Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов

Предложены математические методы для оптимизации химического состава сплавов и технологических параметров их изготовления в процессе разработки новых марок сталей в условиях значительной неопределенности. В оптимизационных задачах использованы статистические модели механических свойств новых сплав...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Кибернетика и системный анализ
Дата:2016
Автори: Зражевский, Г.М., Голодников, A.Н., Урясьев, С.П., Зражевский, A.Г.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2016
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142004
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов / Г.М. Зражевский, A.Н. Голодников, С.П. Урясьев, A.Г. Зражевский // Кибернетика и системный анализ. — 2016. — Т. 52, № 4. — С. 118-133. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859747346236047360
author Зражевский, Г.М.
Голодников, A.Н.
Урясьев, С.П.
Зражевский, A.Г.
author_facet Зражевский, Г.М.
Голодников, A.Н.
Урясьев, С.П.
Зражевский, A.Г.
citation_txt Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов / Г.М. Зражевский, A.Н. Голодников, С.П. Урясьев, A.Г. Зражевский // Кибернетика и системный анализ. — 2016. — Т. 52, № 4. — С. 118-133. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Кибернетика и системный анализ
description Предложены математические методы для оптимизации химического состава сплавов и технологических параметров их изготовления в процессе разработки новых марок сталей в условиях значительной неопределенности. В оптимизационных задачах использованы статистические модели механических свойств новых сплавов. Для оценки правого хвоста распределения вероятностей показателя разрушения по методу Шарпи с V-образным надрезом (CVN) использован CVaR, который является выпуклой функцией. Предложены математические методы решения задач максимизации. Запропоновано математичні методи для оптимізації хімічного складу сплавів та технологічних параметрів їхнього виготовлення в процесі розроблення нових марок сталей в умовах значної невизначеності. В оптимізаційних задачах використовуються статистичні моделі механічних властивостей нових сплавів. Для оцінки правого хвоста ймовірнісного розподілу показника руйнування за методом Шарпі з V-подібним надрізом (CVN) використано CVaR, який є опуклою функцією. Запропоновано математичні методи розв’язання таких задач максимізації. The paper proposes mathematical tools for optimization of combinations of processing parameters and alloy compositions for the development of new and improved steels. Development process of new steels involves a lot of uncertainties. For this reason statistical models for mechanical properties of new alloys are used in optimization problems. Particularly, we use CVaR for estimating the right tail of CVN (Charpy V-Notch impact on toughness) distribution. This results in non-concave (convex) objective functions in maximization problem. The paper suggests methods for solving such a problem.
first_indexed 2025-12-01T21:58:06Z
format Article
fulltext ÓÄÊ 669:539.42:519.853.4 Ã.Ì. ÇÐÀÆÅÂÑÊÈÉ, A.Í. ÃÎËÎÄÍÈÊÎÂ, Ñ.Ï. ÓÐßÑÜÅÂ, A.Ã. ÇÐÀÆÅÂÑÊÈÉ ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ ÌÅÒÎÄΠÎÏÒÈÌÈÇÀÖÈÈ ÄËß ÏÎÈÑÊÀ ÍÀÈËÓרÅÉ ÊÎÌÁÈÍÀÖÈÈ ÏÎÊÀÇÀÒÅËÅÉ ÏÐÎ×ÍÎÑÒÈ È ÂßÇÊÎÑÒÈ ÑÏËÀÂÎÂ1 Àííîòàöèÿ. Ïðåäëîæåíû ìàòåìàòè÷åñêèå ìåòîäû äëÿ îïòèìèçàöèè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëàâîâ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èõ èçãîòîâëå- íèÿ â ïðîöåññå ðàçðàáîòêè íîâûõ ìàðîê ñòàëåé â óñëîâèÿõ çíà÷èòåëüíîé íåîïðåäåëåííîñòè.  îïòèìèçàöèîííûõ çàäà÷àõ èñïîëüçîâàíû ñòàòèñòè÷åñ- êèå ìîäåëè ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ íîâûõ ñïëàâîâ. Äëÿ îöåíêè ïðàâîãî õâîñ- òà ðàñïðåäåëåíèÿ âåðîÿòíîñòåé ïîêàçàòåëÿ ðàçðóøåíèÿ ïî ìåòîäó Øàðïè ñ V-îáðàçíûì íàäðåçîì (CVN) èñïîëüçîâàí CVaR, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ âûïóê- ëîé ôóíêöèåé. Ïðåäëîæåíû ìàòåìàòè÷åñêèå ìåòîäû ðåøåíèÿ çàäà÷ ìàêñè- ìèçàöèè. Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñïëàâ, îïòèìèçàöèÿ, CVaR, êâàíòèëü, CVN. ÂÂÅÄÅÍÈÅ Ðàçðàáîòêà íîâûõ ñïëàâîâ — äëèòåëüíûé è äîðîãîñòîÿùèé ïðîöåññ, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåòñÿ â óñëîâèÿõ çíà÷èòåëüíîé íåîïðåäåëåííîñòè. Åãî ìîæíî óäåøå- âèòü è óñêîðèòü, èñïîëüçóÿ ìàòåìàòè÷åñêèå ìåòîäû îïòèìèçàöèè è ñòàòèñòè÷åñ- êîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, ðàçðàáîòàííûå â [1–3].  ýòèõ ðàáîòàõ ðàññìîòðåíû äâå ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñòàëåé: ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ðàñòÿæåíèè (yield) è ïîêàçàòåëü ðàçðóøåíèÿ ïî ìåòîäó Øàðïè ñ V-îáðàçíûì íàäðåçîì (CVN), à òàêæå ïîêàçàíî, ÷òî ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïî yield äîñòàòî÷íî òî÷íî àï- ïðîêñèìèðóþòñÿ îáû÷íîé ëèíåéíîé ðåãðåññèîííîé ìîäåëüþ.  òî æå âðåìÿ ïðè ìîäåëèðîâàíèè CVN ñ ïîìîùüþ ëèíåéíîé ðåãðåññèè äîñòè÷ü ïðèåìëåìîé òî÷íîñòè íå óäàåòñÿ, ïîñêîëüêó ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïî CVN õàðàêòåðè- çóþòñÿ ñóùåñòâåííûì ðàçáðîñîì. Ïðè÷èíû âîçíèêíîâåíèÿ òàêîé ñèòóàöèè äå- òàëüíî ïðîàíàëèçèðîâàíû â [4, 5]. Äëÿ ïðåîäîëåíèÿ îïèñàííîãî çàòðóäíåíèÿ â [2] ïðåäëîæåí áîëåå ãèáêèé ïîäõîä, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ìîæíî îöåíèâàòü ëþáîé êâàíòèëü ðàñïðåäåëåíèÿ CVN.  êà÷åñòâå ïðèåìëåìîãî èíñòðóìåíòàðèÿ âûáðàí ìåòîä èç [6], ïîçâîëÿþùèé ñòðîèòü ëèíåéíûå ðåãðåññèè, ïðîãíîçèðóþ- ùèå ëþáûå êâàíòèëè ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ CVN. Ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ ëèíåéíûõ ìîäåëåé â [1] ñôîðìóëèðîâàíû çàäà÷è îïòèìèçàöèè ìåõàíè÷åñêèõ õà- ðàêòåðèñòèê ñòàëåé â âèäå çàäà÷ ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ.  òåîðèè ôèíàíñîâîãî ðèñêà êâàíòèëü, îáû÷íî íàçûâàåìûé Value-at-Risk (VaR), ðàíåå ïðèìåíÿëñÿ äëÿ îöåíêè õâîñòà ðàñïðåäåëåíèé.  ïîñëåäíåå äåñÿòèëå- òèå âìåñòî ïîêàçàòåëÿ VaR ÷àùå èñïîëüçóåòñÿ ïîêàçàòåëü Conditional Value-at-Risk (CVaR). Ìåðà ðèñêà VaR îöåíèâàåò òîëüêî íèæíþþ ãðàíèöó ïðàâîãî õâîñòà ðàñïðå- äåëåíèÿ, à íå åãî èíòåãðàëüíóþ õàðàêòåðèñòèêó.  îòëè÷èå îò VaR ìåðà ðèñêà CVaR ñîçäàíà èìåííî äëÿ îöåíêè ïîñëåäíåé, ïîñêîëüêó ðàâíà óñðåäíåííîìó çíà÷åíèþ âñåõ VaR, ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðàâîìó õâîñòó ðàñïðåäåëåíèÿ.  ðàáîòå [3] ìîäèôèöèðîâàí ïîäõîä ê ìîäåëèðîâàíèþ CVN, ðàçðàáîòàííûé â [2].  íîâîì ïîäõîäå äëÿ îöåíêè ïðàâîãî õâîñòà ðàñïðåäåëåíèÿ CVN èñïîëüçó- åòñÿ CVaR (âìåñòî VaR). Äëÿ ýòîãî ïîñòðîåíà ñòîõàñòè÷åñêàÿ ìîäåëü äëÿ ëîãà- 118 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 1Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ôèíàíñîâîé ïîääåðæêå Åâðîïåéñêîãî îôèñà àýðîêîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé (European Office of Aerospace Research and Development), ãðàíò P-590/EOARD 133063. © Ã.Ì. Çðàæåâñêèé, A.Í. Ãîëîäíèêîâ, Ñ.Ï. Óðÿñüåâ, A.