Вибір найкращої хромосоми. Найкращою вважається хромосома з максимальним значенням функції пристосованості

7. Вибір найкращої хромосоми. Найкращою вважається хромосома з максимальним значенням функції пристосованості.

Головний фактор еволюції - природний відбір, тобто природна селекція, приводить до того, що виживають найбільш пристосовані особини.

Генетичний алгоритм є комбінованим методом. Механізми схрещування і мутації в якомусь значенні реалізують переборну частину методу, а відбір кращих рішень - градієнтний спуск. Така комбінація дозволяє забезпечити стійко хорошу ефективність генетичного пошуку для будь-яких типів задач.

2.2.4 Нечіткі системи

За допомогою нечітких множин можна формально визначити неточні та багатозначні поняття, такі як "висока температура", "молодий чоловік", "середній зріст" або "велике місто" [3]. Перед формулюванням визначення нечіткої множини необхідно задати так звану область значень (universe of discourse). В випадку неоднозначного розуміння "багато грошей" великою буде визнана одна сума, якщо ми обмежимось діапазоном [0, 1000 грн.] та зовсім інша в діапазоні [0, 1000000 грн.]. Область значень, далі будемо називати простором або множиною, буде позначатись символом Х. Необхідно пам’ятати, що Х - чітка множина.

Визначення. Нечітка множина А в деякому (не порожньому) просторі Х, що позначається як А Í Х, називається множиною пар

A = { (x,m_A (x)); xÎX} (2.1)

де

m_A: X® [0,1] (2.2)

функція приналежності нечіткої множини А. Ця функція приписує кожному елементу х Î Х степінь його приналежності до нечіткої множини А, при цьому можна виділити три випадки:

1) m_A (x) = 1 означає повну приналежність елемента х до нечіткої множини А, тобто х Î А;

2) m_A (x) = 0 означає відсутність приналежності елемента х до нечіткої множини А, тобто х Ï А;

3) 0 < m_A (x) < 1 означає часткову приналежність елемента х до нечіткої множини А.

В літературі застосовується символьне описання нечітких множин. Якщо Х - це простір з кінцевою кількістю елементів, тобто Х = {x₁, …, x_N}, то нечітка множина А Í Х записується у вигляді

 (2.3)

Приведений запис має символьний характер. Знак "-" не означає ділення, а означає приписування конкретним елементам х₁, …, х_n степенів приналежності m_A (x₁),…, m_A (x_n). Іншими словами, запис

. (2.4)

означає пару

. (2.5)

Так само знак "+" в виразі (2.3) не означає операцію додавання, а інтерпретується як множинне сумування елементів (2.5). Слід зазначити, що так само можна записувати і чіткі множини. Наприклад, множину шкільних оцінок можна символічно записати як

D = 2 + 3 + 4 + 5, (2.6)

що рівнозначно запису

D = {2, 3, 4, 5}. (2.7)

Якщо Х - це простір з нескінченною кількістю елементів, то нечітка множина А Í Х символічно записується у вигляді

Приклад. Якщо X = R, де R - множина дійсних чисел, то множину дійсних чисел "близьких до числа 7", можна визначити функцією приналежності вигляду (рис.2.3)

. (2.8)

Тому нечітка множина дійсних чисел, "близьких до числа 7", описується виразом

. (2.9)

На рисунку 2.3 представлені дві функції приналежності нечіткої множини А дійсних чисел, "близьких до числа 7".

а) б)
Рис.2.1 Функції приналежності нечіткої множини дійсних чисел, "близьких до числа 7"

 

2.3 Опис організації вхідних та вихідних даних

В якості вхідних (початкових) даних використано: навчальне навантаження викладачів (кількість занять для навчальних груп із визначених дисциплін); вимоги до послідовності проведення занять; пристосованість приміщень для проведення занять; поділ груп на підгрупи, умови їх об’єднання у потоки; вимоги викладачів до вільних пар або днів та ін. За змістом вхідні дані поділені на таблиці бази даних.

