Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу
Описано структуру спеціалізованого програмного комплексу моделювання на основі ітераційних алгоритмів методу групового урахування аргументів (МГУА) з можливістю мультидоступу через Інтернет або локальну мережу. В програмному комплексі процес моделювання реалізовано у трьох режимах діалогу — два авто...
Saved in:
| Published in: | Системні дослідження та інформаційні технології |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85459 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу / О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2014. — № 1. — С. 43-55. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859730120371077120 |
|---|---|
| author | Булгакова, О.С. Зосімов, В.В. Степашко, В.С. |
| author_facet | Булгакова, О.С. Зосімов, В.В. Степашко, В.С. |
| citation_txt | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу / О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2014. — № 1. — С. 43-55. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Системні дослідження та інформаційні технології |
| description | Описано структуру спеціалізованого програмного комплексу моделювання на основі ітераційних алгоритмів методу групового урахування аргументів (МГУА) з можливістю мультидоступу через Інтернет або локальну мережу. В програмному комплексі процес моделювання реалізовано у трьох режимах діалогу — два автоматичних (стандартний та плановий) та один інтерактивний, коли можна втручатися в процес самоорганізації моделей. Програмне забезпечення працює з різними наборами даних у форматі Excel та текстовому редакторі Блокнот. Будуються моделі різної складності та структури з різним розбиттям вибірки. Найкращі моделі представляються системою для графічного і змістового аналізу та зберігаються в базі даних разом із проміжними розрахунками і результатами експериментів для подальшого застосування. Система одночасно працює з трьома базами даних: початковою, базою даних проміжних розрахунків та базою даних результатів.
Описана структура специализированного программного комплекса моделирования на основе итерационных алгоритмов метода группового учета аргументов (МГУА) с возможностью мультидоступа через Интернет или локальную сеть. В программном комплексе процесс моделирования реализован в трех режимах диалога — двух автоматических (стандартный и плановый) и один интерактивный — когда можно вмешиваться в процесс самоорганизации моделей. Программное обеспечение работает с различными наборами данных в формате Excel и текстовом редакторе Блокнот. Строятся модели различной сложности и структуры с различным разбиением выборки. Лучшие модели представляются системой для графического и смыслового анализа и хранятся в базе данных вместе с промежуточными расчетами и результатами экспериментов для дальнейшего применения. Система одновременно работает с тремя базами данных: начальной базой данных, промежуточных расчетов и базой данных результатов.
The structure of specialized modeling software based on iterative algorithms of the group method of data handling (GMDH) with the possibility of multiple access via the Internet or LAN is described. In the simulation software package implemented in three modes of dialogue — two automatic (standard and planning) and one interactive — where you can intervene in the process of self-organization models. The software works with different sets of data in Excel and Notepad text editor. The models construct of varying complexity and structure and with different sample decomposition. The best models are presented for the graphic system and semantic analysis and stored in the database along with the intermediate calculations and experimental results for later use. The system works with three databases: an initial database, database of intermediate calculations and results database.
|
| first_indexed | 2025-12-01T13:05:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
© О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко, 2014
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 43
TIДC
ПРОБЛЕМНО І ФУНКЦІОНАЛЬНО
ОРІЄНТОВАНІ КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ
ТА МЕРЕЖІ
УДК 681.5.015
ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛЮВАННЯ СКЛАДНИХ
СИСТЕМ НА ОСНОВІ ІТЕРАЦІЙНИХ АЛГОРИТМІВ МГУА
З МОЖЛИВІСТЮ МЕРЕЖЕВОГО ДОСТУПУ
О.С. БУЛГАКОВА, В.В. ЗОСІМОВ, В.С. СТЕПАШКО
Описано структуру спеціалізованого програмного комплексу моделювання на
основі ітераційних алгоритмів методу групового урахування аргументів
(МГУА) з можливістю мультидоступу через Інтернет або локальну мережу.
В програмному комплексі процес моделювання реалізовано у трьох режимах
діалогу — два автоматичних (стандартний та плановий) та один інтерактив-
ний, коли можна втручатися в процес самоорганізації моделей. Програмне за-
безпечення працює з різними наборами даних у форматі Excel та текстовому
редакторі Блокнот. Будуються моделі різної складності та структури з різним
розбиттям вибірки. Найкращі моделі представляються системою для графічно-
го і змістового аналізу та зберігаються в базі даних разом із проміжними роз-
рахунками і результатами експериментів для подальшого застосування. Сис-
тема одночасно працює з трьома базами даних: початковою, базою даних
проміжних розрахунків та базою даних результатів.
