Hybridní výpočetní systém. Hybridní inteligentní systém

Jinými slovy, kombinovaný komplex sestávající z několika elektronických počítačů využívajících různé reprezentace veličin (digitální a analogové) a propojených společným řídicím systémem. Složení hybridu
Výpočetní systém kromě digitálních a analogových strojů a řídicího systému obvykle zahrnuje vnitrosystémová komunikační zařízení, převodníky hodnot a externí zařízení. Hybridní výpočetní systém je počítačový komplex, to je jeho hlavní rozdíl od hybridního počítače, který dostal toto jméno, protože je založen na hybridních rozhodujících prvcích nebo využívá digitální a analogové prvky.

Hybridní výpočetní systémy v literatuře často zahrnují AVM s vícenásobným využitím rozhodovacích prvků, vybavené paměťovým zařízením, AVM s digitálním řízením programu a AVM s paralelní logikou. Počítače tohoto druhu, přestože mají prvky používané v digitálních počítačích, si stále zachovávají analogovou metodu reprezentace veličin a všech specifických rozdílů a vlastností digitálních počítačů. Vznik hybridních výpočetních systémů je vysvětlován tím, že k řešení většiny nových problémů souvisejících s řízením pohybujících se objektů, tvorbou složitých simulátorů, optimalizací a modelováním řídicích systémů atd. jsou možnosti jednotlivých číslicových počítačů a automatických počítačů již nestačí.

Při řešení problému rozdělení výpočetního procesu na samostatné operace, které provádí digitální počítač a automatický počítač v komplexu, snižuje objem výpočetních operací řešených na digitálním počítači, což za jinak stejných okolností výrazně zvyšuje celkový výkon. hybridních výpočetních systémů.

Existují vyvážené, digitálně orientované a analogově orientované hybridní výpočetní systémy.

V systémech prvního typu se digitální počítače používají jako doplňkové externí zařízení k automatickému počítači, které je nezbytné pro vytváření složitých nelineárních závislostí, ukládání konečných výsledků a pro provádění programového řízení automatického počítače. V systémech druhého typu se AVM používá jako přídavné externí digitální počítačové zařízení, které je určeno k simulaci částí reálného zařízení a opakované implementaci malých podprogramů.

Vynález účinných hybridních komplexů vyžaduje především objasnění hlavních oblastí jejich použití a důkladnou analýzu standardních úloh z těchto oblastí.

Výsledkem je vytvoření vhodné struktury hybridního komplexu a kladení požadavků na jeho jednotlivé části.

Problémy, které jsou úspěšně řešeny pomocí hybridních výpočetních systémů, lze rozdělit do následujících hlavních skupin: modelování systémů automatického řízení v reálném čase, sestávajících z digitálních i analogových zařízení; přehrávání akcí v reálném čase, které obsahují vysokofrekvenční složky a proměnné, které se mění v širokém rozsahu; modelování biologických systémů; statistické modelování; optimalizace řídicích systémů; řešení parciálních diferenciálních rovnic.

Příkladem problému první skupiny může být modelování řídicího systému válcovny. Dynamika procesů v něm probíhajících je znovu vytvořena na analogovém stroji a specializovaný stroj ovládající mlýn je simulován na univerzálním digitálním počítači střední třídy. Vzhledem ke krátkému trvání přechodných procesů v pohonech válcoven by obecné modelování takových procesů v reálném čase vyžadovalo použití ultra-vysokorychlostních digitálních počítačů. Takové úkoly jsou ve vojenských kontrolních systémech zcela běžné.
Standardem pro druhou skupinu jsou úlohy řízení pohybujících se objektů, včetně úloh navádění, a také úlohy, které vznikají při vytváření výpočetního prvku komplexních simulátorů. Úkoly navádění se vyznačují vytvořením trajektorie pohybu přímo v procesu pohybu. Vysoká rychlost variace některých parametrů při přiblížení se objektu k cíli vyžaduje vysokou rychlost řídicího systému, která přesahuje možnosti současných digitálních počítačů, a zároveň velký dynamický rozsah vyžaduje vysokou přesnost, které je obtížné dosáhnout. na digitálních počítačích. Při řešení takového problému na hybridních výpočetních systémech je vhodné přiřadit modelování pohybových rovnic kolem těžiště analogové části systému a pohyb samotného těžiště a kinematické parametry digitální části systému. součástí výpočetního systému.

