Лекция 6 28 10 16 Предметноориентированные информационные

Лекция 6 – 28. 10. 16 Предметноориентированные информационные системы Раздел 2. Экономические ИС ориентированные на разные предметные области Раздел 2. 2. Логистика Информационные системы в логистике (продолжение)

Применение Интернет для решения логистических задач

Возможные варианты применения Интернет в логистике n Использование различных информационно-поисковых систем n Госуслуги через Интернет n Применение стандартных и оригинальных сервисов Интернет n Использование электронноцифровой подписи (ЭЦП) n Организация WEB-сайта для продвижения логистических услуг. n Сервисы Интернет для оперативных задач логистики n On-line сервисы Интернет для решения логистических задач n Использование в качестве рекламной площадки 3

Электронный документ(ЭД) n n Это документ, зафиксированный на электронном носителе (в виде набора символов, звукозаписи или изображения) и предназначенный для передачи во времени и пространстве с использованием средств вычислительной техники и электросвязи с целью хранения и общественного использования Юридическую значимость ЭДП придаёт ЭЦП, которая на территории Российской Федерации равнозначна собственноручной подписи в документе на бумажном носителе при одновременном соблюдении следующих условий: q сертификат ключа подписи, относящийся к этой ЭЦП, не утратил силу (действует) на момент проверки или на момент подписания ЭД; q при наличии доказательств, определяющих момент подписания; q подтверждена подлинность ЭЦП в ЭД; q ЭЦП используется в соответствии со сведениями, указанными в сертификате ключа подписи. В России юридически значимый сертификат ЭЦП выдаёт удостоверяющий центр. Правовые условия использования ЭЦП в ЭД регламентирует Федеральный закон Российской Федерации от 6 апреля 2011 г. N 63 -ФЗ «Об электронной подписи» . 4

5

Как работает ЭЦП? http: //www. buhonline. ru/pub/tks/2008/12/908 Каждому пользователю, генерируются уникальные секретный и открытый криптографические ключи. Пользователь генерирует для документа электронную цифровую подпись. Пользователь, получивший документ, выполняет обратное криптографическое преобразование, обеспечивающее проверку электронной цифровой подписи отправителя. Как правильно подписать документ ЭЦП в Word документе? http: //aist 5. ru/articles/201 -kak-podpisat-ecp-dokyment-word 6

On-line сервисы Интернет для решения логистических задач - Планировщики маршрутов перевозок. - Службы поиска, продажи и аренды транспорта - Оптимальная загрузка транспортных средств - Моделирование товарооборота и расчета оптимального запаса товара на складе - Оперативные логистические задачи Варианты использования Оn-line сервисов: - Бесплатно (н-р поиск/аренда/продажа транспорта, планировщики маршрутов, таможня) - Платно - Демо-версии (н-р: ограниченный срок, ограниченные возможности) 7

При организации перевозки грузов. Важно: - - Определить параметры груза Выбор транспортного средства и оптимальной организации загрузки с учетом особенностей груза и транспортного средства Страхование груза Оформление всех необходимых документов Определить маршрут перемещения груза Отслеживать перемещение транспорта Отслеживать ситуацию на таможне и т. д. 8

Планирование маршрута перевозок Цель: составление оптимального маршрута перевозки груза. Задачу определения маршрута* можно решить с применением: - ГИС. Н-р: ИНГИТ(www. ingit. ru), ТОППЛАН(http: //www. topplan. ru) и др. - Электронной карты. Н-р: (www. eatlas. ru) - Интернет-планировщика маршрутов. Н-р: расчет расстояний Автодиспетчер (www. avtodispetcher. ru), Авто. Транс. Инфо (http: //www. ati. su), MAPPY (www. mappy. be ) и др. * - задача определения маршрута сводится к классической задаче теории графов – задаче поиска кратчайшего пути(см. ниже) 9

