Принятие решений и информация

Рассуждения второго игрока могут быть такими. С точки зрения моего противника наилучший для него ход -- выбор белой карточки, наверное, он так и сделает. Выберу я красную карточку и выиграю копейку. Если даже он сделает другой выбор, я рискую потерять копейку, а выбрав белую, рискую потерять 2 копейки.

В результате в первой партии при комбинации (Б, К) первый игрок проигрывает, а второй выигрывает 1 копейку.

Во второй партии первый игрок, догадавшись о ходе рассуждений второго, выбирает красную карточку, а второй сохраняет свою стратегию. В результате комбинации (К, К) первый игрок выигрывает копейку.

В третьей партии второй игрок догадывается, что его рассуждения разгаданы и, предполагая, что противник сохранит стратегию, принесшую тому успех во второй партии, выбирает белую карточку. Если первый игрок действительно сохранит свой выбор, то в результате комбинации (К, Б) он проиграет 2 копейки.

Такие догадки или предположения игроков о поведении противника могут продолжаться непрерывно. Устойчивого выбора игроками своих стратегий достичь не удается, и игра идет, как говорят, с переменным успехом.

Рассмотрим поведение игроков в этой же игре, но с другой платежной матрицей, имеющей следующий вид:

I	Б	К
Б	1	--1
К	1	2

После выбора игроками комбинации (К, Б), когда первый игрок выигрывает копейку, каждому игроку в отдельности невыгодно менять свою стратегию. Действительно, сохраняя свой выбор, первый игрок либо получит такой же выигрыш, либо имеет шанс увеличить его до двух копеек. А если он изменит стратегию, то выиграть может ровно столько же, но зато рискует проиграть. Второй игрок понимает, что первому нет смысла менять свою стратегию. Если он в этих условиях изменит свой выбор, то только увеличит свой проигрыш.

При данной платежной матрице выбор игроками своих стратегий является устойчивым. Правда, эта матрица не обеспечивает справедливой игры, она дает преимущество первому игроку.

Стратегии, при которых игрок стремится обеспечить себе гарантированный выигрыш или минимальный возможный проигрыш при наилучшем поведении противника, называют минимаксными. Минимаксной стратегии соответствует выбор такой строки платежной матрицы, в которой максимальное значение проигрыша игрока минимально относительно остальных строк.

Если в игре двух лиц существует пара устойчивых минимаксных стратегий, то говорят, что игра имеет седловую точку. Седловой точкой является элемент матрицы, находящийся на пересечении устойчивых минимаксных стратегий. Значение функции выигрыша в седловой точке называют ценой игры, а соответствующие стратегии -- оптимальными.

Решить игру - означает найти для нее оптимальные стратегии. К сожалению, значительно чаще встречаются игры, в которых седловой точки нет и найти устойчивые минимаксные стратегии нельзя. В некоторых случаях решением таких игр являются не одиночные стратегии каждого из игроков, называемые чистыми стратегиями, а так называемые смешанные стратегии.

Смешанные стратегии представляют собой набор нескольких чистых стратегий, используемых в партиях поочередно, но не в строгом порядке, а с некоторой частотой для каждой стратегии, определяемой в соответствии с полученным для данной игры распределением вероятностей. В теории игр доказано, что среднее значение выигрыша игроков в этом случае будет наибольшим.

Значительный интерес представляют игры с ненулевой суммой, в которых выигрыш одного игрока не равен, проигрышу другого. Игры с ненулевой суммой предполагают наличие игроков с необязательно противоположными интересами. Практическая ценность таких игр значительно выше, чем игр с нулевой суммой, так как в них может быть выражен гораздо более широкий класс практических задач. Однако до настоящего времени сколько-нибудь глубоких результатов, дающих возможность практического применения, в таких играх не получено.

решение управление информация

2. РОЛЬ ИНФОРМАЦИИ В УПРАВЛЕНИИ

2.1 Понятие информации и ее характеристики

Понятие «информация» может быть истолковано как некоторая совокупность сведений (сообщение), определяющих меру наших знаний о тех или иных событиях, явлениях, фактах и их взаимосвязи. Такое определение подчеркивает огромное многообразие содержания информации, которая проявляется в самых разнообразных физических, экономических и социальных явлениях.

Информация увеличивает, знания и углубляет интеллект. Она оценивается в зависимости от ее влияния на процесс принятия решений. Чтобы получить полезную информацию, пополняющую знания, необходимо анализировать факты и обрабатывать количественные и другие данные.

Однако такое понятие ничего не дает для построения количественной теории информации, в основе которой должно лежать указание на способ ее измерения.

Введение количественной меры информации является весьма сложной задачей. Одна и та же информация может вызывать различные эмоции и представлять равную ценность для разных людей. Иногда краткое сообщение из одной-двух фраз несет неизмеримо больше информации для конкретного индивидуума, чем текст из многих страниц. Из двух книг равного объема мы можем извлечь совершенно различную информацию.

Любое сообщение, с которым мы имеем дело в теории информация, представляет собой совокупность сведений о некоторой системе. Очевидно, что если бы состояние системы, было известно заранее, не было бы смысла передавать сообщение. Сообщение приобретает смысл только тогда, когда состояние системы заранее неизвестно, случайно.

Примером неопределенной ситуации является опыт с несколькими возможными исходами. Неопределенность ситуации заключается в том, что до проведения опыта мы не знаем в точности, какой из возможных исходов будет реализован. Информация, относящаяся к данному опыту, уменьшает его неопределенность. Количество информации при этом есть мера уменьшения неопределенности ситуации. Если все исходы равновероятны, то неопределенность ситуации зависит только от числа исходов, причем неопределенность тем больше, чем больше число исходов.