Do třetí skupiny patří problémy, jejichž řešení vzniká jako výsledek zpracování mnoha výsledků náhodného procesu, např. řešení vícerozměrných parciálních diferenciálních rovnic metodou Monte Carlo, hledání extrému funkcí více proměnných, řešení úloh stochastického programování. Vícenásobné opakování náhodného procesu je svěřeno vysokorychlostnímu počítači, který pracuje v režimu vícenásobného opakování řešení a je mu přiděleno zpracování výsledků, výpočet funkcionálů a reprodukce funkcí na hranicích regionu. digitální počítač. Kromě toho digitální počítač určuje konec výpočtů. Použití hybridních výpočetních systémů umožňuje zkrátit čas potřebný k řešení problémů tohoto typu o několik řádů ve srovnání s použitím pouze digitálního počítače.

Podobného efektu je dosaženo při použití hybridních výpočetních systémů k simulaci procesů šíření nárazu v biologických systémech.

Zvláštností tohoto procesu je, že i v elementárních případech je nutné reprodukovat složitý nelineární systém parciálních diferenciálních rovnic.

Hledání řešení problému racionálního řízení u problémů nad třetím řádem je zpravidla spojeno s velkými, nepřekonatelnými překážkami. Ještě silněji se projevují, pokud je potřeba najít optimální řízení při provozu systému.

Hybridní výpočetní systémy velkou měrou přispívají k odstranění takových potíží a použití tak výpočetně složitých prostředků, jako je princip Pontrjaginova maxima.

Využití hybridních výpočetních systémů je také efektivní při řešení nelineárních parciálních diferenciálních rovnic. V tomto případě je možné řešit jak problémy analýzy, tak problémy optimalizace a identifikace objektů. Příkladem optimalizačního problému je: výběr nelinearity tepelně vodivého materiálu navrženého pro dané rozložení teplot; rozložení tloušťky odpařovací vrstvy, která chrání kosmickou loď před nadměrným ohřevem při vstupu do hustých vrstev atmosféry; výpočet geometrie letadla pro získání potřebných aerodynamických charakteristik; vynález optimálního topného systému pro letadla na ochranu před námrazou s minimální spotřebou energie na vytápění; výpočet sítě závlahových kanálů, stanovení optimálního průtoku v nich atd. Při řešení těchto problémů je kombinován digitální počítač s modelem sítě, který je opakovaně využíván v procesu řešení.

Vývoj hybridních výpočetních systémů je možný ve dvou směrech: konstrukce specializovaných hybridních výpočetních systémů, které jsou určeny k řešení pouze jedné třídy problémů, a konstrukce všeobjímajících hybridních výpočetních systémů, které umožňují řešení poměrně široké třídy problémů. Struktura takového univerzálního hybridního komplexu se skládá z jednočinného AVM, mřížkového modelu, AVM s opakovaným řešením, speciálního zařízení určeného k řešení problémů statistického modelování, komunikačních zařízení mezi stroji a periferních zařízení. Kromě standardního matematického softwaru počítačů obsažených ve stavebnici je v hybridních výpočetních systémech nutné použít speciální programy, které obsluhují komunikační systém stroje a automatizují proces zadávání a přípravy úloh na počítači, a také univerzální programovací jazyk pro stavebnici jako celek.