Ì. Çðàæåâñêèé, 2016 ðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN â âèäå ñöåíàðíîé ôóíêöèè, ïðåäñòàâëÿþùàÿ ñîáîé ëè- íåéíóþ ñëó÷àéíóþ ôóíêöèþ íåçàâèñèìûõ ïåðåìåííûõ (õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ñïëàâà è ïàðàìåòðû åãî òåõíîëîãè÷åñêîé îáðàáîòêè) ñî ñëó÷àéíûìè êîýôôèöè- åíòàìè, êîòîðûå èìåþò ñîâìåñòíîå êîíå÷íîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå [3]. Îáëàñòü çíà÷åíèé ýòîé ôóíêöèè äëÿ ëþáîé ôèêñèðîâàííîé òî÷êè â ïðîñòðàíñòâå âõîä- íûõ ïåðåìåííûõ ñîñòîèò èç íàáîðà ñöåíàðèåâ çíà÷åíèé ëîãàðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN, ñîîòâåòñòâóþùèõ ýòîé òî÷êå. Ïîñêîëüêó ñöåíàðíàÿ ôóíêöèÿ ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé îòíîñèòåëüíî íåçàâèñèìûõ ïåðåìåííûõ, CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèé ëîãàðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN — âûïóê- ëàÿ (íåâîãíóòàÿ) ôóíêöèÿ [7]. Êàê ïðàâèëî, ëþáàÿ âûïóêëàÿ ôóíêöèÿ èìååò ìíîãî ëîêàëüíûõ ìàêñèìóìîâ íà âûïóêëîì äîïóñòèìîì ìíîæåñòâå. Ïîýòîìó íîâóþ ìî- äåëü CVN íåëüçÿ èñïîëüçîâàòü â çàäà÷å ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ èç [1].  äàííîé ñòàòüå ïðåäëîæåíû ìåòîäû ïîèñêà ãëîáàëüíîãî ìàêñèìóìà ôóíê- öèè CVaR. Ïðåäñòàâëåíû äâå îïòèìèçàöèîííûå çàäà÷è: ïåðâàÿ — ìàêñèìèçàöèè íåâîãíóòîé ôóíêöèè CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèé ëîãàðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN ïðè îãðàíè÷åíèÿõ, çàäàþùèõ âåðõíþþ è íèæíþþ ãðàíèöû îáëàñòè îïðåäåëåíèÿ ïåðåìåííûõ çàäà÷è, à âòîðàÿ — ìàêñèìèçàöèè CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèé ëîãàðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN ïðè îãðàíè÷åíèÿõ íà yield è îãðàíè÷åíèÿõ, çàäàþ- ùèõ âåðõíþþ è íèæíþþ ãðàíèöû îáëàñòè îïðåäåëåíèÿ ïåðåìåííûõ îïòèìèçà- öèè. Äëÿ ðåøåíèÿ ïåðâîé îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è ïðåäëîæåí àëãîðèòì âûáîðà ìíîæåñòâà íà÷àëüíûõ òî÷åê â öåëÿõ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû ìåòîäà ìóëüòèñòàðòà, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé ñåìåéñòâî îïòèìèçàöèîííûõ ìåòîäîâ, êî- òîðûå ñâîäÿò ïîèñê ãëîáàëüíîãî ìàêñèìóìà ìíîãîýêñòðåìàëüíîé ôóíêöèè ê ïî- èñêó íåñêîëüêèõ ëîêàëüíûõ ìàêñèìóìîâ. Èç ïîëó÷åííûõ òî÷åê ëîêàëüíûõ ìàê- ñèìóìîâ âûáèðàåòñÿ òà, ó êîòîðîé íàèáîëüøåå çíà÷åíèå öåëåâîé ôóíêöèè [13]. Ýôôåêòèâíîñòü ýòîãî ìåòîäà â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñèò îò âûáîðà ìíîæåñ- òâà íà÷àëüíûõ òî÷åê, ñ êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê ëîêàëüíûõ ìàêñèìóìîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäîâ ëîêàëüíîé îïòèìèçàöèè. Äëÿ ðåøåíèÿ âòîðîé îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è ïðåäëîæåí òî÷íûé äåòåðìèíè- ðîâàííûé ìåòîä ïîèñêà ãëîáàëüíîãî ìàêñèìóìà, îñíîâàííûé íà óòâåðæäåíèè, ÷òî ãëîáàëüíûé ìàêñèìóì âûïóêëîé ôóíêöèè íà íåïóñòîì çàìêíóòîì îãðàíè÷åííîì âûïóêëîì äîïóñòèìîì ìíîæåñòâå äîñòèãàåòñÿ íà íåêîòîðîé ýêñòðåìàëüíîé (êðàé- íåé) òî÷êå ýòîãî ìíîæåñòâà [8]. Ñ ïîìîùüþ ýòîãî ìåòîäà çàäà÷à ðåøàåòñÿ â äâà ýòàïà: íà ïåðâîì ôîðìèðóåòñÿ êîíå÷íîå ìíîæåñòâî âñåõ äîïóñòèìûõ êðàéíèõ òî- ÷åê äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà, à íà âòîðîì — íàõîäèòñÿ ãëîáàëüíûé ìàêñèìóì íà ñôîðìèðîâàííîì ìíîæåñòâå. Íà ïåðâîì ýòàïå ñ èñïîëüçîâàíèåì òîëüêî ïðîñòûõ àíàëèòè÷åñêèõ ôîðìóë èç ìíîæåñòâà âñåõ áàçèñíûõ ðåøåíèé îòñåèâàþò íåäîïóñ- òèìûå [10], ïðè ýòîì çíà÷åíèÿ öåëåâîé ôóíêöèè íå âû÷èñëÿþò. Ïðåäëîæåííûé ìåòîä ìîæíî ïðèìåíÿòü äëÿ îïòèìèçàöèè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëàâîâ è òåõíîëî- ãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èõ èçãîòîâëåíèÿ, ïîñêîëüêó â ýòèõ çàäà÷àõ ÷èñëî ïàðàìåò- ðîâ, êàê ïðàâèëî, íå ïðåâûøàåò 15. Ïðè áîëüøåé ðàçìåðíîñòè çàäà÷è äàííûé ìå- òîä ìîæíî ëåãêî àäàïòèðîâàòü ñðåäñòâàìè ïàðàëëåëüíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ. ÏÎÑÒÀÍÎÂÊÀ ÇÀÄÀ×È Áàçà äàííûõ, èñïîëüçóåìàÿ äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ íîâûõ ìàðîê ñïëàâîâ, âêëþ÷àåò èõ õèìè÷åñêèé ñîñòàâ è ïàðàìåòðû òåðìè÷åñêîé îáðà- áîòêè (âõîäíûå ïàðàìåòðû), à òàêæå ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé òåñòîâûõ îáðàçöîâ ñòàëåé (âûõîäíûå ïåðåìåííûå).  ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå â áàçå äàííûõ ñîäåðæèòñÿ èíôîðìàöèÿ î N � 34 îáðàçöàõ ñòàëè: òðè çíà÷åíèÿ ïîêàçàòåëÿ CVN è îäíî çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ yield äëÿ êàæäîãî îáðàçöà. Êîëè÷åñòâî âõîä- íûõ ïàðàìåòðîâ I �10. ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 119 Ïóñòü x � ( , , , )x x xI1 2 � — âåêòîð âõîäíûõ ïàðàìåòðîâ (íåçàâèñèìûõ ïåðå- ìåííûõ), y — çíà÷åíèå îäíîãî èç âûõîäíûõ ïàðàìåòðîâ: CVN èëè yield (çàâèñè- ìàÿ ïåðåìåííàÿ). Êàæäûé îáðàçåö íóìåðóåòñÿ èíäåêñîì n è õàðàêòåðèçóåòñÿ âåê- òîðîì âõîäíûõ ïàðàìåòðîâ x ( ) ( ) ( ) ( )( , , , )n n n I nx x x� 1 2 � , n N�1, ,� . Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå èñïîëüçîâàëèñü äëÿ ïîñòðîåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêîé ìîäåëè CVN è ìîäåëè yield. Ïðè ýòîì êîëëèíåàðíûå ïåðåìåííûå íå ðàññìàòðèâàëèñü, ïîñêîëüêó îíè ïðèâíîñÿò â ìîäåëü îäèíàêîâóþ èíôîðìàöèþ è ñîçäàþò ïðîáëåìû ïðè îöåíêå êîýôôèöèåíòîâ ðåãðåññèè (îöåíêè ïîñëåäíèõ ìîãóò áûòü íåñòàáèëüíûìè).  ðàáîòå [3] ðàçðàáîòàíà ñëåäóþùàÿ ëèíåéíàÿ ñòîõàñòè÷åñêàÿ ìîäåëü äëÿ ln ( ( ))CVN x : ln ( ( ))CVN x � � � �� �0 1 i i i I x , (1) ãäå � � �0 1, , ,� I — ñëó÷àéíûå êîýôôèöèåíòû, ïðèíèìàþùèå J ðàâíîâåðî- ÿòíûõ çíà÷åíèé (ñöåíàðèåâ) � � �j j jI0 1, , ,� , j J�1, ,� , ïðè÷åì íåêîòîðûå èç íèõ ìîãóò áûòü íóëåâûìè. Ïóñòü � � ( , , , )� � �0 1 � I — ñëó÷àéíûé âåêòîð êî- ýôôèöèåíòîâ ëèíåéíîé ðåãðåññèè (1) ñ ðàâíîâåðîÿòíûìè ñöåíàðèÿìè � j � � ( , , , )� � �j j jI0 1 � , j J�1, ,� .  ðàáîòå [2] ðàçðàáîòàíà ñëåäóþùàÿ ëèíåéíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü äëÿ yield: yield � � � �a a xY i Y i i I 0 1 , (2) ãäå a a i IY i Y 0 1, , , ,� � , — êîýôôèöèåíòû ñòàíäàðòíîé ëèíåéíîé ðåãðåññèè. Ðàññìîòðèì äâå ïîñòàíîâêè çàäà÷è îïòèìèçàöèè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëà- âîâ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èõ èçãîòîâëåíèÿ. Çàäà÷à 1 (ïðîñòåéøàÿ ïîñòàíîâêà). Ìàêñèìèçèðîâàòü CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèé ëîãàðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN max (ln ( ( ))) x CVaR CVN� x (3) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ, çàäàþùèõ âåðõíþþ è íèæíþþ ãðàíèöû îáëàñòè îïðåäåëå- íèÿ ïåðåìåííûõ îïòèìèçàöèè l x ui i i� � , i I�1 2, , ,� . (4)  ôîðìóëå (3) � — óðîâåíü äîâåðèÿ, 0 1� �� .  