Патент на изобретение №2225996

(54) СПОСОБ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к системам автоматизированного поиска и синтеза оптимальных решений различных, в том числе технических, задач. Технический результат заключается в повышении эффективности поиска и синтеза оптимальных решений. Способ заключается в формировании базы данных, содержащей описания функциональных объектов (ФО), представляющих различные функции Y=f(X), с указанием для каждого ФО, по крайней мере, одной входной и одной выходной качественных характеристик с их количественными параметрами, в формировании и запоминании графической и описательной информации для каждого ФО, задании начальных и конечных качественных характеристик и их количественных параметров для конкретной задачи, в поиске по базе данных и синтезе последовательностей ФО и визуализации синтезированных последовательностей ФО для решения указанной конкретной задачи. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к системам автоматизированного поиска и синтеза оптимальных решений различных, в том числе технических, задач.

Известны способы поиска в базах данных необходимой информации, занесенной в базу данных по ключевым словам с использованием перекрестных ссылок, в частности способы классификации и сокращения размерности данных для их идентификации и поиска (WO 99/23578, G 06 F 17/30, 14.05.1999).

Известны устройства, в частности информационно-аналитические системы для моделирования рациональной бизнес-системы (RU 2171498, G 06 F 17/00, 2002).

Однако указанные технические решения не позволяют синтезировать на основе базы данных логические последовательности, необходимые для решения тех или иных задач.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является компьютерная система для отображения концептуальных компонентов (К.К.), представляющих выбранные технические решения.

Известное техническое решение заключается в создании базы данных К.К., представляющих определенные функции Y=(X) и имеющих входной и выходной параметры, программы управления выбором К.К., а также средства формирования анимационной графики, отражающей функционирование К.К. (US 5901068 A1, G 06 F 17/00, 04.05.1999). Известная система позволяет для заданных входного и выходного параметров формировать цепочки К.К., обеспечивающие связь между этими параметрами.

Недостатком данного технического решения является то, что количественные характеристики и параметры в описаниях К.К. отсутствуют, т.е. К.К. представляется только на качественном функциональном уровне без учета количественных сведений о входных и выходных параметрах. Это приводит к невозможности задания и учета числовых параметров К.К. и формированию цепочек К.К., не обеспечивающих требуемый результат.

Поясним на примере. Пусть задаваемая входным и выходным параметрами задача определяется как “тепло-свет”. Система сформирует в числе других и следующие цепочки (последовательности К.К.):

тепло – механическое движение (тепловое расширение твердого тела) – электричество (пьезоэлектрическое преобразование) – свет;

тепло – пар (нагревание воды) – электричество (парогенератор) – свет.

Инженерный анализ этих цепочек показывает, что первая последовательность не обеспечит зажигание электролампы из-за малого значения напряжения на выходе пьезоэффекта, т.е. обеспечить свет с помощью электролампы в рамках первой цепочки возможно только теоретически из-за того, что не были учтены количественные параметры К.К.

В дальнейшем термин “концептуальный компонент” из патента US, как неоднозначно интерпретируемый, заменен термином “функциональный объект” (ФО), подробное разъяснение которого будет приведено ниже.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности формирования последовательностей ФО.

Для достижения технического результата предлагается способ синтеза структуры системы, определяющейся последовательностью ФО, для решения различных задач, заключающийся в формировании базы данных, содержащей описания ФО, представляющих различные функции Y=(X), с указанием для каждого ФО, по крайней мере, одной входной и одной выходной качественных характеристик с их количественными параметрами, принадлежащих и/или не принадлежащих ФО, формировании и запоминании графической и описательной информации для каждого ФО, задании начальных и конечных качественных характеристик и их количественных параметров для конкретной задачи, поиске по базе данных и синтезе последовательностей ФО путем сопоставления для каждого ФО входных и выходных качественных характеристик и их количественных параметров, принадлежащих и/или не принадлежащих ФО, по признаку их совпадения и визуализации синтезированных последовательностей ФО для решения указанной конкретной задачи.