Р. Хартли в 1928 г. в качестве меры неопределенности ситуации с п равновозможными исходами предложил использовать величину Н=logп. Эта величина возрастает с ростом п и обладает свойством аддитивности. Неопределенность сложной ситуации, состоящей из нескольких независимых опытов, равна сумме неопределенности каждого опыта.

Действительно, если производятся два независимых опыта с n1 и n2 равновозможными исходами соответственно, то неопределенности опытов равны

H1= 1оgn1 и Н2=1оgn2.

Сложный опыт имеет п = n1*n2 равновозможных исходов , n=H1+H2

В формуле Хартли выбор основания логарифмов означает выбор единиц, в которых измеряется информация. Когда исходы неравновероятны, неопределенность зависит не только от числа исходов, но и от их вероятностей. Чаще всего используют логарифмы с основанием 2, получая информацию в двоичных единицах, или «бит» (bit -- сокращение от binary digit-- двоичная цифра).

В 1948 г. К. Шеннон предложил в качестве меры неопределенности опыта с п возможными исходами х1,х2… хn энтропию Н, определяемую но формуле, аналогичной термодинамической энтропии



где p(xi), i=1, n -- вероятность исхода хi. Совокупность различных исходов опыта с их вероятностями может рассматриваться как множество значений случайной величины X с дискретным распределением р(хi), i=1, п.

Энтропия является естественным обобщением меры Хартли. В случае равновероятных исходов р(хi) = 1/n формула Шеннона дает Я=1оg2n. Энтропия удовлетворяет принципу аддитивности: энтропия сложной ситуации, обстоящей из нескольких независимых опытов, равна сумме энтропии каждого опыта.

При полной определенности опыта, когда заранее достоверно известен один исход, вероятность его появления равна 1, а всех остальных исходов равна нулю, энтропия равна нулю. Интуитивно ясно, что если исход опыта точно известен заранее, сообщение о результате опыта не несет никакой информации. Наоборот, если все возможные исходы равновероятны, что соответствует интуитивному представлению о состоянии наибольшей неопределенности, энтропия максимальна. Всякое изменение ситуации в сторону выравнивания вероятностей событий увеличивает энтропию. Если же мы узнаем что-то о результатах, знаем, что одни исходы более вероятны, чем другие, то энтропия уменьшается.

Пусть имеется множество X, состоящее из п возможных исходов x1, х2, ..., хi,..., хпнекоторого опыта, и множество У, состоящее из т возможных исходов y1, у2, .... yi,…, ym другого опыта. Обозначим через р(хi,yi) вероятность совместного появления исходов хi и yi.

Энтропия объединенного множества исходов обоих опытов

н (х, у) = .

Если опыты и их исходы полностью независимы, р (xi,yi)=p(хi)p(yj), и тогда

H(X,Y)=H(X)+H(Y).

Для зависимых опытов

H(X,Y)<H(X)+H(Y).

Интуитивно ясно, что если результаты двух опытов взаимосвязаны, т. е. результаты одного содержат некоторые сведения об исходах второго, то общее количество информации меньше, чем если бы они были независимы.

Пусть мы имеем два зависимых множества X и У. Зависимость между ними выражается в том, что для каждого исхода хi имеется условная вероятность того, что произойдет исход yj. Иными словами, вероятности исходов второго опыта зависят от того, каким был исход первого.

Условная вероятность р (уi/xi) исхода yj при условии, что исход первого опыта хi, определяется выражением:

Сумма вероятностей всех исходов второго опыта для каждого исхода первого опыта равна вероятности последнего:

откуда p(xi,yi)=p(xi)p(yi/xi)

Учитывая также, что



из выражения для энтропии объединенного множества получим

Второй член правой части называют условной энтропией множества У.

По условию симметрии

Из полученных выражений для энтропии объединенного множества следует, что

, откуда H(Y)H(Y/X).

Из последнего выражения следует, что энтропия множества У никогда не возрастает в результате получения одного из сообщений об исходах множества X. Если соответствующие опыты независимы, то она остается неизменной, а при зависимых -- уменьшается. Другими словами, если опыты связаны, получение информации о результате одного из них уменьшает неопределенность второго.

Условную энтропию удобно использовать для определения действия помех при передаче информации по каналу связи.

Будем считать, что источник сообщений передает последовательность букв и набора х1, х2, ..., хi, ..., хп, которые встречаются в достаточно длинной последовательности с вероятностями соответственно р(xi), р(х2), ...., p(xi), ...,р(хп).

На приемном конце происходит прием букв у1,y2 ... ..., уj, ..., уn, вероятности появления которых вследствие воздействия помех отличаются от вероятностей соответствующих букв x1 и имеют значения p(y1),p(y2),..,p(yj),…,p(yn)

В отсутствие помех передаче любой буквы из набора X однозначно соответствует прием вполне определенной буквы из набора У, например, при передаче х1 прием y1, при передаче хг прием уг и т. д. При наличии помех это однозначное соответствие нарушается и существует условная вероятность р (уi/хi,) того, что при передаче буквы хi будет принята буква уi (i ? 1). Обозначая вероятность совместного появления буквы хi при передаче и уj при приеме через р (хi yj), мы приводим этот случай к рассмотренному выше и можем записать выражение для энтропии совокупности передаваемых и принимаемых букв

H(X,Y)=H(X)+H(Y/X)

Величина условной энтропии Н(У/Х) в этом случае характеризует потерю информации, вызванную наличием помех. В отсутствие помет вероятность совместного появления не соответствующих друг другу букв равна нулю

P(xi,yj)=0, (ij) и тогда H(Y/X)=0.