êà÷åñòâå íèæíåé ãðàíèöû li äëÿ ïåðåìåííîé xi ìîæíî âûáðàòü íàèìåíü- øåå çíà÷åíèå i-ãî ïàðàìåòðà â áàçå äàííûõ: l xi n N i n� � � min ( ) 1 , i I�1 2, , ,� . Àíàëîãè÷íî â êà÷åñòâå âåðõíåé ãðàíèöû ui äëÿ ïåðåìåííîé xi ìîæíî âûáðàòü íàèáîëüøåå çíà÷åíèå i-ãî ïàðàìåòðà â áàçå äàííûõ: u xi n i n� max ( ) , i I�1 2, , ,� . Ñëåäóþùàÿ îïòèìèçàöèîííàÿ çàäà÷à ïîçâîëÿåò îòûñêàòü íàèëó÷øóþ êîìáè- íàöèþ ïîêàçàòåëåé ïðî÷íîñòè è âÿçêîñòè ñïëàâîâ. Çàäà÷à 2. Ìàêñèìèçèðîâàòü CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèé ëîãàðèôìà ïîêàçà- òåëÿ CVN max (ln ( ( ))) x CVaR CVN� x (5) 120 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 ïðè îãðàíè÷åíèÿõ íà yield, îïðåäåëÿåìûõ ïî ôîðìóëå (2), a a x bY i Y i i I Y0 1 � � � � , (6) à òàêæå îãðàíè÷åíèÿõ, çàäàþùèõ âåðõíþþ è íèæíþþ ãðàíèöû îáëàñòè îïðå- äåëåíèÿ ïåðåìåííûõ îïòèìèçàöèè l x ui i i� � , i I�1 2, , ,� . (7)  ôîðìóëå (6) bY — íèæíÿÿ ãðàíèöà äëÿ yield. Çàìå÷àíèå 1. Ïîñêîëüêó ln( )y — âîçðàñòàþùàÿ ôóíêöèÿ îò y, ìàêñèìèçàöèÿ CVaR CVN� (ln ( ( )))x â îïòèìèçàöèîííûõ çàäà÷àõ 1 è 2 ýêâèâàëåíòíà ìàêñèìèçà- öèè CVaR CVN� ( ( ))x . Çàìå÷àíèå 2. Îãðàíè÷åíèÿ â îïòèìèçàöèîííûõ çàäà÷àõ 1 è 2 îïðåäåëÿþò âûïóêëûå äîïóñòèìûå ìíîæåñòâà. Äàëåå ïðèâåäåí àëãîðèòì âûáîðà ìíîæåñòâà íà÷àëüíûõ òî÷åê â öåëÿõ ïîâû- øåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû ìåòîäà ìóëüòèñòàðòà. ÌÀÊÑÈÌÈÇÀÖÈß CVaR  ÏÎÑÒÀÍÎÂÊÅ ÇÀÄÀ×È 1  ñîîòâåòñòâèè ñ (1) ln ( ( ))CVN x — ëèíåéíàÿ ôóíêöèÿ ïî x. Ñëåäîâàòåëüíî, CVaR CVN� (ln ( ( )))x — âûïóêëàÿ ôóíêöèÿ ïî x [7]. Êàê ïðàâèëî, âûïóêëàÿ ôóíêöèÿ èìååò íà âûïóêëîì ìíîæåñòâå ìíîãî ëî- êàëüíûõ ìàêñèìóìîâ. Îäíèì èç íàèáîëåå èçâåñòíûõ ìåòîäîâ îïòèìèçàöèè ìíî- ãîýêñòðåìàëüíûõ ôóíêöèé ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ìóëüòèñòàðòà — âûáîð íåêîòîðîãî ìíîæåñòâà íà÷àëüíûõ òî÷åê, ñ êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê ëîêàëüíûõ ýêñòðå- ìóìîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäîâ ëîêàëüíîé îïòèìèçàöèè. Ýôôåêòèâíîñòü ìåòî- äà ìóëüòèñòàðòà ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò âûáîðà íà÷àëüíûõ òî÷åê.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ âûáèðàòü íà÷àëüíûå òî÷êè â ïîäìíîæåñò- âàõ äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà (4), â êîòîðûõ çíà÷åíèå CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ çíà÷å- íèé ëîãàðèôìà ïîêàçàòåëÿ CVN ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò çíà÷åíèå CVaR íà âñåì äîïóñòèìîì ìíîæåñòâå. Äàííûé ïîäõîä îñíîâàí íà èäåÿõ, èçëîæåííûõ â [9]. Ñãåíåðèðóåì ðàñøèðåííóþ áàçó äàííûõ, èñïîëüçóÿ ôîðìóëó (1), äëÿ èìèòà- öèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Äëÿ êàæäîãî îáðàçöà n, õàðàêòåðèçóþùåãîñÿ âåêòîðîì âõîäíûõ ïàðàìåòðîâ x ( ) ( ) ( ) ( )( , , , )n n n I nx x x� 1 2 � , n N�1, ,� , è êàæäîãî ñöåíàðèÿ � j , j J�1, ,� , ñëó- ÷àéíîãî âåêòîðà � êîýôôèöèåíòîâ ëèíåéíîé ðåãðåññèè (1) âû÷èñëÿåì ñîîòâåòñòâó- þùèé ñöåíàðèé CVN j ñëó÷àéíîãî ïîêàçàòåëÿ CVN ïî ôîðìóëå: CVN j n x e j ji i I i n ( )( ) ( ) x � �� � � �0 1 , j J�1, ,� , n N�1, ,� . (8)  èòîãå ãåíåðèðóåòñÿ áàçà äàííûõ, ñîäåðæàùàÿ òî÷êè íàáëþäåíèÿ x ( ) ( ) ( ) ( )( , , , )n n n I nx x x� 1 2 � , n N�1, ,� , è ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèÿ (ñöåíàðèè) CVN j n( )( ) x ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû CVN. Ñãåíåðèðîâàííûå äàííûå ìîæíî ïðåä- ñòàâèòü â âèäå ñëåäóþùåé ðàñøèðåííîé äèçàéí-ìàòðèöû (òàáëèöû): ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 121 CVN CVN 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( x x x x x x x x I I � � 1 1 1 1 2 1 1 1 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ������������ �CVN CVN J I x x xx x x x x x x x I J 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) � ������������ �CVN x I N N N I Nx x x ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) 2 1 1 2 ������������ � �������� CVN x ���� �CVN J N N N I Nx x x( )( ) ( ) ( ) ( ) x 1 2 � � � . (9)  ïåðâîì ñòîëáöå (9) ïðåäñòàâëåíû ñãåíåðèðîâàííûå ñëó÷àéíûå çíà÷åíèÿ CVN, à â îñòàëüíûõ — êîîðäèíàòû èñõîäíûõ òî÷åê íàáëþäåíèÿ, ðàñïîëîæåí- íûõ â íà÷àëüíîì ãèïåðïàðàëëåëåïèïåäå â ïðîñòðàíñòâå âõîäíûõ äàííûõ, êîòî- ðûé îïðåäåëÿåòñÿ îãðàíè÷åíèÿìè (4). Ïðè íåêîòîðûõ çíà÷åíèÿõ èíäåêñîâ j è i ñöåíàðèé � ji äëÿ ñëó÷àéíîãî êîýôôèöèåíòà � i â ôîðìóëå (1) ìîæåò áûòü íóëå- âûì, ò.å. çíà÷åíèå ïåðåìåííîé xi n( ) â ôîðìóëå (8) íå âëèÿåò íà çíà÷åíèå ñîîòâå- òñòâóþùåãî ñöåíàðèÿ CVN j n( )( ) x . Äëÿ êîððåêòíîé ðàáîòû àëãîðèòìà â ñòðîêàõ ìàòðèöû (9), ñîîòâåòñòâóþùèõ íóëåâûì çíà÷åíèÿì ñöåíàðèåâ â ëèíåéíîé ôóíê- öèè äëÿ CVN j n( )( ) x , n N�1, ,� , ôàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå êîìïîíåíòû xi n( ) çàìå- íÿåì ñïåöèàëüíûì íàáîðîì ñèìâîëîâ «n/a». Îïðåäåëÿåì CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ CVN íà ýòîì ãèïåðïàðàëëåëåïèïåäå, ðàñ- ñìàòðèâàÿ çíà÷åíèÿ CVN â ñãåíåðèðîâàííîé áàçå äàííûõ êàê «îáúåäèíåííóþ âûáîðêó». Öåëü ïðåäëàãàåìîãî ïîäõîäà ñîñòîèò â ïîèñêå ïîäìíîæåñòâ èñõîäíîãî äî- ïóñòèìîãî ìíîæåñòâà (4), ïðåäñòàâëåííûõ ïðîñòûìè îãðàíè÷åíèÿìè ~ ~l x ui i i� � , i I�1 2, , ,� , (10) íà êîòîðûõ çíà÷åíèå CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ CVN ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò çíà- ÷åíèå CVaR ðàñïðåäåëåíèÿ CVN íà èñõîäíîì äîïóñòèìîì ìíîæåñòâå.  îãðà- íè÷åíèÿõ (10) ïðåäïîëàãàåòñÿ âûïîëíåíèå íåðàâåíñòâ l l u ui i i i� � � ~ ~ , i I�1 2, , ,� . Òàêèå ïîäìíîæåñòâà áóäåì íàçûâàòü îïòèìàëüíûìè áîêñàìè. Ïóñòü Y — âåêòîð ñãåíåðèðîâàííûõ íàáëþäåíèé ïîêàçàòåëÿ CVN (ïåðâûé ñòîëáåö ìàòðèöû (9)), Q — êîëè÷åñòâî íàáëþäåíèé (÷èñëî ñòðîê â ìàòðèöå (9)), Ti i i Qx x� { }1, ,� — ìíîæåñòâî âñåõ çíà÷åíèé (âêëþ÷àÿ «n/a»), ðàñïîëîæåííûõ â i�1-ì ñòîëáöå ìàòðèöû (9), i I�1, ,� , T T T� � � �1 2 � TI (äàëåå òàáëèöà T ). Äàííûå â òàáëèöå T ðàññìàòðèâàþòñÿ êàê êàòåãîðèàëüíûå. Îáîçíà÷èì yq — ñãåíåðèðîâàííîå íàáëþäåíèå ïîêàçàòåëÿ CVN, êîòîðîå ñîîòâåòñòâóåò q-é ñòðîêå òàáëèöû T . Ïóñòü �, 0 1� �� , — óðîâåíü äîâåðèÿ è �, 0 1� �� , — ïàðàìåòð àëãîðèòìà. Ïîëîæèì T T 0 � . Íåîáõîäèìî íàéòè ïîäòàáëèöó G � T 0 òàêóþ, ÷òî CVaR CVaR� �( ( )| ) ( ( )| )y x x G y x x� �� �T 0 . (11) 122 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 Ïðåäëàãàåòñÿ ñëåäóþùèé ýâðèñòè÷åñêèé àëãîðèòì ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è. Øàã 0. Ïîëîæèì k � 0 è Q Q0 � . Îòñîðòèðóåì ñòðîêè â Y è T k â ïîðÿäêå óáûâàíèÿ çíà÷åíèé â Y , à çàòåì âû÷èñëèì CVaR � ( ( )| )y x x k�T . Øàã 1. Ïîëîæèì i �1. Øàã 2. Ôîðìèðóåì íîâóþ òàáëèöó T T x k k i � , à òàêæå ìíîæåñòâî Z xi k T âñåõ êàòåãîðèé, êîòîðûå âñòðå÷àþòñÿ â [ ]� �Qk âåðõíèõ ñòðîêàõ â ñòîëáöå xi òàáëèöû T x k i . Çàòåì èñêëþ÷àåì èç òàáëèöû T x k i ñòðîêè, êîòîðûå íå ñîäåðæàò êàòåãîðèé, âêëþ÷åííûõ â ìíîæåñòâî Z xi k T . Âû÷èñëÿåì CVaR � ( ( )| )y x x x k i �T . Øàã 3. Åñëè i I� , òî ïîëàãàåì i i� �1 è ïåðåõîäèì ê øàãó 2. Øàã 4. Íàõîäèì èíäåêñ i*òàêîé, ÷òî CVaR CVaR� �( ( )| ) max ( ( )| ) * y x x y x x x k i I x k i i � � � � � T T 1 . (12) Ôîðìèðóåì òàáëèöó T k�1, âêëþ÷èâ â íåå ëèøü ñòðîêè èç òàáëèöû T k , êîòîðûå â ñòîëáöå x i* ñîäåðæàò òîëüêî êàòåãîðèè èç ìíîæåñòâà Z xi k T * . Îïðåäåëÿ- åì êîëè÷åñòâî ñòðîê Qk�1 â ñòîëáöå T k�1. Øàã 5. Åñëè Q Qk k� �1 , òî ïîëàãàåì k k� �1 è ïåðåõîäèì ê øàãó 1. Øàã 6. Äëÿ i I�1, ,� îïðåäåëÿåì l xi q Q i q k * min� � �1 è u xi q Q i q k * max� � �1 , (13) ãäå xi q — ÷èñëîâîå çíà÷åíèå ïåðåìåííîé xi , ðàñïîëîæåííîå íà ïåðåñå÷åíèè q-é ñòðîêè è i-ãî ñòîëáöà â êîíå÷íîé òàáëèöå T k , i I�1, ,� , q Qk�1, ,� . Îïðåäåëÿåì îïòèìàëüíûé áîêñ G x� � � �{ ( , , ) : * *x x l x uI i i i1 � , i I�1, , }� . (14) Êîíåö ðàáîòû àëãîðèòìà. Èñïîëüçóÿ ôîðìóëû (12), (13), ìîæíî îáåñïå÷èòü âûïîëíåíèå íåðàâåíñòâà (11). Ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà � ïðèâåäåííûé àëãîðèòì ãåíåðèðóåò ðàçíûå îïòèìàëüíûå áîêñû (14). Îíè ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêàìè ïåðñïåêòèâíûõ íà- ÷àëüíûõ òî÷åê ïðè çàïóñêå àëãîðèòìîâ ëîêàëüíîé ìàêñèìèçàöèè.  òàáë. 1 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ïðè � � �� �, çäåñü ñòðîêè ñîîòâåòñòâóþò íåêîòîðûì çíà÷åíèÿì ïàðàìåòðà �, à ñòîëáöû — ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 123 Çíà÷åíèå CVAR íà k-é èòåðàöèè àëãîðèòìà Çíà÷åíèå ïàðà- ìåòðà � 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.0001 65.75 78.76 90.17 100.86 105.64 111.50 111.50 – – – – – 0.0005 65.75 78.76 90.17 100.86 105.64 111.50 111.50 – – – – – 0.001 65.75 78.76 89.47 98.99 103.17 107.42 111.50 111.50 – – – – 0.015 65.75 79.24 90.53 97.05 101.70 105.67 105.67 – – – – – 0.02 65.75 79.11 90.54 96.44 97.42 98.01 102.46 105.67 105.67 – – – 0.025 65.75 79.11 88.28 93.29 96.44 97.42 98.01 98.43 98.58 102.80 105.67 105.67 0.03 65.75 79.11 88.28 93.29 96.44 97.42 98.01 98.45 98.61 98.61 – – Ò à á ë è ö à 1 . Äèíàìèêà ðîñòà çíà÷åíèÿ CVaR0 2. ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà � ïàðàìåòðó k (íîìåðàì èòåðàöèé àëãîðèòìà). Íà ïåðåñå÷åíèè j-é ñòðîêè è k-ãî ñòîëáöà äàíî çíà÷åíèå CVaR 0 2. ( ( )| )y x x k�T , ïîëó÷åííîå íà k-é èòåðàöèè àëãî- ðèòìà ïðè çíà÷åíèè ïàðàìåòðà �, óêàçàííîãî â ïåðâîì ñòîëáöå, â j-é ñòðîêå (ñì. òàáë.1). Àíàëèç ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ïîêàçûâàåò, ÷òî àëãîðèòì ñòðîèò îïòèìàëüíûå áîêñû çà íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî èòåðàöèé. Ïðè ýòîì íàèëó÷øèå ðå- çóëüòàòû ïîëó÷åíû ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà �. ÌÀÊÑÈÌÈÇÀÖÈß CVAR  ÏÎÑÒÀÍÎÂÊÅ ÇÀÄÀ×È 2 Ðàññìîòðèì çàäà÷ó ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ ñ îãðàíè÷åííûìè ïåðåìåííûìè max c xj j j n � � 1 (15) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ a x bij j j n i � � � 1 , i m�12, , ,� , (16) l x uj j j� � , j n�1, ,� . (17) Ýòîé çàäà÷å ñîîòâåòñòâóþò ðàñøèðåííûå áàçèñíûå äîïóñòèìûå ðåøåíèÿ, â êî- òîðûõ çíà÷åíèÿ n m� ïåðåìåííûõ ôèêñèðóþòñÿ ëèáî íà èõ íèæíèõ, ëèáî âåð- õíèõ ãðàíèöàõ (17), à áàçèñíîé ìàòðèöå B, îïðåäåëÿåìîé èç îãðàíè÷åíèé (16), ñîîòâåòñòâóþò áàçèñíûå ïåðåìåííûå, óäîâëåòâîðÿþùèå îãðàíè÷åíèÿì (17). Äðóãèìè ñëîâàìè, òî÷êà ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìûì áàçèñíûì ðåøåíèåì çàäà÷è (15)–(17) òîãäà è òîëüêî òîãäà, êîãäà îíà — äîïóñòèìîå áàçèñíîå ðåøå- íèå [10]. Ìíîæåñòâî äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé ñîâïàäàåò ñ ìíîæåñòâîì êðàéíèõ (ýêñòðåìàëüíûõ) òî÷åê äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà. Ïðåîáðàçóåì ïîñòàíîâêó çàäà÷è 2 (5)–(7), ââîäÿ èñêóññòâåííóþ ïåðåìåííóþ xI �1 è îáîçíà÷åíèÿ b b aY Y 1 0 � � , a ai i Y 1 � : max x CVaR CVN� (ln ( ( )))x (18) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ a x x bi i i I I1 1 1 1 � �� � � , (19) l x ui i i� � , i I�1 2, , ,� , (20) xI � �1 0. (21) Äîïóñòèìîå ìíîæåñòâî (19)–(21) ñîâïàäàåò ñ äîïóñòèìûì ìíîæåñòâîì (6), (7). Öåëåâàÿ ôóíêöèÿ (18) ÿâëÿåòñÿ âûïóêëîé è èìååò ìíîãî ëîêàëüíûõ ìàêñèìó- ìîâ, ðàñïîëîæåííûõ â êðàéíèõ òî÷êàõ äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà [8]. Äëÿ òîãî ÷òî- áû îòûñêàòü ãëîáàëüíûé ìàêñèìóì íà ìíîæåñòâå (19)–(21), íåîáõîäèìî íàéòè âñå êðàéíèå òî÷êè ýòîãî äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà. Ñõåìà ðåøåíèÿ îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è (18)–(21). Äàííàÿ çàäà÷à ñîäåð- æèò òîëüêî îäíî ëèíåéíîå îãðàíè÷åíèå. Ïîýòîìó ëèøü îäíà ïåðåìåííàÿ ÿâëÿåò- ñÿ áàçèñíîé, à îñòàëüíûå I ïåðåìåííûõ äîëæíû áûòü íåáàçèñíûìè. Ðàññìîòðèì äâà ñëó÷àÿ. Ñëó÷àé 1. Èñêóññòâåííàÿ ïåðåìåííàÿ xI �1 áàçèñíàÿ. Òîãäà êàæäàÿ íåáàçèñ- íàÿ ïåðåìåííàÿ èç x xI1, ,� äîëæíà ïðèíèìàòü çíà÷åíèå ñâîåé íèæíåé èëè âåð- õíåé ãðàíèöû (20). Ïóñòü xi * — çíà÷åíèå íåáàçèñíîé ïåðåìåííîé xi , i I�1, ,� . Ñëåäîâàòåëüíî, çíà÷åíèå áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI �1 èìååò âèä: x a x bI i i i I � � � ��1 1 1 1 * * . (22) 124 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 Åñëè xI � �1 0* , òî òî÷êà x x x xI I * * * *( , , , )� �1 1� — áàçèñíîå äîïóñòèìîå ðåøå- íèå çàäà÷è (18)–(21). Çíà÷èò, îíà ÿâëÿåòñÿ êðàéíåé òî÷êîé äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà (19)–(21). Ñëó÷àé 2. Èñêóññòâåííàÿ ïåðåìåííàÿ xI �1 íåáàçèñíàÿ. Òîãäà åå çíà÷åíèå äîëæíî áûòü òîëüêî íóëåâûì. Ñëåäîâàòåëüíî, åå ìîæíî èñêëþ÷èòü èç ðàññìîò- ðåíèÿ. Ïåðåìåííóþ xi , êîòîðàÿ íå ÿâëÿåòñÿ èñêóññòâåííîé, ìîæíî âêëþ÷èòü â áàçèñ, åñëè ñîîòâåòñòâóþùèé åé êîýôôèöèåíò a i1 â îãðàíè÷åíèè (19) íåíóëå- âîé. Ïóñòü xi1 — áàçèñíàÿ ïåðåìåííàÿ. Ïîëîæèì çíà÷åíèå êàæäîé íåáàçèñíîé ïåðåìåííîé, ðàâíûì åå íèæíåé èëè âåðõíåé ãðàíèöå (20). Ïóñòü xi * , i I i� �{ }1 1, , \ , — çíà÷åíèå i-é íåáàçèñíîé ïåðåìåííîé è xI � �1 0* . Òîãäà çíà÷åíèå áàçèñíîé ïåðåìåííîé xi1 îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå: x a b a xi i i i i I i 1 1 1 1 1 1 1 1 * * , , \ � � � � � � � � � �� � { }� . (23) Åñëè âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî l x ui i i1 1 1 � �* , (24) òî òî÷êà x x x xI I * * * *( , , , )� �1 1� — áàçèñíîå äîïóñòèìîå ðåøåíèå è, ñëåäîâà- òåëüíî, îíà ÿâëÿåòñÿ êðàéíåé òî÷êîé äîïóñòèìîãî ìíîæåñòâà (19)–(21). Èñïîëüçóÿ ôîðìóëû (23), (24) äëÿ âñåõ âîçìîæíûõ êîìáèíàöèé çíà÷åíèé íåáàçèñíûõ ïåðåìåííûõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ôèêñèðîâàííîé áàçèñíîé ïåðåìåí- íîé xi1 , ìîæíî àíàëîãè÷íî ñôîðìèðîâàòü ìíîæåñòâî Gxi1 , ñîñòîÿùåå èç áàçèñ- íûõ äîïóñòèìûõ ðåøåíèé. Âûïîëíèâ ýòó ïðîöåäóðó äëÿ âñåõ âîçìîæíûõ áàçèñ- íûõ ïåðåìåííûõ (âêëþ÷àÿ èñêóññòâåííóþ ïåðåìåííóþ xI �1), ñãåíåðèðóåì ìíî- æåñòâà G G Gx x xI1 2 1 , , ,� � áàçèñíûõ äîïóñòèìûõ ðåøåíèé. Òîãäà ãëîáàëüíûé ìàêñèìóì çàäà÷è (18)–(21) ìîæíî íàéòè, ìàêñèìèçèðóÿ ôóíêöèþ F x x x xI I( , , ) ( ( ( , , )))* * * * 1 1� ��CVaR log CVN� íà ìíîæåñòâå G G i I xi � � � 1 1 � . Îïèøåì àëãîðèòì, ãåíåðèðóþùèé ìíîæåñòâî äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøå- íèé ïóòåì îòñåèâàíèÿ íåäîïóñòèìûõ ðåøåíèé íà ðàííèõ ñòàäèÿõ èõ ïîñòðîåíèÿ.  êà÷åñòâå êðèòåðèÿ äëÿ ýòîé îïåðàöèè èñïîëüçóþòñÿ ïðîñòûå ôîðìóëû, êîòî- ðûå ÿâëÿþòñÿ àíàëèòè÷åñêèìè ðåøåíèÿìè çàäà÷ ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ. Ïðîöåäóðà îòñåèâàíèÿ ñóùåñòâåííî óñêîðÿåò ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ìíîæåñòâà G, ñîñòîÿùåãî èç âñåõ áàçèñíûõ äîïóñòèìûõ ðåøåíèé. Àëãîðèòì ïîñòðîåíèÿ áàçèñíûõ äîïóñòèìûõ ðåøåíèé. Åñëè èñêóññòâåííàÿ ïåðå- ìåííàÿ xI �1 íå âêëþ÷åíà â áàçèñ, äëÿ ïðîñòîòû ïîëàãàåì, ÷òî xI — áàçèñíàÿ ïåðå- ìåííàÿ, à x xI1 1, ,� � — íåáàçèñíûå ïåðåìåííûå.  