МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра: ИТС

Лабораторная работа

по дисциплине

Основы Теории Творческой Деятельности

«И-ИЛИ дерево»

МОСКВА

2006

Содержание

Введение 3

«И – ИЛИ» дерево целей 4

Операционное «И –ИЛИ дерево» 6

Этапы движения вниз от нулевого этажа 9

Модель множества технических решений 11

Пример построения «И – ИЛИ»-дерева. 13

Выводы 16

Литература 16

Введение

Методы морфологического анализа и синтеза – это способы поиска новых решений, которые основываются на разделении рассматриваемой системы на подсистемы или элементы; формировании подмножеств альтернативных вариантов реализации каждой подсистемы; комбинировании различных вариантов решения системы из альтернативных вариантов реализации подсистем; выборе наилучших вариантов решения системы. Так, при поиске новых технических решений формируют морфологические таблицы (морфологические ящики), в которых заголовками столбцов могут быть технические функции элементов, их принципы действия и обобщенные конструктивные признаки (материал, форма, компоновка и т.д.). В каждый столбец заносят соответствующие альтернативные варианты реализации; при этом рекомендуется использовать метод мозговой атаки и эвристические приемы. Преимущество Методов морфологического анализа и синтеза состоит в том, что они позволяют образовывать и рассматривать все множество возможных решений Методы морфологического анализа и синтеза легко реализуются на компьютере.

И-ИЛИ Деревья - один из подходов, используемый для представления пространства поиска решения задач технического творчества и искусственного интеллекта. Представление в виде И-ИЛИ дерева наиболее приемлемо для задач, которые естественным образом разбиваются на взаимонезависимые задачи, например, символическое интегрирование, доказательство теорем, игровые задачи и, в частности, задачи поиска технических решений.

«И – ИЛИ» дерево целей

Метод «дерево целей» является одним из основных в анализе сложных систем. Термин «дерево» предполагает разделение общей цели на подцели и построение иерархии целей.

«И – ИЛИ» – дерево представляет собой симбиоз системного и морфологического подходов к проблеме выбора целей.

Системное представление объекта требует, чтобы исследователь мысленно видел объект в трех аспектах: как нечто целое (С), как часть надсистемы (НС) и как совокупность более мелких частей, элементов, подсистем (ПС). При этом в надсистеме следует выделить те части, которые существенно влияют на систему. Графическое построение такого членения выглядит в виде трёхэтажной фигуры (рисунок 1). Надсистема НС состоит из функционально значимых систем С, С1, С2, С3. Каждая из них может реализовывать свои функции посредством подсистем или ПС_1, или ПС₂, или ПС₃.

Если аналогичные операции провести со всеми системами (С1, С2, С3), то получиться структура (дерево). Нулевой этаж – это всегда этаж типа «ИЛИ». Каждый «куст» этого этажа состоит из альтернатив, т. е. из вариантов, исключающих друг друга.

-1 «И» этаж

-2 «ИЛИ»этаж

Рис. 1. «И» - «ИЛИ» дерево

На первом этаже альтернатив нет. Есть взаимосвязанные системы (С, С1, С2, С3), совместно обеспечивающие существование НС, поэтому первый этаж – это «И» - этаж. Исключение любой С не позволит реализовать функции НС.

Дальше построение дерева ведётся по тем же правилам. Каждая из систем нулевого этажа (ПС₁. ПС₂, ПС₃, и др.) расчленяется на подсистемы (тем самым формируется минус первый этаж типа «И»(-1 этаж), и для каждой из этих подсистем, в свою очередь, создаётся комплект её альтернативных реализаций (тем самым формируется - 2-й этаж типа «ИЛИ»). Процедуру добавления этажей можно продолжать и вверх, и вниз (но не бесконечно). На рисунке 1. приводятся только некоторые членения (ветвления) во избежание громоздкости.

Видно, что при каждом продвижении вниз число элементов этажа возрастает (обычно в 3-5 раз). Возникает вопрос, до какого уровня целесообразно двигаться вниз и вверх? Практика системного подхода требуют построения минимум 5-этажного дерева. Однако реальные задачи допускают отклонения от этого правила.

Элементы дерева можно не развивать в нижние этажи в случае, если особенности функционирования элемента нижнего этажа не могут дать ничего ценного для понимания функционирования объекта верхнего этажа.