ВСТУП
Прикладні задачі прийняття рішень у складних системах часто розв’язуються
на основі моделей, побудованих за експериментальними даними. Однак
у проблемним є як урахування всіх чинників, що впливають на ситуацію
в конкретних умовах, так і складність збору достовірної інформації.
На сьогодні існує багато методів, які використовують в задачах моде-
лювання, але не всі вони орієнтовані на побудову моделей складних систем
в умовах неповноти інформації. У таких задачах переважають методи та за-
соби індуктивного моделювання, призначені передусім для функціонально-
го опису входо-вихідних характеристик систем.
Серед різноманітних методів моделювання за експериментальними да-
ними вирізняється метод групового урахування аргументів (МГУА), авто-
ром якого є академік О.Г. Івахненко. Цей метод дозволяє будувати моделі
безпосередньо за вибіркою даних, без залучення додаткової апріорної інфор-
мації.
МГУА успішно застосовують в задачах аналізу даних і виявлення зако-
номірностей, прогнозування і моделювання, кластеризації та розпізнавання
образів. Він дає можливість автоматично знаходити взаємозалежності в да-
них, обирати оптимальну складність моделі. Станом на сьогодні розроблено
і досліджено багато різновидів алгоритмів МГУА перебірного та ітераційно-
О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2014, № 1 44
го типу. Перебірні алгоритми ефективні як засіб структурної ідентифікації,
але лише за обмеженого числа аргументів. Ітераційні алгоритми працездатні
за великої кількості аргументів, але специфіка їхньої архітектури не гаран-
тує побудови моделі істинної структури [1]. Досі ці два класи алгоритмів
розвивались без поєднання їх сильних сторін.
Нині найбільш поширеним є класичний багаторядний ітераційний ал-
горитм МГУА, проте він має свої істотні недоліки: можливість втрати інфор-
мативних та/або включення неінформативних аргументів, експоненційне
зростання степеня полінома. Комплексне вирішення цих проблем було за-
пропоноване в архітектурі узагальненого ітераційного алгоритму [2]. Крім
того, з розвитком Інтернет-технологій з’явилася можливість використання
веб-інтерфейсу як засобу забезпечення комфортної та ефективної роботи
користувача.
Мета роботи — представити інструментальні засоби для практичного
застосування теорії, методів, алгоритмів та інтелектуальних технологій ін-
дуктивного моделювання, прогнозування і виявлення закономірностей для
інформаційної підтримки прийняття рішень у складних системах.
ХАРАКТЕРИСТИКА ІТЕРАЦІЙНИХ АЛГОРИТМІВ ІНДУКТИВНОГО
МОДЕЛЮВАННЯ
Ітераційні алгоритми МГУА [1–3] розв’язують задачі побудови моделей за
вибіркою )( yXW = даних n спостережень за m вхідними та однією вихід-
ною змінними. Для програмної реалізації в системі моделювання було об-
рано такі різновиди алгоритмів:
• багаторядний — класичний алгоритм МГУА, де в процесі обчислень
на кожній ітерації (ряді селекції) формуються проміжні частинні моделі
з усіх можливих пар аргументів, якими є F кращих виходів попереднього
ряду r, де F — свобода вибору рішень:
),(1 r
j
r
i
r
l yyfy =+ , ;;,,1;,,1 2
mCFijFi KK +== (1)
• релаксаційний — алгоритм, у якому пари формуються з проміжних
та початкових аргументів:
);,(1
j
r
i
r
l xyfy =+ (2)
• комбінований — алгоритм, де пари формуються як з проміжних, так
і з початкових аргументів, тобто він об’єднує два попередніх
),(),()1(
j
r
i
r
j
r
i
r
l xyfyyfy ∨=+ (3)
• узагальнений [1] — алгоритм, де пари формуються як у комбінова-
ному, а також застосовується комбінаторна оптимізація складності всіх час-
тинних моделей (рис.1):
).,(),( optopt
)1(
j
r
i
r
j
r
i
r
l xyfyyfy ∨=+ (4)
Очевидно, що три попередні різновиди алгоритмів є окремими випад-
ками узагальненого. У цьому алгоритмі комбінаторна оптимізація складнос-
ті частинних моделей полягає в тому, що на кожному ряді розглядаються
моделі, наприклад, такого виду (у разі лінійного частинного опису):
Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 45
1
32
1
2110),( −− ++= r
j
r
i
r
j
r
i ydaydadayyf , (5)
де 3,2,1, =kdk — елементи двійкового структурного вектора d, що прийма-
ють значення 1 або 0 (включення чи невключення відповідного аргумента):
}1,0{=kd , ).,,(),( optopt dyyfyyf r
j
r
i
r
j
r
i = (6)
Схема перебору при цьому має вигляд:
opt
min
7
6
5
4
3
2
1
1
2
1
107
1
2
1
16
1
105
1
104
1
13
1
12
01
111
110
101
011
100
010
001
f
CR
CR
CR
CR
CR
CR
CR
yayaaf
yayaf
yaaf
yaaf
yaf
yaf
af
r
j
r
i
r
j
r
i
r
j
r
i
r
j
r
i
⇒
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪⎪
⎪
⎬
⎫
++=→
+=→
++=→
+=→
=→
=→
=→
−−
−−
−
−
−
−
, (7)
при цьому обирається найкращий варіант за мінімумом критерію CR, тобто
оптимізується складність частинної моделі.