Вихідними даними програми є допустимий варіант розкладу. Розклад являє собою таблицю, в якій стовпці відповідають певній навчальній підгрупі, а рядки - певній парі з вказанням назви дисципліни, прізвища викладача та назва приміщення.

Проміжними вихідними результатами є варіант розкладу для покоління з номером k.

 

2.4 Опис організації вибору технічних і програмних засобів

Розроблений програмний продукт орієнтований на роботу в ОС Windows 95/98/NT/XP, тому для коректної роботи програми необхідне стабільне функціонування ОС. Програма створена в середовищі Borland Delphi 6.0. Для збереження початкових даних використано базу даних, яка створена за допомогою системи керування базами даних Firebird. Під час виконання програма звертається до програми Microsoft Excel з пакету Microsoft Office для збереження результатів, а також до реєстру ОС.

До технічних засобів відносимо ПК, на яких буде проводитися складання розкладу. Мінімальними вимогами до апаратної частини ПК, за яких програма працюватиме та буде видавати достовірні результати, можна вважати:

• процесор 6-го покоління Intel Celeron 533 МГц;

• об’єм оперативної пам’яті 64 Мб.;

• графічний адаптер S3 Savage 4 Мб.;

• жорсткий диск ємністю 10 Гб.;

• привід гнучких дисків (дисковод).

 

2.5 Охорона праці

Робоче місце (РМ) - це обладнаний технічними засобами (засобами відображення інформації, органами управління, допоміжним обладнанням) простір, де здійснюється діяльність виконавця (або групи виконавців).

Удосконалення організації РМ є однією з умов, що сприяють підвищенню продуктивності праці, тому питанню організації РМ тепер приділяється велика увага.

Основним обладнанням робочого місця користувача ЕОМ є монітор, клавіатура, робочий стіл, стілець (крісло); допоміжним - пюпітр, підставка для ніг, шафи, полиці та ін. Вимоги до них відображені у нормативних документах: ВСПиПРВЦ; ГОСТ 12.2 032-78; ГОСТ 22269-76.

Робочі місця з ЕОМ повинні розташовуватися на відстані не менше як 1,5 м від стіни з віконними прорізами, від інших стін - на відстані 1 м, між собою на відстані не менше 1,5 м. При розміщенні робочих місць необхідно виключити можливість прямого засвічування екрана джерелом природного освітлення. Джерело природного освітлення (вікно) не повинно також потрапляти в зону прямого спостереження користувача.

При розміщенні робочих місць з відеотерміналами та персональними ЕОМ необхідно забезпечити виконання наступних вимог:

робочі місця з відеотерміналами та персональними ЕОМ розміщуються на відстані не менше 1 м від стін зі світловими прорізами;

відстань між бічними поверхнями відеотерміналів має бути не меншою за 1,2 м;

відстань між тильною поверхнею одного відеотермінала та екраном іншого не повинна бути меншою 2,5 м;

прохід між рядами робочих місць має бути не меншим 1 м.

Вимоги цього пункту щодо відстані між бічними поверхнями відеотерміналів та відстані між тильною поверхнею одного відеотерміналу та екраном іншого враховуються також при розміщенні робочих місць з відеотерміналами та персональними ЕОМ в суміжних приміщеннях, з урахуванням конструктивних особливостей стін та перегородок.

Конструкція робочого місця користувача відеотерміналу (при роботі сидячи) має забезпечувати підтримання оптимальної робочої пози з такими ергономічними характеристиками: ступні ніг - на підлозі або на підставці для ніг; стегна - в горизонтальній площині; передпліччя - вертикально; лікті - під кутом 70 - 90 град. до вертикальної площини; зап'ястя зігнуті під кутом не більше 20 град. відносно горизонтальної площини, нахил голови - 15 - 20 град. відносно вертикальної площини.

Якщо використання відеотерміналу та персональної ЕОМ є періодичним, то устаткування, як правило, розміщується на приставному столі, переважно з лівого боку від основного робочого столу. Кут між поздовжніми осями основного та приставного столів має бути 90-140 град.

