Общая характеристика методов синтеза

В задачах синтеза наиболее эффективно используются методы ИИ. Особенностью этих задач является необходимость многократного принятия решений в процессе их реализации. Поскольку эти решения неоднозначны, результаты синтеза тоже неоднозначны. Рассмотрим основные типы синтеза (рис. 3.4.).

Рис. 3.4 – Основные типы синтеза

Оптимизационный синтез состоит в том, что сначала разработчик сам создает начальный вариант проектируемого объекта, т. е. задает его структуру и параметры. Если после расчета и анализа математической модели этого начального варианта окажется, что характеристики объекта отличаются от требуемых, то изменяются сначала параметры, а если это не поможет, то и структура объекта в соответствии с каким либо методом оптимизации.

Каждый шаг оптимизации требует повторного моделирования, расчета и анализа объекта. Так как для оптимизации по нескольким переменным требуется обычно не менее ста шагов, а приемлемое время оптимизации составляет не более нескольких минут. Это требование ограничивает применение оптимизационного синтеза параметров и особенно структуры объектов. Обычно оптимизационный синтез используется при расчете параметров (классические непрерывные оптимизации). Задачи структурного синтеза решаются методами дискретной оптимизации (направленный перебор).

Генерационный синтез, в отличие от оптимизационного, состоит не в последовательном улучшении первоначального варианта объекта, а в создании (генерации) сразу модели работоспособного объекта. Есть две разновидности генерационного синтеза. Первая — синтез по теоретически строго обоснованным соотношениям, определяющим структуру или чаще параметры объекта проектирования. Эти соотношения отражают необходимые условия работоспособности объекта. Примерами строгого теоретического синтеза является структурный синтез цифровых устройств (ЭВМ).

Строгий синтез возможен при строгой формализации постановки задачи — получении заданной логической функции на выходе цифрового устройства. Но такие случаи редки и формулировки задач синтеза трудны из-за разнообразия и сложности математизации, поэтому трудно иметь строгий общий теоретический аппарат и приходится прибегать к прошлому опыту, выраженному в виде методик, отношений, зависимостей, просто к здравому смыслу и творчеству.

Вторая разновидность генерационного синтеза — эвристический синтез. Большинство задач (технологических) вычислительных процессов решается именно этим способом.

В целом, если задача синтеза формулируется как задача поиска параметризированной структуры, то ее решение можно искать на путях теоретического синтеза (хотя результаты могут быть неточными). Например, преобразование множества X во множество У, или сигнала X в сигнал У. Если таким образом задачу сформулировать нельзя, то прибегают к эвристическому синтезу.

Различие методов теоретического и эвристического синтеза:

· теоретический синтез реализуется с помощью алгоритмов, обладающих свойством определенности, т. е. его результат однозначен и не зависит от точности исполнителя;

· эвристический синтез допускает множество альтернативных решений, так как в нем важную роль играет выбор исполнителем того или иного способа синтеза, включая выбор типа элементов, из которых должен состоять объект, способа их соединения, способа расчета их параметров.