Дипломная работа (колледж/техникум) на тему Разработка программной модели экспериментальной системы на основе метода анализа иерархии

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 5
1 НАЗНАЧЕНИЯ И СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ 9
2 ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ 13
2.1 Общая характеристика и области применения СППР 13
2.2 Математическая модель МАИ 15
2.3 Требование к проектируемой системе и ее структура 18
3 ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ 21
3.1 Выбор среды и языка программирования 21
3.2 Выбор типа БД и средства для проектирования БД 29
4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА МАИ 34
5 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ БАЗЫ ДАННЫХ 38
6 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММОЙ МОДЕЛИ ОБОЛОЧКИ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ 41
7 ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ 51
7.1 Общие характеристики программы 51
7.1.1 Вызов и загрузка 53
7.1.2 Входные данные 54
7.1.3 Исходящие данные 55
7.2 Инструкция пользователя на примере конкретной задачи выбора 55
ЗАКЛЮЧЕНИЯ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 62
ПРИЛОЖЕНИЯ 65
Приложение 1 Листинг кода 65
Приложение 2 Описание пользовательских форм 73
Приложение 3 Фрагменты отчета 78

Введение:

Рост предпринимательской активности, развитие различных бизнес-структур: от малого и среднего бизнеса до крупных корпораций, требует внедрения эффективных методов управления. Управление это процесс, который постоянно сопряжен с задачей анализа данных и принятия определенных решений. Эти процессы требуют готовности идти на риск (оправданный, прогнозируемый риск), постоянного поиска новаторских идей, информации, знаний и управленческого опыта.
В мировой практике все шире применяются новые технологии системного планирования, в частности, метод анализа иерархий. Автором его является известный математик Т. Саати, который совместно с К. Кэрнс описывает этот метод, основываясь на основательном математическом исследовании, совмещенном со знанием практики принятия решений в сложных неопределенных условиях [1].
Работы отечественных исследователей характеризуются в основном развитием принципов построения и сфер применения МАИ [2, 3]. В исследованиях, предложенный общий подход анализа иерархий, адаптируется под конкретные предметные области и задачи.
Среди множества методов аналитического планирования и прогнозирования метод анализа иерархий дает возможность решать сложно структурированные задачи управления.
Для построения моделей управления и принятия решений необходима информация. Но имеющейся статистической количественной информации, как правило, бывает мало. Опыта тоже никогда не бывает много. Основным источником информации являются люди (субъекты принятия решений, эксперты, пользователи). Как правило, человеку легче представить необходимые данные в неформализованных виде или на вербальном уровне, на уровне качественного описания и оценок. Такую форму представления информации еще называют «мягкая информация». Именно этим требованиям в наибольшей степени отвечает, в частности, разработанный Саати метод анализа иерархий (МАИ). Его назначение это поддержка принятия многоцелевых многокритериальных решений при выборе одного из множества объектов (вариантов решений, стратегий и т.д.).
Метод анализа иерархии (Analytic Hierarchy Process) является систематизированной математической процедурой для иерархического представления элементов, определяющих сущность определенной экономической проблемы. Метод заключается в декомпозиции проблемы на более простые составляющие части и дальнейшей обработке последовательности суждений Субъектами принятия решений (СПР), которые подаются в виде парных сравнений. Эти суждения дальше отражаются в количественной форме. В результате может быть выражена относительная степень (интенсивность) взаимодействия элементов в иерархии. Метод применим для решения ряда практических вопросов, когда необходимо учитывать качественные характеристики альтернатив, при принятии решений необходимо формализовать задачу и учесть весовой коэффициент влияние характеристик на оптимальность выбора решения.
МАИ включает также процедуру синтеза множественных суждений, получения приоритетности критериев и нахождения оптимальных (компромиссных) решений. МАИ нашел уже много практических применений, в частности реализован в виде пакета прикладных программ (ППП) «Expert Choice».
Решение экономической проблемы или управленческой задачи по выбору многоцелевого многокритериального решения (стратегии) рассматривается как процесс поэтапного установления приоритетов целей и критериев. Отметим, что человеку присущи два основных признака аналитического мышления: первый умение наблюдать и анализировать результаты наблюдений, второй способность устанавливать взаимосвязи между наблюдениями, оценивая степени плотности этих взаимосвязей, а затем синтезировать эти взаимосвязи в общее восприятие наблюдателя. Указанное дает представление о принципе идентичности и декомпозиции, принципы дискриминации, сравнительного суждения и синтезирования, на которых и базируется МАИ.
В данной работе исследуется возможность использования МАИ для выбора аэродрома по ряду определенных критериев.
Актуальность исследований в данном направлении обусловлена постоянно растущими объемами информации, а также усложнением внутренних взаимосвязей между отдельными характеристиками и проявлениями конкретных информационных сущностей. Ввиду чего актуальными становятся способы и методы, позволяющие частично или полностью автоматизировать процесс анализа и принятия решений. И если полная автоматизация на сегодняшний день является только перспективой, и сопряжена не только со сложностями реализации (в том числе и применение ИИ), но и с вопросами рисков, адекватности и соответствия принятия решений текущей ситуации (известны случаи критических ошибок приведших как к материальным, так и к человеческим потерям). В то же время системы поддержки принятия решений (СППР) рекомендационные системы, экспертно-оценочные системы имеют широкое применение и востребованность.
Объектом исследования работы является метод анализа иерархий, как метод позволяющий формализовать процесс принятия решения в условиях многокритериальной задачи.
Предметом исследования в работе выступает задача построения программной модели на основе МАИ и применение данного программного приложения для решения предметных прикладных задач.
Демонстрация разработанной модели происходит на примере решения задачи выбора аэродрома по ряду определенных критериев.
Цель работы – построить программную модель системы поддержки принятия решений на основе модели анализа иерархий.
Исходя из предмета исследования и цели работы, стоит определить следующие основные задачи:
проанализировать основные аспекты систем поддержи принятия решений, определить область назначение проектируемой системы;
исследовать математическую модель предложенную авторами МАИ и спроектировать на ее основе структуру СППР (системы поддержки принятия решений);
кратко охарактеризовать выбор инструментария для практической (программной) реализации системы;
описать применяемые алгоритмы и конкретные программные решения, принятые в ходе реализации. В том числе: общая архитектура системы, структура БД системы, алгоритмы реализации математического аппарата метода;
протестировать систему, исправить найденные ошибки, провести исследования с использованием реализованной системы на примере конкретной прикладной задачи;
разработать документацию проекта в виде пояснительной записки к дипломной работе.