Paralelně s novými výpočetními schopnostmi se v hybridních výpočetních systémech objevují specifické vlastnosti, například vznikají chyby, které v jednotlivých počítačích chybí. Primárními zdroji chyb mohou být časové zpoždění analogově-digitálního převodníku, digitálně-analogového převodníku a digitálního počítače; chyba z nesoučasného dodání analogových signálů do analogově-digitálního převodníku a nesoučasného výstupu digitálních signálů do digitálně-analogového převodníku; chyba zaokrouhlení v digitálně-analogových a analogově-digitálních převodnících; chyby, které jsou spojeny s diskrétní povahou získávání výsledků z výstupu digitálního počítače. Když digitální počítač pracuje nezávisle s převodníky, časové zpoždění nezpůsobí chybu, ale v hybridních výpočetních systémech může nejen způsobit významné chyby, ale také dezorganizovat výkon celého systému.

Hybridní inteligentní systém

Pod hybridní inteligentní systém Je obvyklé rozumět systému, ve kterém se k řešení problému používá více než jedna metoda simulace lidské intelektuální činnosti. GIS je tedy sbírka:

• analytické modely
• expertní systémy
• umělé neuronové sítě
• fuzzy systémy
• genetické algoritmy
• statistické simulační modely

Interdisciplinární směr „hybridní inteligentní systémy“ sdružuje vědce a specialisty, kteří studují použitelnost ne jedné, ale několika metod, obvykle z různých tříd, pro řešení problémů řízení a návrhu.

Historie termínu

Pojem „inteligentní hybridní systémy“ se objevil v roce 1992. Autoři do něj vložili význam hybridů inteligentních metod, jako jsou expertní systémy, neuronové sítě a genetické algoritmy. Expertní systémy byly symbolické a umělé neuronové sítě a genetické algoritmy byly adaptivními metodami umělé inteligence. V zásadě se však nový termín týkal spíše úzké oblasti integrace – expertních systémů a neuronových sítí. Níže je několik interpretací této oblasti integrace od jiných autorů.

Předpoklady

1. „Hybridní přístup“ předpokládá, že pouze synergická kombinace neurálních a symbolických modelů dosáhne plného rozsahu kognitivních a výpočetních schopností.

2. Termínem "hybrid" se rozumí systém sestávající ze dvou nebo více integrovaných subsystémů, z nichž každý může mít různé prezentační jazyky a výstupní metody. Subsystémy jsou sémanticky a v akci kombinovány, každý s každým.

3. Vědci z Centra pro umělou inteligenci na Cranfield University (Anglie) definují „hybridní integrovaný systém“ jako systém, který využívá více než jednu počítačovou technologii. Technologie navíc pokrývají oblasti jako znalostní systémy, konekcionistické modely a databáze. Integrace technologií umožňuje využít individuální sílu technologie k řešení konkrétních částí problému. Volba technologií zavedených do hybridního systému závisí na vlastnostech řešeného problému.

4. Specialisté z University of Sanderland (Anglie), členové skupiny HIS (Hybrid Intelligent Systems), definují „hybridní informační systémy“ jako velké, komplexní systémy, které „bezproblémově“ (bezproblémově) integrují znalosti a tradiční zpracování. Mohou poskytnout schopnost ukládat, vyhledávat a manipulovat s daty, znalostmi a tradičními technologiemi. Hybridní informační systémy budou výrazně výkonnější než extrapolace stávajících systémových konceptů.

Viz také

Literatura

• Gavrilov A.V. Hybridní inteligentní systémy. – Novosibirsk: Nakladatelství NSTU, 2003. – 168 s., ill.
• Kirikov I. A. Metodika a technologie řešení složitých problémů pomocí metod funkčních hybridních inteligentních systémů. - M.: IPI RAS, 2007. - 387 s., ill. - ISBN 978-5-902030-55-3
• Larry R. Medsker. Hybridní inteligentní systémy. 1995.
• Stefan Wermter, Ron Sun, Hybrid Neural Systems. Springer-Verlag, Heidelberg, Německo. 2000.
• Negnevitsky M. Umělá inteligence. Průvodce inteligentními systémy. Addison-Wesley, 2005.
• Castillo, P. Mellin, Hybrid Intelligent Systems, Springer-Verlag. 2006.
• Lakhmi C. Jain; N.M. Martin Fúze neuronových sítí, fuzzy systémů a genetických algoritmů: průmyslové aplikace. - CRC Press, CRC Press LLC, 1998

