Теория управления. Принципы системного анализа

задачи, в которых необходимо упорядочить многокритериальные объекты. Постановка многокритериальной задачи в таком виде чаще всего имеет место для дискретных МКЗ, например, упорядочить по предпочтению варианты технических систем, по качеству – образцы продукции;

задачи, в которых требуется дать оценку полезности (качества) объектов по шкале интервалов. Другими словами, необходимо построить ф

ункцию полезности. Очевидно, что такая постановка задачи может быть как для дискретных, так и для непрерывных МКЗ;

задачи, в которых требуется выделить подмножество эффективных (конкурирующих) объектов. Такие подмножества называют оптимальными по Парето, но об этом более подробно поговорим чуть позже.

18.2. Формирование множества критериев

Количество критериев должно охватывать все особенности задачи. Число критериев считается полным и достаточным, если прибавление нового критерия не изменит результата решения, а отбрасывание критерия этот результат меняет. Все критерии не должны сильно коррелировать друг с другом. Степень корреляции между μ и ν критериями можно определить по следующей формуле:

где

где Хi – случайная альтернатива из множества, i=1, …, N; fμ(Хi), fν(Хi) – критерии; N – число случайных испытаний.

Если Kmn приближается к 1, то это свидетельствует о сильной корреляции критериев. Тогда необходимо рассмотреть вопрос об исключении одного из критериев.

Каждому критерию может быть поставлена в соответствие своя координатная ось и шкала. Последняя может быть непрерывной или дискретной, количественной или качественной (рис. 4).

Рис. 4. Выбор альтернативы с учетом двух критериев: а — в случае непрерывной области альтернатив; б — в случае дискретных альтернатив

Каждую ось будем обозначать буквой fk, k = 1, 2, …, r. f1 × f2 × . × fr – декартово произведение, которое формирует пространство критериев, где имеет место множество векторных оценок. Между пространством параметров и пространством критериев существует соответствие (рис. 5).

Рис. 5. Пространства параметров и критериев:

D – допустимая область, DФ – аналог допустимой области в пространстве критериев

18.3 Методология решения многокритериальных задач

При решении многокритериальных задач обычно задаются параметрические ограничения вида xi min ≤ xi ≤ xi mах, при i=1, 2, …, n, которые формируют в пространстве параметров n-мерный параллелепипед (рис. 4, а). Далее предполагается, что заданы функциональные ограничения вида pj (x) ≤ 0, при j=1, 2, …, m, которые вырезают в параллелепипеде некоторую часть D, состоящую из точек Х, удовлетворяющих одновременно параметрическим и функциональным ограничениям. В лекции 5 эту часть пространства мы называли допустимой областью (ДО). Множество D может оказаться весьма сложным, например, состоящим из нескольких отдельных частей (рис. 6, б, закрашенные участки).

Наконец, предполагается, что заданы соответствующие критерии fk(Хi), k =1, 2, …, r. Для определенности здесь будем считать, что критерии f1, …, fr желательно уменьшить.

Предположим, что ЛПР сумел указать разумные критериальные ограничения вида , при k =1, 2, …, r. При этом – значение для одной из линий равного уровня n-го критерия.

Очевидно, – это наихудшее значение критерия, на которое ЛПР может согласиться. Обозначим через G множество точек Х, которые удовлетворяют параметрическим, функциональным и критериальным ограничениям. Понятно, что (рис. 6, в, закрашенные области).

а)

б)

в)

Рис. 6. Формирование параметрическими (а), функциональными (б) и критериальными (в) ограничениями области поиска экстремума

Наилучшее решение целесообразнее искать среди точек множества G, а не среди точек множества D, поскольку, если точка , то значения всех критериев в этой точке приемлемы. Понятно, что завышенные требования ЛПР могут привести к G=0, т.е. область поиска решений окажется пустой.

При решении многокритериальных задач выбора основная трудность состоит в неоднозначности выбора наилучшего решения. Для ее преодоления используют две группы методов.

В методах первой группы стремятся сократить число критериев, для чего вводят дополнительные предположения, относящиеся к процедуре сопоставления критериев и построению моделей оптимизации. В методах первой группы стремятся сократить число альтернатив в исходном множестве, исключив заведомо плохие альтернативы.

К методам первой группы относятся метод свертки, метод главного критерия, метод пороговых критериев и метод расстояния.

Методы второй группы основаны на свертке в множестве альтернатив. С их помощью пытаются уменьшить число возможных вариантов решений, исключив заведомо плохие. Один из подходов, обладающий большой общностью, называется методом, основанным на принципе Парето. Для уменьшение числа альтернатив исходного множества выделяют множество Парето, являющееся подмножеством исходного.

После того, как построено множество Парето, для определения наилучшего решения (из оставшихся) применяются методы первой группы либо графические методы, например, метод диаграмм. Схема поиска наилучшего решения представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема поиска наилучшего решения

Подчас необходимые для определения предпочтений знания в области ТПР, умения и навыки у ЛПР отсутствуют, а требуемые для совершения этой работы активные ресурсы – время, деньги, специальное математическое обеспечение и т. п. – отсутствуют в нужных количествах. Да ведь и не все проблемы, возникающие перед ЛПР, на практике оказываются столь важными, чтобы обязательно и как можно более точно моделировать его предпочтения. Как тут быть? Во всех перечисленных случаях для отыскания, наилучшей альтернативы ТПР рекомендует ЛПР следовать принципу Родена. Когда у этого великого скульптора спросили, как ему удается создавать столь великие шедевры, Роден ответил: «Я просто беру глыбу мрамора и отсекаю от нее все лишнее!».

Прекрасная идея: последовательно отсекайте от множества альтернатив все элементы, которые «не нужны», которые являются «лишними», а то, что останется (не лишнее) – это и есть то, что вам нужно – наилучшая альтернатива (или несколько эквивалентных по предпочтительности наилучших альтернатив). Концептуальную идею, изложенную в вербальной форме Роденом, реализовал в формальном виде и превратил в одну из наиболее эффективных функций выбора видный социолог и итальянский экономист Вильфредо Парето в 1897 году.

 Скачать реферат