Висота робочої поверхні столу для відеотерміналу має бути в межах 680-800 мм, а ширина - забезпечувати можливість виконання операцій в зоні досяжності моторного поля.

Екран відеотермінала та клавіатура мають розташовуватися на оптимальній відстані від очей користувача, але не ближче 600 мм, з урахуванням розміру алфавітно-цифрових знаків та символів.

Розташовувати відеотермінал на робочому столі необхідно так, щоб поверхня екрана знаходилася на відстані 400-700 мм від очей користувача. Розташування екрану відеотерміналу має забезпечувати зручність зорового спостереження у вертикальній площині під кутом ±30 град. від лінії зору працівника.

Клавіатуру слід розміщувати на поверхні столу або на спеціальній, регульованій за висотою, робочій поверхні окремо від столу на відстані 100 - 300 мм від краю, ближчого до працівника. Кут нахилу клавіатури має бути в межах 5 - 15 град.

Рекомендується розміщувати елементи робочого місця таким чином, щоб витримувалася однакова відстань очей користувача від екрана, клавіатури, тримача документів.

3. Очікувані техніко-економічні показники

 

3.1 Визначення трудомісткості розробки програмного продукту

Аналіз різноманітних підходів до нормування процесу програмування говорить, про те що в якості основного фактору, який визначає трудомісткість розробки, треба прийняти розмір вихідного тексту запису алгоритмів та даних (кількість рядків програми) [4].

Теоретичний термін розробки програмного продукту в місяцях обчислюється за формулою:

T_Т = 2,5 · N_ТВК^0,32, (3.1)

де N_ТВК - кількість тисяч вихідних команд.

В якості вихідної команди приймемо рядок програми. Загальний розмір програмної частини дипломної роботи складає приблизно 4500 рядків. В нашому випадку T_Т дорівнює:

T_Т = 2,5 · 4,5^0,32 = 4,05 (міс).

Дійсний термін розробки Т=2,5 міс. менший за теоретичний, що свідчить про ефективність та професійність розробки програмного продукту.

Продуктивність праці програміста визначається за формулою:

П = 1000 · N_ТВК / Т, (3.2)

де П - продуктивність праці розробника програмного продукту, вих. команд/міс.

В нашому випадку продуктивність становить:

П = 1000·4,5/2,5= 1800 (вих. команд/міс).

Весь час, необхідний для написання роботи, можна підрахувати за формулою:

Т_заг = Т + Т_оп + Т_ал + Т_нал + Т_рук + Т_др, (3.3)

де Т_оп - час на вивчення опису задачі з врахуванням кваліфікації програміста, Т_ал - час на створення алгоритму, Т_нал - час на налагодження програми, Т_рук - час на підготовку рукопису, Т_др - час на підготовку друкованого документу. Ці величини визначаються з врахуванням трьох параметрів: k_С - ступеню готовності виконавця до роботи, B - якості формулювання задачі (в залежності від доробок В приймається від 1,2 до 1,5) та Nтвк. Значення k_С визначається в залежності від стажу роботи: для працюючих до 2 років k_С=0,8; від 3 до 5 - 1,1-1,2; більш ніж 7 років - 1,5-1,6.

Розрахунок ведеться за наступними формулами (в місяцях):

T_оп = N_ТВК · В / (0,72 · 80 · k_С), (3.4)

Т_ал = N_ТВК / (0,720 · 25 · k_С), (3.5)

Т_нал = N_ТВК / (0,48 · 25 · k_С), (3.6)

Т_рук = N_ТВК / (0,72 · 20 · k_С), (3.7)

Т_др = 0,75 · T_{рук. (}3.8)

Приймемо k = 1,1 та B = 1,2. Розрахунок за формулами (3.4 - 3.8) дає такі результати:

T_оп = 4,5 · 1,2/ (0,72 · 80 · 1,1) = 0,09 (міс),

Т_ал = 4,5/ (0,72 · 25 · 1,1) = 0,27 (міс),

Т_нал = 4,5/ (0,48 · 25 · 1,1) = 0,34 (міс),

Т_рук = 4,5/ (0,72 · 20 · 1,1) = 0,28 (міс),

Т_др = 0,75 · 0,28 = 0,21 (міс).