Odkazy

• Mezinárodní konference o hybridních inteligentních systémech
• International Journal of Hybrid Intelligent Systems
• Web s informacemi o hybridních inteligentních systémech

Znalostní inženýrství
Obecné pojmy	Data · Metadata · Znalosti · Metaznalosti · Reprezentace znalostí · Znalostní báze · Ontologie · Sémantický web
Pevné modely	Produkty · Sémantické sítě · Rámce · Logický model
Měkké metody	Neuronové sítě · Evoluční modelování · Fuzzy logika
Aplikace	Expertní systémy · Dolování dat · Extrakce informací · Virtuální partneři · Hybridní inteligentní systémy
Umělá inteligence · Strojové učení · Zpracování přirozeného jazyka

Nadace Wikimedia.

2010.

Podívejte se, co je to „hybridní inteligentní systém“ v jiných slovnících:

Nezaměňujte s analogovým digitálním výpočetním systémem. Hybridní výpočetní systém je systém s heterogenní hardwarovou výpočetní strukturou. Kombinace libovolných výpočetních zařízení nebo jednotek, jako je výpočet pomocí CPU a ... ... Wikipedie

Požadavek na „Inteligentní dialogový systém“ je přesměrován sem. Na toto téma je potřeba samostatný článek. Inteligentní systém (IS, angličtina... Wikipedie Wikipedie

Tento článek by měl být wiki. Naformátujte jej prosím podle pravidel pro formátování článku. Metoda JSM je metoda pro automatické generování hypotéz. Formalizuje schéma pro věrohodný a spolehlivý závěr, n ... Wikipedia

- (AI) (angl. Artificial intelligence, AI) je věda a vývoj inteligentních strojů a systémů, zejména inteligentních počítačových programů zaměřených na pochopení lidské inteligence. V tomto případě nejsou použité metody vyžadovány... ... Wikipedie

Umělá inteligence (AI) je věda a vývoj inteligentních strojů a systémů, zejména inteligentních počítačových programů, zaměřených na pochopení lidské inteligence. Zároveň... ... Wikipedie

Hybridy se liší jednak svým provedením (paralelní, sériový, kombinovaný nebo dělený hybrid) a jednak stupněm elektrifikace (micro, mild, full hybrid).

Pokud automobil přijímá energii nejen z paliva, ale také z elektrické sítě, pak se nazývá plug-in hybrid (Plug-in-Hybrid).

Klasifikace podle návrhu

Výkres. Paralelní hybrid

• Palivová nádrž (T)
• Baterie (V)
• Elektromotor (E)
• ICE (V)
• převodovka (G)

U paralelních hybridů spolupracují spalovací motor a elektromotor na pohonu převodovky. Oba motory mohou mít menší rozměry, než kdyby byly instalovány v automobilu a provozovány samostatně. Protože elektromotor je současně používán jako generátor, není možné generovat energii, když je elektromotor v pohybu.

Výkres. Sériový hybrid

• Palivová nádrž (T)
• Baterie (V)
• Elektromotor (E)
• ICE (V)
• Generátor (Gen)

U sekvenčních hybridů je převodovka poháněna pouze elektromotorem. Spalovací motor pohání elektrický generátor, který roztáčí elektromotor a dobíjí baterii. Sériový hybrid funguje místy čistě na elektřinu, když je baterie nabitá, a je tak velmi blízko elektromobilu.

To je důvod, proč se také nazývá elektrické vozidlo s prodloužením dosahu.

Výkres. Kombinovaný nebo rozvětvený hybrid

• Palivová nádrž (T)
• Baterie (V)
• Elektromotor (E)
• ICE (V)
• Generátor (Gen)
• Invertor (L)

Kombinovaný hybrid kombinuje paralelní a sériový hybrid pod kapotou. Spalovací motor prostřednictvím generátoru a baterie připravuje energii pro elektromotor nebo je přímo spojen s pohonem. Přepínání a spojování mezi oběma stavy je automatické.

