Алгоритмы и вычислительные структуры

В третьей главе рассмотрен автоматизированный структурно-параметрический синтез гибких химико-технологических систем. Изложены задачи синтеза систем в условиях полной и неполной определенности информации. Отдельный параграф посвящен математическим методам и вычислительным алгоритмам структурно-параметрического синтеза систем дискретного типа. Изложены методы автоматической классификации технологических процессов, оптимизации технологической структуры и аппаратурного оформления химико-технологических систем периодического действия — алгоритмы эвристического типа, ветвей и границ , случайного поиска, геометрического программирования, комбинированные. [c.6]

САПР является многофункциональным программно-техниче-ским комплексом (рис. 4.24), однако центральное место в классификации функций занимает непосредственно проектирование. Все остальные функции порождены алгоритмами расчета конкретных процессов и служат Для повышения их эффективности и управления. Например, функции управления БД представляют пользователю такие возможности, как оперативное изменение параметров, получение справок, накопление альтернативных вариантов решений и т. п. Сервисные функции позволяют быстро и правильно вводить информацию, получать результаты требуемой формы. Функции расширения позволяют в интерактивном режиме вводить новые программные модули и форматы данных, адаптировать их к уже имеющимся структурам, создавая семантические модели. Диалоговые функции позволяют реализовать взаимодействие на естественном языке, расширить вычислительные возможности системы за счет активного участия пользователя [c.167]

АЛГОРИТМЫ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ [c.21]

Алгоритм и логический вывод. Имеется существенное различие между описанной выше структурой системы вывода и традиционными вычислительными системами с иерархически организован- [c.46]

Языки взаимообмена. Ранее отмечалось, что проблемно-ориентированные пакеты программ предназначены для широкого использования, причем специалистами, имеющими ограниченные знания средств вычислительной техники и программирования. Поэтому при разработке систем на основе этих пакетов уделяется большое внимание вопросу обеспечения удобства и простоты взаимообмена потребителя с системой. Желательно, чтобы потребитель принимал минимальное участие в процессе решения и, если это необходимо, его взаимодействие с системой было бы оперативным и простым. Минимизация взаимодействия обеспечивается автоматизацией вычислительного процесса и отработки соответствующих сервисных средств. Чем выше степень автоматизации, тем меньше степень участия потребителя в процессе решения, и наоборот. Очевидно, автоматическое выполнение расчетов определяется степенью отработанности алгоритмов, способностью системы реагировать на аварийные ситуации и принимать решение без вмешательства человека, способностью вносить соответствующие изменения в структуру алгоритма. Следовательно, основой систем с высокой степенью автоматизации являются совершенные алгоритмы отдельных явлений, процессов и т. д. Желательно также, чтобы система имела однократный ввод данных в форме, удобной для широкого потребителя. [c.69]

Для конкретной области применения системы проектировщик должен сообщить дополнительные сведения о способах построения вычислительных схем. Эта информация представляет собой специальные знания, определяющие пространство выбора модулей. Например, информация может быть такого характера построить модель тарельчатой колонны при допущении постоянства мольных потоков и коэффициентов относительной летучести, тип тарелки выбрать по максимуму разделительной способности. Если дополнительные сведения достаточно устойчивы, т. в. имеют многократное применение, то они могут приниматься системой но умолчанию (могут предусматриваться системой без дополнительных указаний, составляя ее опыт ). Дополнительные сведения могут содержать требования и ограничения к структуре алгоритма, которые могут оказаться конкурирующими. Поэтому, система должна иметь средства для установления приоритета алгоритмов, которые бы определили однозначное решение данной проблемы. [c.90]

Критерий оптимальной декомпозиции исходного двудольного информационного графа ХТС на несвязные подграфы. Для уменьшения объема вычислительных операций при выборе набора базисных информационных переменных, обеспечивающего декомпозицию структуры информационного графа системы уравнений ХТС, необходимо иметь оценки вершин ДИГ с точки зрения разбивки его на несвязные подграфы (алгоритм АСП-1П). [c.272]

Для задач оптимального управления современными химическими производствами характерна четко выраженная иерархическая структура в соответствии с конкретным назначением системы. Первый уровень составляют задачи управления отдельными процессами производства, которые в простых случаях решаются чаще всего локальными средствами автоматизации, а в более сложных случаях относительно несложными вычислительными устройствами, реализующими заданный алгоритм оптимального управления. [c.16]

