33
Abstract:
The paper deals with the problems of local computing in systems theory and
databases, as well as issues of parallel and distributed execution and transformation of
algorithms in intelligent systems and their logic-mathematical and software.
Key words
: automation, formalization, algorithms, algorithmization, optimization,
system approach,
mathematical model, mathematical and software, mathematical
programming.
Annotatsiya
: Maqolada tizimlar nazariyasi va ma'lumotlar bazalarida lokal hisoblash
muammolari, shuningdek, intellektual tizimlar va ularning mantiqiy-matematik va dasturiy
ta'minotidagi algoritmlarni parallel va taqsimlangan bajarish va transformatsiyalash
masalalari ko‘rib chiqiladi.
Kalit so‘zlar
: avtomatlashtirish, formallashtirish, algoritmlar, algoritmlash,
optimallashtirish, tizimli yondashuv, matematik model, matematik va dasturiy ta'minot,
matematik dasturlash.
Автоматизация творчества труда с применением средств вычислительной
техники является чрезвычайно актуальным направлением современной
информатики. На сегодняшний день это проблема
переросла в проблему
информатики создания человеко-машинных систем. Здесь речь идет о выделении
формализуемой части умственного труда человека, оформление её в виде
логических и аналитических зависимостей, а также анализ этих зависимостей с
последующей реализацией на компьютере. Так возникла идея алгоритмизации как
обобщение теории алгоритмов [1]. Требуется создание новых алгоритмических
программных систем для решения задач оптимизации различных инженерных
конструкций и сооружений, а именно: объектов строительства, самолетостроения,
ракетостроения, кораблестроения и др. областях возникают задачи расчета и
оптимизации пластинчатых элементов конструкции сложной конфигурации
(пластины не прямоугольного очертания, с вырезами, многосвязные и т.д.).
Задача оптимизации инженерных конструкций сложной конфигурации
представляет собой задачу
нелинейного программирования, имеющая ряд
специфических особенностей.
Во-первых, на вычисление целевой функции (вес, стоимость) необходимо гораздо
меньше времени, чем на проверку ограничений, которые требуют решения прямой
задачи расчета конструкций;
Во-вторых, глобальный минимум всегда будет находиться на какой-либо границе
или на их стыке, иначе будем иметь запас материала, который можно убрать, не
нарушая условий прочности, жесткости, устойчивости и т.д.
Для решения задачи оптимизации применимы алгоритмы, которые приведены в
[4], и учитывая перечисленные выше особенности, которые дают возможность
эффективного распараллеливания, а порою, и распределять решение задач. Задачи
оптимизации такого рода вычислительно трудоёмки, но эффективно решаются на
суперкомпьютерах. Это в свою очередь, даст возможность параллельного и (или)
распределённого исполнения и преобразование алгоритмов для него,
так как
алгоритмы обладают повышенной скоростью сходимости и надежности.
Математическая
сложность
расчета
подобных
пластинчатых
элементов
произвольного очертания, особенно их оптимизации, привела к значительному
отставанию научных исследований и публикаций по перечисленным вопросам от
расчета и оптимизации «традиционных» видов элементов конструкций.
Недостатком традиционного подхода является то, что операторы не подвергаются
модификациям под действием целенаправленной искусственной интеллектуальной
процедуры (даже здесь неприемлемы численные методы, важные для учета
неопределимости и неточности). Естественно, в рамках изложенных ограничений,
34
традиционные интеллектуальные (или интеллектуальные) системы не могли иметь
высокий коэффициент машинного интеллекта.
Задачи алгоритмизации в этом новом направлении до сих пор не были
рассмотрены. С учетом того,
что изложено выше, следует разработать
методологические основы алгоритмизации компьютерных и информационных
технологий применительно к теории интеллектуальных систем. Здесь требуется
разобрать
алгоритмические
методы
формализации.
В
этой
области,
фундаментальной основой которых являются математика и информатика,
определить состав и структуру алгоритмических банков, построить базы знаний
посредством алгоритмических банков (т. е. разобрать методологию заполнения
основных алгоритмических банков на основе одной из современных форм
представления знаний и их комбинаций). Важной задачей является создание
программной поддержки основных алгоритмических банков (операционных частей
алгоритмических банков) и построение банка постановок и операционного банка в
теории интеллектуальных систем. Разработанные теоретические результаты по
алгоритмизации компьютерных информационных технологий могут быть
использованы при построении информационно-интеллектуальных систем в
различных предметных областях. Запросы естественнонаучной, экономической и
инженерной практики наряду с решением прямых задач
науки и техники требуют
рассмотрения различных оптимизационных задач, которые привлекают многих
исследователей, как теоретиков, так и практиков.
Суть оптимизации – нахождении е наилучшего решения из некоторого множество
возможных решений. К числу таких задач относятся, в частности, задачи
программирования, охватывающие широкий круг проблем теории управления,
экономики, теории оптимального проектирования систем и др. Оптимизационные
задачи, в частности задачи оптимизации инженерных конструкций, предполагают
использование широкого класса методов математического программирования.
В настоящее время складываются основы новой методологии научных
исследований - математического моделирования и вычислительного эксперимента.
Сущность этой методологии состоит в замене исходного объекта его
математической моделью и исследовании современными вычислительными
средствами математических моделей [8,9,10,14,21].
Методология математического
моделирования бурно развивается, охватывая все новые сферы - от разработки
больших технических систем и управления ими до анализа сложнейших
экономических и социальных процессов, сводящихся, как правило, к решению
оптимизационных задач с использованием крупных программных комплексов на
суперкомпьютерах.
В мировой практике систем автоматизированного проектирования программные
комплексы на основе численных методов активно развиваются и используются в
качестве решения задач оптимизации, что, безусловно, расширяет границы их
применения и повышает интерес со стороны научного сообщества. Проведение
вычислительных экспериментов дает возможность
автоматизировать процесс
проектирования оптимальных инженерных конструкций и сооружений.
Разработка программного обеспечения приобретает черты промышленного
производства, основная часть всех затрат развитию индустрии компьютер
используется на создание алгоритмов и программ. В то же время решение задач и
создание соответствующих программных средств невозможно без глубоких научных
исследований и активной творческой деятельности. Решение задач на компьютере
включает большой объем работ по исследованию физических и математических
моделей, разработке методов решения этих задач, созданию алгоритмов и
программ, а также анализу и обработке полученных результатов. Такой способ
35
проведения
научных
исследований
и
инженерно-технических
расчетов,
обеспечивающий решение важных классов задач, называется вычислительным
экспериментом. Это – новая технология научных исследований, применяемая
автоматизация решения сложных, в том числе оптимизационных задач.
Из этих особенностей можно выделить следующее.
