Інтелектуальна система підтримки прийняття рішень

 Методичні вказівки до виконання дипломних проектів для студентів фаху

7.080.404— Інтелектуальні системи прийняття рішень 

та кваліфікаційних маґістерських робіт для студентів фаху

8.080.404— Інтелектуальні системи прийняття рішень

 Затверджено на засіданні кафедри ІСМ

 Протокол  №  15 від  30 травня   2002 р.

 Для перегляду тексту необхідно залогінитись.

Інтелектуальна система обробки інформації та підтримки прийняття рішень: Методичні вказівки до виконання дипломних проектів та маґістерських кваліфікаційних робіт для студентів фаху 7.080.404, 8.080.404  — Інтелектуальні системи прийняття рішень. /Укл. В.В. Пасічник, А.В. Катренко, Є.В. Буров, А.Ю. Берко, Л.А. Катренко. — Львів: НУ “ЛП”, 2002 – 81 с.

 Укладачі: В.В. Пасічник, доктор технічних наук, професор

                 А.В. Катренко, кандидат екон. наук, доцент,

                 Є.В. Буров, кандидат технічних наук, доцент,

                 А.Ю. Берко, кандидат технічних наук, доцент

                 Л.А. Катренко, кандидат хімічних наук, доцент

Рецензенти: Ю.В.Нікольський, канд. фіз.-мат. наук, доц.

                      Я. П. Кісь, канд. техн. наук, доц.

 Відповідальний за випуск  В.В. Пасічник, докт. техн. наук, проф.

Вступ

Методичні рекомендації до виконання дипломних проектів та кваліфікаційних маґістерських робіт за фахом “Інтелектуальні системи прийняття рішень” розроблені на підставі „Положення про організацію навчального процесу у вищих навчальних закладах”, затвердженого наказом Міністерства освіти України № 161 від 2.06.93 р., Рекомендацій про послідовність створення, організацію і роботу Державної екзаменаційної (кваліфікаційної) комісії у вищих навчальних закладах України, затверджених наказом Міносвіти України №83-5/1259 від 29.12.93 р., Методичних рекомендацій щодо дипломного проектування, затверджених на засіданні методичної ради НУ “Львівська політехніка” (протокол №3 від 12.04.1995р). Враховуючи характер дипломних проектів та кваліфікаційних маґістерських робіт, до яких висуваються відповідні вимоги, методичні вказівки призначені для викладачів, студентів, керівників проектів та робіт, консультантів, рецензентів та членів Державних екзаменаційних комісій.

Мета та завдання виконання кваліфікаційної роботи (проекту)

Випускна кваліфикаційна робота (проект) виконується на завершальному етапі навчання студентів за фахом “Інтелектуальні системи прийняття рішень” та передбачає:

• систематизацію, закріплення розширення теоретичних і практичних знань зі спеціальності “Інтелектуальні системи прийняття рішень” та застосування їх при вирішенні конкретних наукових, технічних, економічних, виробничих та інших  завдань;
• розвиток навичок самостійної роботи і оволодіння методикою створення та досліджень інтелектульних інформаційних систем, методів та систем підтримання та прийняття рішень, систем баз даних та знань, реалізації імітаційних експериментів на моделях таких систем, пов’язаних з метою дипломного проекту;
• тема кваліфікаційної роботи (проекту) визначається кафедрою “Інформаційні системи та мережі” за пропозицією керівника теми та погодженням зі студентом-дипломантом.

Тематика робіт (проектів) повинна відповідати сучасному стану та перспективним напрямкам розвитку фаху “Інтелектуальні системи прийняття рішень”, бути  пов’язаною з вирішенням практичних завдань підприємств та організацій,  відповідати вимогам кваліфікаційної характеристики спеціаліста за фахом “Інтелектуальні системи прийняття рішень”, бути пов’язаною з тематикою наукової роботи кафедри “Інформаційні системи та мережі” та з напрямками діяльності її філій та підприємств і установ — партнерів.