Принципы формирования моделирующих алгоритмов на основе топологических структур связи. Существенной особенностью диаграммного принципа описания ФХС является возможность построения полного информационного потока системы в виде блок-схемы или сигнального графа непосредственно по связной диаграмме, минуя этап формирования системных уравнений. Такой подход может служить основой автоматизированного синтеза вычислительных блок-схем и сигнальных графов, отвечающих основным требованиям к ним 1) они полностью основаны на естественных операционных причинно-следственных отношениях, которые, в свою очередь, путем формальных процедур (см. рис. 3.1) предварительно распределяются на связной диаграмме ФХС 2) число определяющих уравнений равно числу переменных состояния системы 3) число граничных и начальных условий соответствует числу и порядку уравнений в системе 4) каждое расчетное соотношение в информационном потоке системы занимает строго определенное место, предписанное логической структурой диаграммы связи (при этом практически полностью исключается субъективный фактор при формировании моделирующего алгоритма). [c.211]

Следует отметить, что реализовать метод приведенного градиента можно в виде различных конкретных вычислительных алгоритмов. Например, при построении диалоговых систем можно предусмотреть использование опыта инженера, учет структуры ХТС и т. п. [c.221]

Центральный вопрос — синтез технической и алгоритмической структур систем защиты на базе современной измерительной и вычислительной техники [214]. Еще несколько лет тому назад можно было ограничиваться синтезом структур алгоритмов, так как применялись только большие центральные УВМ. В связи с применением микропроцессоров сегодня существует много степеней свободы для технической и программной структуры систем защиты. Исходя из структуры объекта управления, для системы защиты рекомендуется применять иерархическую структуру с несколькими координационными уровнями (рис. IX.4). [c.351]

Без существенных усложнений метод множителей Лагранжа можно применить для оптимизации процессов со сложной топологической структурой, т. е. не только многостадийных, а также распространить на процессы, математические описания которых, наряду с конечными уравнениями, содержат и дифференциальные. Разумеется, что во всех перечисленных случаях метод множителей Лагранжа дает лишь самые общие соотношения оптимальности, и наиболее трудной частью решения задачи становится решение получаемых конечных и дифференциальных уравнений для переменных процесса и вспомогательных переменных. Однако сейчас уже разработаны в достаточной мере удобные приемы и алгоритмы решения [4], позволяющие, как правило, получать конечные результаты на вычислительных машинах для процессов высокой степени сложности. [c.201]

В отличие от электрических цепей при расчете потокораспределения в г д. наиболее распространенным и более эффективным в вычислительном плане является переход к контурным уравнениям. В то же время для учета разреженности матрицы более выгодной оказывается узловая форма записи системы уравнений, поскольку для сложных систем заполненность нулями у матрицы Максвелла меньше, чем у матрицы Кирхгофа. Кроме того, структура матрицы Максвелла совпадает со структурой схемы цепи и не зависит от выбора контуров, что упрощает логику алгоритмов упорядочения исключения переменных. [c.116]

Характерными особенностями автоматизированных систем управления является то, что они состоят из ряда подсистем, имеют иерархическую структуру, и если часть функций головного мозга и передается системе, то все же на данном этапе за человеком в АСУ остаются функции принятия решений. Именно то обстоятельство, что объект управления стал значительно сложнее, и привело к расширению круга задач, которые решаются при построении автоматизированных систем управления, и увеличению сложности самих систем. Совершенствование технических средств, естественно, является существенной предпосылкой возможности создания системы управления сложным объектом (например, рост быстродействия, объема памяти и т. п.). Вместе с тем применение современных технических средств выдвигает дополнительные требования к разработке методов получения, обработки и передачи информации. Применение современных электронных вычислительных и управляющих машин в системах управления потребовало разработки специальных языков, методов построения алгоритмов управления, входных и выходных устройств, а также согласующих устройств для связи объекта с машиной, методов преобразования информации и т. д. Эти требования сводились к формализации процессов получения, обработки и передачи информации. [c.9]