Всі алгоритми шукають оптимальну модель як розв’язок задачі оптимізації:
)),,(,(minarg*
f
f
XfyCRf θ
)
Φ∈
= (8)
де CR — деякий критерій селекції, наприклад, критерій регулярності:
,ˆˆ
22
|| ABBABBAB XyyyAR θ−=−= (9)
Рис. 1. Приклад схеми роботи узагальненого ітераційного алгоритму МГУА
О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2014, № 1 46
що ґрунтується на розбитті вибірки W на дві частини A та B обсягом An та
Bn , ,nnn BA =+ де Aθ̂ — оцінка параметрів на підвибірці A за допомогою
МНК.
ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛЮВАННЯ СКЛАДНИХ СИСТЕМ ІЗ
ЗАСТОСУВАННЯМ МЕРЕЖЕВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Нижче описано веб-технології для моделювання складних систем на основі
ітераційних алгоритмів МГУА різного типу з можливістю доступу через Ін-
тернет. Як ядро розробленої технології застосовується узагальнений ітера-
ційний алгоритм МГУА.
Серверно-клієнтська взаємодія в програмному комплексі визначає фун-
кціональний розподіл між клієнтською та серверною частиною на так звані
«операційні рівні»:
• інтерфейс користувача — веб-інтерфейс, який відповідає за пред-
ставлення даних та своєчасне реагування на команди користувача;
• сервер, який відповідає як за прикладний рівень, на якому викону-
ється обробка інформації, що поступила від користувача, так і за рівень
управління даними, забезпечуючи їх зберігання та доступ до них.
Загальна функціональна схема програмного комплексу на основі ітера-
ційних алгоритмів МГУА для моделювання складних систем із застосуван-
ням мережевих технологій представлено на рис. 2, яка складається з декіль-
кох блоків: блок зберігання даних, в якому зберігаються як вхідні та вихідні
дані, так і проміжні результати; блок формування задачі, в якому можна за-
давати управляючі параметри; блок розв’язання задачі, в якому процес мо-
делювання може виконуватися в трьох режимах — два автоматичних та ін-
терактивний. Нижче кожен з блоків розписано більш детально.
За допомогою блоку зберігання даних, маючи початкову вибірку (отри-
ману з наявного файлу), є можливість розбивати дані на проекти, зберігати
проміжні розрахунки для подальшого продовження процесу моделювання,
зберігати остаточні результати розрахунків, а також використовувати отри-
мані моделі для нових даних.
Система одночасно працює з трьома базами даних: початковою базою
даних, базою даних розрахунків та базою даних результатів. Більш детально
блок зберігання даних розглянуто на рис. 3.
Після того, як початкову вибірку згенеровано або отримано, переходи-
мо до блоку формування задачі (рис. 4). На цьому етапі вибірка поділяється
на дві частини — навчальну та перевірочну: на навчальній оцінюються кое-
фіцієнти моделі, на перевірочній вибираються кращі моделі ряду за допомо-
гою різних критеріїв (за замовчуванням — критерій регулярності). У ході
генерації вибірки даних є можливість задавати: тип розбиття вибірки, рівень
шуму, зовнішній критерій, вибір алгоритму моделювання.
Далі, залежно від використання різних модифікацій багаторядного ал-
горитму МГУА, генеруються моделі різної складності, для кожної з яких
обчислюється значення критерію, за яким вони відбираються для наступно-
го ряду (рис. 5).
Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 47
Вихідний
файл
Рис. 3. Приклад блоку зберігання даних
Рис. 2. Загальна функціональна схема програмного комплексу на основі ітераційних
алгоритмів МГУА для моделювання складних систем із застосуванням мережевих
технологій
Блок зберігання даних
О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2014, № 1 48
У програмному комплексі процес моделювання може бути реалізовано
у трьох режимах (два автоматичних та один інтерактивний):
• автоматичний (процес самоорганізації моделей виконується авто-
матично). Крім того, автоматичний режим реалізовано у двох варіантах:
Кількість кращих моделей
ряду, що задається
Рис. 5. Блок розв’язання задачі моделювання (А — оцінка параметрів моделей та
знаходження значення критерію регулярності для кожної моделі)
Вибірка даних
m×n
У
За замовчуванням
Рис. 4. Блок формування задачі моделювання
(nB)
Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 49
– стандартний — задається вид частинного опису та свобода вибору
однаковими для всіх без винятку рядів;
– планований — процес самоорганізації моделей виконується автома-
тично згідно з заданим планом, тобто коли вид частинного опису та свобода
вибору задаються різними для різних рядів:
• інтерактивний (можна безпосередньо втручатися в процес самоор-
ганізації моделей):
– на будь якому ряді включати або не включати модифікації;
– змінювати складність моделей частинного опису;
– вибирати різну кількість моделей, що перейдуть на наступний ряд;
– використовувати різні критерії вибору кращих моделей.
Крім того, процес самоорганізації можна зупиняти на довільному етапі
обчислення, а потім у будь-який момент часу продовжити розрахунки, при
цьому всі проміжні розрахунки будуть збережені. Різні аспекти організації
інтерфейсу користувача та особливості його використання описано нижче.
РЕАЛІЗАЦІЯ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ З МОЖЛИВІСТЮ
КЕРУВАННЯ ЧЕРЕЗ ВЕБ-ІНТЕФЕЙС
Основний код програми написано у процедурному стилі. Основним спосо-
бом взаємодії з програмою є веб-доступ, проте з нею можна працювати
й локально, запустивши одночасно декілька процесів без додаткових затрат
часу. Розглянемо більш детально основні принципи організації доступу.
Принципи організації Інтернет-доступу до програми
Програму розбито на модулі, велика частина яких підтримує cli (інтерфейс
командного рядка). Проте основним способом взаємодії з програмою є веб-
доступ, для реалізації якого використовується реrl модуль main.cgi на сер-
верній стороні та javascript модуль index.htm на клієнтській стороні. Розгля-
немо спершу загальну схему роботи веб додатків, які відносяться до катего-
рії клієнт-сервер.
В ролі клієнта найчастіше виступає спеціальна програма — браузер.
Браузер формує візуальне відображення даних і надає користувачу можли-
вість взаємодії з ними використовуючи клавіатуру, мишу, тачпад та інші
маніпулятори. Також браузер надає середовище для дії коду, що виконуєть-
ся на стороні клієнта. Найбільш універсальною і найчастіше виконуваною
мовою для клієнтської сторони є javаscript. Браузер може звертатися до веб-
сервера за протоколом HTTP, при цьому дії користувача перетворюються на
запити спеціального виду, а відповіді сервера візуалізуються. Частину пере-
творень браузер може робити самостійно, проте найбільші можливості досяга-
ються взаємодією браузера та клієнтського коду сторінки, яка переглядається.
В якості сервера може виступати як безпосередньо серверна частина
додатку, так і спеціальне програмне забезпечення, яке називається веб-
сервером. Веб-сервер приймає запити за HTTP -протоколом, аналізує їх та
видає відповідь самостійно або передає перетворені параметри запиту до-
датку, чекає його виконання і передає відповідь додатка клієнту, можливо
частково його модифікуючи. Існує кілька способів взаємодії веб-сервера
і серверного додатку, з них найстарішим, але, як і раніше, дуже актуальним
є cgi-common gateway interface.
О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2014, № 1 50
Веб-доступ до додатка можна подати як чотирикомпонентну схему
(рис. 6).