Тематика проектів (робіт) повинна передбачати можливість самостійного розв’язання інженерних і наукових задач за фахом “Інтелектуальні системи прийняття рішень” та виявлення елементів самостійності дослідницької роботи.

Загальні вимоги до змісту та структури робіт та проектів

Кваліфікаційна маґістерська робота (дипломний проект для спеціалістів) виконується на підставі аналітичного вивчення літератури за фахом і індивідуального завдання та складається з пояснювальної записки і графічного матеріалу (креслень). Графічний матеріал може бути виконаний комп’ютерним способом та роздрукований на плотері. В межах  дипломного проекту студент  виконує графічний матеріал у вигляді креслень на листах формату А1, оформлених і підписаних у відповідності з ДСТУ-ми. Листи можуть дублюватись на прозорій плівці для демонстрації за допомогою відеопроектора. До кваліфікаційної маґістерської роботи графічний матеріал виконується у вигляді плакатів або ілюстрацій, надрукованих на прозорій плівці для  проектора.

До складу пояснювальної записки входить основна (описова) частина та додатки. В додатки виносяться роздруки проґрамної реалізації, вхідних і вихідних документів системи, копія ґрафічного матеріалу у зменшеному вигляді. При потребі за погодженням з керівником в додатки можуть бути винесені й інші матеріали При виконанні дипломного проекту групою студентів (комплексний дипломний проект) кожен з них виконує власне індивідуальнезавдання та окремо оформляє результати роботи. Наявність спільної ідентичної частини у пояснювальних записках групи не допускається.

Пояснювальна записка повинна мати наступну структуру:

• титульний аркуш, який має вигляд стандартного бланка  (додаток 1, 1а ), заповнюється студентом, на якому повинні бути всі підписи (студента, консультанта, керівника, завідувача кафедри);
• індивідуальне завдання на дипломний проект (роботу), підписане керівником і затверджене завідувачем кафедри (додаток 2);
• зміст, що повинен містити обов’язкові та може містити додаткові розділи; зміст виконується за допомогою відповідних засобів текстового процесора та містить назви розділів і підрозділів проекту (роботи) з вказанням номерів сторінок, на яких вони розміщені;
• вступ, у якому обґрунтовується актуальність теми, мета роботи, її значення (2-3 сторінки);
• аналітичний огляд літературних та інших джерел — електронні публікації, матеріали Internet тощо (10-12 сторінок);

               аналітичний огляд має містити основні відомості про найновіші та відомі підходи, методи, засоби, алґоритми розв’язання аналогічних задач, які публікуються в сучасній літературі, мати критичний характер і завершуватись висновком про актуальність постановки та розв`язання задачі дипломного проекту (кваліфікаційної роботи); огляд літературних джерел супроводжується посиланнями на список використаної літератури, використання авторського матеріалу без посилання на відповідні публікації не допускається; у випадку цитування цитата береться в лапки та вказується джерело і номери сторінок, на яких знаходиться цитата;

• системний аналіз об’єкту дослідження та предметної області (10-15 сторінок);

               в розділі „Системний аналіз” виконується аналіз мети функціонування системи, конкретизація її до окремих критеріїв якості, основних варіантів досягнення мети та наявних ресурсів. Аналізується система „as is” – як є: визначається система та зовнішнє середовище, обирається критерій декомпозиції та аналізуються елементи системи, основні бізнес-процеси, потоки даних. У якості зображувальних засобів використовуються  структурні (як наприклад IDEF, SADT, DFD) та (або) об’єктні (Rational Rose) нотації. Визначаються основні альтернативи побудови системи та в загальному обґрунтовується вибір варіанту побудови системи загалом. Висновки розкривають основні можливості та варіанти побудови проектованої системи з обґрунтуванням доцільності обраного остаточно для реалізації;