В СССР информационно поисковая система для определения структуры органических соединении по масс спектрам соз дана в Информационно вычислительном центре молекулярной спектроскопии СО АН СССР [180, 188—190] Эта система располагает алгоритмами поиска спектров в библиотеке, использующими методы вероятностного поиска а также алгоритмами, позволяющими при отсутствии в библиотеке соответствующего спектра получать определенную информацию о структуре анализируемого соединения выделяя крупные структурные фрагменты В этой системе предусматривается анализ комплекса спектральных признаков п используется статистический подход к оценке меры близости сравниваемых спектров Проверка си стемы путем анализа 67 неизвестных масс спектров показа ла что вероятность распознавания больших структурных фрагментов (50—100 % от молекулярной массы) составляет 60— 80 % в зависимости от их размеров а надежность распознавания составляет 98 % [c.121]

Второй уровень иерархии составляют задачи управления совокупностью отдельных процессов, составляющих в определенном смысле законченное производство. На этом уровне решаются задачи оптимального распределения энергетических и материальных потоков с учетом важнейших показателей отдельных процессов. Решение задачи распределения требует использования уже более мощных средств вычислительной техники и разработки специальных алгоритмов управления, учитывающих конкретную структуру данного производства. [c.16]

Для того чтобы можно было прочитать операторную запись алгоритма, каждый из операторов сопровождается пояснениями. Операторный способ используется в основном как язык программирования для конкретных вычислительных машин. Поэтому описания операторов составляются с учетом особенностей машины, вплоть до указания адресов отдельных операндов. В этом случае логическая структура программы вместе с описаниями операторов вводится в запоминающее устройство машины, машина по специальной программе расшифровывает операторы и записывает их в командах машины. [c.39]

При применении аппарата матричной алгебры математическая модель механизма реакции рассматривается как единое целое. В этом случае ПП очень простая, а ПРФО весьма сложная, поскольку именно в ней при каждом расчете функции отклонений перерабатывается зашифрованная в виде матриц информация о структуре механизма. Первый опыт применения матричного метода показал, что программы расчета скоростей реакций, которые строились на его основе, могут уступать в скорости счета ручным программам [44]. Это связано, в основном, с большим числом операций над разреженными матрицами, и требует дальнейшего совершенствования вычислительных алгоритмов. [c.201]

Обилие поступающей инфорд1ации с экспериментальных установок и многоплановость ее переработки по алгоритмам различной сложности во многом определяют выбор структуры технических средств АСНИ. Современное состояние развития микропроцессорной техники позволяет ориентироваться на создание многоуровневых многоканальных (децентрализованных) систем научных исследований, позволяющих полностью разделить функции сбора и обработки информации благодаря рассредоточению вычислительных средств по местам обработки, сбора и использования данных. Массивы экспериментальных данных, полученные и обработанные в режиме реального времени на ЭВМ нижнего [c.68]

Ограничения, принимаемые при расчете ыассообменных аппаратов. При расчете колонн ограничения или допущения обычно принимаются для упрощения задачи. Для упрощенных алгоритмов расчета они характеризуют возможности модели, за рамки которых нельзя выходить, поскольку модель разработана исходя из этих ограничений. Что касается точных моделей, то возможность принятия различных допущений учитывается заранее при разработке общей вычислительной схемы, характеризуя многовариантность постановки задачи расчета. При модульной структуре модели снятие того или иного допущения приводит к необходимости включения в состав соответствующего модуля, и наоборот, принятие допущения упрощает вычислительную схему алгоритма и состоит в исключении модуля, ответственного за допущение. [c.314]

Топологическая модель в форме диаграммы связи, во-первых, наглядно отражает структуру системы и, во-вторых, служит ее исчерпывающей количественной характеристикой. Построенная диаграмма связи технологического процесса является исходной для всех дальнейших формальных процедур преобразования диаграммы в другие формы описания объекта в форму дифференциальных уравнений состояния, в форму блок-схем численного моделирования, в форму передаточных функций по различным каналам (для линейных систем), в форму сигнальных графов и др. Каждая из этих преобразующих процедур реализуется в виде соответствующего вычислительного алгоритма на ЦВМ и будет подробно рассмотрена в книге. [c.4]

