<<
>>

Основные понятия и определения

Адаптация — это способность живого организма или техни­ческой системы изменять свое состояние и поведение (парамет­ры, структуру, алгоритм и функционирование) в зависимости от изменения условий внешней среды путем накопления и исполь­зования информации о ней [3.1].

Как правило, под адаптивной понимают систему, которая ра­ботает при наличии априорной неопределенности и изменяющих­ся внешних условий, а получаемую в процессе работы информа­цию об этих условиях использует для повышения эффективности работы системы.

Адаптация является частным случаем управления со ста­бильными целями. Основные цели адаптации связаны с экс­тремальными требованиями, предъявляемыми к объекту адапта­ции в виде максимизации эффективности его функционирова­ния [3.2].

Основной задачей управления является организованное воз­действие на объект управления (ОУ), в качестве которого может выступать та или иная техническая система, которое переводит объект управления в требуемое состояние. Аналогичным образом строится система адаптации в САПР [3.3].

Объектом управления является САПР, а адаптивным устройством управления — специальная подсистема адаптации (рис. 3.1).

На вход САПР поступает поток задач X. Выходом подсистемы САПР являются решения Y. Каждое решение при

этом динамически оценивается в блоке оценок (БО). Задача адаптации состоит в том, чтобы сформировать в блоке адаптации последовательность воздействий U, оптимизирующих показатели качества F(X) (критерии адапта­ции) получаемых решений.

1. Рассмотрим классификацию видов адаптации, представленную на рис. 3.2. В зависимости от на­личия или отсутствия модели объ­екта адаптации все виды адапта­ции делятся на два класса: адап-

тация с моделью и поисковую Рис. 3.1. Подсистема адаптации адаптацию (без модели) [3.2].

При наличии адекватной модели объекта адаптации парамет­ры входной задачи X, решения Y, состояние объекта Sи адап­тирующего воздействия U связаны. Для синтеза адаптирующего воздействия по параметрам Xи по алгоритму на модели необхо­димо вычислить адаптирующее воздействие U, которое должно перевести объект адаптации в требуемое состояние (максимум эффективности и выполнение заданных ограничений).

Рис. 3.2. Классификация видов адаптации

Если число возможных ситуаций (классов задач), которые могут образоваться в процессе адаптации, невелико, то для этих ситуаций можно заранее решить задачу адаптации и за­готовить в памяти информацию о необходимых адаптирующих воздействиях в виде таблицы оптимальных решений. В этом слу­чае процесс адаптации сводится к оценке ситуации, выбору из таблицы решений информации об оптимальном адаптирующем воздействии и реализации этого воздействия на САПР. Такого рода адаптацию естественно назвать априорной, так как здесь заготавливаются заранее (априори) в виде таблицы: ситуация X— необходимое оптимальное адаптирующее воздействие U.

Рис. 3.3. Структура адаптивной системы при наличии адекватной модели

Например, классами проектируемых с помощью САПР устройств, для которых заранее оговариваются свои наборы проектных процедур, могут быть: двухслойные печатные платы, многослойные печатные платы, микросборки, базовые матричные кристаллы (БМК), СБИС и др.

Если же заранее нельзя пред­видеть, в какой ситуации окажет­ся САПР, синтез адаптирующе­го воздействия следует произво­дить после анализа входного зада­ния X. Такого рода адаптацию на­зывают апостериорной. Например, при проектировании СБИС ряд этапов может выполняться неко­торыми наборами альтернативных процедур и их последовательно­стей. Выбор той или иной проце­дуры осуществляется с помощью некоторого алгоритма на основе информации, полученной после анализа исходного задания. При этом возможны два варианта. При первом управляющее воз­действие синтезируется полностью после анализа исходного за­дания. При втором варианте синтезируется последовательность управляющих воздействий с учетом промежуточных результатов, полученных на отдельных этапах проектирования.

На рис. 3.3 показана структура адаптивной системы при на­личии адекватной модели. Здесь адаптирующее устройство ис­пользует модель объекта, которая преобразует состояние среды

(X) и адаптирующее воздействие (U) в состояние модели Ym. Если модель адекватна объекту адаптации (ОА), то Ym = Y и нет необходимости измерять состояние объекта. Адаптирующее устройство, варьируя в соответствии с алгоритмом входом U модели, может подобрать такие его значения, чтобы состояние Ymудовлетворяло целям адаптации. Это и есть искомое адапти­рующее воздействие на объект.

2. Часто распространен случай, когда объект изменяется во времени непредвиденным образом и адекватной ему модели нет в нужный момент. Это обстоятельство заставляет расширить функции адаптирующего устройства идентификацией, т. е. про­цессом синтеза адекватной модели объекта. Идентификатором создается модель, адекватная объекту, которая и используется для синтеза адаптирующего воздействия.

Такого рода адаптацию называют адаптацией с идентифи­катором или с самонастраивающейся моделью [3.2].

Примером является адаптация вычислительной системы (ВС) в результате выхода из строя отдельных элементов. Сначала выявляются все ее неисправные элементы (это и есть идентифи­кация) и строится адекватная модель вычислительной системы. Затем на оставшихся элементах оптимально перераспределяются решаемые задачи (это — адаптирующее воздействие).