• постановка задачі дипломного проекту та її формалізація (8-10 сторінок);

               постановка задачі передбачає описання множини вимог до системи (підсистеми) прийняття (підтримання прийняття) рішень, що буде реалізовуватися, як конкретизації результатів системного аналізу, вимоги до інтелектуальної складової, вхідних та вихідних даних, форми їх представлення та динамічних характеристик, множину бізнес-процесів, що повинні бути реалізовані. При необхідності  наводиться формальна чи узагальнена модель функціонування системи „to be“ – як повинно бути, вимоги до алґоритмів чи технолоґічних процесів опрацювання інформації;

• вибір та обґрунтування методів і засобів розв’язання завдання (8-10 сторінок);

               в цьому розділі подаються основні характеристики конкретних методів розв`язання задачі, способів представлення знань та логічного виведення, проґрамні, системні та допоміжні засоби  які застосовуються в роботі (проекті) для побудови механізмів прийняття рішень, баз даних і знань, розробки прикладного програмного забезпечення, їх порівняльний аналіз та обгрунтування переваг і можливостей застосування в даному випадку;

• Описання реалізації завдання (15-20 сторінок);

               розділ має містити Описання структури бази даних, бази знань (правил), механізмів логічного виведення і отримання чи підтримання процесів прийняття рішень, стуктури, складу, змісту і функцій розробленого програмного забезпечення (модулів, підпрограм, функцій, форм, макросів, запитів, тощо) та процесів їх сумісного функціонування;

• технічне та мережне вирішення системи (6-15 сторінок);

               в розділі описуються вимоги до технічного та мережного забезпечення та обгрунтування мінімальних конфігурацій, необхідних для ефективного функціонування розробленої системи;

• аналіз результатів розв’язування контрольного прикладу (4-5 сторінок);

               контрольний приклад має підтвердити працездатність розробки та відповідність результатів функціонування системи поставленій задачі;

• економічне обґрунтування доцільності роботи (5-10 сторінок);

               розділ виконується за завданням консультанта з економічних питань, під його керівництвом і має метою підтвердження економічної ефективності виконання та впровадження розробки;

• охорона праці та техніка безпеки (5-10 сторінок);

               розділ виконується за завданням консультанта та під його керівництвом і визначає основні засади безпечної експлуатації розробленої дипломантом системи прийняття рішень;

• висновки (2-3 сторінки);

               у висновках стисло подаються основні результати, досягнуті в процесі виконання роботи (проекту), їх відповідність поставленій меті та підтверджується розв`язання поставленої перед  дипломантом задачі;

• перелік використаних літературних джерел (1-2 сторінки);

               список використаних літературних джерел наводиться у відповідності до загальних вимог, до складу мають бути включені всі використані матеріали, на кожен елемент списку має бути посилання в тексті пояснювальної записки, при посиланні на джерела, отримані з мережі Internet, вказується повна адреса відповідного сайту, розділу, рубрики, сторінки яка однозначно ідентифікує матеріал;

• анотація іноземною мовою (1 сторінка);

               анотація виконується іноземною мовою, яку студент вивчав протягом навчання в університеті (англійською, французькою, німецькою або іспанською) і містить загальну характеристику поставленого завдання, виконаної роботи та описання отриманих результатів;

• додатки (роздруки текстів програмного забезпечення, результати розв’язування контрольних прикладів, графіки, діаграми, ілюстрації, екранні копії, форми документів, у випадку необхідності інші матеріали).

Зміст та вимоги до розділу системного аналізу

Розділ системного аналізу є одним з основних, оскільки за його результатами в подальшому ставиться та розв’язується основне завдання дипломного проекту (кваліфікаційної маґістерської роботи).

