным, например регистр t, — регистр в котором находится значение переменHoH t ° и т,д, Сигналом нПускн запускается генератор 1 импульсов и на вход счетчика 2, а также на первый вход элемента И 40 поступает последовательность импульсов.

Код с выходов счетчика 2 поступает на информационные входы группы

3 ключей, Оператор на пульте управления набирает номер цели 7., (например, нажатием соотнетствующей клавиши) и íà i-м входе устройства появляется сигнал, поступающий на управляющий вход i-ro ключа иэ группы

3 ключей, открывает этот ключ, и код с выходов счетчика 2 через открытый ключ 3. поступает на входы

i-го регистра 4 группы, а также на входы дешифратора 45. Последовательной сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 из i-го,регистра 4 группы последовательно извлекаются коды: а

1с,,Ь„„Ы;„С;,, 7, -ln(1-p) „... 3k%

6"„,Ы, С, V, -ln(1 p);

Воздействуя на входы третьего дешифратора, код с выходов старших разрядов счетчика 2 вызывает последовательное появление сигналов на каждом из выходов дешифратора 45, которые, поступая на управляющие входы распределителя 17, последовательно подсоединяют выход элементов

42, являющийся первым выходом блока выбора максимального числа, к входам каждого иэ регистров блока 18 регистров результата. Извлеченные из i-го регистра коды групп переменных через элемент ИЛИ 5 поступают на входы дешифратора 6. На соответствующем каждому коду группы переменных выходе дешифратора 6 появляется сигнал, по которому первый коммутатор 7 подключает соответствующие выходы регистров блока 9 регистров памяти к входам решающего блока 8 и первому нхо5

1Î

55 ду блока 12 умножения. Так, при поступлении на входы дешифратора кода ,Gr .,с,„.,G н.,V, -ln(1-p) коммута тор 7 подключает выходы регистров

С,,(., t,, -1п (l -р), V r . блока 9 регистров памяти к входам решающего блока: С; — к первому: -ln(l-р)

"1 к третьему г.; — к четвертому; V— к пятому; 6 . 1, — к девятому, а выход регистра d;g. — к первому входу блока

12 умножения. В промежутке времени между сменой кодов на выходах старших разрядов счетчика 2 происходит многократная смена кодов на выходах младших разрядов счетчика 2. Последовательная смена кодов на выходах младших разрядов счетчика 2 через тот же

i-й ключ группы 3 ключей вызывает последовательное появление на выходах

i--ro регистра 4 кодов, которые, проходя через элемент ИЛИ 5 на входы первого дешифратора 6, переключают коммутатор 7 таким образом, что к соответствующим входам решающего; блока 8 и к входу блока 10 выбора максимального числа последовательно подключаются выходы регистров блока 9 регистров памяти, в которых записаны значения переменных „., G „, т

"i lg

1с, 1 „, rj, соответствующие г -му г 4 алгоритму Р --го параметра управления.

Так, при появлении первого кода на выходах младших разрядов счетчика 2 коммутатором 7 подключаются выходы регистров блока 9 регистров памяти:

С, — к второму входу решающего блоКа 81 k11 — к шестому входу решающего блока 8; 1„„ — к седьмому входу решающего блока 8; 6,„„ — к восьмому входу г решающего блока 8; 1, — к четвертому входу блока 10 выбора максимального числа. При появлении второго кода на выходах младших разрядов счетчика 2 первый коммутатор 7 подключает выходы следующей группы регистров блока 9 регистров памяти: G — к

11 второму входу решающего блока 8;

k„ — к шестому входу решающего блоza 8; 1, — K cep MoMy axon решающего блока 8; 6 „„ — к восьмому входу решающего блока 8; 1„ — к четвертому входу блока 10 выбора максимального числа. И так далее, до тех пор, пока не будут выбраны переменные для всех r алгоритмов g.-ro параметра

1 1 управления. В период времени между сменой кода на выходах младших разрядов счетчика 2 в решающем блоке 8 происходит вычисление значения R 1Г.

1317450

1+

С . -V.tij 1

1 (1, )1

С;. г

61, + — -1)

1 г

В блоке деление для r. -го алгоритма y --ro параметра

1 управления. Процесс вычисления R..

i r состоит в следующем.

С помощью блока 21 деления, сумматора 31, блока 36 извлечения квадратного корня и блока 33 вычитания формируются последовательно величины:

1 1 1 1 — ° — — +1 (1+ — -) (1+ — -) -1 1 1 l 1

С помощью блоков 27 и 28 умножения, блока 24 деления, сумматора 30 сложения и блока 25 деления последовательно формируются значения:

V Т;; -G Ln (1-р); -V -t/G 1п (1-р);

С;-Vt /С„1п(1-р); 1/(С;-V.t„/С

<1n(l-р));

А в блоке 22 деления, блоке 35 вычитания, блоке 29 умножения и блоке

23 деления последовательно вычисляются значения:

1 /1 (1 /1 -1) (1 /1 -1) 5 г

Г 1г .С помощью сумматора 32, блока 37 и блока 34 вычитания последовательно формируются значения:

1 kr

/С 1п(1 р) 1

1 2 (1+

+

С. -Ч .t. /G . 1п(1-p)

1 1

) 1/г, 26 деления производится

С;. С,. Ч t./Ñ 1п(1-р) ! . 1

1

kr 1r 1

+ (— -1) ) ) на ((1+ —,— ) г -1, 1 Ьг

Г 2

С

Таким образом, на выходе блока 26 деления получаем вычисленное значение R", которое поступает на первый вход лока 10 выбора максимального числа.

