ВВЕДЕНИЕ
1 Теоретические основы постановки компьютерного эксперимента 9
1.1 Оценка эффективности алгоритмов 12
1.2 Алгоритм работы пастушьей собаки 14
1.3 Постановка задачи исследования 20
2 Планирование эксперимента и анализ решений по управлению
экспериментом 21
2.1 Анализ рынка программного обеспечения 26
2.1.1 Применений свободных лицензий в России: теория, практика,
перспективы развития 31
2.1.2 Коммуникационные каналы ИТ-разработчиков открытого кода 33
2.2 Основной способ экспериментальной оценки повторяемости и
воспроизводимости результатов эксперимента 34
2.3 Методы проверки адекватности модели 35
3 Компьютерный эксперимент 37
3.1 Проведение вычислений и анализ результатов 43
3.2 Алгоритм работы пастушьей собаки применительно к живым и
искусственным агентам 52
3.3 Поиск применимости АПС в новых областях на основе таблицы
разрешения технических противоречий 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 57
ПРИЛОЖЕНИЕ
В современном мире тяжело переоценить роль информационных технологий. Практически невозможно представить жизнь без вычислительной техники, так как с ее помощью человек автоматизирует многие сферы своей деятельности, в том числе производство, что позволяет значительно повысить производительность труда. В России по состоянию на 2015 год 84,8% организаций используют специальные программные средства, где 15,1% из них предназначены для управления автоматизированным производством или отдельными техническими средствами и технологическими процессами [1]. Средствами автоматизации выступают приборы и автоматические устройства, одними из которых являются роботы.
Роботов можно разделить на два класса: манипуляционные и мобильные [2, с. 8-9]. Манипуляционный робот - автоматическая машина, стационарная или передвижная, которая состоит из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, служащего для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций [2, с. 6]. Мобильные робототехнические системы имеют движущиеся шасси с автоматически управляемыми приводами. Они могут быть колесными, шагающими, колесно¬шагающими и т.д [2, с. 9].
Если раньше в промышленности внедрялись и использовались в основном манипуляционные роботы, то сейчас все больше возрастает интерес к мобильным роботам, а задача нахождения оптимального алгоритма управления данным классом роботов и по сей день остается актуальной. Большая часть алгоритмов направлена на управление одиночным мобильным роботом, в то время как существует ряд задач, где эффективнее или даже необходимо задействовать большое количество роботов. Одним из таких алгоритмов является алгоритм работы пастушьей собаки, разработанный 7
совместно учеными Швеции и Великобритании в 2014 году. Помимо того, что данный алгоритм позволяет роботизировать выпас скота, авторы утверждают, что он также применим для управления автономными, взаимодействующими между собой агентами в различных ситуациях [3].
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы является оценивание эффективности алгоритма работы пастушьей собаки, поиск его применимости к живым и искусственным агентам в различных областях.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Изучить теоретические основы построения компьютерного эксперимента;
2. Рассмотреть алгоритм работы пастушьей собаки;
3. Провести анализ рынка программного обеспечения для выбора инструментов разработки;
4. Реализовать алгоритм работы пастушьей собаки и провести соответствующие вычисления;
5. Проанализировать результаты эксперимента;
6. Выявить области применения алгоритма.
Объектом исследования данной работы является групповое управление мобильными объектами. Предметом исследования выпускной квалификационной работы является алгоритм работы пастушьей собаки.
Целью данной выпускной квалификационной работы было оценивание эффективности алгоритма пастушьей собаки, а также поиск его применимости в различных областях. Для достижения поставленной цели был выполнен компьютерный эксперимент. Однако прежде были изучены теоретические основы построения компьютерного эксперимента, алгоритм пастушьей собаки, выбраны средства разработки, позволяющие эффективно реализовать алгоритм, в также было выполнено планирование компьютерного эксперимента. Сам алгоритм был дополнен возможностью использования виртуального пастуха, добавлением объектов-преград, реакцией агентов на такие объекты, а также способностью прокладывать маршрут в обход препятствующих объектов путем добавления промежуточных целей.
В общей сложности было выполнено 400 опытов. Благодаря проведенному анализу полученных результатов была установлена зависимость времени выполнения алгоритма от количества автономных объектов, а также типа пастуха. Также было замечено, что использование виртуального пастуха является более эффективным средством для управления группой искусственных объектов, так как в случаи использования виртуального пастуха исключаются случайные взаимодействия пастуха и агентов. Поскольку виртуальный пастух, в отличии от реального, не является материальным объектом, ему не нужно затрачивать время на передвижение до заданной позиции.
Если присутствуют объекты, препятствующие движению по направлению к заданной цели, вероятность успешного выполнения алгоритма составляет около 0,88, что является хорошим результатом.
Также в результате выполнения работы было выявлено, что алгоритм пастушьей собаки полностью или частично возможно применять в самых разнообразных сферах от выпаса скота и контроля толпы людей до управления различными типами роботов и поддержки целостности группы объектов.
В итоге можно сделать вывод, что алгоритм пастушьей собаки является эффективным и универсальным средством для управления группой живых или искусственных объектов.