ýòîì ñëó÷àå èñêóññòâåííóþ ïåðåìåííóþ xI �1 ðàññìàòðèâàòü íå áóäåì, ïîñêîëüêó îíà ðàâíà íóëþ. Åñëè èñêóñ- ñòâåííàÿ ïåðåìåííàÿ xI �1 âêëþ÷åíà â áàçèñ, òî x x xI I1 1, , ,� � — íåáàçèñíûå ïåðå- ìåííûå. Çíà÷åíèÿ íåáàçèñíîé ïåðåìåííîé xi ôèêñèðóþòñÿ ëèáî íà åå íèæíåé li , ëèáî âåðõíåé ui ãðàíèöå, i I� �1 1, ,� . Ïðîöåäóðó ïîñòðîåíèÿ ìíîæåñòâà áàçèñíûõ äîïóñ- òèìûõ ðåøåíèé ãðàôè÷åñêè ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå äâîè÷íîãî äåðåâà (ðèñ. 1). Êàæäûé óçåë äåðåâà (ñì. ðèñ. 1) àññîöèèðóåòñÿ ñ íåêîòîðîé ïåðåìåííîé, ñîîò- âåòñòâóþùåé îïðåäåëåííîìó óðîâíþ äåðåâà. Òàê êîðíåâîé óçåë, ðàñïîëîæåííûé íà íóëåâîì óðîâíå, ñîîòâåòñòâóåò ïåðåìåííîé x1, óçëû íà ïåðâîì óðîâíå — ïåðåìåí- íîé x2 , óçëû íà k �1-ì óðîâíå — ïåðåìåííîé xk , 1 1� � �k I . Êîëè÷åñòâî óðîâíåé ðàâíî êîëè÷åñòâó íåáàçèñíûõ ïåðåìåííûõ. Åñëè èñêóññòâåííàÿ ïåðåìåííàÿ xI �1 âêëþ÷åíà â áàçèñ, òî êîëè÷åñòâî óðîâíåé ðàâíî I , â ïðîòèâíîì ñëó÷àå I �1. ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 125 Óçëû îáîçíà÷àþòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: âíà÷àëå çàïèñàí íîìåð ïåðåìåí- íîé, ñ êîòîðîé äàííûé óçåë àññîöèèðîâàí, à ïîñëå ñèìâîëà «_» óêàçàí íîìåð ïóòè, ñâÿçûâàþùèé äàííûé óçåë ñ êîðíåâûì. Ïóòü ñîñòîèò èç ðåáåð, ñîåäèíÿþ- ùèõ äâà óçëà, ðàñïîëîæåííûõ íà ñîñåäíèõ óðîâíÿõ. Ðåáðó, èñõîäÿùåìó èç óçëà, àññîöèèðîâàííîãî ñ ïåðåìåííîé xi , ñîîòâåòñòâóþò ìåòêè li (çíà÷åíèå ïåðåìåí- íîé xi óñòàíîâëåíî íà åå íèæíåé ãðàíèöå) èëè ui (çíà÷åíèå ýòîé ïåðåìåííîé óñòàíîâëåíî íà åå âåðõíåé ãðàíèöå). Ïóñòü Fk — ìíîæåñòâî âñåõ ïóòåé, ñîåäè- íÿþùèõ êîðíåâîé óçåë ñ óçëàìè, ðàñïîëîæåííûìè íà k-ì óðîâíå. Êàæäûé ïóòü èç ìíîæåñòâà Fk ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå íàáîðà çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ ( , , )� �x xk1 � , ãäå �xi ïðèíèìàåò îäíî èç çíà÷åíèé: li èëè ui , i k�1, ,� . Àëãîðèòì íà÷èíàåò ïîñòðîåíèå áàçèñíûõ äîïóñòèìûõ ðåøåíèé ñ ìíîæåñòâà F1, êîòîðîå ìîæåò ñîñòîÿòü íå áîëåå ÷åì èç äâóõ íàáîðîâ çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ: ( )l1 è ( )u1 . Äëÿ ñëó÷àÿ 1, êîãäà èñêóññòâåííàÿ ïåðåìåííàÿ xI �1 ÿâëÿåòñÿ áàçèñíîé, ðå- øàåì äâà ðàçà (ïðè �x l� 1 è �x u� 1) ñëåäóþùóþ çàäà÷ó ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâà- íèÿ: íàéòè ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå èñêóññòâåííîé ïåðåìåííîé xI �1 max � , ,x x i i i I I a x a x b 2 11 1 2 1 � � � � � � � � (25) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ l x ui i i� � , i I� 2, ,� . (26) Ðåøåíèå çàäà÷è (25), (26) ìîæíî çàïèñàòü â àíàëèòè÷åñêîì âèäå x u a l a i i i i i max , , , , � � � � � � åñëè åñëè 1 1 0 0 i I� 2, ,� . (27) Ñëåäîâàòåëüíî, âåðõíÿÿ ãðàíèöà äëÿ áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI �1 âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå h a l a x b x l a u a I i i i I i � �� � � � � � 1 11 1 1 2 1 1 11 1 1 max max , � ,åñëè x b x ui i I max , � . � � � � � � � � � � � 2 1 1åñëè (28) 126 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 x3�1 x3�3x3�2 x3�4 x2�1 x2�2 x k�1 xk�2 x1 xk�N l1 l2 u1 l3u3 u2 u3 ukuk u3 u3 l2u2 l3l3 lk l3 k Ðèñ. 1. Äâîè÷íîå äåðåâî ïîñòðîåíèÿ ìíîæåñòâà äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé Èç (27), (28) ñëåäóåò, ÷òî åñëè a l a x bi i i I 11 1 1 2 0� � � � � max , òî íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (l1) íåîáõîäèìî èñêëþ÷èòü èç ìíîæåñòâà F1, ïîñêîëüêó ëþáîå åãî äîïóñòèìîå ïðîäîëæåíèå ïðèâåäåò ê íåäîïóñòèìîìó ðåøåíèþ. Àíàëîãè÷íî, åñëè a u a x bi i i I 11 1 1 2 0� � � � � max , òî íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (u1) ñëåäóåò èñ- êëþ÷èòü èç ìíîæåñòâà F1. Åñëè ïîñëå îòñåèâàíèÿ íåäîïóñòèìûõ ðåøåíèé ìíîæåñòâî F1 ñîäåðæèò ïî êðàéíåé ìåðå îäèí íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ, òî ïðèñòóïàåì ê ïîñòðîåíèþ ìíîæåñòâà F2 . Ïîëàãàåì N1 — êîëè÷åñòâî íàáîðîâ çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ â ìíî- æåñòâå F1. Åñëè ìíîæåñòâî F1 ïóñòîå, òî àëãîðèòì çàêàí÷èâàåò ïîñòðîåíèå ìíîæåñòâà äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI �1, è ïðèñòóïàåò ê ïîñòðîåíèþ äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ñëåäóþùåé áàçèñíîé ïåðåìåííîé. Äëÿ ñëó÷àÿ 2, êîãäà èñêóññòâåííàÿ ïåðåìåííàÿ xI �1 íå ÿâëÿåòñÿ áàçèñíîé, äëÿ ïðîñòîòû áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî xI — áàçèñíàÿ ïåðåìåííàÿ, à x xI1 1, ,� � — íåáàçèñíûå. Ðåøàåì äâà ðàçà (ïðè �x l� 1 è �x u� 1) ñëåäóþùèå çàäà÷è ëèíåéíîãî ïðîãðàì- ìèðîâàíèÿ: íàéòè ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå äëÿ ïåðåìåííîé xI min � , , , ,x x I i i i II a b a x a x 2 1 1 1 1 11 1 2 1� �� � � � � � � � � � �� � � { } � � � (29) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ l x ui i i� � , i I� �{ }2 1, ,� (30) è íàéòè ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå äëÿ ïåðåìåííîé xI max � , , , ,x x I i i i II a b a x a x 2 1 1 1 1 11 1 2 1� �� � � � � � � � � � �� � � { } � � � (31) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ l x ui i i� � , i I� �{ }2 1, ,� . (32) Ðåøåíèå çàäà÷ (29), (30) è (31), (32) ìîæíî çàïèñàòü â àíàëèòè÷åñêîì âèäå ñîîòâåòñòâåííî x l a a u a a i i i I i i I min , , , , � � � � � � � �� � � � åñëè åñëè 1 1 1 1 0 0 i I� �{ }2 1,� , (33) x u a a l a a i i i I i i max , , , , � � � � � � � �� � � � åñëè åñëè 1 1 1 1 0 0 i I� �{ }2 1, ,� . (34) ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 127 Îáîçíà÷èì h x a b a x a x I I i i i I min min , , ( � ) �� � � � � � � � � � � � � 1 1 1 11 1 2 1{ }� � , (35) h x a b a x a x I I i i i I max max , , ( � ) �� � � � � � � � � � � � � 1 1 1 11 1 2 1{ }� � . (36) Åñëè íå âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî max ( ), min ( ),min max{ } { }h l l h l u I I I I1 1� , (37) òî èñêëþ÷àåì íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (l1) èç ìíîæåñòâà F1. Åñëè íå âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî max ( ), min ( ),min max{ } { }h u l h u u I I I I1 1� , (38) òî èñêëþ÷àåì íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (u1) èç ìíîæåñòâà F1. Ôîðìóëû (33)–(38) îïðåäåëÿþò ïðîöåäóðó îòñåèâàíèÿ íåäîïóñòèìûõ ðåøåíèé. Åñëè ïîñëå âûïîëíåíèÿ ýòîé ïðîöåäóðû ìíîæåñòâî F1 ñîäåðæèò ïî êðàéíåé ìåðå îäèí íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ, òî ïðèñòóïàåì ê ïîñòðîåíèþ ìíîæåñòâà F2 . Ïî- ëàãàåì N1 — êîëè÷åñòâî íàáîðîâ çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ â ìíîæåñòâå F1. Åñëè ìíîæåñòâî F1 ïóñòîå, òî àëãîðèòì çàêàí÷èâàåò ïîñòðîåíèå ìíîæåñòâà äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ òåêóùåé áàçèñíîé ïåðåìåí- íîé, è ïðèñòóïàåò ê ïîñòðîåíèþ äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþ- ùèõ ñëåäóþùåé áàçèñíîé ïåðåìåííîé. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ ôèêñèðîâàííîé áàçèñíîé ïåðåìåííîé ïîëíîñòüþ ïî- ñòðîåíî ìíîæåñòâî Fk�1, 1 1� � �k I , è ïîñëå ïðîöåäóðû îòñåèâàíèÿ â ýòîì ìíî- æåñòâå ñîäåðæàòñÿ N k�1 íàáîðîâ çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ, ñîñòîÿùèõ èç k �1 êîì- ïîíåíò { }(~ , , ~ )x xj k j j N k 1 1 1 1� � � � , ãäå ~xi j — ôèêñèðîâàííîå çíà÷åíèå ïåðåìåííîé xi , 1 1� � �i k , êîòîðîå áûëî óñòàíîâëåíî íà åå íèæíåé li èëè âåðõíåé ui ãðàíèöå. Òîãäà âûïîëíÿåòñÿ ñëåäóþùàÿ ïîøàãîâàÿ ïðîöåäóðà äëÿ ñëó÷àÿ 1. Øàã 0. Ïîëàãàåì j �1, Fk � , N k � 0. Øàã 1. Ðåøàåì äâà ðàçà (ïðè �x lk� è �x uk� ) çàäà÷ó ëèíåéíîãî ïðîãðàììè- ðîâàíèÿ: íàéòè ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå èñêóññòâåííîé ïåðåìåííîé xI �1 max ~ � , ,x x i i j i k k i i i k I k I a x a x a x b � � � � � � �� � � � 1 1 1 1 1 1 1 1 � � � (39) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ l x ui i i� � , i k I� �1, ,� . (40) Øàã 2. Ðåøåíèå çàäà÷è (39), (40) ìîæíî çàïèñàòü â àíàëèòè÷åñêîì âèäå: x u a l a i i i i i max , , , , � � � � � � åñëè åñëè 1 1 0 0 i k I� �1, ,� . (41) Ñëåäîâàòåëüíî, âåðõíÿÿ ãðàíèöà äëÿ áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI �1 âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå: 128 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 h a x a l a x b I i i j i k k k i i i k I � � � � �� � � �� � 1 1 1 1 1 1 1 1 max max~ , åñëè åñ � , ~ ,max x l a x a u a x b k i i j i k k k i i i k I � � � � � � � � � �1 1 1 1 1 1 1 ëè � .x uk� � � � � � � � (42) Øàã 3. Èñïîëüçóÿ ôîðìóëû (41), (42) âûïîëíÿåì ñëåäóþùóþ ïðîöåäóðó. Åñëè a x a l a x bi i j i k k k i i i k I 1 1 1 1 1 1 1 0~ max � � � � � �� � � � , òî ïðèáàâëÿåì íàáîð çíà÷åíèé ïåðå- ìåííûõ (~ , , ~ , )x x lj k j k1 1 � � ê ìíîæåñòâó Fk . Ïîëàãàåì N Nk k� �1. Åñëè a x a u a x bi i j i k k k i i i k I 1 1 1 1 1 1 1 0~ max � � � � � �� � � � , òî ïðèáàâëÿåì íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (~ , , ~ , )x x uj k j k1 1 � � ê ìíîæåñòâó Fk . Ïîëàãàåì N Nk k� �1. Øàã 4. Åñëè j N k� �1, òî ïîëàãàåì j j� �1. Ïåðåõîäèì ê øàãó 1. Øàã 5. Åñëè Fk � , òî ïîëàãàåì GxI� � 1 . Ïåðåõîäèì ê ïîñòðîåíèþ äîïóñ- òèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ñëåäóþùåé áàçèñíîé ïåðåìåííîé. Øàã 6. Åñëè Fk ! è k I� , òî ïðèñòóïàåì ê ïîñòðîåíèþ Fk�1. Ïîëàãàåì k k� �1. Ïåðåõîäèì ê øàãó 0. Øàã 7. Åñëè Fk ! è k I� , òî ìíîæåñòâî FI ñîäåðæèò N I íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ, ñîñòîÿùèõ èç I êîìïîíåíò { }( , , )* *x xj I j j N I 1 1 � � . Äëÿ êàæäîãî íàáîðà çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ ( , , )* *x xj I j 1 � èç ìíîæåñòâà FI âû÷èñëÿåì çíà÷åíèå x I j �1 * áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI �1 ïî ôîðìóëå (22), j N I�1, ,� .  ñîîòâåòñòâèè ñ îïè- ñûâàåìîé ïðîöåäóðîé ïåðåìåííàÿ x I j �1 * íåîòðèöàòåëüíàÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, äîïóñòèìàÿ. Òàêèì îáðàçîì, G x x xx j I j I j j N I I � � � �1 1 1 1 { }( , , , )* * * � ÿâëÿåòñÿ ìíî- æåñòâîì âñåõ äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ïåðåìåííûõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ áàçèñíîé (èñêóññòâåííîé) ïåðåìåííîé xI �1. Ïåðåõîäèì ê ïîñòðîåíèþ äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ áàçèñíîé ïåðåìåííîé äëÿ ñëó÷àÿ 2. Øàã 0. Ïîëàãàåì j �1, Fk � , N k � 0. Øàã 1. Ðåøàåì äâà ðàçà (ïðè �x lk� è �x uk� ) ñëåäóþùóþ çàäà÷ó ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ: íàéòè ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå ïåðåìåííîé xI min ~ � , , , ,x x I i i j i k k i k I a b a x a x a � � � � � � � � 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 � �{ } xi i k I� � � � � � � � � � � � � � � { }1 1, ,� (43) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ l x ui i i� � , i k I� � �{ }1 1, ,� (44) è íàéòè ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå äëÿ ïåðåìåííîé xI max ~ � , , , ,x x I i i j i k k i k I a b a x a x a � � � � � � � � 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 � �{ } xi i k I� � � � � � � � � � � � � � � { }1 1, ,� (45) ïðè îãðàíè÷åíèÿõ l x ui i i� � , i k I� � �{ }1 1, ,� . (46) ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 129 Øàã 2. Ðåøåíèå çàäà÷ (43), (44) è (45), (46) ìîæíî çàïèñàòü â àíàëèòè÷åñ- êîì âèäå ñîîòâåòñòâåííî x l a a u a a i i i I i i I min , , , , � � � � � � � �� � � � åñëè åñëè 1 1 1 1 0 0 i k I� � �{ }1 1,� , x u a a l a a i i i I i i max , , , , � � � � � � � �� � � � åñëè åñëè 1 1 1 1 0 0 i k I� � �{ }1 1, ,� . Îáîçíà÷èì h x a b a x a x a x I I i i j i k k i i min , , mi( � ) ~ �� � � � � � � 1 1 1 1 1 1 1 1 { }� n , ,i k I� � � � � � � � � � � �{ }1 1� , h x a b a x a x a x I I i i j i k k i i max , , ma( � ) ~ �� � � � � � � 1 1 1 1 1 1 1 1 { }� x , ,i k I� � � � � � � � � � � �{ }1 1� . Øàã 3. Åñëè max ( ), min ( ),min max{ } { }h l l h l u I k I I k I� , òî ïðèáàâëÿåì íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (~ , , ~ , )x x lj k j k1 1 � � ê ìíîæåñòâó Fk . Ïîëàãàåì N Nk k� �1. Åñëè max ( ), min ( ),min max{ } { }h u l h u u I k I I k I� , òî ïðèáàâëÿåì íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ (~ , , ~ , )x x uj k j k1 1 � � ê ìíîæåñòâó Fk . Ïîëàãàåì N Nk k� �1. Øàã 4. Åñëè j N k� �1, òî ïîëàãàåì j j� �1. Ïåðåõîäèì ê øàãó 1. Øàã 5. Åñëè Fk � , òî ïîëàãàåì GxI � . Ïåðåõîäèì ê ïîñòðîåíèþ äîïóñ- òèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ñëåäóþùåé áàçèñíîé ïåðåìåííîé. Øàã 6. Åñëè Fk ! è k I� , òî ïðèñòóïàåì ê ïîñòðîåíèþ Fk�1. Ïîëàãàåì k k� �1. Ïåðåõîäèì ê øàãó 0. Øàã 7. Åñëè Fk ! è k I� �1, òî ìíîæåñòâî FI �1 ñîäåðæèò N I �1 íàáîð çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ, ñîñòîÿùèõ èç I �1 êîìïîíåíò { }( , , )* *x xj I j j N I 1 1 1 1� � � � . Äëÿ êàæäîãî íàáîðà çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ ( , , )* *x xj I j 1 1 � � èç ìíîæåñòâà FI �1 âû÷èñ- ëÿåì çíà÷åíèå x I j* áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI ïî ôîðìóëå (23), j N I� �1 1, ,� .  ñî- îòâåòñòâèè ñ îïèñûâàåìîé ïðîöåäóðîé ïåðåìåííàÿ x I j* ÿâëÿåòñÿ äîïóñòèìîé. Ñëåäîâàòåëüíî, G x x xx j I j I j j N I I� � � �{ }( , , , )* * * 1 1 1 1� ÿâëÿåòñÿ ìíîæåñòâîì âñåõ äîïóñ- òèìûõ áàçèñíûõ ïåðåìåííûõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ áàçèñíîé ïåðåìåííîé xI . Ïåðå- õîäèì ê ïîñòðîåíèþ äîïóñòèìûõ áàçèñíûõ ðåøåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ñëåäóþ- ùåé áàçèñíîé ïåðåìåííîé. Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé. Ñ ïîìîùüþ ïðåäëîæåííîãî àëãîðèòìà ðåøàëàñü çàäà÷à 2 (5)–(7) ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè ïàðàìåòðà bY , êîòîðûé ïðåäñòàâëÿ- 130 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 åò ñîáîé íèæíþþ äîïóñòèìóþ ãðàíèöó äëÿ ïîêàçàòåëÿ yield.  ðåçóëüòàòå ðåøå- íèÿ çàäà÷è (5)–(7) ïîëó÷åíà òî÷êà x x x b b I bY Y Y� ( , , ) 1 � , õàðàêòåðèçóþùàÿ îïòè- ìàëüíóþ êîìáèíàöèþ ïàðàìåòðîâ õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëàâîâ è òåõíîëîãè÷åñ- êèõ ïàðàìåòðîâ èõ èçãîòîâëåíèÿ. Ýòîé îïòèìàëüíîé òî÷êå ñîîòâåòñòâóåò íåêîòîðûé ãèïîòåòè÷åñêèé îáðàçåö ñòàëè ñ íàèëó÷øèìè ïðîãíîçèðóåìûìè çíà- ÷åíèÿìè ïîêàçàòåëåé 20% CVaR(CVN) è yield. Ìíîãîêðàòíî ðåøàÿ çàäà÷ó (5)–(7) ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà bY , ïîëó÷àåì ìíîæåñòâî òàêèõ ãèïîòåòè÷åñ- êèõ îáðàçöîâ. Îòîáðàçèì ýòî ìíîæåñòâî â âèäå êðèâîé (ðèñ. 2) íà äèàãðàììå 20% CVaR(CVN)–yield.  