Информационная насыщенность и функциональная емкость элементов и связей ФХС в сочетании с эвристическими приемами построения топологических структур ФХС, понятием операционной причинности, правилом знаков, формально-логическими правилами совмещения потоков субстанций в локальной точке пространства и правилами объединения отдельных блоков и элементов в связные диаграммы позволяют создать эффективный метод построения математических моделей ФХС в виде топологических структур связи (диаграмм связи). Топологическая модель ФХС в форме диаграммы связи, во-первых, наглядно отражает структуру системы и, во-вторых, служит ее исчерпывающей количественной характеристикой. Путем применения чисто формальных процедур диаграмма связи без труда трансформируется в различные другие формы описания ФХС в форму дифференциальных уравнений состояния в форму блок-схемы численного моделирования (или вычислительного моделирующего алгоритма) в форму передаточных функций по различным каналам (для линейных систем) в форму сигнальных графов. Каждая из этих преобразующих процедур реализуется в виде соответствующего вычислительного алгоритма на ЭВМ и будет подробно рассмотрена в книге (см. гл. 3). [c.9]

Для получения сульфокатионитов аналитического назначения используется метод сульфирования концентрированной серной кислотой сополимеров стирола с чистыми изомерами дивинилбензола, предварительно набухших в растворителях. Исследованы два способа получения сульфокатионитов первый — сульфирование сополимеров, предварительно набухших в дихлорэтане второй — сульфирование сополимеров, предварительно набухших в тионилхлориде. Для обоих способов сульфирования сформулированы топологические структуры связи, которые согласно формальным процедурам развертывались в соответствующие системы дифференциальных уравнений и блок-схемы вычислительных алгоритмов с реализацией на ЭВМ. [c.369]

В настоящее время ЭС ОЕМОРАЬ определяет молекулярную структуру неизвестных соединений, исходя из данных масс-спектрометрии и ЯМР. ЭС использует специальный алгоритм для систематического перечисления всех возможных молекулярных структур, а затем применяет знания по химии для сокращения этого списка до обозримого размера. Знания в ПЕЫОНА . представлены в виде процедур для генератора молекулярных структур и в виде ПП для управления данными и вычислительных программ. ЭС реализована на языке Интерлисп и разработана в Станфордском университете. [c.261]

I. Все возможные состояния ХТС делятся на несколько классов (классификация состояний системы). Это разделение производится с целью определения таких т1ас-сов. чтобы для каждого из них применялись свои структуры или свои параметры алгоритма управления. Тем самым удается сильно сократить вычислительное время, необходимое для определения оптимальных управляющих воздействий. Эти различные классы могут характеризоваться разными функциями цели, различными математическими моделями объекта или различными возмущающими воздействиями [c.374]

Значительным шагом вперед явилось создание методов непрямой аналогии. К ним относятся структурные, цифровые и кибернетические модели. Структурные модели состоят из блоков, выполняющих отдельные мачематические действия и соединенных между собой в соответствии со структурой уравнений, которые они решают. Такие уетройетва называют анало[овыми вычислительными машинами (АВМ) общего назначения они позволяют решат1з множество различных задач. При цифровом моделировании все вычисления сведены к последовательности элементарных логических операций с числами, которые по определенному алгоритму — про- [c.323]

Задача оптимизации многопродуктовых химико-технологических систем представляет частично-дискретную задачу большой размерности, содержащую переменные различных типов булевские, целочисленные, дискретные и непрерывные. Непосредственное решение таких задач сопряжено со значительными вычислительными трудностями, обусловленными как большой размерностью, так и дискретностью некоторых переменных. Поэтому основным направлением в разработке эффективных алгоритмов их решения следует считать декомпозиционный подход, заключающийся в замене исходной труднорешаемой задачи последовательностью задач, решаемых легко. Обычно декомпозиционные методы используют либо специальную структуру исходной задачи, либо некоторые специальные искусственные приемы формулировки задач декомпозиции. Использование специальной структуры задач оптимизации многопродуктовых химико-технологических систем и специальный вид критериев оптимизации в ряде случаев позволяет построить эффективные декомпозиционные алгоритмы оптимизации [17]. [c.143]

На рис. Vin.3 показана структура алгоритма определения таких значений режимных параметров Xi и (например, температура и давление) некоторого объекта О, при которых его контролируемые параметры i/i и г/г (производительность и концентрация) принимают заданные значения. Вычислительное устройство (ВУ) рассчитывает расстояние между у и уо, величина которого подается на диграторы Д и Дг, изменяющие режимные параметры Xi и Х2. [c.189]