Час, необхідний для створення програми, за формулою (3.3) дорівнює:

Т_заг = 3,7 місяці.

Таким чином, затрати часу на створення програм та документації оцінюються приблизно в 3,5 місяця. Реальна цифра також приблизно 3,5 місяця.

 

3.2 Визначення собівартості години роботи на ПК

Для визначення собівартості години роботи ПК розраховуються витрати на експлуатацію комп'ютера В_ек. В їх склад входять витрати на електроенергію та амортизаційні відрахування.

Витрати на електроенергію визначаються множенням витрат електроенергії за годину на вартість 1кВт год. електроенергії та на час роботи комп'ютера за рік. Витрати електроенергії визначається з паспортних даних комп'ютера. Для ПК на базі процесора Intel Intel Celeron 533 МГц вони складають 0,8 кВт год. Вартість 1 кВт години складає 24 копійок. Час роботи комп'ютера визначається множенням кількості робочих днів року на час роботи ПК в день:

Т_роб = (365 - 104 - 6) * 8 = 2040 (год).

Тоді вартість витрат електроенергії за рік складає:

S_ел = 0,8 · 2040 · 0,24 = 391,7 (грн).

Норма амортизації дорівнює 10%, вартість комп'ютеру відповідає приблизно 2500 грн. Тоді амортизаційні витрати дорівнюють:

S_ам = 0,1 · 2500 = 250 (грн).

Річна зарплата персоналу з окладом 550 грн. складає:

З_р = 12 * 550 = 6600 (грн).

Відрахування на соціальне страхування складають 3% від заробітної плати (2% - у фонд зайнятості, 1% - у пенсійний фонд):

В_соц = 0,03 * 6600 = 198 (грн).

Вартість витратних матеріалів складає 2% від вартості обчислювальної техніки:

S_ВМ = 2500 * 0,02 = 50 (грн).

Утримання та ремонт приміщень складає 3% від вартості ПК:

S_рм = 2500 * 0,03 = 75 (грн).

Таким чином, загальні затрати на експлуатацію ПК за рік складають:

В_ек = S_ел + S_ам + З_р + В_соц + S_ВМ + S_рм = 7564,7 (грн).

Собівартість години роботи на ПК визначається діленням суми витрат на кількість годин роботи комп'ютера в рік:

C = В_ек / Т_роб = 7564,7/2040 = 3,71 (грн. /год).

3.3 Розрахунок витрат на створення програмного продукту

Для визначення договірної ціни розраховуються поточні витрати на виконання програмного продукту. Ці витрати розраховуються як сума прямих та накладних витрат на виконання дипломної роботи за весь період її написання.

Прямі витрати, пов'язані з використанням ПК для виконання дипломної роботи, розраховуються виходячи з кількості годин Т_год роботи даної персональної ЕОМ, необхідних для виконання дипломної роботи та собівартості години її експлуатації:

В_пр = С · Т_год. (3.9)

Кількість годин роботи ПК:

Т_год = Т_роб·Т_заг / 12 = 2040 · 3,7/12 = 630 (год).

В такому випадку прямі витрати:

В_пр = 3,71 · 630 = 2337,60 (грн).

Накладні витрати включають в себе витрати на утримання персоналу, освітлення, опалення та інші витрати. Вони складають 40-50% від суми прямих витрат.

В_накл = 2337,6 · 0,4 = 935,04 (грн).

Поточні витрати на створення програмного продукту складають

В_ППП = В_пр + В_накл = 2337,60 + 935,04 = 3272,64 (грн).

3.4 Визначення договірної вартості на програмний продукт

Договірна вартість на програмний продукт визначається наступним чином:

В_пп = В_ППП · (1 + Р / 100%) · К, (3.10)

де В_пп - витрати на виконання дослідження, передбаченого дипломною роботою, в грн., P - рівень рентабельності дослідження, К - коефіцієнт, що враховує заохочувальну надбавку за якість розробки.