Výkres. Plug-in hybrid

• Palivová nádrž (T)
• Baterie (V)
• Elektromotor (E)
• ICE (V)
• Generátor (Gen)
• Zásuvka (S)

U plug-in hybridů se baterie dobíjí nejen ze spalovacího motoru, ale také ze sítě. Plug-in hybrid tak může jezdit na dlouhé vzdálenosti čistě na elektřinu. Plug-in hybrid představuje další stupeň ve vývoji elektromobilů.

Klasifikace podle stupně elektrifikace

Mikrohybridní

I přesto, že tzv. mikrohybridy s rekuperací brzdné energie a automatickým start-stop již dnes výrazně přispívají k úspoře paliva a snižování emisí škodlivých látek do ovzduší, nemají na pohon žádný vliv. Nejde tedy v užším slova smyslu o hybridní vozy.

Příklad mikrohybridního systému

Systém i-StARS společnosti Valeo dokáže zastavit motor ještě před úplným zastavením vozidla, tedy jakmile rychlost klesne pod 8 km/h (v případě automatické převodovky) a 20 km/h (v v případě manuální převodovky). To optimalizuje spotřebu paliva a usnadňuje jízdu. Funkce rekuperační brzdy se aktivuje, jakmile řidič sundá nohu z plynového pedálu. Systém poté vyšle elektronický signál do startéru, v důsledku čehož se kinetická energie vozu okamžitě přemění na elektrickou energii a nabíjí baterii. Tím je dosaženo výrazného snížení spotřeby paliva.

Mírný hybrid

Mild hybrid nejede čistě na elektřinu. Elektromotor podporuje pouze spalovací motor.

Energie pro elektromotor pochází například z využití brzdné energie.

U konvenčních automobilů se pohybová energie – neboli kinetická energie – při brzdění přeměňuje na teplo na brzdových kotoučích. Teplo se prostě nenávratně uvolňuje do okolí. U hybridních vozidel je kinetická energie zachycována generátorem a ukládána do vysokonapěťové baterie.

Příklad pro mild hybridní systém: Honda IMA (Integrated Engine Assist)

Startér-generátor je umístěn mezi motorem a převodovkou místo setrvačníku.

Jednou z výhod vozidel s mild hybridním pohonem je skutečnost, že spalovací motor, který svůj výkon dodává v podstatě v pásmu středních až vysokých otáček, je kombinován s výhodami elektromotoru, který svůj výkon rozvíjí při nízké rychlosti. Hybridní systém lze tedy považovat za zesilovač výkonu a účinnosti.

Obecně lze říci, že „redukcí“ spalovacího motoru se snižuje spotřeba benzínu a také emise do životního prostředí. Zákazníci však nejsou připraveni akceptovat nízký výkon. Automobil s hybridním pohonem dokáže pomocí elektromotoru kompenzovat chybějící výkon, například při akceleraci nebo akceleraci.

Výkres. Výkonová a kroutící charakteristika Honda-IMA

Výkres. Přehled systému Mercedes S400 HYBRID

1. 12V generátor
2. Elektrický motor
3. 7-stupňová automatická převodovka
4. Modul výkonové elektroniky
5. Vysokonapěťový bateriový modul
6. Modul DC/DC měniče
7. 12V baterie

Další příklad mírných hybridů

Mercedes S 400 HYBRID má paralelní hybridní pohon. U této koncepce pohonu jsou spalovací motor i elektromotor mechanicky spojeny s hnacími koly (paralelní obvod motoru). Výkony obou motorů lze sečíst, což vede k nižším výkonům jednotlivých motorů. Pohon pouze elektromotorem je nemožný.

Plně hybridní

Plný hybrid pohání místy jen elektromotor. Technickým základem kompletního hybridu je rozvětvený, kombinovaný nebo sekvenční hybrid.

Výkres. Audi A1 e-tron jako sériový plně hybridní

Příklad vozu s all-hybridním pohonem

Audi A1 e-tron pohání elektromotor o maximálním výkonu 75 kW/102 k. a maximální točivý moment 240 Nm. Přenos výkonu probíhá přes jednostupňovou převodovku. Rezerva chodu A1 při provozu pouze na elektřinu: 50 km. Pokud se vybije lithium-iontová baterie instalovaná před zadní nápravou, pak nejmenší model Audi pohání, stejně jako Opel Ampera nebo Chevrolet Volt, malý spalovací motor.