В этом случае энтропия совместного множества равна энтропии исходного. С появлением влияния помех условная энтропия Н(У/Х) становится отличной от нуля и неопределенность ситуации возрастает.

Интересно, что здесь интуитивное представление о количественном влиянии помех на передачу сигналов оказывается неверным.

Действительно, пусть по каналу передаются только символы 0 и 1, причем вероятности их появления в длинной последовательности одинаковы.

Будем считать, что вследствие наличия помех в среднем на 100 передаваемых знаков одни принимается неправильно, т. е. при передаче 0 принимается 1 или наоборот. Кажется, что такое искажение 1% передаваемых знаков равносильно снижению пропускной способности канала на 1 %. На самом деле это не так. В месте приема неизвестно, какие именно из принятых знаков верны, а какие исказились. Если бы это было известно, легко было бы ввести соответствующие поправки и пропускная способность канала не снизилась бы вовсе; она снижается именно ввиду неопределенности.

Подсчитанная по значениям вероятностей условная энтропия Н(Y/Х) равна в этом случае 0,081, т. е. энтропия Н(Х, Y) = 1,081, а H(X) = 1. Это означает, что пропускная способность канала, по которому передаются с равной вероятностью символы 0 и 1, при искажении 1% передаваемых знаков снижается на 8,1%.

Количественная статистическая мера информации, имеет как сильные, так и слабые стороны. Достоинствами ее являются универсальность меры, ибо она применима к информации любого вида и содержания, объективность и независимость, ибо статистические показатели устанавливаются на основе эксперимента.

Для анализа работы и выбора оптимальных характеристик большинства технических систем передачи и преобразования информации эта мера оказывается достаточной и наиболее рациональной. Для случаев, когда должна приниматься во внимание семантика и ценность информации, она неприменима.

В теории передачи сообщений в человеко-машинных системах можно выделить три основных уровня проблем, требующих решения.

Уровень А. Насколько точно можно передать символы, применяемые для связи (техническая проблема).

Уровень Б. Насколько точно передаваемые символы, выражают желаемое значение (семантическая проблема).

Уровень В. Насколько эффективно влияет содержание принятого сообщения, его значение па развитие событий в желаемом направлении (проблема эффективности).

Если проблема уровня А в основном решается, как уже было сказано, с помощью классических методов теории информации, то с проблемами семантики и эффективности дело обстоит сложнее, хотя успешное их решение безусловно зависит от решения технических вопросов. В системах связи рассматривается, прежде всего, структура и механизм точной передачи символов. При рассмотрении же взаимосвязей между людьми первостепенными являются другие, не технические проблемы.

Информацию об объекте можно рассматривать как отображение этого объекта в некоторой материальной системе, которое может существовать независимо от самого объекта и независимо от того, будет ли эта информация кем-то и когда-то использована. Однако, если информация как некоторое отображение может существовать независимо от человека, то говорить о ценности информации, о ее потребительской стоимости можно только в связи с человеком, который эту информацию потребляет, в связи с процессом, где она используется. Это вызвано тем, что различное понимание того или иного слова может сильно изменить смысл передаваемого сообщения. В процессе кодирования и передачи содержания сообщения какая-либо его часть может быть утеряна. Например, письменные замечания руководителя не могут в точности отразить то; что он чувствует и думает, сталкиваясь с некоторой ситуацией. Поэтому личная беседа руководителя с подчиненными может помочь разъяснить им тот или иной спорный вопрос, но даже в этом случае интонация и выражение лица руководителя могут значительно изменить смысл рассматриваемых сообщений. Графическая иллюстрация расширяет возможности для уточнения сообщения, так как «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать».

Правильно зашифрованное и переданное сообщение может быть понято по-разному. Люди читают, видят и слышат, как правило, то, что они хотят читать, видеть и слышать. Восприятие человеком окружающей среды зависит от многих факторов, в частности, от общей: суммы накопленного им опыта. Работа администрации окажется неэффективной, если она не будет следить за тем, чтобы передаваемая ею информация воспринималась точно, и не будет стремиться по возможности минимизировать влияние субъективного подхода к восприятию сообщений среди подчиненных и других лиц. Правильное понимание сообщений облегчается в том случае, если имеются средства и время для осуществления проверки с помощью обратной связи.

В связи с понятием семантики в отдельных случаях полезно установить различие между данными и информацией. Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые в данный момент не оказывают воздействия на поведение, на принятие решений. Однако данные превращаются в информацию, если такое воздействие существует. Например, основной массив данных для ЭВМ состоит из таких признаков, которые не воздействуют на поведение. Пока эти данные не организованы соответствующим образом и не отражаются в виде выходного результата, чтобы руководитель действовал в соответствии с ними, они не являются информацией. Они остаются данными до тех пор, пока сотрудник не обратится к ним в связи с осуществлением тех или иных действий, или в связи с некоторым решением, которое он обязан принять. Данные превращаются в информацию, когда осознается их значение. С точки зрения принятия решений можно утверждать, что информацией являются используемые данные. К сожалению, некоторые автоматизированные системы используются в качестве систем обработки данных, а не информационных систем.

Подобно веществу и энергии, данные можно собирать, обрабатывать, хранить, изменять их формы. Однако у них есть некоторые особенности. Прежде всего, данные могут создаваться и исчезать. Так, например, данные о некотором вымершем животном могут исчезнуть, когда сжигается кусок угля с его отпечатком. Данные могут стираться, терять точность и т. д. Данные могут быть охарактеризованы циклом «жизни» (рис. 2), в котором основное значение имеют три аспекта -- зарождение, обработка, хранение и поиск.

