Раздел 2
Разработка методики биотехнических систем
Современные аспекты и требования синтеза различных систем искусственного интеллекта предопределяют необходимость исследований психофизических реакций человека на многообразие видов воспринимаемой им сенсорной информации. Реализация этих особенностей в технических системах с различным уровнем интеллектуализации требует методики, инвариантной как относительно комплекса технических средств, обеспечивающих взаимосвязь объекта управления с внешней средой, так и относительно специфики самого объекта управления. Такими возможностями обладают биотехнические системы, то есть, биотехнические системы призваны обеспечивать настройку любой интеллектуальной системы на особенности информационных потоков, поступающих от измерительных систем и алгоритмов накопления и восполнения информации о характеристиках объекта управления. Согласно вышеизложенному, функционально биотехнические системы - это комплекс, позволяющий синтезировать адаптивные алгоритмы для систем с неполной информацией об объекте управления. Создание таких комплексов, в первую очередь, нуждается в разработке методических положений, опирающихся на особенности восприятия окружающего мира человеком. Основные аспекты этой методики должны содержать:
1. Способы и принципы выбора структуры БТС;
2. Правила формирования информационных моделей сенсорного восприятия и распознавания;
3. Формализацию переменных биотехнической системы;
4. Методические положения формирования функций структуры БТС.
2.1 Разработка структуры биотехнической системы
Структурно биотехническая система включает в себя биологический объект исследования или управления, человека-исследователя и ЭВМ, которые объединены единым алгоритмом функционирования (ЕАФ) для максимального достижения поставленной задачи в данной ситуации [86].
Исходя из этого определения особенностей, рассмотрим ключевые свойства БТС:
- БТС формируется итоговой целью ее функционирования, что является ее системно- образующим фактором.
- Структура БТС зависит не только от цели, но и от метода, положенного в основу ее функционирования, причем метод всегда опирается на определенные свойства объекта исследования и подчиненный итоговой цели;
- БТС обладает гомеостатическими свойствами, так как в ее состав всегда входит биологический объект.
Создание подобного рода БТС связано с необходимостью модификации формальных приемов обработки информации, синтеза математических моделей и численных решений задач, с целью адаптации алгоритмического и программного обеспечения под предметную область, объект применения и конкретную задачу. Для разработки БТС необходимо представить ее как проблему, требующую понимания основных принципов построения ее внутренней структуры.
Совокупность перечисленных особенностей создания определяет представление ее как проблемы (рис. 2.1).
Согласно этому представлению проблематика БТС отражается двумя основными направлениями (рис.2.1): первое выделено в блоках 1-3 и отражает особенности выделения и фиксации психофизических признаков
объекта управления, на основании которых формируются первичные информационные массивы по совокупности соответствующих показателей процессов распознавания. Второе направление выделено в блоках 4-6 и показывает те компоненты, которые составляют процесс информационно-технологического исследования.
В данном исследовании предлагается методика и алгоритм функционирования БТС, обеспечивающий синтез и динамическую настройку математической модели в соответствии с содержанием полученной информации и любой новой (дополнительной) или изменившейся целью (задачей). При решении проблематики БТС методологически необходимо выделить последовательность действий этой системы, которая может рассматриваться как единый алгоритм функционирования БТС. Применение современных требований к методике создания БТС, определяет общие требования к единому алгоритму функционирования (ЕАФ) ЕАФ должен обеспечивать:
- Идентификацию состояния объекта исследования (ОИ) по его выходным переменным (при независимости времени идентификации от объема обучающей выборки);
- Выработку управляющих воздействий на сложный объект исследования;
- Накопление информации об объекте исследования (активный или пассивный эксперимент) и повышение степени адекватности математической модели, в том числе, в случае изменения характера взаимосвязей между входными и выходными переменными ОИ (адаптивность);
-Определение ценности факторов для детерминации состояний ОИ и контролируемое снижение размерности модели при заданных граничных условиях, в том числе избыточности.
Исходя из проблематики задач, решаемых в БТС, сформирована ее функциональная структура (рис.2.2). Воздействие внешней среды (блок 1), на различные органы чувств человека, (блок 2), отображаются в психофизических реакциях биологического объекта исследования (блок 3). Оценка адекватности этих реакций осуществляется исследователем (блок 4), как лицом, принимающим решение (ЛПР). ЛПР при необходимости может повторить поставленную задачу либо изменить условие. Информация, относительно изменения внешних факторов и психофизических реакций накапливается в базе данных (блок 5).
Эти данные служат основой для формирования информационных массивов и матриц (блок 9). Содержащиеся в базе знаний методы (блок 6), обуславливают функционирование блока первичного анализа и статистической проверки гипотез для каждой выборки, как составной части информационного массива (блок 10). Результатом деятельности этого блока является подтверждение или отрицание рабочих гипотез, относительно задач распознавания. На основании методов базы знаний (блок 6), в ЕАФ последовательно осуществляются корреляционные (блок11), дисперсионные (блок 12), регрессионные (блок13) виды анализов, которые позволяют выявить взаимосвязи факторов (блок 11),