«Адаптивное управление сложными системами на основе теории распознавания образов»
В. С. Симанков, Е. В. Луценко
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]:
- 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»).
- 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.
- Использование бумажного архива по выращиванию сельхозкультур для заполнения формализованных паспортов и ввода в программную инструментальную систему в качестве примеров выращивания (обучающей выборки).
- 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.
- Каждый из технологических факторов на основе приведенных примеров характеризуется тем, какое влияние он оказывает на осуществление каждой хозяйственной ситуации.
- 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.
- Группировка технологических факторов в кластеры и конструкты. При этом было обнаружено, что некоторые различные по своей природе факторы имеют сходное влияние на хозяйственные результаты.
- 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:
- Формулировка целей и в соответствии с ними разработка перечня прогнозируемых состояний, т.е. результатов лечения.
- 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.
- Использование бумажного архива историй болезни для заполнения формализованных паспортов и ввода в программную инструментальную систему в качестве примеров лечения (обучающей выборки).
- 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.
- Сравнение различных результатов лечения и формирование групп наиболее сходных из них (кластеров), а также определение кластеров наиболее сильно отличающихся друг от друга (конструктов).
- 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.
- 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.