òåîðèè ïîðòôåëüíîé îïòèìèçàöèè êðèâóþ (ñì. ðèñ. 2) íàçûâàþò ãðàíèöåé ýôôåêòèâíîñòè Ìàðêîâèöà (efficient frontier) [11]. Ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè ïîêàçàòåëÿ yield ãðàíèöà ýôôåêòèâíîñòè îïðåäåëÿåò ãðàíèöó îïòèìàëüíîñòè, âûøå êîòîðîé çíà÷åíèé ïîêàçàòåëÿ 20% ÑVaR(CVN) íå ñóùåñòâóåò. Âñå òî÷êè, ðàñïîëîæåííûå íà ýòîé ãðàíèöå, ñîîòâåòñòâóþò îáðàçöàì ñòàëåé ñ íàèëó÷øèìè ñîîòíîøåíèÿìè ïîêàçàòåëåé 20% ÑVaR(CVN)–yield. Ðåàëüíûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå îáðàçöû ñòàëåé èçîáðàæåíû â âèäå îòäåëüíûõ òî÷åê, ðàñïîëîæåííûõ íèæå ãðàíèöû ýôôåêòèâíîñòè (ñì. ðèñ. 2). Äëÿ ëþáîãî îá- ðàçöà ñòàëè ìîæíî óêàçàòü îïòèìàëüíóþ êîìáèíàöèþ ïàðàìåòðîâ õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà è òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, ñîîòâåòñòâóþùóþ òî÷êå, ëåæàùåé íà ãðàíèöå ýôôåêòèâíîñòè. Ýòà òî÷êà õàðàêòåðèçóåòñÿ áîëåå âûñîêèì çíà÷åíèåì ïîêàçàòåëÿ 20% CVaR(CVN) ïðè òîì æå óðîâíå yield. ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Â ñòàòüå ïðåäëîæåíû ìàòåìàòè÷åñêèå ìåòîäû äëÿ îïòèìèçàöèè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëàâîâ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èõ èçãîòîâëåíèÿ â ïðîöåññå ðàçðàáîòêè íîâûõ ìàðîê ñòàëåé. Ýòîò ïðîöåññ îñóùåñòâëÿåòñÿ â óñëîâèÿõ çíà- ÷èòåëüíîé íåîïðåäåëåííîñòè. Ðàññìîòðåíû ìåòîäû îïòèìèçàöèè äâóõ âàæíûõ ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñòàëåé: ïðåäåë òåêó÷åñòè ïðè ðàñòÿæåíèè (yield) è ïîêàçàòåëü ðàçðóøåíèÿ ïî ìåòîäó Øàðïè ñ V-îáðàçíûì íàäðåçîì (CVN). Åñëè yield äîñòàòî÷íî òî÷íî àïïðîêñèìèðóåòñÿ îáû÷íîé ëèíåéíîé ðåãðåññèîí- íîé ìîäåëüþ, òî ïðè ìîäåëèðîâàíèè CVN ñ ïîìîùüþ ëèíåéíîé ðåãðåññèè äîñòè÷ü ïðèåìëåìîé òî÷íîñòè íå óäàëîñü, ïîñêîëüêó ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàí- íûå ïî CVN õàðàêòåðèçóþòñÿ ñóùåñòâåííûì ðàçáðîñîì. Ïîýòîìó CVN ðàñ- ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 131 Ðèñ 2. Ãðàíèöà ýôôåêòèâíîñòè 20% CVaR(CVN)–yield yield 2 0 % C V aR (C V N ) ñìàòðèâàåòñÿ êàê ñëó÷àéíàÿ âåëè÷èíà, à îïòèìèçàöèè (ìàêñèìèçàöèè) ïîäëå- æèò õàðàêòåðèñòèêà åå ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ CVaR, ÿâëÿþùåéñÿ âûïóêëîé (íåâîãíóòîé) è èìåþùåé ìíîãî ëîêàëüíûõ ìàêñèìóìîâ íà âûïóêëîì ìíîæåñ- òâå, ãåíåðèðóåìîì ëèíåéíûì îãðàíè÷åíèåì íà yield.  ñòàòüå ïðåäëîæåíû äâà ìåòîäà ïîèñêà ãëîáàëüíîãî ìàêñèìóìà ôóíêöèè CVaR: ïåðâûé ñîñòîèò â ãåíåðèðîâàíèè ìíîæåñòâà ïåðñïåêòèâíûõ òî÷åê, ÿâëÿþ- ùèõñÿ õîðîøèì íà÷àëüíûì ïðèáëèæåíèåì, â öåëÿõ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû ìåòîäà ìóëüòèñòàðòà, à âòîðîé îñíîâàí íà óòâåðæäåíèè, ÷òî ãëîáàëüíûé ìàêñèìóì âûïóêëîé ôóíêöèè íà íåïóñòîì çàìêíóòîì îãðàíè÷åííîì âûïóêëîì äîïóñòèìîì ìíîæåñòâå äîñòèãàåòñÿ íà íåêîòîðîé ýêñòðåìàëüíîé (êðàéíåé) òî÷êå ýòîãî ìíîæåñòâà. Îí ïîçâîëÿåò íàéòè òî÷íîå ðåøåíèå ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è ïðè êîëè÷åñòâå ïåðåìåííûõ, íå ïðåâûøàþùåì 15. Ðàññìàòðèâàåìàÿ çàäà÷à îïòè- ìèçàöèè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëàâîâ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èõ èçãî- òîâëåíèÿ â ïðîöåññå ðàçðàáîòêè íîâûõ ìàðîê ñòàëåé óäîâëåòâîðÿåò ýòîìó îãðà- íè÷åíèþ. Ïðè áîëüøåé ðàçìåðíîñòè çàäà÷è ïðåäëàãàåìûé ìåòîä ìîæíî ëåãêî àäàïòèðîâàòü ñ èñïîëüçîâàíèåì ñðåäñòâ ïàðàëëåëüíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ. Ðàçðàáîòàííûé èíñòðóìåíòàðèé èñïîëüçîâàëñÿ äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è ìàêñè- ìèçàöèè 20% CVaR(CVN) ïðè îãðàíè÷åíèè íà yield. Ïîëó÷åííûå ðåøåíèÿ ïðåä- ñòàâëåíû â âèäå ãðàíèöû ýôôåêòèâíîñòè, ò.å. ãðàíèöû îïòèìàëüíîñòè, âûøå êî- òîðîé çíà÷åíèé ïîêàçàòåëÿ 20% ÑVaR(CVN) ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè ïîêàçàòåëÿ yield íå ñóùåñòâóåò. ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1. G o l o d n i k o v A . , M a c h e r e t Y . , T r i n d a d e A . , U r y a s e v S . , Z r a z h e v s k y G . Optimization of ñomposition and processing parameters for the development of steel alloys: A statistical model-based approach // Journal of Industrial and Management Optimization. — 2007. — 3(3). — P. 489–501. 2. G o l o d n i k o v A . , M a c h e r e t Y . , T r i n d a d e A . , U r y a s e v S . , Z r a z h e v s k y G . Statistical modeling of composition and processing parameters for alloy development // Modeling and Simulation in Material Science and Engineering. — 2005. — 13. — P. 633–644. 3. Z r a z h e v s k y G . , G o l o d n i k o v A . , U r y a s e v S . , Z r a z h e v s k y A . Advanced statistical tools for modelling of composition and processing parameters for alloy development / A. Migdalas, A. Karakitsiou (eds.) // Optimization, Control, and Applications in the Information Age, Springer Proceedings in Mathematics & Statistics, 2015. — P. 393–413. 4. C o r o w i n W . R . , H o u g h l A . M . Effect of specimen size and material condition on the Charpy impact properties of 9Cr-1Mo-V-Nb steel // The Use of Small-Scale Specimens for Testing Irradiated Material, ASTM STP 888 (Philadelphia, PA), 1986. — P. 325–338. 5. L u c o n E . , C h a o u a d i R . , F a b r y A . , P u z z o l a n t e J . - L . , V a l l e E . Characterizing material properties by the use of full-size and sub-size Charpy tests / T. Siewert, M.P. Manahan (eds.) // Pendulum Impact Testing: A Century of Progress, ASTM STP 1380, American Society for Testing and Materials (West Conshohocken, PA), 1999. — P. 146–163. — 399 p. 6. K o e n k e r R . , B a s s e t t G . Regression quantiles // Econometrica, 1978. — 46, N 1. — P. 33–50. 7. R o c k a f e l l a r R . T . , U r y a s e v S . Conditional Value-at-Risk for general loss distributions // Journal of Banking and Finance. — 26, N 7. — 2002, — P. 1443–1471. 8. R o c k a f e l l a r R . T . Convex analysis. — Princeton (NJ): Princeton University Press, 1970. — 453 p. 9. F r i e d m a n J . H . a n d F i s h e r N . I . Bump-hunting in high-dimensional data // Statistics and Computing. — 1999. — 9. — P. 123–143. 132 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 10. G a s s S . I . Linear programming. Methods and applications. 5th ed. — New York: McGraw-Hill, 1985. 11. M a r k o w i t z H . M . Portfolio selection // Journal of Finance. — 1952. — 7. — P. 77–91. 12. G o l d r e n A . P . , C o x T . B . AMAX Report, CPR-2, AMAX Materials Research Center, Ann Arbor, MI (1986). 13. Æ è ã ë ÿ â ñ ê è é À . À . , Æ è ë è í ñ ê à ÿ À . à . Ìåòîäû ïîèñêà ãëîáàëüíîãî ýêñòðåìóìà. — Ì.: Íàóêà, 1991. — 248 ñ. 14. H a n s e n E . Global optimization using interval analysis. — New York: Dekker, 1992. — 532 p. Íàä³éøëà äî ðåäàêö³¿ 04.01.2016 Ã.Ì. Çðàæåâñüêèé, Î.Ì. Ãîëîäí³êîâ, Ñ.Ï. Óðÿñüºâ, O.Ã. Çðàæåâñüêèé ÐÎÇÐÎÁÊÀ ÌÅÒÎIJ ÎÏÒÈ̲ÇÀÖ²¯ ÄËß ÏÎØÓÊÓ ÍÀÉÊÐÀÙί ÊÎÌÁ²ÍÀÖ²¯ ̲ÖÍÎÑÒ² ÒÀ Â’ßÇÊÎÑÒ² ÑÏËÀ² Àíîòàö³ÿ. Çàïðîïîíîâàíî ìàòåìàòè÷í³ ìåòîäè äëÿ îïòèì³çàö³¿ õ³ì³÷íîãî ñêëàäó ñïëàâ³â òà òåõíîëîã³÷íèõ ïàðàìåòð³â ¿õíüîãî âèãîòîâëåííÿ â ïðî- öåñ³ ðîçðîáëåííÿ íîâèõ ìàðîê ñòàëåé â óìîâàõ çíà÷íî¿ íåâèçíà÷åíîñò³.  