Оперативные логистические задачи Цель - Отслеживание перемещений груза – н-р: Top. Plan GPS Monitoring Некоторые решаемые этой системой задачи: Мониторинг объектов n Получение данных от трекеров в режиме реального времени, регистрация и сохранение полученной информации. n Отображение контролируемых объектов на электронных картах Top. Plan в режиме реального времени. n Визуальное и звуковое оповещение оператора о наступлении определенных событий: срабатывание датчиков, выход контролируемых параметров объекта за определенные пределы (температура, влажность), нажатие тревожной кнопки водителем и т. д. Анализ работы транспортного парка n Просмотр архивных данных (по любому объекту за любой день или за произвольный промежуток времени). n Формирование отчётов о пробегах, стоянках и др. параметрах работы ТС. n Отчёт о событиях(срабатывание датчиков, выход контролируемых параметров объекта за определенные пределы, нажатие тревожной кнопки водителем и т. д. ) n Анализ «план-факт» : возможность сравнения сохранённого в файле маршрута с фактическим пробегом для заданного транспортного средства. Цель - Отслеживание ситуации(очередей) на границе – на таможенных пунктах, например, здесь: http: //www. granica. gov. pl http: //www. toplogistic. ru/topplan_gps_monitoring. html http: //www. granica. gov. pl 10

Службы поиска, продажи и аренды транспорта Цель – найти груз для перевозки, найти подходящий транспорт. Примеры: Бесплатные сервисы: Автодиспетчер. Ру - это информационная система грузоперевозок по России, автоматическая диспетчерская служба. http: //www. avtodispetcher. ru/ АТИС Логистик. Автотранспортная информационная система. АТИС Логистик - это система поиска автотранспорта свободного под загрузку, а также для поиска грузов ожидающих перевозки автотранспортом. http: //www. atis-logistic. ru/ Платный сервис «Перевозка 24» — это место встречи владельцев транспортных средств и тех, кому нужны услуги по аренде спецтехники и грузоперевозкам. Благодаря сервису владельцы техники смогут сократить время простоя, а заказчики — быстро найти технику в своём городе по выгодной цене. Основная цель сервиса заложена в создании простого инструмента в интернете для стимулирования развития сферы транспортных услуг во всех регионах России. Объявления в сервисе размещаются на платной основе. Именно этот фактор гарантирует актуальность опубликованной информации. http: //perevozka 24. ru/ 11

Задачи оптимизации ресурсов в логистической системе Подробнее о Задача поиска кратчайшего пути Задача о ранце 12

Основная задача логистики оптимизация ресурсов при управлении основными и сопутствующими потоками в логистической системе. Под оптимизацией понимается процесс нахождения экстремумов (глобального максимума или минимума), которые могут быть оценены как лучшие значения (показатели) определенной целевой функции или выбор наилучшего (оптимального) варианта из множества возможных. 13

Задача оптимизации ресурсов в ЛС 1. 2. При ограниченных При запланированных ресурсах добиться значениях показателей глобального ЛС добиться максимума векторной совокупного минимума целевой функции используемых (системы плановых ресурсов. показателей) ЛС. Число задач оптимизации в ЛС чрезвычайно велико, их состав многообразен. Однако все задачи в конечном итоге направлены на оптимизацию ресурсов и повышение конкурентоспособности компании за счет правильно выстроенной логистики. 14

Ресурсы это: Различают материальные, финансовые, трудовые, энергетические ресурсы, ресурсы времени, информационные, интеллектуальные и др. виды ресурсов. При построении и анализе ЛС в основном оперируют материальными, финансовыми и трудовыми ресурсами. Однако это не значит, что другие виды ресурсов для решения конкретной задачи игнорируются. Для облегчения проектирования, планирования, анализа и контроля ЛС часто стремятся свести все измерители ресурсов к одному — например, денежному. Однако это не всегда удается сделать. 15

