Дипломная работа: Использование алгоритмов искусственного интеллекта в процессе построения UFO-моделей

Дипломная работа: Использование алгоритмов искусственного интеллекта в процессе построения UFO-моделей

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки

Факультет прикладної математики та менеджменту

Кафедра соціальної інформатики

Магістерська атестаційна робота

Пояснювальна записка

2071197.ПЗ

Використання алгоритмів штучного інтелекту у процесі побудови UFO-моделей

Магістрант гр. КСмаг-05-1

Сергієнко І.М.

Науковий керівник

доц. Єльчанінов Д.Б.

Допускається до захисту

Зав. Кафедри

Соловйова К.О.

2009

Харківський національний університет радіоелектроніки

Факультет ПММ

Кафедра СІ

Спеціальність 8.000012 – "Консолідована інформація"

Завдання

на магістерську атестаційну роботу

магістрантові Сергієнко Івану Миколайовичу

1. Тема роботи Використання алгоритмів штучного інтелекту у процесі побудови UFO-моделей затверджена наказом по університету від " 12 "квітня2006 р. №556 Ст

2. Термін здачі магістрантом закінченої роботи12.06.2006

3. Вихідні дані до роботи основні алгоритми штучного інтелекту, основні поняття UFO-аналізу

4. Зміст пояснювальної записки (перелік питань, що їх потрібно розробити) перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів; вступ; огляд сучасного стану проблеми; адаптація алгоритму мурахи до процесу UFO-моделювання; використання Microsoft Excel у процесі UFO-моделювання на основі алгоритму мурахи; UFO-моделі шахтної транспортної системи;

Висновки

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень, плакатів)

тема роботи; актуальність дослідження; мета дослідження; постановка задачі;

адаптація алгоритму мурахи до процесу UFO-моделювання;

використання Microsoft Excel у процесі UFO-моделювання на основі алгоритму мурахи;

UFO-моделі шахтної транспортної системи; висновки; апробація результатів

6. Консультанти з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосуються (п.6 заповнюється в разі необхідності)

7. Дата видачі завдання13.03.06

Науковий керівник доц. Єльчанінов Дмитро Борисович

Завдання прийняв до виконання Сергієнко Іван Миколайович

Календарний план

Магістрант Сергієнко Іван Миколайович

Науковий керівник Єльчанінов Д.Б.

Реферат

Пояснювальна записка: 44 рис., 1 додаток, 46 джерел.

Об’єкт дослідження – процес побудови UFO-моделей.

Мета роботи – дослідження можливості використання алгоритмів штучного інтелекту у процесі побудови UFO-моделей.

Методи дослідження – методи штучного інтелекту та сучасні комп’ютерні технології обробки табличних даних.

Результати роботи – адаптація алгоритму мурахи до процесу UFO-моделювання; використання Microsoft Excel у процесі UFO-моделювання на основі алгоритму мурахи; UFO-моделі шахтної транспортної системи.

штучний інтелект, алгоритм мурахи, UFO-аналіз, моделювання, табличний процесор

Реферат

Пояснительная записка: 44 рис., 1 приложение, 46 источников.

Объект исследования – процесс построения UFO-моделей.

Цель работы – исследование возможности использования алгоритмов искусственного интеллекта в процессе построения UFO-моделей.

Методы исследования – методы искусственного интеллекта и современные компьютерные технологии обработки табличных данных.

Результаты работы – адаптация алгоритма муравья к процессу UFO-моделирования; использование Microsoft Excel в процессе UFO-моделирования на основе алгоритма муравья; UFO-модели шахтной транспортной системы.

искусственный интеллект, Алгоритм муравья, UFO-анализ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, табличный процессор

ABSTRACT

Explanatory note: 44 fig., 1 appendix, 46 references.

Research object – process of UFO-models construction.

Work purpose – researching of possibility of artificial intelligence methods using in process of UFO-models construction.

Research methods – artificial intelligence methods and modern computer technologies of tabular data processing.