Элементы дерева можно не развивать в верхние этажи, если очередной этап обобщения выводит исследователя в другой класс человеческой деятельности (например, из технической деятельности переводит в социальную деятельность или организационную).

Обычно верхняя граница развития «И – ИЛИ» - дерева определяется достаточно чётко и однозначно; нижняя граница, наоборот, для разных ветвей может располагаться на самых разных уровнях.

Все исходные объекты исследования можно разделить на предметы (устройства) и операции (способы). Однако предмет нельзя проанализировать, игнорируя его функции и взаимодействие с окружением. Но и операцию нельзя изучить, не включая в поле зрения предметы, посредством которых эта операция производится. Поэтому в общем случае «И – ИЛИ» - дерево на каждом этаже может содержать и предметные, и операционные компоненты. В большинстве случаев доминирует какой-либо один тип компонентов, предметный или операционный. Если человек полностью обеспечивает функционирование системы (например, в социальных или организационных задачах), дерево становится чисто операционным. Если в системе всё делается без человека, и она состоит из подсистем, функции которых понятны из названий, то «дерево» становится чисто предметным. В общем случае, чтобы не упустить из виду какую-либо важную деталь системы, целесообразно строить полное «И – ИЛИ» дерево, включающее в себя как предметные, так и операционные компоненты.

Правила перехода с этажа на этаж «дерева» несколько отличаются для предметной и операционной частей, поэтому имеет смысл рассмотреть их отдельно.

Операционное «И –ИЛИ дерево»

Операцию (действие, процедуру, способ, технологию, функцию и т. д.) можно грамматически выразить двояко: либо отглагольным существительным («погрузка», «измерение», «стабилизация» и т. д.), либо инфинитивом («погрузить», «измерить», «стабилизировать»). Эти ведущие слова могут сопровождаться пояснительными выражениями любой длины (обычно, это всего 1 – 3 слова). Целесообразно на протяжении всей процедуры построения дерева пользоваться одной и той же грамматической формой ведущего слова.

На первом этапе (нулевой этаж) у исследователя имеется цель в виде формулировки исходного действия (ИД) («просверлить отверстие», «вспахать поле», «снизить цену на мясо» и т. д.).

Чтобы построить первый этаж, ставится вопрос «ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО «ИД»? Ответ на этот вопрос называется обобщённым действием (ОД).

В каждом случае ответов на этот вопрос можно дать несколько. Нужно выбрать тот, который, точно соответствует функциональному назначению ИД и находится на одну ступеньку общности выше, чем ИД.

Первое условие проверяется с помощью тест-утверждения:

- 2 этаж «ИЛИ» ДД

Рис. 2.

«ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ осуществить ОД, вполне достаточно ИД».

Правильность шага вверх проверяется тест-вопросом: «КАКИМИ СПОСОБАМИ МОЖНО осуществить ОД» ?

Получив для каждого из ОД серию альтернативных ответов ИД, ИД1, ИД2, …ИДJ (заполнение нулевого этажа), можно оказаться в одной из следующих ситуаций:

1. ОД можно реализовать только с помощью одного ИД (другие ИД не обнаруживаются). Это означает, что ОД и ИД по смыслу синонимичны, т. е. обозначают одно и то же действие, поэтому этот вариант ОД непригоден. (Следует оценить, какая из двух синонимичных формулировок точнее отражает суть дела, и, возможно, заменить ИД на ОД).

ИД - ответов больше 5. Ответов слишком много, и есть вероятность, что операция деления проведена не по общему для всех ИД основанию (признаку). В этом случае следует переформулировать ОД, чтобы все оставшиеся ответы ИД соответствовали единственному основанию деления, т. е. единственному признаку, по которому различаются ИД. Очень важно, чтобы этот признак относился к операции ОД, а не к объекту, над которым эта операция производится.

Если ответы ИД соответствуют нескольким равнозначным признакам или основаниям деления ОД, то реально получается уже не одномерная линейка альтернатив, а многомерная матрица, и придётся эту матрицу тщательно анализировать, отобрав из неё для включения в «И – ИЛИ» - дерево лишь 3 - 5 наиболее ценных вариантов.