Lithium-iontová baterie je umístěna v základně karoserie před zadní nápravou pro optimalizaci rozložení hmotnosti a těžiště 1,2tunové A1 e-tron 150kg lithium-iontová baterie má kapacitu 12 kWh.

Výkres. Převodovka se dvěma elektromotory pro pohon

Další příklad

BMW X6 ActiveHybrid

Výkonné elektromotory (67 kW/91 k a 63 kW/86 k) jsou kompaktně uloženy v aktivní dvourežimové převodovce ve skříni o velikosti běžné automatické převodovky.

Pohon je v závislosti na jízdní situaci realizován buď elektromotory, nebo spalovacím motorem, nebo střídavě oběma pohony.

• V režimu 1 při nízké rychlosti pomocí elektrických strojů je především zajištěno výrazné snížení spotřeby paliva a vzniká dodatečná tažná síla.
• V režimu 2 se naopak elektricky přenášený výkon při vysokých otáčkách snižuje, zatímco účinnost spalovacího motoru (v důsledku korekce bodu zatížení) a spotřeba paliva roste.

A v tomto režimu oba elektrické stroje fungují odlišně a spolu s elektrickou podporou pohonu a funkcí generátoru zodpovídají především za efektivní řazení.

Výkres. Umístění součástí ve vozidle

1. Tepelný výměník chladicí kapaliny převodového oleje
2. Vedení převodového oleje
3. Dvoukotoučový setrvačník
4. Vysokonapěťové dráty
5. Aktivní skříň převodovky
6. Hybridní parkovací zámek
7. Elektrohydraulický řídicí modul
8. Elektrické/mechanické zubové olejové čerpadlo

Pohon přídavných jednotek ve vozidlech s plně hybridním pohonem

Hlavním problémem je pohon přídavných agregátů, které musí fungovat při zastaveném motoru. Komponenty dříve poháněné spalovacím motorem musí nyní fungovat pouze na elektřinu.

Elektrická vakuová pumpa

Funkce vakuové pumpy:

• zajištění sníženého tlaku v posilovači brzdné síly,
• udržování dodávky sníženého tlaku v režimu start/stop.

Elektrohydraulický posilovač řízení

Pro provoz posilovače řízení při automatickém vypínání motoru je nutné oddělit posilovač řízení od spalovacího motoru a zajistit nezávislou podporu řízení. Díky této podpoře je současně podle potřeby optimalizována spotřeba paliva.

Elektrický kompresor klimatizace

Pro zajištění dostatečného chladicího výkonu interiéru vozidla při automatickém vypínání motoru je nutné odpojit pohon kompresoru klimatizace a spalovacího motoru a zajistit nezávislou klimatizaci interiéru a také nezávislé chlazení vn. baterie. To se provádí pomocí elektricky poháněného kompresoru klimatizace. Toto chlazení současně optimalizuje spotřebu paliva. Elektrický kompresor klimatizace je zodpovědný za nasávání, stlačování chladiva a jeho čerpání systémem. Elektrický kompresor klimatizace je v závislosti na teplotě vypařování plynule regulován řídicí jednotkou klimatizace v rozsahu od 800 do 9000 min^-1.

Celý vývojový a provozní cyklus jakéhokoli složitého systému je iterativní (obr. 3.12). Provedení libovolné iterace, jak je znázorněno na obr. 3.12 se provádí pomocí modelů komplexního systému. Nejpokročilejším a nejvýkonnějším nástrojem pro konstrukci vhodných modelů pro uvažované systémy je simulační modelování. poskytuje hlubokou reprezentaci modelovaného objektu, umožňuje analyzovat procesy v libovolném časovém intervalu, umožňuje zohledňovat náhodné i nejisté faktory a vyhodnocovat technické i ekonomické ukazatele fungování systému.

