Книги по системному анализу

Системный анализ

«Адаптивное управление сложными системами на основе теории распознавания образов»

В. С. Симанков, Е. В. Луценко

Оглавление    
Глава 8, «Техника. Пример синтеза адаптивной САУ ФВЭУ и решения задач управления» Глава 8, «Экономика»

Глава 8: Технология

ААСУ возделыванием сельхозкультур

Актуальность

На основе предлагаемой методологии и технологии может быть разработано конкретное приложение, обеспечивающее управление урожайностью и качеством сельскохозяйственных культур путем выбора и применения оптимальной агротехнологии в зависимости от поставленной цели и вида почв, культуры-предшественника, а также ряда других параметров объекта управления и окружающей среды, например, таких как: нормы высева, виды и нормы внесения удобрений, методы вспашки, ротация и др.

Предлагаемый подход

При разработке методики выполняются следующие работы [138]:

  1. Формулировка целей методики и в соответствии с ними разработка перечня прогнозируемых хозяйственных ситуаций, т.е. результатов выращивания (например, для классификации будущих состояний, в том числе целевых, могут быть использованы «шкала качества» и «шкала количества»).
  2. Разработка формализованного паспорта результатов выращивания сельхозкультур, позволяющего описать в пригодной для компьютерной обработки форме результаты выращивания конкретной сельхозкультуры на конкретном поле и по конкретной технологии. Формализованный паспорт может состоять из двух частей: первая из них содержит шкалы, описывающие не зависящие от воли человека факторы, вторая — технологические факторы, которые можно рассматривать как средство достижения желаемых хозяйственных результатов.
  3. Использование бумажного архива по выращиванию сельхозкультур для заполнения формализованных паспортов и ввода в программную инструментальную систему в качестве примеров выращивания (обучающей выборки).
  4. Выявление (на основе предъявленных реальных примеров выращивания сельхозкультур) взаимосвязей между применяемыми технологиями и полученными результатами и формирование информационных портретов по каждому возможному результату выращивания. Информационный портрет хозяйственной ситуации представляет собой перечень технологических факторов с количественным указанием того, какое влияние оказывает каждый из них на осуществление данной ситуации.
  5. Каждый из технологических факторов на основе приведенных примеров характеризуется тем, какое влияние он оказывает на осуществление каждой хозяйственной ситуации.
  6. Сравнение различных хозяйственных ситуаций и формирование групп наиболее сходных из них (кластеров), а также определение кластеров, наиболее сильно отличаются друг от друга (конструктов). При этом на экспериментальной базе данных был выявлен конструкт «качество-количество», означающий, что для получения высокого качества и большого количества необходимы совершенно противоположные и несовместимые (т.е. невозможные одновременно) почвы: предшественники и агротехнологические приемы.
  7. Группировка технологических факторов в кластеры и конструкты. При этом было обнаружено, что некоторые различные по своей природе факторы имеют сходное влияние на хозяйственные результаты.
  8. Проверка способности созданного приложения правильно прогнозировать хозяйственные результаты на массиве уже введенных формализованных паспортов, т.е. определение внутренней интегральной и дифференциальной валидности. На экспериментальном примере валидность оказалась достаточно высокой и приемлемой для практического применения. В то же время были выявлены некоторые слабо детерминированные хозяйственные ситуации, которые наиболее сложно вызывать и достоверно прогнозировать.

Результаты и перспективы

Разработанное приложение позволяет решать две основные задачи:

  • прогнозирование того, какие хозяйственные результаты наиболее вероятны (а какие практически невозможны) на данном виде почв и с данными предшественниками, а также при условии применения имеющихся в распоряжении агротехнологий;
  • разработка рекомендаций по управляющим воздействиям, т.е. консультирование по вопросам о том, какие виды почв, предшественники и агротехнологии должны быть, чтобы можно было рассчитывать с определенной уверенностью на заданный хозяйственный результат.

Система позволяет оценивать степень достоверности своих прогнозов и рекомендаций по управлению, т.е. она не просто дает рекомендацию, но и количественно оценивает степень ее надежности.

Кроме того, система дает характеристику влияния каждого технологического приема и рекомендации по замене желательных, но очень дорогих или не имеющихся в наличии технологических приемов, другими, более дешевыми и доступными, и, при этом, имеющими сходное влияние на хозяйственные результаты.

Таким образом, данная методика позволяет «просматривать» различные варианты технологии, прогнозировать последствия применения различных технологических приемов, и на этой основе вырабатывать научно обоснованные рекомендации по выбору возделываемой культуры и оптимальной для поставленных целей агротехнологии.

ААСУ индивидуального управления лечением

Актуальность

Типичным примером сложной системы является человек-пациент. Систему «врач-пациент» можно рассматривать как адаптивную систему управления сложной системой, цель которой состоит в переводе пациента из некоторого текущего состояния «болезнь», более или менее далекого от оптимального, в некоторое будущее состояние «здоровье», более близкое к оптимальному, причем это осуществляется с помощью лечебных управляющих воздействий.

