ANALYTICAL MODEL OF DECISION MAKING IN THE DESIGN OF DIGITAL DEVICES

Литвинская О.С.¹, Сальников И.И.²

¹Кандидат технических наук, доцент, Пензенский государственный технологический университет; ²Профессор, доктор технических наук, Пензенский государственный технологический университет

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

Аннотация

При проектировании систем цифровой обработки информации используется широкий спектр средств реализации в виде различных электронных компонентов. Выбор этих средств в настоящее время выполняется субъективно, определяется знаниями и приверженностями разработчика. В работе предлагается использовать количественный подход в виде системы принятия решения на основе целевого функционала,  имеющего экстремальный вид.

Ключевые слова: принятие решения, выбор, средство реализации, целевой функционал.

Litvinskaya O. S.¹, Salnikov I. I.²

¹Associate professor, Candidate of Technical Sciences, Penza State Technological University;

²Professor, Doctor of Technical Sciences, Penza State Technological University

ANALYTICAL MODEL OF DECISION MAKING IN THE DESIGN OF DIGITAL DEVICES

Abstract

When designing systems of digital processing of information using a wide range of implementation in the form of various electronic components. The choice of these funds is currently being subjectively defined by knowledge and приверженностями developer. It is suggested to use a quantitative approach in the form of decision making on the basis of the objective functional, having an extreme kind.

Keywords: decision making, selection, means of implementation, the objective functional.

Задачи принятия решения (ЗПР) встречаются во всех без исключения областях знаний и отличаются большим разнообразием. ЗПР имеет место тогда, когда необходимо совершить выбор лучшего в определенном смысле варианта среди существующего множества альтернатив [1].

Наиболее близким научным направлением к теме данной статьи является раздел систем искусственного интеллекта, связанный с принятием решений и получивший широкое распространение в виде систем поддержки принятия решения (СППР), по которым имеется большое количество научных публикаций. Одним из научных  направлений является разработка СППР по объективному выбору средств реализации системы цифровой обработки информации (ЦОИ), являющиеся, как правило, частью проектируемой информационной технической системы.

При разработке систем ЦОИ в настоящее время используется широкий спектр средств реализации в виде электронных компонентов:  универсальных ЭВМ, микроконтроллеров, сигнальных процессоров, программируемых логических интегральных схем, имеющих самые разнообразные технические характеристики. Выбор этих средств при проектировании систем ЦОИ в настоящее время выполняется субъективно, определяется  знаниями и приверженностями разработчика.

С другой стороны, исходные условия для проектирования систем ЦОИ, как правило, характеризуются  многопараметричностью и разнородностью. В работе использован количественный подход при разработке СППР, в основе которой лежит метод принятия решения на основе целевого функционала,  имеющего экстремальный вид. Целевой функционал является количественным инструментом метода принятия решения и включает в себя обобщенную параметрические функцию, которая должна быть сформирована на основе частных параметрических функций, описывающих исходные данные на проектирование системы ЦОИ [2,3].

Частная параметрическая функция должна представлять собой нормированную зависимость, характеризующую основные свойства используемого параметра. Например, это может быть коэффициент заданного быстродействия, или коэффициент заданной информационной производительности и множество других характеристик. Основное требование к  этим характеристикам – они должны иметь количественную форму.

Далее предполагается, что нормированные частные параметрические функции объединяются в некоторую обобщенную функцию с использованием весовых коэффициентов, определяющих значимость каждой параметрические функции. При этом, для определения весовых коэффициентов необходимо использовать экспертные оценки.

Метод принятия решения основан на соотнесении оценки экстремального  значения функционала при заданных исходных параметрах и интервальных значениях, характеризующих конкретные решения.

Предполагаемый метод принятия решения должен быть иерархическим. Причем, в качестве ступеней можно использовать следующие уровни иерархии относительно средств реализации систем ЦОИ:

– верхний уровень – группы средств ЦОИ: универсальные ЭВМ, микропроцессоры (МП) и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС);

– средний уровень – соответствующий  кластер в группе средств ЦОИ: для универсальных ЭВМ – это ПЭВМ (CPU) или графические станции (GPU); для МП – это микроконтроллеры (MCS), предназначенные для систем управления, или сигнальные процессоры (DSP), предназначенные для реализации интегральных преобразований; для ПЛИС – это архитектура FPGA или архитектура CPLD;

– низший уровень – конкретный тип электронного компонента, входящий в выбранный кластер и характеризуемый детальными техническими характеристиками. На этом уровне должна использоваться база данных. Таким образом, используется  иерархический выбор по принципу «от общего к частному».

Окончательное решения выбирает лицо принимающее решение (ЛПР), но разрабатываемая СППР существенно облегчает процесс выбора средства реализации системы ЦОИ в существующем «море» электронных компонент.

Формализация принятия решений в условиях многоальтернативной оптимизации в задачах проектирования технических систем связана с поиском эффективного решения в области выбора средств реализации.

Детализируя общую постановку задачи выбора средств реализации, можно получить следующую структуру сложной информационной технической системы (ИТС) S, где все параметры предлагается разделить на группы, например, параметры сигналов, параметры алгоритмов, которые предполагается реализовать и  параметры средств реализации и обозначить  (Рис.1.)

 

Рис.1 - Внутренняя структура S

Структура  состоит из множества параметров , базы данных, содержащей конкретные значения параметров W, т.е. , множества возможных реализаций целевого функционала  и множества возможных вариантов решений . Множество параметров средств реализации представляется различными единицами измерений, поэтому для дальнейших преобразований подвергается нормированию.

Совокупность параметров средств реализации взаимосвязаны частными параметрическими функциями . Из всех нормированных коэффициентов  предлагается выделить существенные коэффициенты параметров , оказывающие весомое, значительное влияние на выбор средства реализации алгоритмов, параметрические функции которых обозначим .

Формирование целевого функционала определится зависимостью от параметрических функций :

где n – количество частных параметрических функций;  – весовые коэффициенты.

Выработка решения, т.е. формирование множества Y, начинается с разделения области допустимых значений функционала на диапазоны Rⁿ,  соответствующие вариантам реализации Х_i. Множество вариантов реализации определяет совокупность интервалов значений целевого функционала :

Принятие решения для многокритериальной модели в условиях определенности формулируется следующим образом: попадание экстремума функционала в интервал значений и будет определять вариант реализации алгоритма:

Положение экстремума дает оптимальное значение множества Y при заданных исходных параметрах системы S.

Альтернативные варианты реализации алгоритмов могут принципиально отличаться между собой (быть независимыми) и аналогичными (быть зависимыми).