Архитектура интеллектуальной системы поддержки принятия решений

Научная статья
DOI:
https://doi.org/10.60797/IRJ.2024.146.10
Выпуск: № 8 (146), 2024
Предложена:
22.04.2024
Принята:
26.07.2024
Опубликована:
16.08.2024
29
5
XML
PDF

Аннотация

В статье рассматривается архитектура интеллектуальной системы поддержки принятия решений (ИСППР). ИСППР представляет собой компьютерную систему, которая помогает принимать оптимальные и взвешенные решения в сложных ситуациях с множествами критериев, используя искусственный интеллект и различные методы обработки данных.

Архитектура ИСППР включает в себя несколько компонентов, каждый из которых отвечает за определенную функцию. Первый компонент – это база знаний, которая содержит информацию, необходимую для принятия решений. Эта информация может быть представлена в виде фактов, правил или моделей.

Второй компонент – это модели, которые отвечают за вывод новых знаний из имеющейся базы знаний. Для получения новых знаний используются различные алгоритмы и стратегии, такие как правила вывода, семантические сети и нейронные сети, чтобы сделать выводы на основе имеющихся данных.

Третий компонент – это пользовательский интерфейс, который позволяет пользователям взаимодействовать с системой и получать необходимую информацию и рекомендации для принятия решений.

1. Введение

Первые системы поддержки принятия решений (СППР) были внедрены в крупные компании. Так называемые Management Information Systems, основной задачей которых была подготовка отчетов для управленцев, были разработаны до середины 60-х годов прошлого века.

Развитие технологий и рост объема данных, ускорили процесс развития СППР. В середине 60-х годов появляются модель-ориентированные СППР. Эта концепция получила развитие на основе теоретических исследований в области принятия решений и технических работ по созданию интерактивных компьютерных систем.

В 80-е годы прошлого века были определены четыре компонента, присущих всем СППР:

1) языковая система – СППР может принимать все сообщения;

2) система презентаций – СППР может выдавать свои сообщения;

3) система знаний – все знания СППР сохраняет;

4) система обработки задач – программный «механизм», который пытается распознать и решать задачу во время работы СППР.

На сегодняшний день информационные технологии позволяют проектировать и разрабатывать интеллектуальные системы поддержки принятия решений (ИСППР), в основе которых лежат методы искусственного интеллекта (ИИ).

Проектирование ИСППР на основе методов ИИ является актуальной задачей с точки зрения научного и продуктового сообщества. Так, крупные компании, например, ОАО «Газпром», проектирует СППР для управления газотранспортными и газодобывающими системами. ПАО «Сбер» активно разрабатывает и продвигает СППР для коллективного принятия решений, с возможностью ставить задачи, обсуждать предложения и подписывать документы (СППР «Сенат»).

Актуальность проводимых исследований по проектированию ИСППР заключается в том, что, исходя из существующих этапов жизненного цикла проекта, важным является этап – инициация. На этот этап уходит больше всего времени, так как участникам проекта необходима согласованность для достижения целей. Проведенный анализ исследований в данной области показал, что большее внимание уделяется инструментам для достижения целей, к таким относятся инструменты планирования, распределения задач и ресурсов, разделение ответственности и так далее.

Для решения сложных, технических, междисциплинарных задач, необходимо минимизировать риски несогласованности команды перед этапом инициации и сформировать такую команду, которая будет отвечать профессиональным требованиям проекта, а также личностным характеристикам друг друга для успешной совместной деятельности.

2. Методы и принципы исследования

Наиболее распространенными в применении являются такие ИСППР, как:

1. Экспертные системы, использующие знания экспертов в определенной предметной области для принятия решений. Такие системы основаны на правилах и базах знаний

.

2. Системы поддержки принятия решений на основе данных. Системы используют анализ данных и статистические методы для предоставления информации, необходимой для принятия решений.

3. Нейронные сети – моделируют работу человеческого мозга и используются для распознавания образов, прогнозирования и других задач, связанных с принятием решений.

4. Гибридные системы – комбинация различных подходов к поддержке принятия решений, таких как экспертные системы, нейронные сети и системы на основе данных.

Последние десять лет интеллектуальные системы поддержки принятия решений проходили активное тестирование и внедрение в различных областях: медицина, юриспруденция, микро и макроэкономика, автоматизация бизнес-процессов и офиса и других. Современное состояние методов и направлений ИИ позволяет решать сложные технические и управленческие задачи

.

Так, к управленческим задачам относятся внутренние задачи, связанные с организацией процессов или, например, жизненным циклом проекта.

Жизненный цикл проекта характеризует ограничение по времени и определяет, как скоро будут получены результаты проекта

.

В таблице 1 приведен жизненный цикл проекта, состоящий из пяти основных этапов

.