Рис.2. Цикл “жизни” данных

Воспроизведение и использование данных может осуществляться в различные моменты их цикла жизни и поэтому на схеме не показаны. Выработанные системой данные должны быть отражены на материальном носителе и храниться в течение определенного времени. В связи с, этим можно выделить следующие операции:

-- хранение; данные или информация появляются в результате наблюдения и регистрации некоторого явления. Прежде чем они могут быть обработаны или использованы, они должны храниться в какой-либо памяти на материальном носителе.

-- преобразование данных. Хранящиеся, данные могут быть преобразованы в некоторую более удобную форму для хранения, преобразования, восприятия и т. д.

-- передача. Данные непрерывно передаются в пространстве от источника к запоминающему устройству, устройству обработки, преобразователю для принятия решений и т. д.

-- сортировка, синтез, обработка. Обычно данные поступают в случайном порядке. Для уменьшения времени поиска требуемых данных, их обработки необходима их предварительная сортировка по заданным признакам. Нередко требуется объединить, агрегировать ряд отдельных данных для получения полного сообщения. Количественные данные приходится обрабатывать в целях изменения их формы или выявления их значений, решая уравнения или применяя формульные выражения.

-- использование. После преобразования данных в удобную для использования форму они воспроизводятся в качестве информации, необходимой для принятия решений.

-- оценка. Значение данных зависит от потребности в них, достоверности, надежности и своевременности. Массивы данных должны систематически пересматриваться с целью устранения устаревших бесполезных данных.

-- уничтожение данных может осуществляться после их многократного использования либо при отнесении их к классу устаревших. Уничтожение данных является концом цикла их жизни.

Рассмотрим некоторые наиболее важные характерные особенности информации для человеко-машинных систем.

Целевое назначение. Информация имеет определенную цель в момент передачи ее для использования, в противном случае это просто данные или шумы. Одна и та же информация может иметь многоцелевое назначение. Создание полых концепций, установление проблем, решение проблем, принятие решений, планирование, оперативное управление, контроль, поиск являются основными целями информации в человеко-машинных системах.

Ценность информации. Под ценностью информации, или ее потребительской стоимостью, понимается тот материальный эффект, который дает использование данной информации. С этой точки зрения можно считать, что ценность информации определяется характером объекта и истинностью сообщений. В значительной степени ценность информации зависит от способа н скорости ее передачи, надежности, старения и прочих факторов.

Однако ответ на вопрос о ценности информации в реальных условиях может быть слишком сложным и дорогостоящим. Если система формирования сообщений и доставки информации идеальна с точки зрения достоверности и других факторов, ценность определяется только функцией старения, которая в различных системах имеет различный вид. Зависимость ценности информации от объема сообщений обычно имеет нелинейный характер -- ценность возрастает медленнее, чем объем.

Сознательное искажение действительности называют дезинформацией.

Надежность и достоверность. Достоверность информации характеризует, в какой степени эта информация отражает то, что она должна отражать. Надежность характеризует скорее технические возможности средств передачи и обработки информации. Информация может быть надежной, но не достоверной, и наоборот.

Избыточность. Понятие избыточности имеет важное значение при построении систем. В такой системе, где стоимость ошибки в результате неправильного преобразования команд или выхода из строя какого-либо элемента может иметь практическое значение, должно быть предусмотрено создание значительной избыточности информации. Увеличение избыточности приводит к увеличению объема сообщения (без увеличения его информативности), а следовательно, к увеличению времени доставки и ее удорожанию. Повышение достоверности с обнаружением и исправлением ошибок может быть достигнуто, если избыточность вводить в информацию путем передачи значений дополнительных признаков, связанных с теми, значения которых необходимо передать.

Быстродействие. Скорость передачи и приема информации человеком определяется временем, необходимым для понимания ситуации на объекте. Скорость работы технических устройств системы определяется количеством данных, обрабатываемых или передаваемых в единицу времени. Высокая скорость передачи информации представляет интерес для систем, действующих; в реальном времени, например, для управления беспилотными космическими аппаратами.

Периодичность. Периодичность, или частота, передачи информации, связана с необходимостью принятия решений. Плановая информация требуется сравнительно редко. На уровнях оперативного управления поступление информации требуется с периодичностью, соответствующей происходящим реальным событиям. Периодичность передачи или поступления информации оказывает существенное влияние па ее ценность. Редкие сообщения могут потерять всякую ценность и не нести никакой информации. Слишком частое поступление информации может оказаться помехой, отвлекающей внимание и вызывающей перегрузку человека, воспринимающего эту информацию.

Детерминистический или вероятностный характер информации. Информация о прошлом является детерминистической. Информация же о будущем всегда содержит элемент неопределенности. Зачастую некоторая информация считается определенной в том смысле, что считают бесспорным существование некоторого значения той или иной величины (например, нормы расхода материалов и т. д.). Однако даже в этом случае имеется некоторая неопределенность, связанная с вероятностью изменения этой величины в будущем.

Затраты. Как вещество и энергия, информация требует затрат на ее получение. Затраты на информацию определяются тем общественно-полезным трудом, который затрачивается на сбор, хранение, обработку и поиск информации. Они обычно довольно существенны. Поэтому прежде чем пытаться получить какую-либо информацию, нужно сравнить ее ценность с затратами на получение.

Непрерывность и дискретность. Информация может быть представлена в непрерывной форме для выдачи непрерывных данных или дискретной.