Количество ИД 2 - 5. Это оптимальный вариант по количеству альтернатив, однако и здесь следует проверить единственность основания деления (чтобы не упустить из виду интересные нетривиальные варианты, находящиеся за пределами полученного списка).

Если после такой проверки не остаётся ни одного варианта ОД, то придётся вернуться к началу этапа. Если, наоборот, остается более одного ОД, то они всегда относятся к разным направлениям обобщения и, как правило, к разным операционным надсистемам. В этом случае следует выбирать то ОД, которое соответствует надсистеме, в которой ведётся работа. Итог первого этапа оформляется в виде рисунка 2.

Задачей второго этапа является выход на +2-этаж и за полнение +1-этажа. («И» этаж). На +2 этаже располагается надцель НЦ, для достижения которой необходимо обобщённое действие (ОД).

Тест-вопрос первого шага второго этапа звучит так же, как и первого: «ЗАЧЕМ, ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО ОД»?

Рис. 3.

В списке возможных вариантов НЦ могут оказаться ответы из первого этапа, не прошедшие проверку тест-утверждением (не забудьте эти ответы просмотреть).

Правильный ответ НЦ получается сразу и однозначно, если речь идёт о конкретной технологии или иной чётко определённой операции. Однако типичная ошибка состоит в том, что в качестве НЦ берут следующую за ОД операцию технологического цикла. Эта ошибка легко выявляется с помощью тест-отрицания: «ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ осуществить НЦ, НЕДОСТАТОЧНО ТОЛЬКО одного ОД».

Для всех НЦ, выдержавших предыдущее испытание, следует развить тест-отрицание в тест-фразу: «ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ осуществить НЦ, НЕДОСТАТОЧНО ТОЛЬКО ОД, НУЖНА СОВОКУПНОСТЬ ОД (ОД1+ОД2+…ОДJ). НЦ не должно выполняться, если из списка исключить хотя бы одно ОД. (Последнее утверждение не очень строго, т. к. список добавочных действий может включать не только основные операции, но и вспомогательные операции, без которых НЦ_i достигается, но только с несколько худшим качеством). Итог второго этапа следует оформить в виде рисунка 3.

Этапы движения вниз от нулевого этажа

Минусовые этажи должны обеспечивать функционирование нулевого этажа (совокупность ИД). Поэтому 0 этаж ИД является целью для минус 1 – го «И» этажа, а минус 1 этаж является целью для минус 2 «ИЛИ» этажа.

Движение вниз начинается с вопроса: «ЧТО НУЖНО СДЕЛАТЬ, ЧТОБЫ достичь ИД»? Для проверки правильности найденных действий (Д) минус первого этажа можно использовать следующий тест-утверждение: «ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ДОСТИЧЬ ИД, НЕОБХОДИМА СОВОКУПНОСТЬ действий ( ∑Д).

Для построения -2 «ИЛИ» этажа используется тест-утверждение: «ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ достичь Д, ВПОЛНЕ ДОСТАТОЧНО одного ДД». При движении вниз в процессе построения этажа «ИЛИ» возможна ситуация, когда действия Д, которыми может быть достигнута цель, очень многочисленны и выстраиваются или в иерархическую (многоэтажную), или в комбинативную классификацию (морфологический ящик). Встраивать любую из этих классификаций в неизменном виде в «И – ИЛИ» дерево крайне нежелательно (а иногда и просто невозможно). Лучше провести анализ этой классификации «в сторонке», выбрать 3-5 наиболее ценных (или наиболее представительных) вариантов и поместить их на соответствующий этаж «И – ИЛИ» дерева. Нарушение этой рекомендации обычно приводит к путанице с этажами, а чёткое графическое представление поля решений и градация задач по уровню их общности является основным достоинством «И – ИЛИ» дерева.

Очевидно, полное «И – ИЛИ» дерево практически невозможно разместить на одном листе, поэтому на каждом листе должно быть только три этажа.

Модель множества технических решений

Как уже было сказано, метод И-ИЛИ деревьев - метод синтеза технических решений, основанный на представлении множества решений в виде И-ИЛИ-дерева. Модель множества технических решений представляет собой комбинаторное множество возможных вариантов структур технических решений (включая и новые технические решения), объединенное с методами оценки основных показателей технической системы. Модель представляет собой совокупность пяти компонент:

М = (Т, S, Q, G, N),

где Т - И-ИЛИ-дерево,