После того как значения R; „ будут

1) вычислены для всех алгоритмов, соответствующих д.-му параметру управ1 ления, на выходе младших разрядов счетчика 2 появляется код, который извлекает из i-ro регистра 4 памяти код kk, соответствующий окончанию анализа алгоритмов по ф.-му парамет4

55 ру управления, который, воздействуя через элемент ИЛИ 5 на входы дешифратора 6, вызывает появление сигнала на его третьем выходе, который соединен с третьим входом блока 10 выбора максимального числа. Сигнал с третьего выхода дешифратора 6 по третьему входу блока 10 выбора максимального числа поступает на вторые входы элементов И 42 и 43, открывая их.

Через открытый элемент И 42 число, записанное в регистре 39 числа, которое соответствует максимальному числу из множества чисел R;, у ° ° ° у ° ° ° р

К;.„, поступает на первый выход блока

10 выбора максимального числа, которым является выход третьего элемента

И 42. На второй выход блока 10 выбора максимального числа поступает в параллельном коде значение r (номер алгоритма), соответствующее максимальному значению R; которое, воздействуя на входы дешифратора 13, вызывает появление на соответствующем его выходе сигнала, по которому производится выбор алгоритма с номером

r соответствующим максимальному числу R" . Максимальное значение R ..

11Г ijr с первого выхода блока 10 выбора максимального числа поступает на второй вход блока 12 умножения, первый вход которого срединен с одиннадцатым выходом коммутатора 7. Первый информационный вход распределителя 17 к данному моменту времени переключен сигналом с дешифратора 45 таким образом, что поступающее по его информационному входу максимальное значение R;, дЛя 1 -го параметра управления:

1 записывается в соответствующий ему

1-й регистр блока 18 регистров результата. В блоке 12 умножения. формируется значение К., -И . для 3-го

r параметра управлениями, которое заносится в накапливающий сумматор 14.

После того как на выходах счетчика

2 N. раэ сменится код (где Л ; — число параметров управления, необходимых для Z. -й цели управления), описанным выше способом вычисляются максимальные значения Р . для всех 1 .

N; параметров управления, на выходах младших разрядов счетчика 2 появляется код, который извлекает иэ

i-го регистра 4 код (kkk.), соответствующий окончанию работы устройства.

Код kkk,, проходя через элемент ИЛИ

5, воздействует на входы дешифратора 6 и вызывает на втором его выхо1317450 де поянление сигнала, который поступает на вторые входы элемента И 15 и блока 19, открывая их, и на второй вход генератора 1, прекращая его работу. Через элемент И 15 с выхода накапливающего сумматора 14 на второй вход блока 16 вычитания поступает сформированная к этому времени сумН; ма,К В.; о1; . В блоке 16 вычитания 1 производится вычисление значения

Я;

1- . К..Ы,которое поступает на пер1! 1)

1 t вый вход блока 20. Через блок 19 на вторые входы блока 20 поступает содержимое блока 18 регистров резуль20 татов, в которых записаны максимальные значения k„-. для каждого g -го

1 параметра управления.

Формула изобретения

Устройство для решения задач планирования экспериментон, содержащее блок регистров памяти, два блока умножения, два блока деления, первый зо блок вычитания, группу ключей,, три регистра и генератор импульсов, вход запуска которого является входом нПуск устройства, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика, выход первого блока нычита- З5 ния соединен с входом делимого первого блока деления, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, н него введены два блока извлечения квадратного корня, четыре блока деления, три блока вычитания, распределитель импульсов, блок регистров, дешифраторы, сумматоры, накапливающий сумматор, блок элементов ИЛИ, элементы И, блок элементов