îïòèì³çàö³éíèõ çàäà÷àõ âèêîðèñòîâóþòüñÿ ñòàòèñòè÷í³ ìîäåë³ ìåõàí³÷íèõ âëàñòèâîñòåé íîâèõ ñïëàâ³â. Äëÿ îö³íêè ïðàâîãî õâîñòà éìîâ³ðí³ñíîãî ðîç- ïîä³ëó ïîêàçíèêà ðóéíóâàííÿ çà ìåòîäîì Øàðï³ ç V-ïîä³áíèì íàäð³çîì (CVN) âèêîðèñòàíî CVaR, ÿêèé º îïóêëîþ ôóíêö³ºþ. Çàïðîïîíîâàíî ìàòå- ìàòè÷í³ ìåòîäè ðîçâ’ÿçàííÿ òàêèõ çàäà÷ ìàêñèì³çàö³¿. Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ñïëàâ, îïòèì³çàö³ÿ, CVaR, êâàíòèëü, CVN. G.M. Zrazhevsky, À.N. Golodnikov, S.Ð. Uryasev, A.G. Zrazhevsky OPTIMIZATION TECHNIQUES TO OBTAIN THE BEST COMBINATION OF ALLOY STRENGTH AND TOUGHNESS Abstract. The paper proposes mathematical tools for optimization of combinations of processing parameters and alloy compositions for the development of new and improved steels. Development process of new steels involves a lot of uncertainties. For this reason statistical models for mechanical properties of new alloys are used in optimization problems. Particularly, we use CVaR for estimating the right tail of CVN (Charpy V-Notch impact on toughness) distribution. This results in non-concave (convex) objective functions in maximization problem. The paper suggests methods for solving such a problem. Keywords: alloy, optimization, CVaR, quantile, CVN. Çðàæåâñêèé Ãðèãîðèé Ìèõàéëîâè÷, êàíäèäàò ôèç.-ìàò. íàóê, äîöåíò Êèåâñêîãî íàöèîíàëüíîãî óíèâåðñèòåòà èìåíè Òàðàñà Øåâ÷åíêî, e-mail: zgrig@univ.kiev.ua. Ãîëîäíèêîâ Àëåêñàíäð Íèêîëàåâè÷, êàíäèäàò ôèç.-ìàò. íàóê, âåäóùèé íàó÷íûé ñîòðóäíèê Èíñòèòóòà êèáåðíåòèêè èì. Â.Ì. Ãëóøêîâà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ. Óðÿñüåâ Ñòàíèñëàâ Ïàâëîâè÷, êàíäèäàò ôèç.-ìàò. íàóê, ïðîôåññîð Ôëîðèäñêîãî óíèâåðñèòåòà, Ãåéíñâèëë, Ôëîðèäà, ÑØÀ, e-mail: uryasev@ufl.edu. Çðàæåâñêèé Àëåêñåé Ãðèãîðüåâè÷, êàíäèäàò òåõí. íàóê, àíàëèòèê-ñòàòèñòèê êîìïàíèè American Optimal Decisions, Gainesville, Fl, USA, e-mail: alex.zrazhevsky@aorda.com. ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2016, òîì 52, ¹ 4 133
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142004
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0023-1274
language Russian
last_indexed 2025-12-01T21:58:06Z
publishDate 2016
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format dspace
spelling Зражевский, Г.М.
Голодников, A.Н.
Урясьев, С.П.
Зражевский, A.Г.
2018-09-19T19:22:54Z
2018-09-19T19:22:54Z
2016
Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов / Г.М. Зражевский, A.Н. Голодников, С.П. Урясьев, A.Г. Зражевский // Кибернетика и системный анализ. — 2016. — Т. 52, № 4. — С. 118-133. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
0023-1274
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142004
669:539.42:519.853.4
Предложены математические методы для оптимизации химического состава сплавов и технологических параметров их изготовления в процессе разработки новых марок сталей в условиях значительной неопределенности. В оптимизационных задачах использованы статистические модели механических свойств новых сплавов. Для оценки правого хвоста распределения вероятностей показателя разрушения по методу Шарпи с V-образным надрезом (CVN) использован CVaR, который является выпуклой функцией. Предложены математические методы решения задач максимизации.
Запропоновано математичні методи для оптимізації хімічного складу сплавів та технологічних параметрів їхнього виготовлення в процесі розроблення нових марок сталей в умовах значної невизначеності. В оптимізаційних задачах використовуються статистичні моделі механічних властивостей нових сплавів. Для оцінки правого хвоста ймовірнісного розподілу показника руйнування за методом Шарпі з V-подібним надрізом (CVN) використано CVaR, який є опуклою функцією. Запропоновано математичні методи розв’язання таких задач максимізації.
The paper proposes mathematical tools for optimization of combinations of processing parameters and alloy compositions for the development of new and improved steels. Development process of new steels involves a lot of uncertainties. For this reason statistical models for mechanical properties of new alloys are used in optimization problems. Particularly, we use CVaR for estimating the right tail of CVN (Charpy V-Notch impact on toughness) distribution. This results in non-concave (convex) objective functions in maximization problem. The paper suggests methods for solving such a problem.
ru
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Кибернетика и системный анализ
Системный анализ
Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
Розробка методів оптимізації для пошуку найкращої комбінації міцності та в’язкості сплавів
Optimization techniques to obtain the best combination of alloy strength and toughness
Article
published earlier
spellingShingle Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
Зражевский, Г.М.
Голодников, A.Н.
Урясьев, С.П.
Зражевский, A.Г.
Системный анализ
title Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
title_alt Розробка методів оптимізації для пошуку найкращої комбінації міцності та в’язкості сплавів
Optimization techniques to obtain the best combination of alloy strength and toughness
title_full Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
title_fullStr Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
title_full_unstemmed Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
title_short Разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
title_sort разработка методов оптимизации для поиска наилучшей комбинации показателей прочности и вязкости сплавов
topic Системный анализ
topic_facet Системный анализ
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142004
work_keys_str_mv AT zraževskiigm razrabotkametodovoptimizaciidlâpoiskanailučšeikombinaciipokazateleipročnostiivâzkostisplavov
AT golodnikovan razrabotkametodovoptimizaciidlâpoiskanailučšeikombinaciipokazateleipročnostiivâzkostisplavov
AT urâsʹevsp razrabotkametodovoptimizaciidlâpoiskanailučšeikombinaciipokazateleipročnostiivâzkostisplavov
AT zraževskiiag razrabotkametodovoptimizaciidlâpoiskanailučšeikombinaciipokazateleipročnostiivâzkostisplavov
AT zraževskiigm rozrobkametodívoptimízacíídlâpošukunaikraŝoíkombínacíímícnostítavâzkostísplavív
AT golodnikovan rozrobkametodívoptimízacíídlâpošukunaikraŝoíkombínacíímícnostítavâzkostísplavív
AT urâsʹevsp rozrobkametodívoptimízacíídlâpošukunaikraŝoíkombínacíímícnostítavâzkostísplavív
AT zraževskiiag rozrobkametodívoptimízacíídlâpošukunaikraŝoíkombínacíímícnostítavâzkostísplavív
AT zraževskiigm optimizationtechniquestoobtainthebestcombinationofalloystrengthandtoughness
AT golodnikovan optimizationtechniquestoobtainthebestcombinationofalloystrengthandtoughness
AT urâsʹevsp optimizationtechniquestoobtainthebestcombinationofalloystrengthandtoughness
AT zraževskiiag optimizationtechniquestoobtainthebestcombinationofalloystrengthandtoughness