В цій схемі браузер і веб-сервер є зовнішніми (щодо додатку) з частко-
во замінюваними компонентами. При цьому один веб-сервер може обслуго-
вувати одразу декілька клієнтів, тоді як один клієнт може звертатися до різ-
них веб-серверів. Також варто зазначити, що у разі правильного підходу
серверна частина додатка визначає можливості, що надаються, а клієнт-
ська — інтерфейс. Причому клієнтська частина може бути більш ніж одного
виду, тим самим дозволяючи надати користувачу можливість вибору між
різними інтерфейсами до одного і того ж функціонала.
Серверну частину нашого додатка виконано на мові Perl, як і основний
код. Усі взаємодії з веб-сервером зібрано в модулі main.cgi. Він реалізує по-
чатковий розбір і перевірку параметрів, здійснює аутентифікацію користу-
вача і визначає доступні йому дані, вибирає відповідний для обробки запиту
модуль, перетворює отримані дані у відповідну форму, забезпечує коректну
обробку фатальних помилок у модулі, що викликаний. Спілкування з веб-
сервером йде за протоколом cgi, текстова інформація для клієнтської части-
ни передається у вигляді JSON.
Клієнтську частину виконано мовою javascript із використанням
об’єктно-орієнтованого фреймворка extJS та концепції AJAX й вона має
вигляд єдиної сторінки index.htm. Запити до сервера надсилаються без пере-
завантаження сторінки, отримані відповіді змінюють її зовнішній вигляд.
У разі недоступності сервера або збою серверної частини користувачу ви-
водяться повідомлення щодо помилок. Для зменшення кількості звернень
до сервера здійснюється часткова перевірка заповнення форм і відключення
частини елементів, поки не пройдено аутентифікацію, а для збереження ін-
формації про це використовуються cookies. Варто зазначити, що всі перевірки
на клієнтській стороні зроблено тільки для зручності, за бажання вони
легко обходяться користувачем, перевірки безпеки здійснюються на сервер-
ній стороні.
Принципи організації локального доступу до програми
Доступ до Інтернету не є необхідним для роботи з комплексом, веб-сервер
цілком можна запустити на машині клієнта або в межах локальної мережі.
Локальний доступ до програми реалізовано за тією ж схемою, що і веб-
доступ (рис. 6). Різниця полягає в тому, що для локального доступу не по-
трібне підключення до мережі Інтернет. У ролі сервера може виступати
будь-який комп’ютер, підключений до локальної мережі, на який встанов-
лено відповідне програмне забезпечення.
В роботі локальної версії програми використовується той же веб-
інтерфейс, що й у програмі з Інтернет-доступом. Оператор, який звик корис-
туватися програмою з Інтернет-доступом, навіть не побачить різниці, і йому
не треба буде вивчати новий інтерфейс та звикати до нього.
Клієнтська
частина
Браузер Веб-сервер Серверна
частина
Рис. 6. Організація веб-доступу до додатка
Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 51
У комплексі реалізовано можливість ведення кількох розрахунків од-
ночасно. Для кожного окремого розрахунку використовується окреме ядро
процесора. Це дозволяє кільком операторам вести одночасні розрахунки без
втрати швидкості роботи програми.
ІНТЕРФЕЙС КОМПЛЕКСУ
Розроблений інтерфейс програми являє собою сукупність засобів, за допо-
могою яких користувач може керувати процесом моделювання. Реалізовано
такі особливості інтерфейсу: процес самоорганізації можна зупиняти на
будь-якому етапі обчислення, а потім у будь-який момент часу продовжити
розрахунки, при цьому всі проміжні розрахунки будуть збережено; на будь-
якому ряді можна включати або не включати різні модифікації, змінювати
складність моделей частинного опису, вибирати різну кількість моделей, що
перейдуть на наступний ряд, змінювати критерії вибору кращих моделей.
Далі розглянуто особливості інтерфейсу.
База даних
У базі даних зберігаються початкові дані, дані розрахунків та дані результа-
тів. Маючи початкову вибірку, можна розбивати дані на проекти, зберігати
проміжні розрахунки для подальшого продовження процесу моделювання,
зберігати результати розрахунків, а також використовувати отримані моделі
на нових даних.
Введення даних виконується поза системою, використовуючи для цьо-
го табличний редактор Excel або текстовий редактор Блокнот.
Під час завантаження даних на сервер можна створити окремий проект, до
якого будуть вносити усі розрахунки та результати, пов’язані з ним (рис. 7).