Rýže. 3.12. Vývojový cyklus komplexního systému

Komplexní systém je systém s evolucí a vyznačuje se velkým množstvím heterogenních subsystémů s vysokou mírou neurčitosti. V důsledku toho nelze řešení problémů analýzy, řízení a dalších v takových systémech provádět pomocí jediného přístupu pro všechny subsystémy.

Rozhodování obvykle využívá komplexní kombinaci matematických, statistických, výpočetních, heuristických, experimentálních a inženýrských metod (nejčastěji expertních systémů). Integrované používání těchto metod a nástrojů poskytuje uživateli podporu při rozhodování. V tomto případě má přednost řešený problém před použitými metodami.

Existence takové situace, kdy je nutné používat simulaci a různé metody rozhodování společně, vedla ke vzniku tzv. hybridních systémů. Hybridním systémem rozumíme systém skládající se z více systémů různých typů, jejichž fungování spojuje jediný cíl (obr. 3.13).

Rýže. 3.13. Nejjednodušší hybridní systém

Nejjednodušší hybridní systém je systém, který kombinuje simulační model a optimalizační jednotku. Optimalizační blok implementuje jeden z vyhledávacích optimalizačních algoritmů (například nejjednodušší genetický algoritmus - PGA) a simulační model slouží k výpočtu hodnot optimalizačního kritéria (funkce vhodnosti) pro zvolené možnosti řešení.

Spuštění simulačního modelu poskytuje v nejlepším případě získání výsledků v jednom bodě prostoru pro hledání řešení. Proto je nutné na velké vyhledávací ploše realizovat sérii experimentů na simulačním modelu, jehož zaměření zajišťuje v tradičních modelovacích systémech specializovaný vývojář.

Použití genetických algoritmů k řešení optimalizačních problémů při analýze, řízení nebo syntéze skutečně komplexních systémů je možné pouze tehdy, existuje-li způsob, jak určit fitness funkci jednotlivce s dostatečně dobrou přesností. To znamená, že je nutné umět vyvíjet modely složitých systémů s vysokou mírou přiměřenosti k objektům a procesům reálného světa.

Uvažujme hybridní systémy, které k řešení problémů různých typů využívají společně genetický algoritmus a simulaci (obr. 3.14). To se týká především úkolů organizačního řízení, rozhodování v reálném čase, hodnocení strategií řízení a prognózování.

Rýže. 3.14. Nejjednodušší hybridní systém s genetickým algoritmem a simulačním modelem

Cílem bloku optimalizace hybridního systému je zlepšit řešení výběrem hodnot regulovaných veličin. Pro tyto účely se používá PGA. Genetický algoritmus lze implementovat v jakémkoli univerzálním jazyce, například C++, Pascal atd. Hybridní systém postavený na jediném softwaru je však z mnoha důvodů výhodnější než systém, který kombinuje bloky napsané v jiném softwaru.

Stávající metody a jazyky simulačního modelování se často ukazují jako neefektivní kvůli jejich nízké flexibilitě a složitosti modelování rozhodovacích a řídicích systémů, zejména pokud je součástí řídicího systému lidský operátor, který rozhoduje. využití inteligentních simulačních systémů, které se objevily na trhu, odstraňuje některé z těchto obtíží a poskytuje nové možnosti při použití simulace v hybridních systémech k řešení aplikovaných systémových problémů.

Hybridní systém implementuje funkce nejen inteligentního rozhraní, ale také inteligentního počítače. Složení typického hybridního systému včetně naznačených komponent je znázorněno na Obr. 3.15.

Výpočtový blok Jednoduchý genetický algoritmus

kritérium optimality

Rýže. 3.15. Struktura typického hybridního obvodu

Simulační model v tomto schématu slouží k sestavení plánu a používá sadu heuristických pravidel k určení priority konkrétní zakázky zahrnuté v pracovním plánu.

Optimalizační blok zajišťuje výběr prioritních pravidel pro sestavování pracovních plánů s nejlepším výkonem. Je nutné vybrat nejlepší pravidla pro současnou situaci a také vybrat optimální hodnoty jejich parametrů.