Дополнительные отличия состоят в том, что визуализация включает в себя анимационное представление последовательностей ФО; качественные характеристики и/или количественные параметры представлены в формализованном виде; параметры включают в себя в том числе и временные параметры; качественные характеристики и количественные параметры выбираются из заранее сформированной систематики, отражающей их иерархию и взаимную совместимость; характеристики и/или параметры могут как принадлежать, так и не принадлежать ФО.

Подробное описание способа

В качестве ФО могут рассматриваться различные законы, закономерности, эффекты, явления (физические, химические, биологические, геометрические и др.), а также описания структур систем, которые в общем виде характеризуются функцией Y=(X), где Y и Х – соответственно выходная и входная характеристики. Например, для закона Ома I=₁(U, R), U=₂(I, R), R=₃(I, U).

При формировании базы данных в нее заносятся не только качественные, но и количественные параметры, характеризующие каждый ФО. При этом в качестве одного из параметров может выступать и временной. Далее пользователь задает начальные и конечные качественные характеристики и количественные параметры для решаемой задачи. В базе данных происходит поиск и синтез цепочек ФО, причем качественные и количественные входные характеристики и параметры ФО, входящего в цепочку, должны быть тождественны или соответствовать качественным и количественным выходным характеристикам и параметрам предыдущего ФО цепочки. Таким образом, может быть синтезировано несколько последовательностей, обеспечивающих решение поставленной задачи. С помощью программы анимации они могут быть представлены пользователю в наглядном виде.

Ниже приведена научная интерпретация способа с использованием специализированной терминологии.

Синтез структуры системы, определяющейся последовательностью ФО и порядком сочленения соседних ФО, заключается в:

– формировании базы данных описаний ФО. Каждое описание фиксирует:

– непустые множества входных и выходных элементов;

– возможно пустое множество входных отношений, связывающих пары входных элементов;

– возможно пустое множество выходных отношений, связывающих пары выходных элементов;

– непустое множество функций связи, отражающих влияние характеристик входных элементов и отношений на характеристики выходных элементов и отношений;

– набор временных параметров, характеризующих действие ФО;

описательные и иллюстративные сведения о ФО в виде текста, гипертекста, графики, гиперграфики, анимации и т.д.

Каждый элемент и отношение представляется непустым множеством характеристик. Каждая характеристика помечается как присутствующая (положительная) или отсутствующая (отрицательная). Характеристики выражаются качественно или количественно (указывается диапазон числовых значений). В множестве всех характеристик входных элементов и отношений выделяется непустое подмножество характеристик, называемых причинами. В множестве характеристик выходных элементов и отношений выделяется непустое подмножество характеристик, называемых следствиями.

Каждому сочетанию следствия и причины соответствует функция связи. Если выделено n причин и m следствий, то задается nm функций связи. Функция связи _ij отражает зависимость проявления или изменения j-го следствия от проявления или изменения i-й причины при условии, что все прочие причины имеют место (отрицательные отсутствуют, положительные присутствуют и не изменяются). Формально функция связи _ij определяется в виде: t_j=_ij(t_i), где t_i – признак, отражающий характер проявления или изменения i-й причины, t_j – признак, отражающий характер проявления или изменения j-го следствия.

t_i {, Т, , , }; t_j {, Т, , , , ?}. Смысл значений признаков t_i и t_j.

наличие, появление характеристики (положительная качественная присутствует, отрицательная качественная отсутствует, положительная количественная принадлежит указанному диапазону, отрицательная количественная не принадлежит указанному диапазону);

Т – отсутствие, исчезновение характеристики (положительная качественная отсутствует, отрицательная качественная присутствует, положительная количественная не принадлежит указанному диапазону, отрицательная количественная принадлежит указанному диапазону);

– количественная характеристика увеличивается;

– количественная характеристика уменьшается;

– количественная характеристика меняется;

? – указанное проявление или изменение причины не влияет на данное следствие; данное значение функции связи называется неопределенным, прочие значения называются определенными.

– Формирование исходного описания системы, структура которой должна быть синтезирована, как представления ФО без описательных и иллюстративных сведений с выделением единственной причины и единственного следствия.