Рис. 7. Приклад веб-інтерфейсу програмного комплексу: вкладка «Проекти»
О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2014, № 1 52
Всі розрахунки, які проводилися з даними, зберігаються у вкладці
«Расчеты». Це дає змогу на будь-якому етапі зупинити процес моделюван-
ня, зберегти розрахунок на цьому етапі та продовжити процес, коли буде
зручно. Бінарний файл розрахунків можна завантажити як на власний
комп’ютер, так і на сервер через веб-інтерфейс для продовження розра-
хунків.
Для більш зручної роботи з базою розрахунків створено можливість їх
копіювання. Така функція дає можливість експериментувати з файлом роз-
рахунків, використовуючи його копію, а не оригінал.
Результати процесу моделювання зберігаються на вкладці «Результа-
ты», де також є можливість завантажити файл результатів як на ПК, так і на
сервер (таблиця).
Т а б л и ц я . Структура файлу результатів для Excel або Блокнот
1 #chaos: 0 num A: 19
DM=1 ІC=2
MR=2
2 #iteration: 1 num:0 add_base:0 opt:l error: 41,530668
3 #iteration: 2 num:10 add_base:0 opt:l error: 33,869917
4 #iteration: 3 num:10 add_base:0 opt:l error: 31,615493
5 #iteration: 4 num:10 add_base:0 opt:l error: 31,589807
… … … … …
6
7
Формула:
у= – 121435,752+1,025*X7+0,368*X5+23,673*X2+3581,541*X3+0,361*X1
Помилка на А: 27,851 Помилка на В: 31,589 Середня помилка на А: 1,255
Середня помилка на В: 3,858
8 Значення заданої вибірки А: 157,291 204,353 223,079…
Значення заданої вибірки В: 228,414 202,363 218,522…
9 Значення отриманої вибірки А: 156,281 205,113 223,082…
Значення отриманої вибірки В: 229,412 202,472 217,112…
У таблиці сірим кольором виділено слова, які не пишуться в файлі ре-
зультату. Значення слів, написаних англійською мовою, таке:
• сhaos — шум;
• num A — кількість рядків (точок) у вибірці А;
• iteration — номер ітерації;
• num — кількість відібраних моделей ряду, які перейдуть на наступ-
ний ряд (якщо 0, то переходять усі частинні моделі);
• add_base — додавання початкового базису (0 — без додавання, 1 —
з додаванням);
• opt (optimization) — оптимізація (l — комбінаторна оптимізація лі-
нійного частинного опису, sq — комбінаторна оптимізація квадратичного
частинного опису);
• error — помилка ряду;
• DM, ІС, MR — ідентифікатори, що використовуються для кодування
ітераційних алгоритмів. Наприклад, DM = 1, ІС = 2, MR = 2 відповідає
релаксаційному ітераційно-комбінаторному алгоритму зі стандартним авто-
матичним режимом.
Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 53
На вкладку «Выборка С» завантажуються дані для перевірки отриманої
моделі на додатковій екзаменаційній частині даних.
Блок формування задачі
На цьому етапі відбувається процес формування задачі:
• вибір модифікації алгоритму;
• розбиття вибірки: за замовчуванням вибірку буде поділено у про-
порції 2/3 (навчальна підвибірка А) та 1/3 (перевірочна підвибірка В). Якщо
вказати частку точок для А в інтервалі від 0 до 1, то для В залишиться решта
точок;
• додавання шуму на вектор значень вихідної змінної. Шум задається
в інтервалі від 0 до 1, де 0 — нульовий рівень шуму, а 1 — 100% шуму;
• призначення критерію, за яким будуть відбиратися кращі моделі ряду.
Алгоритм може змінювати свою структуру за заданим планом, на-
приклад, запис sq 1 20 означає:
• sq — комбінаторна оптимізація квадратичного частинного опису
(lin — лінійного);
• 1 — з додаванням початкового базису (0 — без додавання);
• 20 — свобода вибору .20=F
Кожен рядок вказує номер ряду (ітерації) алгоритму, останній рядок
дублюється до кінця процесу. Якщо останній рядок буде містити літеру s, то
це означає зупинку процесу, який можна буде продовжити в інтерактивному
режимі. Після того як задачу сформульовано, слід натиснути кнопку «Соз-
дать». Як тільки розрахунки закінчаться, користувача буде повідомлено
у відповідному діалоговому вікні.
Модуль розрахунків
Далі, залежно від використання різних варіантів оптимізації (які було обра-
но на попередньому етапі), генеруються моделі різної складності, для кож-
ної з яких обчислюється значення критерію, за яким вони відбираються
для наступного ряду (рис. 8).
