8. Теоретический базис и место теории обеспечения рациональности решений в общей системе научных дисциплин

Возникновение проблемы обеспечения рациональности решений связано с необходимостью расширения области применения СППР, в частности -ИСППР, в сторону поддержки решения сложных задач.

Развитие теоретических  основ  обеспечения рациональности решений существенно зависит от темпов развития информатики -  комплекса  наук, изучающих закономерности  проявления и обработки информации,  методы и средства накопления, передачи и представления информации с помощью ЭВМ и других технических средств.  Это  обусловлено тем, что современный технический уровень объектов предметной области требует  высокого качества процессов решения сложных  трудноформализуемых задач, в частности,  таких, как прогнозирования, управления и диагностирования, которое может  быть достигнуто только на основе использования при принятии решений полной, своевременной и непротиворечивой информации.

В то  же  время информатика является лишь обеспечивающим звеном в общей системе научных основ поддержки решения сложных  задач,  которые опираются на теоретический фундамент кибернетики. Теоретический подход к созданию СППР состоит в том, чтобы в необходимой мере были учтены информационные и динамические свойства всех элементов исследуемой системы, функционирующей на основе принципов обратной связи для  выполнения целевых задач.

Теоретическим базисом информатики является теория информации, которая является одним из разделов кибернетики и включает методы математического описания  и  исследования  информационных процессов,  методы извлечения полезной информации,  оценки ее ценности  и  достоверности, методы классификации информации и др.

Принятие решения невозможно без обработки  имеющейся  информации, характеризующей  поведение  системы в окружающей среде.  Основой такой обработки является теория вероятностей  и  математической  статистики, изучающей случайные величины,  вероятностные распределения, оценивание распределений, методы проверки статистических гипотез, оценки параметров,  методы  и  алгоритмы  восстановления  статистических зависимостей (построения математических моделей) на основе вычисления статистик  по экспериментальным данным.  Причем, наиболее важными для решений проблем СППР являются такие разделы этой теории, как теория выбора и принятия решений,  информационная теория идентификации систем.  Теория выбора и принятия решений изучает процедуры (алгоритмы) выбора альтернатив, решения  задач в различных условиях,  в том числе и в условиях неопределенности, решения многокритериальных задач, задач оптимального управления  и др.  Информационная теория идентификации систем изучает параметрические и непараметрические методы оценивания значений ненаблюдаемых переменных и параметров,  различные критерии идентификации, методы построения моделей различных систем путем обработки имеющейся  априорной информации о системе и апостериорной информации, получаемой в виде выборки данных "вход-выход".

Поддержка решений трудноформализуемых задач невозможна без  использования методов теории эвристического поиска,  изучающей методы формирования эвристических правил вывода;  теории индуктивных выводов; теории аналогий; методов обучения СППР; методов извлечения и представления знаний.

Построение СППР  предполагает необходимость исследования не только методов и алгоритмов обработки информации с целью  построения  приближенной модели, но и методов использования таких моделей для достижения поставленной цели,  например,  для оценивания  значений  ненаблюдаемой  переменной, прогнозирования значений некоторой целевой переменной системы,  управления процессом, реализующимся в системе или диагностики состояния сложной системы. Это обстоятельство обусловливает использование при разработке и  исследовании  ИСППР методов теорий оценивания, прогнозирования, управления и диагностики.

Теория эвристического поиска и теории  оценивания,  прогнозирования, управления и диагностики являются самостоятельными разделами теории искусственного интеллекта,  изучающей принципы и методы построения СППР,  самоорганизующихся систем, методы и алгоритмы распознавания образов,  речи,  методы приобретения знаний,  теорию индуктивных выводов. 

Совокупность этих  теорий,  хотя  и  охватывает различные области обеспечения оптимальности решений,  тем не менее, не позволяет структурировать проблему  обеспечения рациональности решений и проводить анализ процессов во всех аспектах поддержки решений (функциональном,  информационном и прагматическом).

Следовательно, возникает необходимость формирования ТОРР, интегрирующей основные  научные положения повышения уровня имеющейся информации, теории приобретения знаний из фактографических  данных,  теории оптимизации принимаемых решений, теории получения рациональных решений и с единых системных позиций изучающей методы  обеспечения  рациональности  получаемых  решений с помощью средств СППР.  Взаимосвязь базовых теоретических дисциплин с ТОРР показана на рис.4.

