Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЧЕТКОЙ МОДЕЛИ ВЫБОРА БИЗНЕС-СИСТЕМЫ

Осипов Г.С. 1
1 Сахалинский государственный университет
Предложена формальная постановка обобщенной задачи выбора бизнес-системы в нечетких условиях. Разработана модель выбора в виде нечеткого реляционного уравнения. Произведена структурная идентификация модели в классе композиций нечетких соответствий на базовых множествах, состоящих из списка возможных бизнес–систем, списка предполагаемых объектов для строительства и укрупненных критериев оценки надежности бизнес-систем. Получено явное выражение для функции принадлежности искомого решения в общем виде, представляющего собой нечеткое соответствие на декартовом произведении множеств объектов и предлагаемых бизнес-систем. Предложены формулы получения частных решений задачи при использовании наиболее известных треугольных норм в виде логического, алгебраического и граничного произведения, и индуцированных этими нормами импликаторов. Так как обратная задача выбора модели бизнес-системы является трудной и не всегда разрешимой, то предложена методология решения обратной задачи, путем ее сведения к проблеме оптимизации что позволяет найти искомое нечеткое соответствие, которое в наивысшей степени отвечает условию минимизации критерия оптимизации – нормы отклонения расчетных величин от наблюдаемых. Выполнена практическая апробация разработанной методологии решения проблемы в виде контрольного решения прямой и обратной задач для всего спектра исследуемых норм и импликаторов в среде пакета компьютерной математики.
бизнес-система
нечеткое моделирование
нечеткие соответствия
1. Айзинов С.Д., Сазонов А.Е., Солодовниченко М.Б. Разработка нечеткой модели выбора вида профессиональной деятельности выпускниками вуза // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С О. Макарова. 2017. № 6 (46). С. 1330–1337.
2. Новиков А.В. Методология нечеткого принятия решений и алгоритмизация управления оказанием медицинской помощи больным пиелонефритом: дис. ... докт. мед. наук: 14.00.40. Курск, 2009. 232 с.
3. Пантина Т.А., Сазонов А.Е. Нечеткая модель для выбора бизнес системы // Транспортное дело России. 2018. № 6 (139). С. 239–241.
4. Блюмин С.Л., Шуйкова И.А., Сараев П.В., Черпаков  И.В. Нечеткая логика: алгебраические основы и приложения. Липецк: ЛЭГИ, 2002. 111 с.
5. Осипов Г.С. Исследование соответствий в задаче нечеткой диагностики // Вопросы современной науки: коллект. науч. монография; [под ред. Е.Е. Еникеева]. М.: Изд. Интернаука, 2018. Т. 29. С. 41–62.

Современный этап развития общества и, как следствие, эволюция научных подходов к изучению сложных больших систем, не поддающихся строгой формализации, характеризуется отказом от элементарного и ограниченного бинарного подхода и переходом к непрерывной (многозначной) логике, позволяющей объектам присутствовать в различных множествах с некоторой степенью принадлежности.

Таким образом, прогресс научного познания позволяет выполнить строгую математическую формализацию и использовать возможности аппарата принятия решений в нечетких условиях для исследования и управления процессами и системами при неопределённостях, обусловленных неполнотой и неточностью используемой исходной информации, данных о текущем состоянии системы и операторе ее перехода в следующее эволюционное состояние.

В настоящее время методология нечеткого моделирования находит применение в различных предметных областях: в образовании [1], медицине [2], экономике [3] и многих других. Целью настоящего исследования является разработка методологии и исследование модели выбора бизнес-системы в достаточно универсальной постановке.

Материалы и методы исследования

Рассмотрим задачу выбора бизнес-системы [3] в нечеткой постановке.

Пусть M, N и O – конечные четкие множества:

osip01.wmf – список объектов для строительства;

osip02.wmf – список бизнес-систем;

osip03.wmf – список критериев (характеристик) для оценки надежности бизнес-систем.

Тогда нечеткая модель выбора бизнес-системы может быть определена как нечеткое реляционное уравнение

osip04.wmf (1)

где

osip05.wmf;

osip06.wmf;

osip07.wmf – искомое соответствие.

Очевидно, функция принадлежности практически может быть представлена в виде

osip08.wmf (2)

Формулы для нахождения решения задачи (2) при использовании наиболее известных треугольных норм T и индуцированных этими нормами импликаторов I [4] приведены в табл. 1.

Таблица 1

Формулы для нахождения решения задачи

T-норма

Импликатор I

Решение osip09.wmf

osip10.wmf

osip11.wmf

osip12.wmf

osip13.wmf; osip14.wmf

osip15.wmf

osip16.wmf

osip17.wmf

osip18.wmf; osip19.wmf

osip20.wmf

osip21.wmf

osip22.wmf

osip23.wmf; osip24.wmf

 

Представление прямой задачи (1) в виде (2) позволяет в простейшем случае при использовании стандартных треугольных норм и индуцированных ими импликаторов найти решения по одной из формул, приведенных в табл. 1.