Большая часть информации в организационных системах является дискретной. Информационные системы, функционирующие в реальном времени, выдают информацию непрерывно в виде функции времени, однако сотрудники на основе такой информации никогда не принимают решения в таком же темпе. Непрерывная информация может быть представлена в дискретной форме, и наоборот.

Способ и форма. Основными способами выдачи информации в человеко-машинных системах являются визуальный и звуковой. Форма также является общей характеристикой для человека и машины. Люди получают большую часть информации в виде документов определенной формы. Широкое распространение получает так называемый видеодисплей. В ЭВМ информация вводится с перфокарт, перфолент, штрих документов, стилизованного печатного текста и т. д.

2.2 Информация в системах управления с обратной связью и управление при неполной информации

Система управления может быть определена с точки зрения элементов и свойств управляющего устройства, входных и выходных данных. Однако системы являются динамичными, и изменения в них совершенно неизбежны. В динамической системе необходимо периодически или непрерывно пересматривать состояние составляющих дли внесения необходимых корректив в соответствии с изменениями окружающей среды или самого объекта. Так, в системе промышленного предприятия необходимо постоянно следить за тем, является ли выпускаемая продукция приемлемой для потребителя. Элементами системы, которые позволяют поддерживать систему в состоянии равновесия, являются управляющее устройство и обратная связь. Управление на основе информации, строящейся по принципу обратной связи, представляет собой основную и важнейшую характерную особенность всех систем имеет существенное значение для построения управленческой информационной системы. Управление и обратная связь сопутствуют друг другу.

Необходимость обратной информационной связи в системе управления обычно иллюстрируется на примере движения автомобиля. Это сложная система, состоящая из автомобиля, водителя, рулевого колеса и других устройств управления, дороги с препятствиями и дорожных знаков. В нормальной ситуации водитель получает всю необходимую ему информацию об окружающей обстановке (дорожные знаки, реальная ситуация, правила уличного движения) и состоянии объекта управления автомобиля (различные приборы н индикаторы), воспринимает ее с помощью органов чувств, перерабатывает и выдает соответствующие управляющие воздействия, которые им же реализуются соответствующими поворотами рулевого колеса, нажатием различных педалей, кнопок и т. д. Однако такая идеальная ситуация бывает далеко не всегда. Управление движением может осуществляться в условиях неполной информации об окружающей среде и объекте управления. Такая ситуация может встретиться в условиях плохой видимости, например, при движении в густом тумане, в ночное время, с подсевшими аккумуляторами, а также при наличии, например, неисправных индикаторов уровня бензина или масла. В таких ситуациях эффективность функционирования системы будет намного ниже, чем в условиях полной информации, так как скорость движения будет ограничена пределами видимости, а контроль уровня бензина придется обеспечивать методами, реализация которых требует остановки.

Рассмотрим более сложную ситуацию. Пусть водитель ослеплен и получает необходимую ему входную информацию от пассажира, сидящего рядом с ним на переднем сиденье. В этом случае эффективность функционирования резко снижается -- выходные данные системы могут быть неприемлемыми вследствие задержки времени в передаче информации и искажений, вызываемых введением дополнительного передаточного звена и контур системы управления.

Аналогичные трудности возникли при разработке системы управления луноходом. Во-первых, управление луноходом производилось дистанционно, причем эта дистанция превышала длину земного экватора примерно в 10 раз и, следовательно, время передачи сигналов довольно велико. Во-вторых, технические трудности не позволили применить для передачи изображений лунной поверхности «быстрое» телевидение, к которому мы привыкли -- с частотой смены кадров 25 в секунду. Было использовано медленное, так называемое малокадровое телевидение. При его использовании один кадр передается довольно долго -- 10?20 секунд. При такой частоте кадров картинка на экране телевизора напоминает сменяющие друг друга кадры диафильма. В малокадровых системах в качестве передающей трубки применяется видикон, который от других передающих трубок отличается способностью запоминать сигналы изображения. Передающая камера работает как фотоаппарат, в режиме короткого экспонирования, а считывание изображения происходит сравнительно долго.

Естественно, невозможно применить такой принцип управления при движении гоночного автомобиля. Однако если представить себе, что устройство, имеющее колеса, может передвигаться с меньшей скоростью, реализация такого принципа вполне возможна, ведь луноход не гоночная машина. И триумфальное шествие луноходов по лунной поверхности продемонстрировало это с достаточной убедительностью. Луноход спокойно, не торопясь изучает местность. А раз так, то система малокадрового телевидения вполне приемлема и в то же время не загружает канал избыточной информацией, имея приемлемый вес, габариты, допустимые параметры антенны.

Можно вообразить себе еще более неблагоприятную ситуацию, при которой необходимая водителю информация поступает от пассажира, сидящего на заднем сиденье и обращенного лицом назад, который видит, где был автомобиль, а не куда он движется. Хотя трудно представить себе автомобиль, движение которого реализуется с помощью подобной системы управления, такого рода ситуация зачастую встречается в системах управления производством, экономическими системами. Сотрудники этих систем иногда не имеют четкого представления о лежащем впереди пути, в силу чего они должны полагаться на информацию о прошедших ситуациях, которая поступает к ним с выдержкой во времени. Существующие системы учета и отчетности ориентированы, как правило, па выдачу информации о том, что происходило в прошлом, а не о том, что произойдет в будущем. Поэтому переоценка принципов построения информационных систем с ориентацией па оценку будущих состояний, па принятие решений, а не только на анализ прошлого может обеспечить значительный прогресс развития народного хозяйства в целом и его подсистем.