Заключение:

Метод анализа иерархий это математическая процедура для иерархического изображения элементов с целью определения сути выбранной проблемной ситуации. Метод заключается в декомпозиции проблемы на более простые составляющие части, а также в обработке суждений лица или лиц, принимающих решения (ЛПР) на основании парных сравнений приоритетов (критериев) целесообразности. Это позволяет оценить уровень взаимодействия элементов иерархии. МАИ включает несколько этапов: первый этап структуризация проблемы в виде иерархии; второй этап определение локальных приоритетов (критериев) и оценки каждой из альтернатив. Элементы задачи сравниваются попарно по отношению к их воздействию на общую для них характеристику; третий этап построение матрицы попарных сравнений на основе принципа дискриминации и сравнения суждений; четвертый этап определение параметров матрицы приоритетов; пятый этап согласованность локальных приоритетов; шестой этап составление матриц парных сравнений по вариантам за каждым элементом квадратной матрицы; седьмой этап определение глобальных (общих) приоритетов.
Подход позволяет формализовано подходить к задаче выбора из альтернатив при многокритериальном сравнении. Формализация метода определения глобальных приоритетов возможна только при наличии оценок альтернатив по выбранным критериям. Исходя из чего – метод не может функционировать полностью в автоматическом режиме.
Недостатком метода анализа иерархий является необходимость получения большого объема информации от экспертов. Метод в наибольшей мере подходит для тех случаев, когда основная часть данных основана на предпочтениях лица, принимающего решения, в процессе выбора наилучшего варианта решения из множества существующих альтернатив.
В типичной ситуации принятия решения:
 рассматриваются несколько вариантов решения,
 задан критерий, по которому определяется в какой мере то или иное решение является подходящим,
 известны условия, в которых решается проблема, и причины, влияющие на выбор того или иного решения.
Дипломная работа состоит из 7 разделов основной части, введения, заключения и приложений.
В первой части работы рассмотрены сферы применения экспертных систем и основные понятия, связанные с методом. Далее рассматривается детально математическая модель предложенная автором метода. В конце первой части (третий раздел) кратко охарактеризованы инструменты, которые планируется использовать в ходе реализации.
Во второй части работы (разделы 4-6) детально описаны отдельные моменты реализации программного комплекса. Рассмотрена структура БД, описаны алгоритмы обработки данных, структура классов программы и отдельные алгоритмические решения.
В последнем 7 разделе описывается использование программы на конкретном примере многокритериальной задачи выбора из альтернатив.
Структура пояснительной записки отвечает требованиям, содержание соответствует рассматриваемой тематике и детально описывает процесс исследования. Цели работы достигнуты, задачи, поставленные во введении, выполнены в полном объеме.