Таблица 1 - Жизненный цикл проекта

Название этапа

Характеристика

Инициация

Большая неопределенность. Наименьшие усилия. Обсуждение и постановка целей в соответствии с ресурсами.

Планирование

Структурирование информации о проекте. Планирование сроков, задач, бюджета, оценка рисков.

Выполнение

Столкновение с ошибками и просчета, допущенными на этапе планирования и инициации. Важно своевременно получать актуальную информацию о ходе реализации и прогнозировать изменения.

Контроль

Совпадает с фазой «Выполнение». Обеспечивает своевременное реагирование на изменения и переработке следующих шагов.

Завершение

Финальная фаза ЖЦ проекта. Сдача продукта, передача документации и др.

Достижение высоких результатов при реализации проекта с учетом ограничений во времени, внешних и внутренних рисков, требует от лица, принимающего решения, владения не только техническими компетенциями, позволяющими реализовать техническое задание, но также и управленческими для качественного и эффективного управления проектом.

Для решения управленческих задач, лицу, принимающему решение (ЛПР), необходимо учитывать и работать с:

1. Большим объемом информации.

2. Многообразием факторов, влияющих на финальное решение.

3. Изменчивостью внешней среды

.

Развитие информационных технологий, в частности систем, построенных на базе искусственного интеллекта, позволяет оптимизировать деятельность современных предприятий, а также оказывать поддержку ЛПР для поиска и принятия эффективного решения

.

К таким системам относятся интеллектуальные системы поддержки принятия решений, позволяющие повышать экономическую эффективность, что, в свою очередь, является ключевой задачей предприятия для сохранения конкурентоспособности и развития.

В основе современных интеллектуальных систем поддержки принятия решений (ИСППР) лежат методы машинного обучения

. Ключевые преимущества использования таких методов в ИСППР:

1. Работа с неструктурированными данными для оптимизации принятого решения.

2. Нахождение сложных и неочевидных зависимостей.

3. Формирование альтернатив решений на основе анализа предыдущих закономерностей и выявленных тенденций.

Отличительной особенностью задач, требующих для решения разработки и использование ИССПР, является их многокритериальность. Такие задачи требуют векторного критерия. В случае возникновения сложностей ранжирования и оптимизации альтернатив используются неформальные методы скаляризации, в основе которых лежат суждения лица, принимающего решения

.

3. Основные результаты

Так, для решения многокритериальной задачи, связанной с повышением эффективности проектных команд внутри организации, имеющей разнообразный портфель проектов и большое количество сотрудников, предлагается рассмотреть архитектуру ИСППР для решения поставленной задачи (рисунок 1). Архитектура разработана и построена с учетом следующую аспектов и исходных данных:

1. Имеются большие массивы данных о проектах и сотрудниках. Внутри каждого массива данных множества критериев.

2. Обработка и анализ информации должны происходить по запросу лица, принимающего решение или администратора, с учетом заданных параметров.

3. Результатом работы алгоритма должен быть набор альтернативных решений с учетом запросов ЛПР, а также иных ограничивающих факторов.

Архитектура ИСППР содержит пять основных элементов:

- базы данных;

- токенизатор;

- трансформер;

- декодер;

- решение в понятной для лица, принимающего решение, форме/множество альтернативных решений.

Архитектура ИССПР

Рисунок 1 - Архитектура ИССПР

1. База данных о проектах. Входной массив информации о целях, задачах, ресурсах, времени, требуемых для реализации проекта. Данные о проектах могут быть сформированы администратором системы или лицом, принимающим решение об инициации проекта. Актуализация данных проходит в ручном режиме администратором или ЛПР. База данных позволяет сохранять и использовать информацию о проектах на следующих этапах поддержки принятия решений
.

2. База данных о пользователях или компетентностный профиль пользователя. Массив динамических данных, получаемый путем сбора информации с помощью специализированных тестов на оценку hard и soft skills, а также дополнительная информация о пользователе: возраст, опыт работы, специальность, интересы и другое. Актуализация данных в компетентностном профиле пользователя осуществляется двумя способами:

- изменения вносятся пользователем самостоятельно;

- изменения связаны с выполнением задач в проекте (повышение или понижение уровня навыка на основе анализа процесса реализации).

3. Токенизатор. Позволяет преобразовать массив данных о проектах и компетентностных профилях в последовательность токенов (матрицу чисел), которые можно анализировать и использовать для решения задачи по повышению эффективности проектной команды. Текст разбивается на токены с учетом специальных символов, пунктуации и других особенностей языка.

4. Кодер – это часть модели, которая принимает на вход последовательность токенов (например, слов или символов) и преобразует ее в скрытые представления или эмбеддинги (векторы и матрицы чисел). Кодер обычно состоит из трансформеров, которые позволяют модели учитывать контекст и зависимости между токенами.