2.3 Информация о состоянии внешней среды и управляемого объекта

Синтез системы управления состоит в определении такой совокупности подсистем, которая удовлетворяет требованиям, предъявляемым к функционированию системы и указанным при общем построении системы. Чтобы осуществить эту цель, необходимо произвести поиск информации, которая поможет выбрать и определить подсистемы. Такая информация включает:

1. Цели, критерии и ограничения на функционирование системы в целом и влияние на них отдельных составляющих -- отдельных подсистем.

2. Данные о наличии ресурсов на создание системы.

3. Данные о деятельности, необходимой для обеспечения работы системы и подсистем, требуемых характеристик функционирования. Должны быть определены все виды деятельности и их взаимосвязи.

4. Данные о структуре, точках принятия решении.

5. Информацию, необходимую для принятия решений. Специфические данные к выходным результатам системы.

Объект управления, (например, предприятие) осуществляет свою деятельность с целью реализации поставленных перед ним задач по заданным критериям эффективности. Окружающая среда постоянно оказывает воздействие на объект управления, а объект для достижения намеченных целей также стремится оказать соответствующее воздействие на окружающую среду. В случае изменения окружающей обстановки объект неизбежно меняет формы своей деятельности. Для правильного определения целей и эффективных методов деятельности объект в каждый момент времени должен иметь сведения, с одной стороны, об окружающей обстановке и ее изменениях (информация о внешних условиях), с другой -- о своей организации и ее функционировании (информация о внутренних условиях). Для изучения, идентификации и анализа внешней и внутренней обстановки служит входящая информация, а исходящая информация является средством воздействия на эту обстановку или приспособления к ней объекта управления. Деятельность объекта управления, его реакция на изменение внешних и внутренних обстоятельств основываются на анализе, обработке и синтеза информации об изменениях внешних и внутренних условий (рис. 3). Информацию об окружающей обстановке можно классифицировать следующим образом:

Рис.3. Обработка информации о внешних и внутренних условиях

1. Существующее законодательство, правительственные мероприятия, приказы, распоряжения и инструкции вышестоящих планов развития и функционирования объекта управления.

2. Демографические и социальные тенденции развития общества. Эта информация особенно существенна при планировании развития предприятий, выпускающих товары широкого потребления. Виды выпускаемых товаров и услуг в значительной степени зависят от общей численности, структуры, размещения и покупательной способности населения.

3. Экономические тенденции развития, к которым относится уровень и тенденции развития валового национального дохода, занятость, производительность труда по отраслям, уровень цен и многие другие экономические показатели, которые могут оказаться существенными при принятии решений о планах работы конкретного объекта.

4. Уровень развития техники по отраслям и тенденции ее развития. Эта информация может оказать существенное влияние на планирование производства новых видов продукции, на технологические процессы.

5. Факторы производства. Эта информация характеризует источники, затраты, размещение, наличие, доступность и производительность основных элементов производства (трудовые ресурсы, производственные материалы, оборудование, сооружения и т. д.).

6. Информация о спросе на продукцию объекта, качестве, надежности и других характеристиках выпускаемой продукции.

7. Информация о положении дел у поставщиков, потребителей и аналогичных предприятий. Сюда же относится информация о перестройке этих предприятий, внедрении новых научно-исследовательских и проектно-конструкторских разработок, а также о других факторах, которые могут оказать влияние на развитие и функционирование рассматриваемого объекта.

Полное, исчерпывающее удовлетворение потребностей в информации об окружающей обстановке, по-видимому, обеспечить невозможно. Тем не менее эти потребности следует учитывать, невзирая па незнатателъные возможности отдельных систем по осуществлению контроля окружающей обстановки и практическое отсутствие возможности построения такой автоматизированной информационной системы, которая эту информацию бы представляла. Проблема поиска информации об окружающей среде очень сложна, в частности потому, что зачастую трудно на этапе поиска определить, относится она к решаемой задаче или нет, будет использована или нет.

Можно выделить несколько способов поиска информации, рассмотрения окружающей среды. Во-первых, это внецелевое наблюдение. Сотрудники, изучающие окружающую среду, не ставят перед собой конкретных целей поиска, они лишь собирают данные, которые могут оказаться полезными в настоящем или будущем. Это происходит с помощью газет, книг, специальных журналов, бесед, участия в конференциях, симпозиумах, совещаниях.

Вторым методом поиска информации об окружающей среде является целевое наблюдение -- внимание обращается на определенную сферу деятельности без активного поиска. Однако, если появляется какой-либо сигнал, следует быстро оценить его и использовать полученную информацию.

Можно также различать формальный и неформальный поиск. Формальный представляет собой систематическую реализацию заранее разработанных планов поиска конкретной информации по заданным проблемам. Типичным примером такого поиска является тщательно отработанный и научно анализированный порядок изучения обстановки в отраслях и народном хозяйстве в целом, перед разработкой перспективных планов развития народного хозяйства. Неформальный -- это активный, целенаправленный, но относительно неупорядоченный поиск (поиск не по заранее разработанному плану) конкретной информации. Примером такого поиска может быть поиск новых идей, для усовершенствования заданных технологических процессов.

Информация, характеризующая внутреннее состояние системы, также имеет важнейшее значение при планировании и оперативном управлении. Однако особое значение она приобретает при принятии решений оперативного плана.

В этом случае внутренняя информация оказывается более важной, чем информация об окружающей среде. Внутренняя информация предназначена для ликвидации рассогласований между реальной ситуацией в плановыми показателями, а также для выявления сильных в слабых сторон системы, т. е. тех внешних и внутренних организаций, которые при рассмотрении перспектив изменения окружающей обстановки приобретают важное значение для принятия решений.