Ступінь рентабельності програми приймається рівною Р=20%.

Заохочувальна надбавка за якість визначається в залежності від величини науково-технічного ефекту. Науково-технічний ефект - це інтегральний показник. Він включає в себе:

рівень новизни,

науково-технічний рівень дослідження та інше.

Величина науково-технічного ефекту приймається рівною 15, тобто К=1.

Таким чином, договірна вартість на програмний продукт:

В_пп = 3272,64 · (1 + 20% / 100%) · 1 = 3927,16 (грн).

 

3.5 Розрахунок ефективності впровадження програмного продукту

Річний економічний ефект визначається за формулою:

Е_р = В_ор * T - В_прив, (3.11)

де В_ор - витрати на одноразове розв'язування задачі в традиційних умовах (ручна обробка інформації),

Т - періодичність розв'язування задачі (емпіричні дані відділу - 4), В_{прив -} приведені витрати.

Витрати (в гривнях) при ручній обробці інформації визначаються за формулою:

В_ор = Т₁ * A₁, (3.12)

де Т₁ - розрахункова трудомісткість (в люд. год) обробки інформації, А₁ - середньогодинна зарплата виконавця.

За даними факультету Т₁ = 40 годин, А₁ = 8 грн.

Таким чином, витрати складають:

В_ор = 40 · 8 = 320 (грн).

Приведені витрати розраховуються за формулою:

В_прив = В₁ + Е_н * В_пп, (3.13)

де В₁ - річні експлуатаційні витрати на розв'язок задачі,

Е_н = 0,15 - нормативний галузевий коефіцієнт (враховує можливість використання програмного продукту протягом кількох років),

В_пп - договірна вартість на програмний продукт (розраховується за формулою 3.10).

Експлуатаційні витрати розраховуємо за формулою:

В₁ = В_оп * T, (3.14)

де В_оп - експлуатаційні витрати при одноразовому розв'язуванні задачі з використанням програмного продукту.

В_оп = t * R, (3.15)

де t - час розв'язування задачі на ПК, С - собівартість години роботи на ПК. За результатами переддипломної практики t = 0,3 години.

В_оп = 3,71 · 0,3 = 1,11 (грн).

Експлуатаційні витрати за формулою (3.14):

В₁ = 1,11 · 4 = 4,44 (грн).

Звідси приведені витрати за формулою (3.13):

В_прив = 4,44 + 0,15 · 3927,16 = 539,50 (грн).

Річний економічний ефект від впровадження програмного продукту розраховуємо за формулою (3.11)

E_р = 320 · 4 - 539,50 = 686,50 (грн).

Річний економічний ефект розрахований при використанні програмного продукту на одному факультеті.

При використанні розробленої програми на багатьох факультетах економічний ефект значно збільшиться.

Порівняння трудомісткості при ручній та машинній обробці дає:

k = Т_1/t = 40/0,3 = 133,

тобто трудомісткість розв'язку зменшується в 133 рази.

В результаті застосування розробленого програмного продукту час, який витрачається на складання розкладу, зменшиться в 133 рази.

Список використаних джерел

1.   Володин В., Володина Н. Расписание - это просто или не очень просто. - [Електронний ресурс]. - tech. stolica.ru.

2.   Танаев.С.В., Сотсков Ю.Н., Струсевич В.А. Теория расписаний. Многостадийные системы. - М.: Наука, 1989. - 327 с.

3.   Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И.Д. Рудинского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 452 с.

4.   Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. - М.: Мир. 1976. - 162 с.

5.   Вороновский Т.К., Махотило К.В., Петрашев С.Н., Сергеев С.А. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности. - Харьков: Основа, 1997. - 112 с.

6.   Ковальчук В.М. Основи економічної теорії. - Тернопіль: 2003. - 203 с.

7.   Руснак І.С., Бабюк А.В., Федорова О. Є. Охорона праці при роботі з комп’ютером. - Чернівці: Рута, 2005. - 128 с.