– Синтез структуры заданной системы путем выбора из базы данных и сопоставления друг с другом описаний ФО. При этом совокупность входных элементов и отношений из исходного представления системы должна быть релевантна совокупности входных элементов и отношений первого ФО последовательности, а совокупность выходных элементов и отношений из исходного представления системы должна быть релевантна совокупности выходных элементов и отношений последнего ФО последовательности. В свою очередь, совокупность выходных элементов и отношений i-го ФО последовательности должна быть релевантна совокупности входных элементов и отношений (i+1)-го ФО последовательности. Последовательность может состоять из одного и более ФО.

Релевантность совокупности входных элементов и отношений из исходного представления системы совокупности входных элементов и отношений первого ФО последовательности имеет место при выполнении следующих условий:

– в множестве причин 1-го ФО есть причина х₁, совпадающая с единственной причиной из исходного описания системы x₀: х₁=x₀;

– пометки причин х₀ и х₁ совпадают;

– если эти причины количественные, их диапазоны пересекаются;

– среди следствий 1-го ФО есть следствие y₁, для которого функция связи f_x1y1(t_x1) принимает определенные значения для всех значений t_x1, совпадающих со значениями признака t_x0 причины х₀ из исходного описания системы, для которых функция связи f_x0y0(t_x0) также принимает определенные значения: у₁(t_x0 | _x0y0(t_x0)? t_x1=t_{x0 x1y1}(t_x1)?);

– прочие характеристики элементов или отношений исходного описания системы и 1-го ФО, к которым относятся х₀ и х₁, не конфликтуют друг с другом;

– если причины x₀ и х₁ относятся к отношениям, то характеристики первого элемента-коррелята отношения, обладающего x₀, не конфликтуют с характеристиками первого элемента-коррелята отношения, обладающего х₁, а характеристики второго элемента-коррелята отношения, обладающего x₀, не конфликтуют с характеристиками второго элемента-коррелята отношения, обладающего х₁.

При соблюдении указанных условий следствие у₁ приобретает активный статус. Для одного из вариантов (выбранного произвольным образом) перечисления значений признака t_x0 причины x₀ из исходного описания системы, для которых функция связи f_x0y0(t_x0) принимает определенные значения, формируется активный набор Т_a определенных значений признака t_y1=f_x1y1(t_х1)|t_x1=t_x0.

Релевантность совокупности выходных элементов и отношений i-го ФО последовательности совокупности входных элементов и отношений (i+1)-го ФО имеет место при выполнении следующих условий:

– в множестве причин (i+1)-го ФО есть причина x_i+1, совпадающая с активным следствием из i-го ФО у_i: x_i+1=y_i;

– пометки x_i+1 и у_i совпадают;

– если характеристики x_i+1 и у_i выражены количественно, то их диапазоны пересекаются;

– среди следствий (i+1)-го ФО есть следствие у_i+1, для которого функция связи _{xi+1 yi+1}(t_xi+1) принимает определенные значения для всех значений t_xi+1, совпадающих со значениями признака t_yi из активного набора, сформированного при выборе i-го ФО: y_i+1 (t_yi |(t_yi входит в активный набор) t_xi+1 = t_{yi xi+1 yi+1}(t_xi+1) ?);

– прочие характеристики элементов или отношений i-го и (i+1)-го ФО, к которым относятся y_i и х_i+1, не конфликтуют друг с другом;

– если характеристики у, и x_i+1 относятся к отношениям, то характеристики первого элемента-коррелята отношения, обладающего у_i, не конфликтуют с характеристиками первого элемента-коррелята отношения, обладающего x_i+1, а характеристики второго элемента-коррелята отношения, обладающего у_i, не конфликтуют с характеристиками второго элемента-коррелята отношения, обладающего x_i+1.

При соблюдении указанных условий следствие у_i+1 приобретает активный статус.

Определенные значения признака t_yi+1 для всех значений t_xi+1, совпадающих со значениями признака t_yi из активного набора, формирует новый активный набор T_a. Порядок элементов в нем соответствует его предыдущему варианту.