Системний аналіз спрямований на розв’язання складних проблем. Проблема виникає тоді, коли є розходження між бажаним та дійсним, тобто це абстрактна катеґорія, що відображає розуміння людьми мотивів своєї діяльності. Проблеми породжуються та розв’язуються людьми, а тому поняття “проблема” має людські риси сприйняття, що породжує наступні труднощі:

• неясність розуміння проблеми;
• складнощі постановки проблем на віддалену перспективу;
• складність класифікації проблем і як наслідок вибір неадекватних засобів їх розв’язання;
• спотворена оцінка проблем (близькі, але дрібні проблеми затуляють великі, але віддалені);
• неправильна оцінка значимості проблем внаслідок вузькопрофесійної точки зору;
• змішування цілей, які необхідно досягнуті, з засобами їх досягнення.

Метою застосування системного аналізу до конкретної проблеми є підвищення ступеня обґрунтованості рішення, що приймається, та подолання перелічених вище труднощів.

Для СА важливими є наступні методолоґічні принципи [1]:

• орґанічна єдність суб’єктивного та об’єктивного;
• структурність системи, що визначає цілісність та стійкість характеристик системи;
• динамізм системи;
• міждисциплінарний характер системних досліджень;
• орґанічна єдність формального та неформального при проведенні СА.

Системний аналіз — це скоріше особливий тип науково-технічного мистецтва, що виникає власне внаслідок орґанічної єдності суб’єктивного і об’єктивного, тому досвідчений аналітик досягає значних результатів, а механічне застосування методик і прийомів СА недостатньо кваліфікованими особами не дозволяє отримати корисні результати.

На відміну від достатньо широкої системної методолоґії системний аналіз обмежують дві наступні особливості:

• системні аналітики вивчають лише штучно створені системи, в яких людині належить надзвичайно важлива, а в багатьох випадках і вирішальна роль;
• головна задача СА — прийняття рішень і управління.

Системний аналіз — це методолоґія дослідження таких властивостей та відношень в об’єктах, які важко спостерігаються та важко розуміються, за допомогою представлення цих об’єктів у вигляді цілеспрямованих систем та вивчення властивостей цих систем та взаємних відношень як відношень між цілями та засобами їх реалізації.

Системний аналіз відрізняється від інших методів дослідження тим, що [2]:

• враховує принципову складність об’єкта, що досліджується;
• бере до уваги розгалужені та стійкі взаємні зв’язки його з оточенням;
• враховує неможливість спостереження ряду властивостей об’єкту та оточуючого середовища;
• реальні явища, їх властивості та зв’язки з оточенням переводяться далі в абстрактні катеґорії теорії систем;
• ґрунтуючись на відомих властивостях складних систем дозволяє виявити нові конкретні властивості та взаємні зв’язки конкретного об’єкта дослідження;
• на відміну від інших методів, в яких точно визначені об’єкти, включає як один з важливих етапів визначення об’єкту, його знаходження чи конструювання;
• орієнтується не на розв’язання “правильно сформульованих” задач, а на створення правильної постановки задачі (правильно поставити задачу — це означає на 50% її розв’язати), вибір відповідних методів для її розв’язання;
• основне в СА — знайти шлях, яким можна перетворити складну проблему в простішу, яким чином не лише складну до розв’язання, але й для розуміння проблему перетворити в послідовність задач, для яких існують методи їх розв’язання;
• СА завжди конкретний — завжди має справу з конкретною проблемою, конкретним об’єктом дослідження, є продуктивним тоді, коли застосовується до розв’язання завдань певного типу.

Системний аналіз не протиставляється іншим методам аналізу проблем та прийняття рішень. Новим є синтез в єдиній методолоґії певного взаємнопов’язаного кола понять, методів та прийомів, які раніше використовувалися розрізнено при розв’язанні окремих часткових проблем. Сила системного аналізу в тому, що він з одного боку дозволяє розкласти складну проблему на компоненти аж до постановки конкретних задач, для яких існують методи розв’язання, а з іншого боку зберігає цілісність цієї проблеми.