Каноническая нумерация химического графа может быть осуществлена с помощью нескольких известных методов и обычно представляет собой первый шаг при разработке буквенно-цифровых обозначений или кодов для обработки или поиска информации о химических структурах. Желательно иметь однозначный код для любой данной структуры, и это требование связано с проблемами изоморфизма графа, для которых было предложено много реще-ний. Однозначная нумерация графа дает решение проблемы однозначного кодирования. Следуя работам некоторых предшествующих исследователей, нами недавно предложен метод однозначной нумерации полиядерных кластерных соединений. Метод берет начало с алгоритма канонической нумерации химического графа, и затем эта нумерация превращается в компактную линейную форму полностью помеченной матрицы смежности. Для нумерации графа алгоритм использует понятие расширенной связности и методы теориц возмущений. Явное упорядочивание окончательного кода полностью определяет структуру. Процедура легко осуществляется без использования вычислительных средств и устанавливает изоморфизм, если две структуры имеют идентичные нумерации. Процедура канонической нумерации распространена на некоторые графы, с трудом поддающиеся другим методам канонической нумерации. [c.266]

Метод Ньютона — универсальная основа для разработки алгоритмов гидравлического расчета. Присущая ему линеаризация системы уравнений на каждом шаге вычиашгельного процесса позволяет эффективно использовать особенности топологической структуры расчетной схемы цепи и многократно обращаться к линейным преобразованиям к контурным или узловым величинам. Это резко снижает размерность системы уравнений, которую фактически надо решать, и дает возможность для компактного представления к обработки исходной к промежуточной информации путем сетевой интерпретации вычислительных и логических операций. Кроме того, линеаризация позволяет использовать богатейший опыт алгоритмизации расчетов линейных электрических цепей. [c.105]

Принципиальная блок-схема алгоритмов декомпозиции приведена на рис. 16.1. Вычислительный процесс, как видно из рисунка, состоит из девяти основных этапов (шагов). На первом этапе осуществляется выбор на исходной избыточной схеме МКС деревьев начального приближения (ДНП), обладающих характерными свойствами. Например, дерево кратчайших расстояний (ДКР) от главного источника до узлов потребления содержит все максимально надежные (с точки зрения схемы) пути тгу (./ У) одностороннего снабжения, имеющие наибольшие (для каждого /) значения R Пj) В качестве других вариантов ДНП берутся 1) оптимальное дерево (ОД) (или несколько деревьев), получаемое в результате решения схемноструктурной задачи с помощью программы СТРУКТУРА (см. гл. 13) [c.229]

Информационное обеспечение в виде баз даршых различного целевого назначения используется практически всеми подсистемами ИАСУ и различными пакетами прикладных программ. Базы данных и экспертные системы, являющиеся результатами вычислительных экспериментов, входят в состав подсистемы поддержки и принятия решений, но взаимодействуют с другими подсистемами ИАСУ. Пакеты прикладных программ, реализующие стандартные и специальные алгоритмы прогнозирования (расчетов), моделирования, обучения, оптимизации, входят в состав информационно-моделирующей подсистемы и используются комплексом программных средств подсистемы прогнозирования, структура и состав которой для решения задач прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха представлены на рис. 4.2. [c.306]

Главная цель создания ИАСУ качеством атмосферного воздуха — организация интегрированной автоматизированной системы контроля и управления. В данном случае контроль — расчет выбросов загрязняющих веществ и построение зон загрязнения, а управление — принятие решений по оперативному и долгосрочному прогнозированию. Таким образом, КПС ИАСУ функционирует как система (а не отдельные программы) на базе ЛВС в режиме реального времени с возможностью оперативного прогнозирования путем выбора различных моделей и алгоритмов прогноза. В КПС ИАСУ реализуется единое информационное пространство источники загрязнения — станции контроля — пользователи (на уровне производства) — распределенные базы данных — хранение и доступ к результатам вычислительного эксперимента. Самой важной отличительной особенностью структуры ИАСУ от отдельных программных продуктов в области охраны окружающей среды и существующих автоматизированных систем контроля является наличие в ней подсистемы поддержки принятия решений, включающей средства искусственного интеллекта, экспертные системы, алгоритмы обучения и самообучения на базе искусственных нейронных сетей. [c.313]

