Зондирование морфологического множества

В случае зондирования морфологического множества выбирается элемент морфологического множества для одноуровневых систем или окрестность элемента – для синтеза иерархических систем.

Выбор такого элемента может происходить как случайным образом, так и при помощи использования правил полученных на основе анализа экспертных знаний. Зондирование может быть случайным или детерминированным. Частным случаем последнего может быть полный или неполный перебор, который возможен лишь в случае небольшой мощности морфологического множества.

Алгоритмы зондирования могут быть:

• неадаптивными;

• адаптивными.

Неадаптивные алгоритмы осуществляют генерацию каждой новой структуры (зондируют морфологическое множество) независимо от уже сгенерированных структур.

Адаптивные алгоритмы осуществляют генерацию последующих структур с учетом предыдущих. Адаптивный алгоритм сужает область поиска, и стремиться (или находит) глобальный экстремум (самую лучшую структуру).

Морфологическое конструирование

В отличие от методов зондирования, когда структура выбирается целиком и сразу, алгоритмы морфологического конструирования создают (конструируют) систему последовательно, подсистема за подсистемой.

Методами морфологического конструирования являются:

• независимая оценка подсистем;

• древовидное;

• лабиринтное конструирование.

Независимая оценка подсистем. Простейшим методом морфологического конструирования является независимая оценка подсистем. В этом методе выбираются наилучшие технические решения подсистем, не учитывая технические решения других подсистем. Здесь предполагается, что система будучи, составленной из оптимальных подсистем, сама является оптимальной, что вообще говоря, с позиций системного подхода является неверным.

Возникают и другие трудности, в частности, не всегда удается заранее определить состав подсистем.

Древовидное конструирование. Более совершенным методом является метод древовидного конструирования. Сначала проводится ранжирования подсистем по значимости выполняемой ими функций. Далее выбирается наиболее оптимальное техническое решение самой значимой подсистемы, после чего выбирается следующая подсистема, но уже с учетом первой. Потом выбирается третья с учетом уже существующих двух предыдущих и т. д. пока не будет получена структура всей системы.

По сравнению с методом независимой оценки подсистем древовидное конструирование является более гибким и дает возможность получить более оптимальное техническое решение.

Достоинством данного метода является то, что он дает возможность получить техническое решение проектируемого устройства за один проход. Но в этом и его недостаток. Так в случае двух подсистем мы действительно получим оптимальное решение. В самом деле, сначала выбирается наиболее значимая подсистема и, далее, с ее учетом, находится вторая.

Но уже в случае трех подсистем, древовидное конструирование не дает гарантии нахождения глобально оптимальной структуры. Мы выбираем третью подсистему с учетом уже существующих двух других. Поэтому если рассматривать уже созданную часть системы как данность, то система будет оптимальной. Но не факт, что отсутствует сочетание, не являющееся оптимальным для случая двух самых значимых подсистем, но которое будет лучшим для случая системы в целом. Но, несмотря на это, древовидное конструирование может быть использовано для получения первого приближения, с последующим улучшением его методами трансформации структуры.

Лабиринтное конструирование. Следующим методом является лабиринтное конструирование.

Алгоритм лабиринтного конструирования следующий:

1. Как и в методе древовидного конструирования выбирается самая значимая подсистема.

2. Помимо лучшей подсистемы выбирается несколько запасных подсистем.

3. Выбирается следующая лучшая подсистема, так же с несколькими запасными вариантами.

4. Если процесс конструирования зашел в тупик, то есть выбранная часть системы не удовлетворяет ограничениям, то происходит возврат и выбирается запасной вариант подсистемы. Возврат может осуществляться как на один, так и на большее число шагов, вплоть до первой выбранной подсистемы.

5. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет получена структура всей системы.

Следует заметить, что и лабиринтное конструирование не дает гарантии нахождения глобального оптимума и происходит это по тем же причинам, что и в случае древовидного конструирования. Для увеличения вероятности нахождения им глобального оптимума можно ввести элемент случайности, введя вероятность выбора варианта подсистемы, основываясь на том, что лучшие варианты должны иметь более высокие вероятности выбора по сравнению с другими. Иными словами, функция вероятности выбора варианта должна быть монотонной функцией от оптимальности этого варианта. Тогда запустив алгоритм лабиринтного конструирования несколько раз, можно выбрать наилучшее из полученных технических решений.

В качестве примера рассмотрим стратегию синтеза малошумящего транзисторного усилителя на основе каскадной базовой усилительной структуры (БУС).

Сначала синтезируется первый усилитель. Он (как и другие усилительные четырехполюсники) может представлять собой как транзистор, содержащий различные корректирующие цепи, так и сколь угодно сложную БУС. Затем синтезируется входная цепь связи и проводится оптимизация полученной структуры. Далее синтезируется второй усилительный четырехполюсник. После этого проводится синтез цепей связи между первым и вторым усилительными четырехполюсниками и проводится оптимизация полученной структуры. Этот процесс продолжается до получения окончательной усилительной структуры, которая будет удовлетворять техническому заданию.

В процессе синтеза может оказаться, что полученная на ранних этапах структура не позволит удовлетворить условиям технического задания при дальнейшем наращивании или будет заведомо неоптимальной. В этом случае необходимо вернуться на несколько шагов назад и попытаться заново провести синтез.

В заключении следует отметить, что древовидное конструирование можно считать частным случаем лабиринтного, когда отсутствует механизм возврата, а метод независимой оценки подсистем – частным случаем древовидного.