И, блок сравнения, коммутатор и блок регистрации, причем выходы счетчика соединены с информационными входами ключей группы, управляющие входы ко50 торых являются входами задания рею ма устройства, выходы ключей группы через одноименные регистры группы подключены к входам блока элементов ИЛИ соответственно, выходы которых соединены с вхоцами первого де55 шифратора, группа выходов которого подключена к управляющим входам ком— мутатора, информационные входы которого соединены с ньгходами блока регистров памяти, первый выход коммутатора подключен к входу делимого второго блока деления и к первому входу первого сумматора, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы коммутатора подключены соответственно к первому и нторому входам первого и второго блоков умножения, к входам делимого и делителя третьего блока деления, к первому входу третьего блока умножения и к входу делимого четвертого блока деления, выход которого соединен с первым н1содом второго сумматора, выход которого через первый блок извлечения квадратного корня подключен к нходу делителя пятого блока деления, выход которого соединен с. входом делителя первого блока деления, выход которого подключен к первому входу блока сравнения и к информационному входу первого регистра., выход которого соединен с вторым входом блока сравнения и с первым входом первого элемента И, ньгход которого подключен к первому входу четвертого блока умножения и к информационному входу распределителя импульсов, выходы которого соединены с входами блока регистров, выходы которого подключены к информационным входам блока элементов И, выходы которого соединены с группой входов блока регистрации, выход второго блока деления соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к входу делимого пятого блока,целения и к входу уменьшаемого первого блока вычитания, вхоggr делимого и делителя шестого блока деления подключены соответственно к выходам первого и второго блоков умножения, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого подключен к входу делителя седьмого блока деления, выход которого соединен с вторим входом второго сумматора, выход третьего блока деления подключен к входу уменьшаемого второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым нходом третьего блока умножения, ныход которого подключен к входу делителя четвертого блока деления, десятый выход коммутатора соединен с первым входом второго элемента И, выход которого через второй регистр подключен к первому входу

7450

l2!

Таблица 1

Содержание регистров блока 9 памяти

° ° °

2.г11.

° ° 1 2

Z INN„ ми м

° ° °

С;

1»

° ° °

MN

М

2 2

1) г .) 3

g2

1 ь °

11 1З1 третьего элемента И, выход которого соединен с входами второго дешифратора, выходы которого являются выходами устройства, одиннадцатый выход коммутатора соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход которого через накапливающий сумматор подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом уменьшаемого третьего блока вычитания, выход которого подключен к входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с втоаым входом второго элемента И и с

Количество регистров м (Ill CI)(ЗЕN, 5fn.+Ì+2, 1=ч . j1 мак где N; — максимальное число параметров для Zj цели управления первым входом пятого элемента И,выход которого подключен к тактовому входу первого регистра, выходы старших разрядов счетчика соединены с входами третьего.дешифратора, выходы которого подключены к управляющим входам распределителя импульсов, первый выход первого дешифратора соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, второй выход первого дешифратора подключен к входу останова генератора импульсов, к управляещему входу блока элементов И и к второмувходу четвертого элемента И.

Функциональное назначение, характеристики

Оперативное время, отводимое для подготовки количественных данных для Z-й цели управления

Среднеквадратическая погрешность исходных данных, используемых при подготовке количественных данных по -му параметру для Z -й цели управления

Информативный вес у,-го паJ раметра управления в целевой функции с точки ценности информации, содержащейся в показателе О, для достижения

1 Ф цели Z, Коэффициент, учитывающий априорные сведения (накопленный опыт) о значении параметра д для цели управления Z ° . 1 1

Среднеквадратическая погрешность экзогенных данных, используемых при подготовке количественных данных по

6--му параметру для Z. цели уйравления r. — ì алгоритмом

13 7450

Сложность (количество элементарных операций) вычислений по У.-му алгоритму

Ф ° °

С„, в ° ° 1..

Общее количество факторов, учитываемых r --м алгоритмом

К.„, 1

° ° °

К:„

Количество факторов, непосредственно измеряемых (входные данные) для r -ro

1 алгоритма

В ° °

1;, !

4 ° °

1 п1

Номер алгоритма, используемого для вычисления d.-ro

1 параметра управления

Мощность вычислительных средств

-1п (1-р) Функция своевременности P подготовки данных

Количество ячеек памяти, 4 о(„,С;, „Ч, -1п(1-р)

1 ,Ы,,С,,„Ч, 1п(1 р) N.

W7 1

Содержание ячеек i-ro узла памяти блока 4 памяти

К „ е С„ в К7р т э 2

Таблица 2

Функциональное назначение

Коды выбора группы переменных (t,,,,oL;., С;., V, -1п(1-р), соответствующих 7, -й цели и д"-му

J параметру управления из регистров блока 9 регистров памяти; извлекаются кодами старших разрядов счетчика. 2

Коды выбора группы переменньж (6,r, Q k

1.„, r ), соответствую г;» > ° щих д -му алгоритму параЭ

1317450!

Продолжение табл.2

К6 мС К2 11

М;

2 н;

1, гЯ, 71 м м ч

Составитель И.Загорбинина

Редактор А.Маковская Техред В.Кадар Корректор С, Шекмар

Заказ 2425/44

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

К г. 1г 1г

)1 1 1

С »N„его, э G„ r„ km гм,„

° ° °

КК

° ° Ф т метра управления, для цели управления Z из реги1 стров памяти; извлекаются кодами младших разрядов счетчика 2, Коды окончания анализа по параметру g., j=1,Н1.

Извлекаются кодами младших разрядов счетчика 2

Код окончания работы устройства по выбору алгоритмов для расчета параметров управления по цели Z..