В представленном в этом разделе кратком описании расчетных методов нашли отражение основные тенденции развития конформационного анализа пептидов и белков в последнее время. Несмотря на многочисленность и видимое разнообразие новых теоретических разработок, их сближает ряд общих черт принципиального характера, причем тех же самых, что были присущи предшествующим теоретико-методологическим исследованиям. Отмечу лишь три таких особенности. Во-первых, практически все предложенные методы расчета исходят из предположения, что нативная трехмерная структура белка имеет самую низкую внутреннюю энергию. Поэтому конечная цель каждого метода состоит в установлении глобальной конформации молекулы по известной аминокислотной последовательности. Такое предположение, сформулированное более 40 лет назад, до сих пор не встретило каких-либо противоречий со стороны экспериментальных фактов и, следовательно, может считаться оправданным. Во-вторых, в последние годы, как и ранее, во всех случаях предпринимались попытки подойти к расчету глобальной конформации белка путем усовершенствования предсказательных алгоритмов, процедур минимизации и вычислительной техники. Надежды на решение структурной проблемы по-прежнему связываются не с более глубоким проникновением в молекулярную физику белка и разработкой соответствующих теорий, а главным образом с достижением в области методологии теоретического конформационного анализа и развитием компьютерной аппаратуры. Между тем такой подход в принципе не может привести к априорному расчету глобальной конформации белка. В разделе 2.1 уже указывалось, что перебор со скоростью вращательной флуктуации (10 с) всех мыслимых конформационных состояний даже у низкомолекулярной белковой цепи (< 100 остатков) занял бы не менее 10 лет. Следовательно, при беспорядочно-поисковом механизме сборка белка как в условиях in vivo в процессе рибосомного синтеза, так и в условиях in vitro в процессе ренатурации не может осуществляться через селекцию конформации всех локальных минимумов потенциальной поверхности. Реальные же возможности самых совершенных современных методов расчета ограничены независимым анализом тетра- и пентапептидов, рассчитанных четверть века назад. Ни один из существующих теоретических методов не в состоянии проводить конформационный анализ сложных олигопептидов, а тем более белков, без привлечения дополнительной информации - результатов прямого эксперимента, касающегося исследуемого объекта, или статистической обработки имеющихся структурных данных. В-третьих для всех предложенных методов расчета характерно отсутствие классификации пептидных структур, оправданной с физической точки зрения и [c.246]

Следующим важным этапом на пути алгоритмизации задачи расчета ЭПР-спектра является выбор структуры данных, с которыми предстоит работать вычислительной машине. Использование алгоритма Ланцоша для решения задачи на отыскание собственных значений оператора —(Ь+гГ) позволяет выбрать любой компактный способ хранения матричных элементов, поскольку в процессе вычислений исходная матрица не изменяется. В наших программах применен "блочный способ формирования и хранения матрицы оператора Ь матричные элементы оператора Г хранятся в оперативной памяти отдельно в виде вектора. [c.228]

Метод Монте-Карло, теоретическая основа которого известна с 1949 г., называют также методом статистических испытаний. Простая структура вычислительного алгоритма сделала его одшш го универсальных методов решения множества математических задач. Метод Монте-Карло часто оказьшается единственным численным методом, позволяющим решить задачу, не имеющую аналитического решения. Особенно эффективно он используется при решении тех задач, в которых достаточно получить результат с точностью 5-10 %. [c.661]

Необходимо подчеркнуть единство всех системных представлений и компонентов СППР описание только одного аспекта системы безотносительно к понятиям другого аспекта бессодержательно. Эффективность использования моделей зависит как от вычислительной эффективности применяемых алгоритмов, так и от выполнения целого ряда требований технологического характера к компьютерной реализации. Возможность применения того или иного вычислительного метода, скорость сходимости итерационных процедур, объем перерабатываемой и хранимой информации и вытекающие отсюда требования к комплексу технических средств существенно влияют на структуру и точность используемых моделей. Поэтому оценка эффективности тех или иных классов математических моделей периодически пересматривается в процессе совершенствования вычислительного оборудования, роста мощности компьютеров, в том числе объема их оперативной и долговременной памяти и иных характеристик. [c.42]