Системний аналіз застосовується для розв’язання складних проблем, що пов’язані з діяльністю людей. Людську діяльність умовно можна поділити на дві області:

• рутинна діяльність, розв’язання реґулярних, щоденних завдань;
• розв’язання нових задач, які виникають вперше.

Окрім того, проблеми розрізняються за ступенем їх структурованості:

• добре структуровані та сформульовані кількісно;
• слабо структуровані, в яких зустрічаються як кількісні, так і якісні оцінки;
• неструктуровані, якісні проблеми.

Перший тип проблем не потребує СА, оскільки існує потужний апарат математичного моделювання та точні кількісні методи розв’язання. Основною областю застосування методів СА є слабоструктуровані проблеми, а для розв’язання неструктурованих проблем в більшості застосовуються еврістичні методи.

Потреба в СА виникає в тому випадку, коли виникають наступні ситуації:

• розв’язується нова проблема, і за допомогою СА вона формулюється, визначається, що і про що потрібно взнати, і хто повинен знати;
• розв’язання проблеми передбачає координацію цілей з множиною засобів їх досягнення;
• проблема має розгалужені зв’язки, що викликають віддалені наслідки в різних галузях, і прийняття рішення в таких випадках потребує врахування сукупної ефективності та повних затрат;
• існують варіанти розв’язання проблеми або досягнення взаємнопов’язаного комплексу цілей, які важко порівняти;
• створюються нові складні системи;
• здійснюється вдосконалення, реконструювання виробництва, необхідна реінженерія бізнес-процесів;
• при створенні інформаційних систем та комп’ютеризованих систем керування;
• коли важливі рішення повинні прийматися за наявності невизначеності та ризику та (або) на достатньо віддалену перспективу.

Різноманітність задач, цілей дослідження, об’єктів дослідження природньо приводить до існування різних методик СА, які базуються на єдиній методолоґії. Це пояснюється тим, що існують певні об’єктивні закони людської діяльності, які виявляються при розв’язанні різних проблем. Ці закономірності, виявлені шляхом узагальнення досвіду та теоретичних досліджень і становлять основу методолоґії СА. Тому методики розв’язування системних задач, розроблені для різних конкретних випадків, подібні між собою.

З метою раціонального сприйняття системи необхідно враховувати наступні аспекти:

• припустимими є нечіткі значення та конфліктне сприйняття призначень системи, система досліджується як процес, перебіг якого розглядається у взаємодії з зовнішнім середовищем;
• призначення системи визначаються як на ґрунті визначень розробників (“творців”) системи, так і на визначеннях користувачів;
• описується система та її оточення (під оточенням розуміється та частина, що безпосередньо взаємодіє з системою);
• описуються елементи системи та взаємні зв’язки між ними;
• ідентифікуються потоки та функції системи і їх зміни;
• проблеми конкретизуються з врахуванням досвіду користувачів;
• досліджуються умови, які визначають рівновагу, що відповідає призначенню системи;
• розробляються засоби, що створюють стійкість стану рівноваги стосовно до змін в елементах та в системі, а також в ґлобальній взаємодії системи з зовнішнім середовищем;
• визначаються способи реалізації керуючих дій, що сприяють загальній стійкості (або нестійкості) системи.

У тому випадку, коли існує проблема, слід взаємодіяти з особами, які залучені до побудови системи чи до оцінювання її функціонування. В інших випадках проблема полягає в тому, як визначити та модифікувати призначення системи, спроектувати систему, яка прагне до бажаного стану та пристосовується до оточення чи пристосовує оточення до себе, як врахувати різноманітні дії оточуючого середовища на систему. Ці аспекти є скоріше проблемами реконструювання, аніж “розв’язання проблем”.