Трансформер – нейросеть, которая принимает на вход текст в виде матрицы чисел, его задача декодировать из чисел в текст, на выходе этой нейросети получается вероятность следующего символа/буквы.

5. Декодер принимает последовательность токенов, представляющих собой контекст на котором обучена языковая модель, и генерирует последовательность выходных токенов, представляющих сгенерированный для пользователя текст. Декодер в данном случае является нейросетью внутри всей большой архитектуры модели Mistral-Saiga 7B, способной обрабатывать последовательности данных. Декодер использует информацию из токенизатора и контекста для генерации текста с учетом грамматики и смысла

,
.

6. На выходе администратор системы или ЛПР получает рекомендации по своему запросу, основанные на комбинации нескольких массивов данных и результатам работы языковой модели, используемой в ИСППР.

Пошагово опишем работу ИСППР с учетом построенной архитектуры по запросу «Сформировать профиль проекта»:

1. Сбор данных. На данном этапе происходит заполнение первичных входных данных о проекте:

- Цели и задачи: Запуск мобильного приложения через 6 месяцев, увеличение пользовательской базы на 20%.

- Ресурсы: Необходимы 5 разработчиков, 2 UX/UI дизайнера, 3 тестировщика.

- Сроки и этапы: Разработка — 3 месяца, тестирование — 2 месяца, подготовка к запуску — 1 месяц.

- Бюджет: 500,000 долларов.

- Риски и ограничения: Возможные задержки в разработке, превышение бюджета, изменения требований.

- Заинтересованные стороны: Руководство компании, команда маркетинга, потенциальные пользователи.

- Исторические данные: Успешные и неудачные проекты разработки мобильных приложений в компании.

2. Предобработка данных.

- Очистка данных: Удаление некорректных и дублирующихся записей.

- Кодирование данных: Преобразование описательных данных в числовую форму с помощью one-hot encoding и word embeddings.

- Нормализация данных: Нормализация числовых данных, таких как бюджет и сроки, с помощью Min-Max нормализации.

3. Формирование векторов.

- Вектор характеристик проекта: [6 месяцев, 500,000 долларов, 5 разработчиков, 2 UX/UI дизайнера, 3 тестировщика, задержки, превышение бюджета, изменения требований, 20% увеличение пользовательской базы, данные об исторических проектах]

4. Применение модели случайного леса.

- Обучение модели: Модель обучена на данных о прошлых проектах, включая их успешность или неудачу.

- Оценка вероятности успеха: Модель предсказывает вероятность успешного выполнения проекта на основе введенных данных.

5. Формирование профиля проекта.

- Сводный профиль: Модель выдает профиль проекта с вероятностью успеха и ключевыми рекомендациями.

- Визуализация данных: Диаграммы, показывающие распределение ресурсов, предполагаемые риски и другие важные метрики.

6. Формирование ответа

- Ответ после обработки данных: «Проект имеет высокую вероятность успеха при условии соблюдения установленных сроков и бюджета. Рекомендуется обеспечить регулярный мониторинг прогресса и управление рисками. Потенциальные риски включают задержки в разработке и превышение бюджета, что может быть смягчено регулярными оценками и пересмотром планов».

7. Вывод ответа

- Ответ представлен для ЛПР в текстовом виде с возможностью визуализации ключевых метрик проекта.

4. Обсуждение

Таким образом, разработанная архитектура интеллектуальной системы поддержки принятия решений позволит:

1. Сократить время на принятие управленческого решения в области формирования эффективной проектной команды.

2. Формировать альтернативные решения: проектные команды формируются неограниченное количество раз, в зависимости от заданных требований и полученных результатов от ИССПР.

3. Задавать параметры для решения, в зависимости от входных условий ЛПР или администратора.

4. Вносить изменения в сформированные решения, исходя из экспертности ЛПР или администратора.

5. Осуществлять автоматизированный процесс обновления компетентностного профиля пользователя и проектной команды на основе их деятельности при выполнении проекта.

6. Формировать рекомендации и индивидуальные траектории развития как для каждого участника, так и для проектной команды.

5. Заключение

В работе рассмотрены существующие СППР и приведена новая архитектура интеллектуальной системы поддержки принятия решений на основе современных моделей для решения сложных задач с множеством входных критериев и условий. Такая архитектура позволит системе поддержки принятия решений быть динамичной во времени, что означает постоянную актуализацию данных и формирование решений на основе большого массива данных. Это делает архитектуру уникальной, в сравнении с существующими СППР, в основе которых лежат традиционные инструменты и методы сбора, обработки и анализа данных.

Метрика статьи

Просмотров:29
Скачиваний:5
Просмотры
Всего:
Просмотров:29