Work results – ant algorithm adaptation to UFO-modeling process; Microsoft Excel using in UFO-modeling process based on ant algorithm; UFO-models of mining transport system.

artificial intelligence, ant algorithm, UFO-analysis, modeling, tabular processor

Содержание

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

Введение

1. Обзор современного состояния проблемы

1.1 Современные технологии построения систем

1.2 Прикладные методы и технологии искусственного интеллекта

1.2.1 Нейронные сети

1.2.2 Генетические алгоритмы

1.2.3 Системы, основанные на продукционных правилах

1.2.4 Нечеткая логика

1.2.5 Умные агенты

1.2.6 Алгоритм муравья

1.3 Постановка задачи

2. Адаптация алгоритма муравья к задаче построения UFO-модели из заданных компонентов

2.1 Начальное размещение муравья

2.2 Правила соединения UFO-компонентов

2.3 Элементарное перемещение муравья

2.3.1 Перемещение из входа контекстной диаграммы

2.3.2 Перемещение из выхода контекстной диаграммы

2.3.3 Перемещение из входа UFO-компонента

2.3.4 Перемещение из выхода UFO-компонента

2.3.5 Пример перемещений муравья

2.4. Перемещение нескольких муравьев

2.4.1 Разрешение конфликтов

2.4.2 Пример перемещений нескольких муравьев

3. Пример использования Microsoft Excel в процессе построения UFO-модели из заданных компонентов на основе алгоритма муравья

4. Использование алгоритма муравья в процессе UFO-моделирования шахтной транспортной системы

4.1 Общие сведения о подразделении "Шахта "Комсомольская""

4.2 Подготовка и вскрытие шахтного поля

4.3 UFO-модель шахтной транспортной системы

Выводы

Перечень ссылок

искусственный интеллект компьютерный муравей шахтный

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

CASE – computer-aided system engineering;

DFD – диаграммы потоков данных;

IDEF0 – стандарт функционального моделирования;

IDEF3– стандарт документирования технологических процессов;

Муравей – программный агент, который является членом большой колонии и используется для решения какой-либо проблемы;

УФО – Узел-Функция-Объект.

Введение

В современных технологиях анализа и моделирования систем процесс построения моделей приходится осуществлять проектировщику вручную, основываясь на своем опыте и интуиции с помощью CASE-средств.

Современные прикладные методы и технологии искусственного интеллекта (нейронные сети, генетические алгоритмы, нечеткая логика, умные агенты, алгоритмы муравья и т.п.) ориентированы не столько на копирование поведения человека, сколько на достижение результатов, аналогичных человеческим результатам.

Для автоматического построения конфигурации системы целесообразно применить алгоритм муравья, который в настоящее время широко используется для поиска оптимальных путей по графу.

Таким образом, актуальной является проблема автоматического построения модели системы из заданных компонентов.

Целью данной магистерской аттестационной работы является исследование возможности использования алгоритмов искусственного интеллекта в процессе построения UFO-моделей.

Полученные результаты можно использовать в процессе UFO-анализа, а также для внедрения в CASE-инструментарии, используемые в процессе моделирования систем.

1. Обзор современного состояния проблемы

1.1 Современные технологии построения систем

Рассмотрим стандартные методы системного структурного анализа.

Стандарт IDEF0 предназначен для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающих эти функции [1-4].

Диаграммы потоков данных (DFD) являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе. С их помощью эти требования разбиваются на функциональные компоненты (процессы) и представляются в виде сети, связанной потоками данных. Главная цель таких средств – продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами [5-6].

Стандарт IDEF3 предназначен для документирования технологических процессов, происходящих на предприятии, и предоставляет инструментарий для наглядного исследования и моделирования их сценариев [7-8].

Все вышеперечисленные стандарты поддерживаются CASE-средством моделирования и документирования бизнес-процессов BPwin. Однако весь процесс построения моделей приходится осуществлять проектировщику вручную, основываясь на своем опыте и интуиции [9-10].

Более перспективной является так называемая УФО-технология анализа и моделирования систем, в которой решается задача автоматического построения многоуровневой конфигурации из заданных компонентов. Однако если конфигурацию не удается представить в виде нескольких уровней, то автоматически не получится построить конфигурацию, не привлекая опытного проектировщика. УФО-технология поддерживается CASE-средством UFO-toolkit, использующим базу знаний специальной конфигурации, включающей в себя библиотеку УФО-элементов и классификацию связей [11-14].

1.2 Прикладные методы и технологии искусственного интеллекта

Ранние разработки искусственного интеллекта были ориентированы на создание умных машин, которые копировали поведение человека, однако в настоящее время большинство исследователей и разработчиков искусственного интеллекта преследуют более практичные цели. В число прикладных алгоритмов входят [15]:

–  нейронные сети;

–  генетические алгоритмы;

–  системы, основанные на продукционных правилах;

–  нечеткая логика;

–  умные агенты;

–  алгоритмы муравья.