3. Объект адаптации часто настолько сложен, что невозмож­но построить его модель, а адекватную модель — тем более. В этом случае обращаются к поисковой адаптации[3.4, 3.5]. Этот вид адаптации отличается наличием поиска — специально организованного процесса, позволяющего определить необходи­мое адаптирующее воздействие, не располагая моделью объекта.

В процессе поиска определяется влияние адаптирующего воз­действия на объект, и эта информация используется для по­вышения его эффективности. Сам по себе процесс поисковой адаптации имеет последовательный многоэтапный характер, при этом на каждом этапе принимаются меры по повышению эффек­тивности объекта.

Трудности адаптации с моделью сводятся к синтезу модели объекта. Сама адаптация сводится к решению оптимизационной задачи выбора такого адаптирующего воздействия, которое бы удовлетворяло целям адаптации.

При поисковой адаптации необходимо одновременно и экспе­риментировать с объектом, и адаптировать его. Это значительно труднее, поэтому необходима разработка специальных алгорит­мов поисковой адаптации.

4. Адаптирующее воздействие имеет различный характер, при этом можно изменять параметры объекта адаптации, или его структуру. В первом случае имеем параметрическую адапта­цию, а во втором случае — структурную.

В зависимости от типа значений изменяемых параметров, параметрическая адаптация делится на непрерывную, дискретную и бинарную. Очевидно, что структурная адаптация является более глубокой и радикальной, так как при этом изменения затрагивают структуру адаптиру­емого объекта. Структурная адаптация обычно сопровождается параметрической, так как каждая структура имеет свои парамет­ры, которые также нуждаются в адаптации.

Адаптация структуры возможна, во-первых, путем незначи­тельных ее изменений, имеющих эволюционный характер — эволюционная адаптация, и, во-вторых, путем выбора одной из альтернативных структур объекта — альтернативная адаптация.

В процессе эволюционной адаптации [3.6, 3.7] изменениям может подвергаться непосредственно структура объекта либо коды структуры. Второй способ используется при генетической адаптации [3.8, 3.9], где закодированная информация о струк­туре представляется в виде хромосом, которые подвергаются эволюционным изменениям.

В процессе альтернативной адаптации может участвовать ли­бо один объект, либо коллектив объектов, взаимодействующих друг с другом. При коллективной адаптации состояние объекта в среде определяется как собственной структурой, так и струк­турами взаимодействующих с ним членов коллектива [3.1].

Если объект, прежде чем принять решение о своих действиях, прогнозирует и учитывает возможные действия других членов коллектива, то имеет место адаптация с рефлексией, в противном случае — без рефлексии. Существует еще ряд показателей, ха­рактеризующих виды адаптации, например: показатель среды — стационарная или динамически изменяющаяся среда; число рас­сматриваемых решений — одно или множество (популяция); и др.

Объект обычно имеет сложную, иерархическую структуру.

В случае иерархической структуры объекта на одном уровне могут быть изменения, связанные с выбором альтернативных структур, на другом они приводят к эволюционным изменениям. В этом случае имеем комбинированную многоуровневую адапта­цию.

В САПР наибольшее применение получила альтернативная адаптация [3.10]. Это связано с тем, что на отдельных этапах

проектирования возникает задача динамического выбора одного из множества альтернативных методик, правил и т. п. Указанная проблема может иметь место, например, на следующих этапах:

— на этапе выбора стратегии поиска по дереву решений (поиск в глубину, ширину, с возвратом и их модификации);

— на этапе выбора маршрута проектирования;

— на этапе компоновки узлов для адаптивного выбора форми­руемого узла для элемента;

— на этапе размещения для адаптивного выбора позиции для элемента;

— на этапе выбора одной из альтернативных методик упорядо­чивания соединений при трассировке;

— на этапе выбора текущей стратегии лабиринтного алгоритма при прокладке очередного соединения;

— на других этапах.

3.2.

<< | >>
Источник: Курейчик В. В., Лебедев Б. К., Лебедев О. Б.. Поиско­вая адаптация: теория и практика. — M.: ФИЗМАТЛИТ,2006. — 272 с.. 2006

Еще по теме Основные понятия и определения:

  1. 1. Правовое регулирование в области безопасности. Основные понятия
  2. 4. Понятие и виды административных наказаний. Основные правила их назначения
  3. Определение твёрдости
  4. Определение твердости по Бринеллю
  5. Определение прочности на растяжение
  6. 3.4.3 Определение удельного сопротивления монокристаллов германия.
  7. Определение предела прочности при поперечном изгибе
  8. Определение секущих модулей и коэффициентов поперечных деформаций при отсутствии трещин
  9. 1. Понятие и правовое положение органа исполнительной власти
  10. 1. Понятие и принципы государственной службы
  11. 3. Понятие и виды должностей
  12. 2. Понятие и характерные черты исполнительной власти
  13. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  14. 3. Понятие государственной тайны
  15. 3.11 Основные выводы по главе 3
  16. 3. Понятие и состав административного правонарушения
  17. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