Міністерство освіти і науки України
Національний університет “ Львівська політехніка ”
Кафедра ПЗ
Звіт
до лабораторної роботи № 1
з дисципліни: Методи та засоби наукових досліджень в інноваційних
комп'ютерних технологіях
на тему: "Робота з науковою інформацією (пошук, аналіз)"
Львів 2009
Тема роботи: Робота з науковою інформацією (пошук, аналіз).
Мета роботи: Опрацювання та аналіз інформації, за напрямком вибраної теми роботи.
Тема наукового дослідження
Дослідження ефективності методів та алгоритмів розбиття схем на частини (оптимізація розбиття).
Пошук наукової інформації
У процесі наукового дослідження робота над літературними джерелами здійснюється на всіх його стадіях. На підготовчій стадії вивчення публікацій за довідниками, рекламою, проспектами, інформаційними виданнями та бібліотечними каталогами сприяє конкретизації вибору теми дослідження та його об'єктів, а також розробці теоретичних передумов майбутньої роботи, її методологічного забезпечення. Вивчення літературних джерел допомагає представити досліднику народногосподарську значущість обраної теми дослідження, визначити основоположні теоретичні і методологічні принципи виконання її. Робота над літературними джерелами ставить перед дослідником вимогу – навчитися швидко читати, сприймати і аналізувати прочитане, концентрувати увагу на головному, істотному для розкриття теми дослідження.
На першому етапі наукового дослідження найголовнішим є аналіз наукового напрямку роботи з метою визначення проблематики і особливостей галузі досліджень, вивченню наявних досягнень, ознайомленню із працями вчених, які активно працюють над вирішенням наукових задач та проблем даної галузі науки.
Для даної наукової роботи обрано сферу аналізу різних існуючих методів розбиття схем на частини та співставлення ефективності кожного з них. Проведення даного дослідження дозволить дослідити різноманітні способи та методи розбиття схем, визначити їх основні недоліки та переваги, а також надати змогу визначати оптимальні рішення для конкретних випадків.
Так на першому етапі дослідження необхідно виділити набір ключових фраз, які нададуть можливість найбільш точно і однозначно здійснити пошук інформації по заданій темі.
Отже, для пошуку наукової інформації було використано наступні ключові фрази та їх іншомовні аналоги:
алгоритми розбиття схем
методи розбиття схем
оптимізація розбиття
розбиття схем
ефективність алгоритмів розбиття схем
генетичні алгоритми розбиття схем
Дані ключові фрази надали достатню кількість інформації безпосередньо пов'язаної із тематикою обраного дослідження. Під час проведення пошуку було отримано більше сотні корисних посилань на наукові праці, публікації, дисертації, автореферати, підручники та інші матеріали, що дозволили достатньо повно і глибоко охарактеризувати обрану сферу дослідження.
В таблиці 1 наведено наближений розподіл знайдених корисних посилань відносно ключових фраз пошуку.
Таблиця 1.
Ключова фраза
Кількість корисних посилань
Алгоритми розбиття схем
25
Методи розбиття схем
20
Оптимізація розбиття
14
Розбиття схем
35
Ефективність алгоритмів розбиття схем
18
Генетичні алгоритми розбиття схем
10
Після проведення пошуку виявлено що дослідження в даній області є досить цікавою і складною галуззю досліджень у області алгоритмізації
Під час аналізу матеріалів визначено базові методи оптимізації. До основних з них можна віднести:
метод повного перебору
метод гілок і границь
метод прямого розміщення
методи 0-1 програмування
метод скороченого обходу дерева пошуку з поверненням
а також генетичні методи
Знайдені матеріали свідчать про різноманітність підходів досліджень в даній галузі. Це говорить про відсутність теоретичних напрацювань, які претендують на роль завершених та ефективних для розв’язання актуальних задач. Даний напрямок науки потребує активного розвитку і систематизації, а також бажано виникнення нових ідей, підходів і рішень.
Отримані матеріали дозволяють в подальшому розпочати роботу по розробці математичної та алгоритмічної бази для вирішення наукових задач дослідження з урахуванням існуючих наукових праць, їх надбань та недоліків.
Таким чином виконано накопичення початкових і загальних знань з предметної області, що дозволить розвинути і досконало вивчити тему дослідження.