1.2.1 Нейронные сети

В отношении систем искусственного интеллекта иногда можно услышать следующие критические замечания:

–  такие системы слишком "хрупкие" в том смысле, что, встретившись с ситуацией, не предусмотренной разработчиком, они либо формируют сообщения об ошибках, либо дают неправильные результаты (другими словами, эти программы довольно просто можно "поставить в тупик");

–  они не способны непрерывно самообучаться, как это делает человек в процессе решения возникающих проблем.

Еще в середине 1980-х годов многие исследователи рекомендовали использовать для преодоления этих и других недостатков нейронные сети.

В самом упрощенном виде нейронную сеть можно рассматривать как способ моделирования в технических системах принципов организации и механизмов функционирования головного мозга человека. Согласно современным представлениям, кора головного мозга человека представляет собой множество взаимосвязанных простейших ячеек – нейронов, количество которых оценивается числом порядка 1010 [16]. Технические системы, в которых предпринимается попытка воспроизвести, пусть и в ограниченных масштабах, подобную структуру (аппаратно или программно), получили наименование нейронные сети.

Нейрон головного мозга получает входные сигналы от множества других нейронов, причем сигналы имеют вид электрических импульсов. Входы нейрона делятся на две категории: возбуждающие и тормозящие. Сигнал, поступивший на возбуждающий вход, повышает возбудимость нейрона, которая при достижении определенного порога приводит к формированию импульса на выходе. Сигнал, поступающий на тормозящий вход, наоборот, снижает возбудимость нейрона. Каждый нейрон характеризуется внутренним состоянием и порогом возбудимости. Если сумма сигналов на возбуждающих и тормозящих входах нейрона превышает этот порог, нейрон формирует выходной сигнал, который поступает на входы связанных с ним других нейронов, т.е. происходит распространение возбуждения по нейронной сети. Типичный нейрон может иметь до 103 связей с другими нейронами [17].

Было обнаружено, что время переключения отдельного нейрона головного мозга составляет порядка нескольких миллисекунд, т.е. процесс переключения идет достаточно медленно. Поэтому исследователи пришли к заключению, что высокую производительность обработки информации в мозге человека можно объяснить только параллельной работой множества относительно медленных нейронов и большим количеством взаимных связей между ними. Именно этим объясняется широкое распространение термина "массовый параллелизм" в литературе, касающейся нейронных сетей.

Независимо от способа реализации, нейронную сеть можно рассматривать как взвешенный ориентированный граф. Узлы в этом графе соответствуют нейронам, а ребра – связям между нейронами. С каждой связью ассоциирован вес (рациональное число) который отображает оценку возбуждающего или тормозящего сигнала, передаваемого по этой связи на вход нейрона-реципиента, когда нейрон-передатчик возбуждается [18].

Поскольку нейронная сеть носит явно выраженный динамический характер, время является одним из основных факторов ее функционирования. При моделировании сети время изменяется дискретно, и состояние сети можно рассматривать как последовательность мгновенных снимков, причем каждое новое состояние зависит только от предыдущего цикла возбуждения нейронов [19].

Для выполнения обработки информации с помощью такой сети необходимо соблюдение определенных соглашений. Для того, чтобы сеть стала активной, она должна получить некоторый входной сигнал. Поэтому некоторые узлы сети играют роль "сенсоров" и их активность зависит от внешних источников информации. Затем возбуждение передается от этих входных узлов к внутренним и таким образом распространяется по сети. Это обычно выполняется посредством установки высокого уровня активности входных узлов, которая поддерживается в течение нескольких циклов возбуждения, а затем уровень активности сбрасывается.

Часть узлов сети используется в качестве выходных, и их состояние активности считывается в конце процесса вычислений. Но часто интерес представляет и состояние всей сети после того, как вычисления закончатся, либо состояние узлов с высоким уровнем активности. В некоторых случаях интерес может представлять наблюдение за процессом установки сети в стабильное состояние, а в других – запись уровня активизации определенных узлов перед тем, как процесс распространения активности завершится [20-24].

В контексте нейронных сетей изучается искусственная жизнь. Например, рассматривается развитие простых организмов в синтетической среде. Только избегая хищников и находя пищу, организмы выживают в среде. Воспроизводство агентов допускается только в том случае, если они выживают и достигают определенного уровня внутренней энергии. Это позволяет получать более здоровое и совершенное потомство. В качестве нейроконтроллеров для агентов выступают многослойные нейронные сети. Простые пищевые цепочки создаются с помощью двух различных типов организмов (хищника и травоядного) [25].

Страницы: 1, 2, 3