Релевантность совокупности выходных элементов и отношений из исходного представления системы совокупности выходных элементов и отношений последнего ФО последовательности имеет место при выполнении следующих условий:

– активное следствие последнего (n-го) ФО y_n совпадает с единственным следствием из исходного описания системы у₀:y_n=y₀;

– пометки y_n и y₀ совпадают;

– если характеристики y_n и y₀ выражены количественно, то их диапазоны пересекаются;

– набор определенных значений признаков t_y0, соответствующий выбранному ранее варианту перечисления, совпадает с активным набором Т_а;

– прочие характеристики элементов или отношений исходного описания системы и n-го ФО, к которым относятся y₀ и y_n, не конфликтуют друг с другом;

– если следствия y₀ и y_n относятся к отношениям, то характеристики первого элемента-коррелята отношения, обладающего y₀, не конфликтуют с характеристиками первого элемента-коррелята отношения, обладающего y_n, а характеристики второго элемента-коррелята отношения, обладающего y₀, не конфликтуют с характеристиками второго элемента-коррелята отношения, обладающего y_n.

Отсутствие конфликта между множествами характеристик Х и Y определяется исходя из их пересечения Поскольку Z содержит общие члены Х и Y (имена таких характеристик совпадают), для представления каждой характеристики zZ достаточно четверки: {z_xq, z_d, z_yq, z_yd), где z_xq и z_yq – пометки характеристики, приписанные ей в рамках Х и Y; z_xd и z_yd – диапазоны значений количественной характеристики, приписанные ей в рамках Х и Y. z_xq и x_yq принимают значение 1 для положительных (присутствующих) и 0 для отрицательных (отсутствующих) характеристик. В случае количественных характеристик z_xq и x_yq задают типы диапазонов (1 – допустимые значения, 0 – недопустимые).

Формально условие отсутствие конфликта между Х и У имеет вид: zZ P(z_xq, z_xd, z_yq, z_yd)=1, где P – предикат, определяющий релевантность описаний характеристики z, приведенных в рамках Х и Y. Значение 1 соответствует релевантности описаний, 0 – нерелевантности.

Значение предиката Р определится на основе следующих правил.

1. Для качественной характеристики, если z_xq=z_yq, то P(z_xq, z_xd, z_yq, z_yd)=1, иначе (z_xd z_yq) P(z_xq, z_xd, z_yq, z_yd)=0.

2. Для количественной характеристики:

– если то P(z_xq, z_xd, z_yq, z_yd)=1;

– если (, то P(z_xq, z_xd, z_yq, z_yd)=1

(U=]-;+ [ – универсальный диапазон);

– если z_xy=0 & z_yq=1 & (U/z_xd)(z_yd , то P(z_xq, z_xd, z_yq, z_yd)=1;

– во всех остальных случаях P(z_xq, x_xd, z_yq, z_yd)=0.

При синтезе могут учитываться ограничения, связанные с длиной последовательности ФО, временными параметрами ФО и др.

– Визуализации синтезированных последовательностей ФО.

Таким образом, данный способ дает возможность находить в базе данных реальные релевантные последовательности ФО для решения задач в различных областях знаний.

Формула изобретения

1. Способ синтеза структуры системы, определяющейся последовательностью функциональных объектов (ФО), для решения различных задач, заключающийся в формировании базы данных, содержащей описания ФО, представляющих различные функции Y=f(X), с указанием для каждого ФО по крайней мере, одной входной и одной выходной качественной характеристики с их количественными параметрами, принадлежащих и/или не принадлежащих ФО, формировании и запоминании графической и описательной информации для каждого ФО, задании начальных и конечных качественных характеристик и их количественных параметров для конкретной задачи, поиске по базе данных и синтезе последовательностей ФО путем сопоставления для каждого ФО входных и выходных качественных характеристик и их количественных параметров, принадлежащих и/или не принадлежащих ФО, по признаку их совпадения и визуализации синтезированных последовательностей ФО для решения указанной конкретной задачи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что визуализация включает в себя анимационное представление последовательностей ФО.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что качественные характеристики и/или количественные параметры представлены в формализованном виде.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что качественные характеристики и количественные параметры выбираются из заранее сформированной систематики, отражающей их иерархию и взаимную совместимость.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что параметры включают в себя в том числе и временные параметры.

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное научное учреждение “Центр информационно аналитического обеспечения системы дистанционного образования”,
Закрытое акционерное общество “Корпорация “Университетские сети знаний”

(73) Патентообладатель:

Попов Валерий Васильевич

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 26.03.2008 № РД0034327

Извещение опубликовано: 10.05.2008 БИ: 13/2008