Представляется целесообразным разделить внутреннюю информацию на ряд видов. Это производственная информация, экономическая и финансовая информация о деятельности различных подсистем в системе, информация об использовании материальных, энергетических и кадровых ресурсов в системе, информация о системе управления и т. д.

Производственная информация связана с производством товаров, потоками товаров или предоставлением услуг. Она охватывает такие виды деятельности, как производственное планирование и контроль, контроль и управление движением материально-производственных запасов, снабжение, распределение и транспортировку. Производственная информация является наиболее важной внутренней информацией с точки зрения оперативного управления. Сбор и первичная обработка производственной информации на предприятиях осуществляются обычно диспетчерскими службами. Диспетчерская служба должна быть информирована обо всех существенных моментах производственного процесса, с тем, чтобы она могла предупредить предполагаемые или внезапно возникающие трудности. Диспетчерская служба анализирует поступающую информацию, сортирует и передает в требуемые сроки в точки принятия решений.

Производственные информационные системы легче всего поддаются автоматизации. Более того, автоматизация процессов обработки этого вида информации обеспечивает обычно большой экономический эффект за счет сокращения издержек производства и совершенствования системы управления этим производством. Следует, однако, отметить, что это и один из наиболее сложных объектов автоматизации, так как производственные процессы настолько индивидуальны, что обычно приходится заново разрабатывать датчики и многие другие внешние устройства информационной автоматизированной системы.

Особое значение в массиве производственной информации имеет информация об использовании ресурсов. Она предназначена для выявления и устранения узких мест в производстве. На основе этой информации руководители предприятия получают возможность быстро определять отклонения от запланированного хода производства. Например, поломка производственного оборудования, простой станков, увеличение брака, невыход на работу -- все это может привести к нарушению производственных планов, снижению производительности труда на предприятии в целом и отдельным цехам, росту издержек производства и т. д.

Современные управленческие информационные системы дают возможность руководству промышленных объединений следить за состоянием дел на каждом заводе этого объединения. Получение такой информации имеет особо важное значение, когда эти заводы взаимосвязаны. Информация о состоянии производства на каждом заводе является основой для координации деятельности заводов как единого целого в рамках объединения. Однако информация о состоянии производства на каждом заводе имеет важное значение и в том случае, если производственное объединение состоит из однотипных, предприятий, как это имеет место, например, в химической или нефтедобывающей промышленности. Изменения в выпуске продукции по одному заводу могут служить важной сравнительной информацией о деятельности каждого завода. Снижение выпуска продукции может служить сигналом о неблагополучном положении дел на заводе. Увеличение же объема производства хотя бы на одном заводе дает возможность выявить резервы повышения выпуска продукции на других заводах. Следовательно, информация о производственной деятельности на всех уровнях системы управления способствует повышению эффективности производства.

Развитие предприятия и расширение производства ставят весьма многосторонние и сложные технико-экономические и финансовые задачи, для решения которых необходимо иметь высокоорганизованную систему информации. Эта информация дает возможность судить об эффективности использования трудовых, финансовых, материальных, энергетических и производственных ресурсов.

На основе экономической информации дается оценка деятельности заводов, производственных подразделений. Поскольку все данные об издержках производства, но каждому подразделению передаются руководству, оно имеет возможность сравнивать текущие издержки с данными за прошлые периоды. Это позволяет выявлять тенденции в отношении издержек производства, что является важным показателем деятельности производственных подразделений в динамике.

Экономическая информация по каждому заводу дает возможность руководителям производственного объединения определять потребность в капиталовложениях для ликвидации узких мест путем, например, перестройки цехов, установки нового оборудования, улучшения системы внутризаводского транспорта, строительства складских помещений и т. д. Эта информация используется также и для того, чтобы выявить перспективы повышения эффективной техники и новых форм и методов управления.

Важнейшая задача снабженческо-сбытовой деятельности системы состоит в обеспечении производства необходимым сырьем и материалами, новыми средствами производства и соответствующей системой кооперированных связей. В ее задачи входит также реализация произведенных системой готовых продуктов и полуфабрикатов. Подсистема снабжения и сбыта, связана по существу со всеми другими подсистемами, поэтому ее информационные потоки многосторонни и сложны.

В этой важной сфере деятельности обычно реализуются следующие функции: подготовка данных о потребностях, обновление данных о заказах, обработка текущих сведений, обработка заявок, проверка массивов данных о предшествующей деятельности в целях выбора поставщиков, подготовка заказов, оценка поставщиков, расчеты очередности выполнения заказов и подготовка счетов, подлежащих оплате, ведение складского хозяйства и организация грузовых перевозок, связанных со снабженческо-сбытовой деятельностью темы.

Основная часть информации о материально-техническом снабжении поступает от внешних источников, информация о фактических заказах и их выполнении поступает непосредственно от поставщиков. Внутренняя же информация о материально-техническом снабжении характеризует главным образом потребности, предъявляемые к снабженческой деятельности системы, основной из которой является информация о ведении складского хозяйства. Эта информация обычно содержит данные об образовании текущих запасов производимой системой продукции и хранении на складах всевозможных материалов, используемых системой в процессе производства.

На примере системы учета материально-производственных запасов проиллюстрируем реализацию принципов автоматизации процессов обработки данных от внутренних и внешних источников информации (рис. 4). Рассматриваемая подсистема предназначена для обновления основного массива данных и выдачи печатного сообщения о состоянии материально-производственных запасов. Входные данные (данные, характеризующие политику, уровни и порядок выполнения операций в сфере материально-производственных запасов, текущие данные о реальном состоянии подсистемы и т. д.) обрабатываются и соответствии с установленным порядком осуществления операций в целях получения выходных данных. Эти выходные данные выражают цели, ради которых была построена рассматриваемая система.