Теоретичні відомості
Розбиттям електричної схеми на конструктивно закінчені частини називається процес розподілення елементів нижчого конструктивного рівня в вищій у відповідності з вибраним критерієм. Основним критерієм є критерій електротеплової сумісності елементів нижчого рівня . Найбільш поширеним критерієм є критерій мінімуму зовнішніх зв’язків. Виконання цього критерію забезпечує мінімізацію зовнішніх впливів, спрощує конструкцію, збільшує надійність та ін. Тому розгляд методів розбиття електричних схем буде проводитися на основі критерію мінімуму зовнішніх зв’язків.
Для алгоритмізації та формального розв’язку задачі розбиття схем здійснюється перехід від електричної схеми з’єднань до мультиграфу .
Задачу розбиття схеми зручно представляти як задачу розбиття графу
За технологією скороченого обходу дерева пошуку з поверненням будуються алгоритмы вирішення завдань найкоротшого допустимого розбиття наборів об'єктів до яких зводяться багато завдань синтезу мінімальних схем в програмуємих базисах ПЛМ, ПЗП, ПМВ, ПМЛ і їх оптимального розподілу по конструктивним коміркам компонувального простору.
Розглядається завдання найкоротшого допустимого розбиття безлічі наборів об'єктів (далі: ЗНДР), яка в абстрактній своїй постановці формулюється наступним чином. Хай дана розбивана безліч , що допускають , де D і E _ декартові добутки кінцевих безлічі елементів, m; n > 1, відношення часткового порядку r на E і допускає функція f з ~D у E, де ~D _ безліч всіх підмножин в D. Підмножина C _ A називається допустимим, якщо 9b 2 B(f(C) rb). Розбиття R безлічі A називається допустимим розбиттям, якщо кожен клас C в R є допустимим безліччю. Допустиме розбиття R безлічі A називається найкоротшим, якщо для будь-якого допустимого розбиття R0 безлічі A справедливо jRj 6 jR0j. Потрібний для заданих A, B, f і r знайти найкоротше допустиме розбиття R.
Багато завдань із застосувань дискретної математики ставляться і вирішуються як ЗНДР з конкретними вхідними даними A, B, f і r. Зокрема, до неї зводяться різні варіанти завдання синтезу мінімальних функціональних схем з програмуємих інтегральних компонент, або ПЛИС, типа програмовані логічні матриці (ПЛМ) _ Programmable Logic Arrays (PLA), программируемуе постійні пристрої, що запам'ятовують (ПЗП) _ Programmable Read Only Memory (PROM), програмуємі матриці логіки (ПМЛ) _ Programmable Array Logics (PAL), програмуємі матриці вентилів (ПМВ) _ Programmable Gate Arrays (PGA) і в їх оптимальному розподілі по вічках компонувального простору, обмежених по місткості, числу виводів або елементному складу. Так, стосовно синтезу схем на базі ПЛИС як елементи безлічі A зазвичай виступають ДНФ або розширені АНФ булевих функцій з такими параметрами, як номер ДНФ (або розширеною АНФ), безліч букв в ній, число кон'юнкцій і т. п., а в якості елементів безлічі B _ ПЛИС заданого базису з такими параметрами, як число входів ПЛИС, число виходів ПЛИС, число проміжних (горизонтальних) шин, число макровічок і тому подібне Значення f(C) характеризує складність безлічі формул C, а відношення r _ реалізовується підмножини формул конкретною ПЛИС, а саме: ПЛИС b реалізує безліч C, якщо f(C) rb.
Застосовно ж до компоновки схем в задані комірка як елементи безліч A зазвичай виступає елементи схеми з такими параметрами, як номер елементу в схемі, безліч полюсів, число входів, оператор і т. п., а як елементи безлічі B _ задані вічка з такими параметрами, як місткість вічка, число її зовнішніх виводів, елементний склад і тому подібне Функція f обчислює розмір підсхеми C, число її зовнішніх виводів, елементний склад і т. п. а відношення r _ можливість компоновки цієї підсхеми у вічко b заданого конструктивного базису B, якщо f(C) rb.