Для забезпечення успіху СА потрібно:

• застосовувати його у тих випадках, для яких він призначений;
• наявність потреби, зрозумілої мети та (або) призначення;
• відповідальне ставлення як аналітиків, так і орґанізації-замовника;
• наявність накопиченої інформації, досвіду, ідей та уявлень про предмет дослідження;
• відображення в результатах СА реального стану справ та реальних шляхів розв’язання проблем, а не “обґрунтування” суб’єктивних рішень;
• наявність ресурсів — кваліфікованих експертів, обладнання, грошових засобів;
• аналіз можливого впливу сторонніх побічних факторів (прогноз наукових відкриттів, винаходів, політичної ситуації).

Чіткіше формулювання вимог до системи досягається шляхом застосування та інтерпретації відповідно до її особливостей основних положень, або принципів системного підходу, які є досить загальними твердженнями, що узагальнюють досвід роботи людини з складними системами. Такими принципами є наступні [3,4]:

• Принцип остаточної мети: ґлобальна мета системи має абсолютний пріоритет;
• Принцип єдності: сумісний розгляд системи і як цілого, і як сукупності компонент (елементів, підсистем, системотворчих відношень);
• Принцип зв’язності: довільна компонента системи розглядається сумісно з її зв’язками з оточенням;
• Принцип модульності: в системі доцільно в багатьох випадках реалізувати декомпозицію на складові (модулі) різного ступеня загальності та розглядати її як сукупність модулів та зв’язків між ними;
• Принцип ієрархії: в більшості випадків в системі доцільно реалізувати ієрархічну побудову та (або) впорядкування (можливий півпорядок) її складових за важливістю;
• Принцип функціональності: структура системи та її функції повинні розглядатися сумісно з пріоритетом функції над структурою;
• Принцип розвитку: необхідно враховувати змінність системи, її здатність до розвитку, розширення, заміни складових, накопичення інформації;
• Принцип децентралізації: в управлінні системою співвідношення між централізацією та децентралізацією визначається призначенням та метою системи;
• Принцип невизначеності: невизначеності та випадковості повинні братися до уваги при визначенні стратегії та тактики розвитку системи.

Принципи системного підходу є загальними положеннями, що відображають абстраґовані від конкретного змісту прикладних проблем відношення. Тому цілком послідовним є запитання: “Яким чином застосувати такі знання?” Для конкретної системи чи проблемної ситуації принципи системного підходу повинні бути конкретизовані, тобто насамперед повинна бути дана відповідь на запитання: “Що означає той чи інший принцип в цій предметній області та в цій конкретній ситуації?” Наповнення принципів конкретним змістом виконується дослідником. Це дозволяє у випадку складних систем краще побачити суттєві особливості проблеми, врахувати важливі взаємні зв’язки. В багатьох випадках інтерпретація системних принципів в конкретних умовах дозволяє піднятися на новий рівень розуміння системи загалом, вийти за межі розгляду її “зсередини”. Така інтерпретація може приводити до висновків про відсутність умов для застосування деяких з принципів або їх незначного впливу в певних конкретних умовах.

Багаторазове застосування принципів системного підходу в різних системах приводить до розвитку у дослідника особливого, системного типу мислення. Саме тому результати застосування системних принципів та методолоґій є певною мірою мистецтвом і вимагають системноаналітичного досвіду.

Системний аналіз ґрунтується на коректному використанні основних понять, як система оточення, мета, функції та ін.

Поняття системи й до цього часу залишається багато в чому інтуїтивним, і різні люди вкладають в це слово далеко не однаковий сенс. Виділяються дві групи визначень системи.

Першу групу утворюють визначення, які не виділяють поняття цілісності системи, як наприклад наступне: “Система — це множина об’єктів разом з відношеннями між об’єктами та між їхніми атрибутами (властивостями)” [5]. Історія визначень такого типу зрозуміла і походить від природничих наук, в яких дослідник йшов шляхом від простого до складного — поділяв систему на елементи, розглядав властивості окремих частин і способи їх взаємодії, отримуючи таким чином уявлення про систему як про сукупність взаємнопов’язаних елементів.