Предлагаемый подход

Целевые состояния сложной системы в данном случае представляют собой подмножество пространства будущих состояний, в которых пациент более или менее здоров.

Входными параметрами сложной системы являются:

  • история болезни пациента и его биография (траектория перехода пациента в текущее состояние);
  • факторы внешней среды;
  • лечебные воздействия врача.

Выходными параметрами сложной системы в нашем примере являются симптомы и синдромы (комплексы взаимосвязанных симптомов), т.е. клиническая картина, характеризующая, в частности, целевые состояния.

На основе предлагаемой методологии и технологии может быть разработано конкретное приложение, обеспечивающее управление лечением путем выбора и применения оптимальных лечебных воздействий в зависимости от цели лечения, предыстории больного, его текущего состояния, а также ряда других параметров как объекта управления, так и окружающей среды.

При разработке методики выполняются следующие виды работ:

  1. Формулировка целей и в соответствии с ними разработка перечня прогнозируемых состояний, т.е. результатов лечения.
  2. Разработка формализованного паспорта результатов лечения (формализованной истории болезни), позволяющего описать в пригодной для компьютерной обработки форме результаты лечения заболеваний определенными методами. Формализованный паспорт может состоять из двух частей: первая из них содержит шкалы, описывающие не зависящие от воли человека факторы, вторая — факторы (лечебные воздействия), которые можно рассматривать как средство достижения желаемых результатов лечения.
  3. Использование бумажного архива историй болезни для заполнения формализованных паспортов и ввода в программную инструментальную систему в качестве примеров лечения (обучающей выборки).
  4. Выявление (на основе реальных примеров лечения) взаимосвязей между применяемыми медицинскими технологиями и полученными результатами лечения и формирование информационных портретов по каждому возможному результату лечения (независимо от их оценки как успешных или нет). Информационный портрет результата лечения представляет собой перечень лечебных факторов с количественным указанием того, какое влияние каждый из них оказывает на осуществление данного результата.
  5. Сравнение различных результатов лечения и формирование групп наиболее сходных из них (кластеров), а также определение кластеров наиболее сильно отличающихся друг от друга (конструктов).
  6. Группировка лечебных факторов в кластеры и конструкты, показывающих, что некоторые различные по своей специфической природе лечебные факторы имеют сходное влияние на результаты лечения. Это позволяет утверждать, что, лечебные факторы объединяются в кластеры с учетом не только их специфического, но и неспецифического эффекта.
  7. Проверка способности созданного приложения правильно прогнозировать результаты лечения на массиве уже введенных формализованных паспортов (историй болезни), т.е. определение внутренней интегральной и дифференциальной валидности. На экспериментальных примерах валидность оказалась достаточно высокой, что позволяет сделать вывод о возможности практического использования созданного приложения. При этом были выявлены как высокодетерминированные лечебные результаты, которые можно уверенно формировать применением вполне определенных лечебных воздействий, так и слабодетерминированные результаты лечения, которые наиболее сложно как получить, так и достоверно прогнозировать.

Кроме того, каждый из лечебных факторов на основе приведенных примеров автоматически характеризуется тем, какое влияние он оказывает на осуществление каждого результата лечения.

Результаты и перспективы

Разработанное приложение позволяет решать три основных задачи:

  • диагностика (нозологическая идентификация), осуществляется на основе симптоматики (клинической картины) с учетом данных истории болезни, отражающей предысторию больного, а также факторов внешней среды;
  • прогнозирование того, какие результаты лечения наиболее вероятны (а какие практически невозможны) на данном состоянии пациента и при его предыстории, а также при условии применения имеющихся в распоряжении врачей лечебных технологий и факторов окружающей среды;
  • разработка рекомендаций по управляющим воздействиям, т.е. консультирование по вопросам о том, какие лечебные технологии должны быть применены, чтобы можно было рассчитывать с определенной уверенностью на желаемый результат лечения.

Система позволяет оценивать степень достоверности своих прогнозов и рекомендаций по управлению, т.е. она не просто дает рекомендацию, но и количественно оценивает степень ее надежности.

Кроме того, система дает характеристику каждого лечебного воздействия (на что он влияет), а также выдает рекомендации по замене желательных лечебных воздействий, но очень дорогих, болезненных или опасных для пациента или которых нет в распоряжении врачей, другими, более дешевыми, щадящими и которые есть в распоряжении врача, и при этом имеют сходное влияние на результаты лечения.

Таким образом, данная методика позволяет «просматривать» различные варианты применения медицинских технологий, прогнозировать последствия применения различных лечебных факторов, и на этой основе вырабатывать научно обоснованные рекомендации по выбору оптимальной в каждом конкретном случае медицинской технологии.

Оглавление    
Глава 8, «Техника. Пример синтеза адаптивной САУ ФВЭУ и решения задач управления» Глава 8, «Экономика»