Рис.4. Обработка данных

Важное значение имеет информация о кадрах. Задача не ограничивается тем, чтобы знать состав уровень технической подготовки рабочих, инженерно-технических работников и руководителей всех уровней. Особое значение должно придаваться составлению деловых характеристик па каждого сотрудника. Эта информация должна быть основой при принятии решений о повышении квалификации сотрудников, их переподготовке в связи, например, с установкой нового оборудования.

3. СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В УПРАВЛЕНИИ

3.1 Консервативность информационной системы

В существующих системах управления в большинстве случаев устойчивая работа обеспечивается путем систематического создания новых, более эффективных алгоритмов контроля и управления, которые не могли быть предусмотрены при разработке данной системы. Этими алгоритмами предусматривается использование и выдача новых информационных потоков, представляющих собой комбинацию ранее существовавших сведений или дополнительное введение новых.

Новые информационные потоки создаются также при изменении целей и критериев функционирования системы управления, ее структуры, перераспределении функции по уровням и узлам системы, внедрении новых технических средств, а иногда даже при замене одного сотрудника другим в организационной структуре системы управления. Однако старые, ранее установившиеся информационные потоки часто продолжают функционировать, что порождает дублирование и неполное использование части информации и снижает экономическую эффективность работы системы.

Анализ ряда систем показывает, что информационная система гораздо более консервативна, медленнее перестраивается, чем система управления. Раз введенные формы документов, каналы передачи информации отмирают с трудом, через продолжительное время после того, как в них исчезнет необходимость. Информационным системам присуще неприятное свойство -- способность к накоплению, аккумулированию этих отмирающих, неиспользуемых потоков данных. Наоборот, вновь созданный орган управления обычно довольно долго не может наладить систему сбора необходимой информации.

Степень интеграции или, наоборот, «размножения», информации можно характеризовать коэффициентом ?, который определяется следующим образом:

Для осведомительной информации обычно ??1, для распорядительной ??1.

На рис. 5 приведена графическая модель интеграции информации для задачи «Обработка результатов экзаменационных сессий» для разных уровней системы Министерства высшего и среднего специального образования СССР.

Рис.5. Модель интеграции информации

Методы обобщенного представления информации на любом из уровней системы связаны с агрегацией информации, под которой понимается, как мы уже говорили, процесс обобщения и выделения данных из первичного множества параметров с целью формирования групповых обобщенных характеристик, позволяющих судить о существенных признаках поведения и состояния исходного множества данных. В зависимости от свойств обобщенных характеристик и методов их формирования можно выделить три направления агрегации информации, а именно -- функционально-логическое, аналитическое и статическое.

Первое основано на использовании функциональных и логических связей параметров между собой, а также их отношений к состоянию объекта и целевой функции управления. В результате аналитической агрегации выявляются интегральные или экстремальные характеристики множества данных, связанных с ними функциональными зависимостями. Направление статистической агрегации связали с формированием и представлением множества отдельных значений параметров, их статистических распределений и характеристик.

Отфильтрованная и, в случае необходимости, агрегированная информация может быть подвергнута операции сжатия. Операция сжатия или свертывания информации предполагает, что в результате некоторого преобразования какому-то сообщению ставится в соответствие более краткое. Существо всякого сжатия информации заключается в устранении избыточности, которая имеется в исходном сообщении. Изучение естественных языков методами теории вероятностей показало, что все европейские языки. В том числе и русский, обладают большой избыточностью -- до 50--80 %, что является естественным приспособлением языка с точки зрения его помехоустойчивости. Возможность уменьшения рабочего объема памяти, занимаемого под основную информацию, при помощи различных приемов сжатия информации также представляет собой значительный практический интерес.

Если символы какого-то алфавита не равновероятны, что обычно бывает в действительности, то сообщение определенной длины L будет иметь энтропию (количество информации), приходящуюся на один символ Н1<Нmax. Это означает, что при заданной энтропии Н1 можно было бы получить такое же количество сведений при меньшей длине сообщений, чем в случае равно вероятности всех этих сообщений.

Таким образом, избыточность характеризует величину, на которую удлиняются сообщения, составленные из символов данного алфавита, по сравнению с минимальной длиной, потребной для передачи данной информации.

Избыточность информации определяют коэффициентом избыточности.

.

Одним из важных результатов теории информации является теорема об устранении избыточности, которая имеется в передаваемых сообщениях. Эта избыточность, как уже было сказано, может быть устранена кодированием, т. е. однозначным преобразованием одной исходной последовательности символов в другую последовательность с тем же или другим алфавитом. При этом наиболее часто встречающимся сообщениям следует ставить в соответствие более короткие кодовые комбинации, и редко встречающимся -- более длинные.

Такое представление сообщений словами разной длины установилось и в естественном языке. Самыми короткими являются наиболее часто употребляемые слова -- я, да, дай, пить, есть. Длинными словами представлены понятия, редко встречающиеся в обиходной речи, -- электрификация, взаимопонимание, противоестественность. Более того, когда какие-либо слова или словосочетания начинают встречаться чаще, мы используем их сокращения -- колхоз, райком, профорг.

Пусть некоторое сообщение состоит из п символов и имеет вероятность появления р. Если это сообщение перекодируется в новое сообщение, имеющее т символов, то коэффициент сжатия в этом случае равен т/п. Среднестатистическое значение этого отношения для всевозможных п-символьных сообщений равно