Очевидно, выбор соответствующей импликации определяется спецификой решения прикладной задачи из исследуемой предметной области.

На рис. 1 приведены примеры графиков функций принадлежности и треугольной нормы, в виде логического произведения, и индуцированных ей двух импликаторов.

Рис. 2 иллюстрирует применение к аналогичным функциям принадлежности двух нечетких множеств треугольной нормы в виде алгебраического произведения.

На рис. 3 изображены рассматриваемые функции принадлежности, а также результаты применения к ним нормы в виде граничного произведения и соответствующих ему простейших импликаторов.

osipov1.tif

Рис. 1. Логическое произведение и индуцированные импликаторы

osipov2.tif

Рис. 2. Алгебраическое произведение и индуцированные импликаторы

Следует отметить, что при использовании логического произведения результат импликации остается слабо чувствительным к малым значениям функций принадлежности (в отличие от представленных на рис. 2 и 3), что может ограничить его применение в системах, например, обеспечения безопасности техногенных систем.

Решение обратной задачи принципиально сложнее, более того, множество решений может быть пусто. В этом случае решение обратной задачи можно свести к конечной проблеме оптимизации.

Пусть необходимо решить левую обратную задачу вида

osip25.wmf

В этом случае формулируется соответствующая экстремальная задача:

osip26.wmf (3)

где osip27.wmf – матричное представление наблюдаемого соответствия.

Решение этой задачи позволяет найти искомое нечеткое соответствие, которое в наивысшей степени отвечает условию минимизации критерия оптимизации – нормы отклонения расчетных величин от наблюдаемых.

Результаты исследования и их обсуждение

Пусть заданы [3]:

osip28.wmf; osip29.wmf; osip30.wmf

osip31.wmf; osip32.wmf

Решения прямой задачи (1) по формулам (2) при различных вариантах импликации представлены в табл. 2.

Таблица 2

Варианты решения прямой задачи

T-норма

Решение

Импликатор

Решение левой и правой задач

Tm

osip33.wmf

Im

osip34.wmf; osip35.wmf

Tp

osip36.wmf

Ip

osip37.wmf; osip38.wmf

Tw

osip39.wmf

Iw

osip40.wmf; osip41.wmf

 

osipov3.tif

Рис. 3. Граничное произведение и индуцированные импликаторы

Семантическая интерпретация решения зависит от постановки задачи.

Например, при использовании T-нормы, в виде логического произведения Tm, получили решение (табл. 2): osip42.wmf и в соответствии с [3] для объекта m2 следует рекомендовать бизнес-схему n2 и т.д. Очевидно, евклидовы расстояния от нечеткого множества osip43.wmf до множеств osip44.wmf и osip45.wmf равны и составляют osip46.wmf.

В данном случае экстремальная задача (3) сводится [5] к решению трёх задач:

osip47.wmf (4)

В табл. 3 представлены решения обратной задачи (3) по формулам (4) для различных используемых треугольных нормах.

Таблица 3

Варианты решения обратной задачи

T

Решение

Время

поиска

f

Tm

osip48.wmf

3 с

0

Tp

osip49.wmf

6 с

10-2

Tw

osip50.wmf

7 c

10-8

 

В таблице приведено также время поиска решения в среде Wolfram Mathematica при настройках метода оптимизации «по умолчанию» и достигнутое значение целевой функции.

В табл. 4 приведены аналогичные данные при индуцированных импликаторах.

Таблица 4

Решения обратной задачи при различных импликаторах

I

Решение

Время

поиска

f

Im

osip51.wmf

osip52.wmf

6 с

6 с

0

10-8

Ip

osip53.wmf

osip54.wmf

6 с

5 с

10-10

10-11

Iw

osip55.wmf

osip56.wmf

6 c

6 c

0.1

10-10

 

Сравнение решений по величине среднего евклидова расстояния δE от исходного (эталонного) соответствия представлено в табл. 5.

Таблица 5

Сравнение решений по точности приближения к эталону

T(I)

Tm

Tp

Tw

Im

Ip

Iw

δE

1,340

0,659

0,566

0,964

0,489

0,652

0,477

0,825

0,466

 

Выводы

Разработанная методология исследования нечеткой модели выбора бизнес-системы является унифицированной и может служить базовой основой для анализа сложных трудноформализуемых систем в различных предметных областях при неопределенности, вызванной неполнотой и неточностью представления используемой информации. Практическая апробация разработки в среде пакета символьной математики подтверждает обоснованность используемых формальных предпосылок и полученных выводов.


Библиографическая ссылка

Осипов Г.С. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЧЕТКОЙ МОДЕЛИ ВЫБОРА БИЗНЕС-СИСТЕМЫ // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 9. – С. 100-106;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37674 (дата обращения: 05.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074