Рис.4. Взаимосвязь базовых теоретических дисциплин с ТОРР

В связи с тем,  что ТОРР появилась на основе синтеза методов нескольких  разделов  кибернетики и искусственного интеллекта,  исследует проблемы, возникающие при построении СППР, и ориентирована прежде всего на построение интеллектуальных систем поддержки  решения  трудно- формализуемых сложных задач, то по своему содержанию она должна входить в теорию искусственного интеллекта в качестве самостоятельного  раздела  с четко обозначенной предметной областью.

Повышение рациональности принимаемых  решений  сложных  задач  за счет целенаправленной  обработки,  в  основном апостериорной информации, возможно при наличии методов формализации исследуемых систем и процессов по  получаемой  разнотипной и часто нечеткой информации.  Следовательно, достижение  поставленной  цели основывается на разработке взаимосвязанных методов и алгоритмов получения рациональных решений.

Разработка такой совокупности методов и алгоритмов требует проведения исследований по следующим основным направлениям.

Это, во-первых, методы повышения уровня информации с целью снижения  степени  неопределенности задачи, в результате обработки имеющейся информации низкого уровня (фактографических данных,  получаемых непосредственно с исследуемой системы и априорной информации различного характера). Основным методом решения этой задачи, очевидно, является приближенная формализация исследуемой системы.

Во-вторых, методы приобретения знаний (эвристических правил решения отдельных этапов задачи) из имеющейся информации.

В-третьих, оптимизация решений - получение решений с гарантированным результатом,  рациональных решений с учетом ошибок приближенных моделей, квазиоптимальных решений с учетом имеющихся средств достижения цели,  повышение уровня оптимальности.

В-четвертых, модели и методы оценивания рациональности получаемых решений в условиях неопределенности значений целевых переменных.

То есть, идея ТОРР состоит в интеграции средств, способных обеспечить рациональность решений, получаемых средствами СППР. К таким средствам относятся: методы повышения уровня  информации,  используемой  для принятия решений; методы  приближенной  формализации  исследуемых систем, относительно которых принимается решение;  методы извлечения знаний из имеющейся фактографической информации,  получаемой обычными средствами наблюдения за поведением  исследуемой  системы,  функционирующей,  как правило,  в среде разнотипных данных;  методы принятия решений, достаточно близких к оптимальным в метрике критериев качества решений;  методы априорной оценки принимаемых решений.

Как и  любая теория ТОРР включает следующую пятерку основных компонентов Т=<П,А,С,Л,Я>. Здесь П - понятия; А - аксиомы (постулаты, законы; С - способы получения выводов (алгоритмы и логические операции); Л - логика преобразования теоретических знаний в  практические  следствия; Я - язык теории.

Понятийный аппарат  ТОРР  складывается из понятий теории выбора и принятия решений, теории идентификации, теорий оценивания управления и диагностики,  теории нечетких множеств, теории системного анализа и эвристического поиска.  Но новые проблемы порождают новые понятия, например, такие, как рациональность решения, метрика критериев и др.

Аксиомы, закономерности, постулаты определяются спецификой решаемых задач, но, кроме этого, существуют общие законы. Исследуемые системы функционируют  в среде не только количественных,  но и качественных переменных. Это означает необходимость построения для системной модели основного процесса  ИС  автономного  функционального замкнутого пространства со своей метрикой, охватывающей разнотипные компоненты сложных систем.

Алгоритмы и логические операции предполагают возможность формализации как ИС, так и процесс формирования наиболее предпочтительных решений, и установление способов перехода от имеющейся информации о  решаемой задаче к целевым функциям,  которые могут быть выражены или количественно, или в форме термов лингвистических переменных.

Аналогично обстоит  дело  с  логикой преобразования теоретических

выводов в практические следствия и рекомендации:  методы  ТОРР  должны стать теоретическим базисом построения ИСППР,  включающих, наряду с обычными подсистемами для ЭС или ССУ, подсистему приближенной формализации предметной области и задачи.

Язык ТОРР  -  это математический язык.  На этом языке формируется большинство методов ТОРР.  Однако не всегда полная формализация достижима. Формальное описание адекватно количественным оценкам при использовании измерительной информации. Оно применимо в случаях, когда задача полностью определяется категориями, имеющими численную меру. Декларативное описание адекватно качественным оценкам при использовании семантической информации.  Оно применимо в тех случаях, когда задача определяется категориями (понятиями),  не имеющими численной меры, но выраженными реляционно в смысле упорядочений. Применимо и смешанное описание задачи.

Одним из  основных  назначений  ТОРР  является разработка методов снижения неопределенности решаемой задачи.  Однако, сколь бы эффективными не были методы ТОРР,  они не могут снизить первоначальную неопределенность до нуля,  но они могут указать область непредсказуемости. А это немало.