Účelem expertního systému jako součásti hybridního systému je zlepšit výkon PGA, především zvýšit konvergenci optimalizačního procesu tím, že do procesu začlení některé představy (znalosti) lidského operátora o vyhlídkách konkrétní vyhledávací strategii. V tomto případě expertní systém plní funkci „selektoru“, cíleně mění parametry PGA, aby se zkrátil výpočetní čas.

Expertní systém provádí řízený výběr takových parametrů PGA, jako jsou: velikost populace, pravděpodobnost křížení a mutace. Kromě toho uplatňuje některá pravidla pro zachování jedinců s vysokou kondiční funkcí z generace na generaci během rozmnožování atd.

Expertní systém tak představuje pole kombinací znalostí o genetických algoritmech, výpočetní matematice, umělé inteligenci a expertních znalostech. Aplikační doména pro expertní systém není dobře definována a vyhledávací prostor je špatně strukturovaný, a proto expertní systém funguje vedle PGA na základě aktuálních dat o populaci a aktuálním stavu simulátoru.

Hlavní výpočetní složkou vysoce výkonných počítačových systémů, včetně clusterů, je obvykle centrální procesorová jednotka. Již počínaje procesory Intel486DX se však v počítačích objevil takový prvek jako koprocesor, který lze na hardwarové úrovni považovat za hybridizaci.

Hlavním úkolem je najít způsoby, jak provádět výpočetní úlohy pomocí GPU. NVIDIA si uvědomila poptávku po takových výpočtech a v roce 2007 představila hardwarovou a softwarovou platformu CUDA, která umožňuje spouštět libovolný kód na GPU. Před příchodem CUDA museli programátoři sestavit hybridní systémy z běžných grafických karet a naprogramovat je pomocí vysoce složitých grafických API.

ATI vyvinula své analogy CUDA pro aplikace GPGPU. Jedná se o technologie ATI Stream a Close to Metal.

Očekávalo se, že nová architektura Intel Larrabee bude podporovat technologie GPGPU. Xeon Phi, který byl ve skutečnosti vydán jako součást řady Intel MIC, podporoval pouze univerzální výpočetní techniku ​​(kompatibilní s x86_64), čímž ztratil možnosti grafického procesoru. Následné verze Xeon Phi byly implementovány nejen v podobě rozšiřujících karet PCI Express, ale také v podobě jednoho centrálního procesoru.

Technické vlastnosti

GPU

Vysoký výpočetní výkon GPU je vysvětlen vlastnostmi architektury. Pokud moderní CPU obsahují několik jader (na většině moderních systémů od 2 do 8x, 2018, na severních to může být maximálně 64x), GPU byl původně vytvořen jako vícejádrová struktura, ve které se počet jader měří v stovky (například - Nvidia 1070 má 1920 jader). Rozdíl v architektuře také určuje rozdíl v provozních principech. Pokud architektura CPU zahrnuje sekvenční zpracování informací, pak byl GPU historicky určen pro zpracování počítačové grafiky, a proto je určen pro masivně paralelní výpočty.

Každá z těchto dvou architektur má své vlastní přednosti. CPU pracuje lépe se sekvenčními úkoly. Když se zpracovává velké množství informací, GPU má zjevnou výhodu. Podmínka je jediná – v úloze musí být dodržena rovnoběžnost.

GPU dosáhly bodu, kdy na nich může běžet mnoho aplikací v reálném světě snadno a rychleji než vícejádrové systémy. Budoucí výpočetní architektury budou hybridní systémy s GPU sestávajícími z paralelních jader pracujících ve spojení s vícejádrovými CPU. Původní text (anglicky) GPU se vyvinuly do bodu, kdy se na nich snadno implementuje mnoho aplikací v reálném světě a běží výrazně rychleji než na vícejádrových systémech. Budoucí výpočetní architektury budou hybridní systémy s paralelními GPU pracujícími v tandemu s vícejádrovými CPU. Profesor Jack Dongarra Ředitel Innovative Computing Laboratory Státní univerzita v Tennessee