Фрагмент текста работы:

1 НАЗНАЧЕНИЯ И СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Система поддержки принятия решений СППР (англ. Decision Support System, DSS) – это компьютерные интерактивные системы, разработанные в помощь менеджеру (или руководителю) при принятии решений. СППР включают данные и модель их взаимосвязи, этот набор призван помочь субъекту, принимающему решения, решить проблемы, особенно те, которые плохо формализованы. Системы ориентированы на главных управляющих и средних менеджеров, на изменения, гибкость и быструю реакцию. Акцент делается на моделях, предположениях и показе графики. Основу подобных систем формируют методы профессионального анализ и приемы проектирования. Эти системы относятся по типу к итерационным нежестким системам, с постоянным жизненным циклом. То есть система никогда не выходит на стадию законченной системы, она постоянно находится в стадии развития. Этого требует суть неструктурированных проблем, которые оригинальны и необычны, для них не имеется никаких алгоритмов для решения и каждая имеет свой ответ. Поэтому DSS разработаны для поддержки слабоструктурированного и неструктурированного прикладного анализа, чтобы помогать проектировать, оценивать альтернативы и контролировать процесс реализации.
Принятие решения в большинстве случаев заключается в генерации возможных альтернативных решений, их оценке и выборе лучшего варианта.
При выборе варианта приходится учитывать большое число неопределенных и противоречивых факторов. Неопределенность является неотъемлемой частью процессов принятия решений, и их можно разделить на три класса [9]:
• неопределенность, связанная с неполнотой знаний о проблеме, по которой должно быть принято решение;
• неопределенность, связанная с невозможностью полного учета реакции окружающей среды на принимаемые решения;
• неопределенность, связанная с неправильным пониманием своих целей лицом, принимающим решение.
Противоречивость возникает из-за неоднозначности оценки ситуаций, ошибки в выборе приоритетов, что, в конечном итоге, сильно осложняет принятие решений и может приводить к искажению конечных выводов. Исследования показывают, что лица, принимающие решения (ЛПР), без дополнительной аналитической поддержки, как правило, используют упрощенные, а иногда и противоречивые правила выбора решения.
Основными функциями систем поддержки принятия решений являются [10]:
• оказание помощи ЛПР при анализе исходной информации (оценке сложившейся обстановки и ограничений, накладываемых внешней средой);
• выявление и ранжирование приоритетов, учет неопределенности в оценках ЛПР и формирование его предпочтений;
• генерация возможных решений (формирование списка альтернатив);
• оценка возможных альтернатив, исходя из предпочтений ЛПР, и ограничение, накладываемое внешней средой;
• анализ возможных последствий принимаемых решений;
• выбор лучшего, с точки зрения ЛПР, возможного варианта.
Ориентация на компьютерные информационные технологии позволяет выделить новый класс СППР информационно-аналитические системы поддержки принятия решений (ИА СППР). ИА СППР представляют собой специфический класс систем, который стоит относить к человеко-машинному типу. Работа системы основана на нескольких составляющих: база знаний, экспертные оценки по предложенному набору критериев, анализ иерархии критериев, накопление опыта прецедентов. ИС подобного рода предназначенных для оказания помощи управленцам и менеджерам в их профессиональной деятельности по использованию данных, знаний и моделей при подготовке и принятии обоснованных решений.
Рассматривая существующие концептуальные модели СППР, выделяют подходы, основанные на использовании идеологии информационных систем, искусственного интеллекта и инструментальный подход.
С точки зрения сфер применения СППР имеют достаточно широкий спектр, можно сказать, что практически в любой прикладной области, где есть многокритериальные аналитические задачи, могут быть применены СППР.
Структуру СППР основанной на методе анализа иерархий можно представить следующей схемой.

Рисунок 1.1 – Иерархическая структура МАИ
При использовании МАИ существует ряд этапов, в реализации этапов могут принимать участие как непосредственно ЛПР, так и эксперты.

Рисунок 2.1 – Этапы и структурная модель МАИ
На схеме видно, что первым этапом является формирование критериев, далее создается список альтернатив, из которых должен быть осуществлен многокритериальный выбор. Эти этапы зависимы, но последовательность может быть и обратной (сначала выбираются альтернативы, а потом формируются критерии). На этих этапах кроме непосредственно ЛПР могут быть задействованы эксперты. После формирования списка альтернатив и определения набора критериев необходимо ранжировать критерии по степени значимости, а потом заполнить матрицы – числовые оценки альтернатив по каждому из критериев.
Описанные выше действия в общем можно назвать этапом ввода данных. На этом роль пользователя (эксперты, ЛПР) заканчивается и происходит программная обработка сформированных матриц согласно математическому аппарату (математическая модель МАИ описана в следующем разделе).