На цьому етапі можна продовжувати розрахунки в інтерактивному ре-
жимі, коли в процес побудови моделей можна безпосередньо втручатися:
продовжити обчислення, в якому на будь якому ряді можна включати або не
включати запропоновані модифікації; змінювати складність моделей час-
тинного опису; вибирати різну кількість моделей, що перейдуть на наступ-
ний ряд; використовувати різні критерії вибору кращих моделей.
Така структурна побудова дає змогу експериментувати з вхідними да-
ними на кожному етапі, тим самим у режимі онлайн змінюючи структуру
алгоритму.
В цьому модулі відображаються як графічно, так і чисельно значення
мінімальних помилок попередніх та наступних рядів. Також тут можна по-
бачити помилки всіх розв’язків конкретного ряду. Зберегти обрану модель
можна, натиснувши на знак «плюс», після чого з’явиться вікно «сохранение
расчетов», у якому слід задати ім’я отриманого результату, а також додати
коментар.
О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко
ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2014, № 1 54
Після того, як процес моделювання завершено, переходимо на вклад-
ку «Результаты расчетов» (рис. 9), де можна побачити:
Y
Y on B
Y
Y on A
Рис. 9. Приклад модулю результатів
Рис. 8. Приклад модулю розрахунків
Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів …
Системні дослідження та інформаційні технології, 2014, № 1 55
• формулу, яка відображає залежність вхідних змінних від вихідної;
• значення критерію на підвибірках А та В;
• середнє значення критерію на підвибірках А та В;
• історію процесу моделювання: кількість ітерацій, кількість моделей
ряду, похибка ряду, модифікація алгоритму.
Крім того, можна побудувати графіки функцій, абсолютних помилок на
різних підвибірках у вигляді гістограм, ліній та точок.
ВИСНОВКИ
Описане програмне забезпечення дозволяє працювати з різними наборами
даних, виконувати сплановані обчислювальні експерименти [3] та
розв’язувати практичні задачі моделювання. Програма має зручний інтер-
фейс для роботи з даними та різними варіантами ітераційних алгоритмів
МГУА. Моделі, які побудовано, надаються системою для графічного і зміс-
товного аналізу та зберігаються в базі даних для подальшого застосування.
Реалізовано онлайн-систему, в якій процес моделювання може бути викона-
ний в автоматичному та інтерактивному режимах з Інтернет-доступом.
Описані в статті засоби автоматизованої технології побудови моделей
складних систем на основі узагальненого ітераційного алгоритму МГУА
застосовувались як для порівняльних досліджень ефективності різних алго-
ритмів за допомогою обчислювальних експериментів, так і для розв’язання
реальних задач моделювання екологічних та економічних об’єктів і систем.
ЛІТЕРАТУРА
1. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспе-
риментальным данным. — М.: Радио и связь, 1986. — 118 с.
2. Степашко В.С., Булгакова О.С., Зосімов В.В. Гібридні алгоритми самооргані-
зації моделей для прогнозування складних процесів // Індуктивне моделю-
вання складних систем. Збірник праць, випуск 2. — Київ: МННЦ ІТС,
2010. — С. 236–246.
3. Булгакова О.С., Степашко В.С. Порівняльний аналіз ефективності ітераційних
алгоритмів МГУА за допомогою обчислювальних експериментів / Бул-
гакова О.С // Вісник ЧДТУ. — № 1. — Черкаси: Вид-во ЧДТУ, 2011. —
С. 41–44.