Серед можливих точних методів вирішення ЗНДР, таких, як метод повного перебору, метод гілок і границь, метод прямого розміщення, методи 0-1 програмування, вибраний метод скороченого обходу дерева пошуку з поверненням (далі T-метод) з [1]. Стосовно ЗНДР вершинам дерева пошуку в цьому методі зіставляються підмножини Y розбиваної безлічі A, само безліч A зіставляється Корню дерева, а порожня безліч _ його листю. Ребрам дерева пошуку зіставляються допустимі підмножини безлічі A. Різниця безлічі, відповідної кінцям ребра, приписується ребру. Всяка дорога від кореня до аркуша зіставлена допустимому розбиттю безлічі A. Скорочений обхід дерева пошуку є загальний алгоритм пошуку в глибину з поверненням і збереженням коротшого разбиття. Метод містить засоби скорочення пошуку, які є параметрами методу: безліч _ швидкодіючих алгоритмів, використовуваних для здобуття початкового розбиття R0, алгоритм ' перерахування всіх максимальних допустимих підмножин в Y _ A, створюючих безліч '(Y ), операція скорочення множини '(Y ) і гранична функція F0(Y ) відсікання піддерев з коренем в Y без втрати рішення. Ці параметри служать для прискорення пошуку якого-небудь одного кратчай-
шего розбиття безлічі A.
Для вирішення конкретної ЗНДР Т-методом потрібно підібрати відповідні значення параметрів і підставити їх у формулювання методу. Отриманий в результаті алгоритм і буде алгоритмом вирішення цієї ЗНДР. Його ефективність визначається здібностями підібраних параметрів, що скорочують, тобто мірою близькості початкового розбиття R0 до найкоротшого розбиття, мірою точності функції F0 і мірою галуження дерева за допомогою композиції ('(Y )).
Підібрати відповідні нетривіальні значення параметрів T-метода для ЗНДР з довільними A, B, f і r представляється неможливим. Тому виділені два варіанти ЗНДР: завдання найкоротшого допустимого розбиття з тією, що монотонною допускає функцією f _ ЗНДР1 [2, 3] і завдання найкоротшого допустимого розбиття з немонотонною двокомпонентною допускаючою функцією f _ ЗНДР2 [4]. Саме до часткових випадків цих варіантів ЗНДР зводяться всі дані завдання синтезу і компоновки схем на сучасній елементній і конструктивній базі.
Далі для кожного із завдань ЗНДР1 і ЗНДР2 описуються необхідні параметри Т-метода, формулюються окремі випадки, що виникають із застосувань до синтезу і компоновки схем _ ЗНДР 3, 4 і ЗНДР 5, 6, 7 відповідно, і для кожного такого випадку з урахуванням його специфіки вказуються параметри Т-метода, більш ефективні, чим параметри для загального випадку. Наводяться приклади завдань синтезу і компоновки, які зводяться до даних окремим випадкам ЗНДР1 і ЗНДР2 і отже, вирішуються тими ж алгоритмами, що і самі окремі випадки, до яких вони зводяться. Наводяться також комбінаторні властивості даних завдань розбиття ЗНДР 3_7 і алгоритмів їх рішення Т-методом.
Висновок: під час виконання даної лабораторної роботи вивчено методику проведення пошуку інформації. Так можна відзначити, що основною проблемою здійснення пошуку є відсіювання непотрібних зайвих результатів, запобігання цьому здійснюється за допомогою точного завдання ключових слів для пошуку, які дозволяють якомога краще конкретизувати результати.
Список літератури
Курейчик В.В., Полупанов А.А. «Эволюционные методы разбиения схем на основе адаптивных генетических процедур». – Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. – 160 с.
Полупанов Алексей Александрович. Исследование и разработка методов разбиения схем на основе адаптивных генетических процедур : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.12 : Таганрог, 2003 173 c. РГБ ОД, 61:04-5/220-7
Баринов Сергей Владимирович. Разработка и исследование комплекса генетических алгоритмов разбиения схем с учетом временных задержек : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.12 / Баринов Сергей Владимирович; [Место защиты: Юж. федер. ун-т]. - Таганрог, 2008. - 155 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/1014
Л. Н. Андреева, “Алгоритмы решения задач кратчайшего разбиения”, ПДМ, 2009, № 2, 79–95
http://masters.donntu.edu.ua/2006/fvti/shepel/diss/index.htm
http://mi.mathnet.ru/pdm62