Надійшла 22.05.2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85459 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1681–6048 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T13:05:54Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Булгакова, О.С. Зосімов, В.В. Степашко, В.С. 2015-08-06T15:43:41Z 2015-08-06T15:43:41Z 2014 Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу / О.С. Булгакова, В.В. Зосімов, В.С. Степашко // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2014. — № 1. — С. 43-55. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 1681–6048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85459 681.5.015 Описано структуру спеціалізованого програмного комплексу моделювання на основі ітераційних алгоритмів методу групового урахування аргументів (МГУА) з можливістю мультидоступу через Інтернет або локальну мережу. В програмному комплексі процес моделювання реалізовано у трьох режимах діалогу — два автоматичних (стандартний та плановий) та один інтерактивний, коли можна втручатися в процес самоорганізації моделей. Програмне забезпечення працює з різними наборами даних у форматі Excel та текстовому редакторі Блокнот. Будуються моделі різної складності та структури з різним розбиттям вибірки. Найкращі моделі представляються системою для графічного і змістового аналізу та зберігаються в базі даних разом із проміжними розрахунками і результатами експериментів для подальшого застосування. Система одночасно працює з трьома базами даних: початковою, базою даних проміжних розрахунків та базою даних результатів. Описана структура специализированного программного комплекса моделирования на основе итерационных алгоритмов метода группового учета аргументов (МГУА) с возможностью мультидоступа через Интернет или локальную сеть. В программном комплексе процесс моделирования реализован в трех режимах диалога — двух автоматических (стандартный и плановый) и один интерактивный — когда можно вмешиваться в процесс самоорганизации моделей. Программное обеспечение работает с различными наборами данных в формате Excel и текстовом редакторе Блокнот. Строятся модели различной сложности и структуры с различным разбиением выборки. Лучшие модели представляются системой для графического и смыслового анализа и хранятся в базе данных вместе с промежуточными расчетами и результатами экспериментов для дальнейшего применения. Система одновременно работает с тремя базами данных: начальной базой данных, промежуточных расчетов и базой данных результатов. The structure of specialized modeling software based on iterative algorithms of the group method of data handling (GMDH) with the possibility of multiple access via the Internet or LAN is described. In the simulation software package implemented in three modes of dialogue — two automatic (standard and planning) and one interactive — where you can intervene in the process of self-organization models. The software works with different sets of data in Excel and Notepad text editor. The models construct of varying complexity and structure and with different sample decomposition. The best models are presented for the graphic system and semantic analysis and stored in the database along with the intermediate calculations and experimental results for later use. The system works with three databases: an initial database, database of intermediate calculations and results database. uk Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України Системні дослідження та інформаційні технології Проблемно і функціонально орієнтовані комп’ютерні системи та мережі Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу Программный комплекс моделирования сложных систем на основе итерационных алгоритмов МГУА с возможностью сетевого доступа Software complex for simulation of complex systems on the basis of iterative algorithms GMDH with the possibility of network access Article published earlier |
| spellingShingle | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу Булгакова, О.С. Зосімов, В.В. Степашко, В.С. Проблемно і функціонально орієнтовані комп’ютерні системи та мережі |
| title | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу |
| title_alt | Программный комплекс моделирования сложных систем на основе итерационных алгоритмов МГУА с возможностью сетевого доступа Software complex for simulation of complex systems on the basis of iterative algorithms GMDH with the possibility of network access |
| title_full | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу |
| title_fullStr | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу |
| title_full_unstemmed | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу |
| title_short | Програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів МГУА з можливістю мережевого доступу |
| title_sort | програмний комплекс моделювання складних систем на основі ітераційних алгоритмів мгуа з можливістю мережевого доступу |
| topic | Проблемно і функціонально орієнтовані комп’ютерні системи та мережі |
| topic_facet | Проблемно і функціонально орієнтовані комп’ютерні системи та мережі |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85459 |
| work_keys_str_mv | AT bulgakovaos programniikompleksmodelûvannâskladnihsistemnaosnovííteracíinihalgoritmívmguazmožlivístûmereževogodostupu AT zosímovvv programniikompleksmodelûvannâskladnihsistemnaosnovííteracíinihalgoritmívmguazmožlivístûmereževogodostupu AT stepaškovs programniikompleksmodelûvannâskladnihsistemnaosnovííteracíinihalgoritmívmguazmožlivístûmereževogodostupu AT bulgakovaos programmnyikompleksmodelirovaniâsložnyhsistemnaosnoveiteracionnyhalgoritmovmguasvozmožnostʹûsetevogodostupa AT zosímovvv programmnyikompleksmodelirovaniâsložnyhsistemnaosnoveiteracionnyhalgoritmovmguasvozmožnostʹûsetevogodostupa AT stepaškovs programmnyikompleksmodelirovaniâsložnyhsistemnaosnoveiteracionnyhalgoritmovmguasvozmožnostʹûsetevogodostupa AT bulgakovaos softwarecomplexforsimulationofcomplexsystemsonthebasisofiterativealgorithmsgmdhwiththepossibilityofnetworkaccess AT zosímovvv softwarecomplexforsimulationofcomplexsystemsonthebasisofiterativealgorithmsgmdhwiththepossibilityofnetworkaccess AT stepaškovs softwarecomplexforsimulationofcomplexsystemsonthebasisofiterativealgorithmsgmdhwiththepossibilityofnetworkaccess |