Некоторые задачи логистической оптимизации Область логистики Задачи Оптимизация - уровней всех запасов внутри производственно-технологического цикла и складской Производственная системы промышленного предприятия; логистика - времени производственно-технологического цикла; - отходов производства и эффективное использование вторичных МР; - потерь от брака (политика «ноль дефектов» ) в производстве Выбор - рационального способа транспортировки (технологии перевозок, системы доставки) грузов: унимодальной, мультимодальной, интермодальной, смешанной, комбинированной и т. п. ; - вида (видов) транспорта, ТС (по грузоподъемности, грузовместимости и т. п. ) Транспортная - перевозчика (перевозчиков) и логистических партнеров (экспедиторов, агентов, логистика брокеров, терминалов и т. д. ) по транспортировке; Оптимизация - загрузки транспортных средств - маршрута перевозки Выбор - системы складирования; - типа, количества и мощности складов; - мест дислокации складов на определенной территории; Складирование - номенклатуры (ассортимента) хранимой и обрабатываемой на складах продукции; - подъемно-транспортного и технологического складского оборудования Оптимизация - загрузки склада

Задача поиска кратчайшего пути (shortest path problem) — задача поиска самого короткого пути (цепи) между двумя точками (вершинами) на графе, в которой минимизируется сумма весов ребер, составляющих путь. Задача о кратчайшем пути является одной из важнейших классических задач теории графов. Сегодня известно множество алгоритмов для ее решения. 17

Теория графов(ТГ) - англ. theory, graph; нем. Graphentheorie (http: //bourabai. kz/dm/graph. htm) в широком смысле - теория сетей, наука о топологических формах, сетевых моделях представления любого процесса или системы. - Основное развитие и применение в 20 веке. в узком смысле - раздел дискретной математики, одна из ветвей дискретной топологии, Основоположник ТГ – Леонард Эйлер(1707 -1783) – немецкий, швейцарский и русский математик. Академик Петербургской академии наук. (вицепрезидент Академии) http: //www. astropage. ru/dates/2007/04/id 42/ 3

Первая работа по ТГ Эйлер – Задача о Кенигсбергских мостах (1737 г. ): Можно ли пройти по 7 мостам Кёнигсберга и вернуться в начальный пункт таким образом, чтобы пройти по каждому мосту только 1 раз? Ответ: НЕТ http: //900 igr. net/kartinki/geografija/Mosty-Kjonigsberga/005 -Leonard. Ejler-prepodavatel-Kjonigsbergskogo-universiteta. html 4

Основные понятия ТГ Граф (= сеть) это совокупность вершин (точек) и связей между ними (ребро/дуга) Вершины и ребра – элементы графа Обычно дугой называют ориентированное ребро Неориентированные Г Ориентированные Г (орграфы) 7

Примеры графов из реальной жизни Схема метрополитена Сетевая модель выполнения дипломного проекта: http: //remezovmax. livejournal. com/87775. html Генеалогическое дерево Маршрут на карте 21

Применение ТГ На транспорте и в логистике – поиск оптимальных(или минимальных) маршрутов перемещения/транспортировки грузов и пр. n В химии – для описания структур, путей сложных реакций. В компьютерной химии. n В информатике и программировании(граф-схема алгоритма) n В схемотехнике (соединение элементов на печатной плате) – здесь имеем дело с планарными графами. n В экономике – сетевое планирование и управление n В информационных системах n q q в сети Интернет – для маршрутизации трафика в географических информационных системах http: //dis. podelise. ru/text/index-59016. html? page=2 14

Задача поиска кратчайшего пути Существует множество алгоритмов решения этой задачи. Например, алгоритмы Флойда, Данцига, Форда-Беллмана, Форда и др. Здесь подробнее рассмотрим алгоритм Дейкстры. Он является, пожалуй, наиболее простым и получившим наибольшее применение в практике. + приведено 2 примера 23

Задача нахождения кратчайшего пути Постановка задачи: Необходимо найти кратчайший путь(или кратчайшие пути) из одной фиксированной вершины графа к другой заданной вершине графа(либо ко всем другим). Алгоритмы решения: Флойда, Данцига, Дейкстры. Беллмана-Форда, Ли и др. А. Дейкстры(1959 г) – “работает” для любого взвешенного связного ориентированного графа с неотрицательными ребрами. Найти путь из А ко всем остальным вершинам Эдсгер Вибе Де йкстра (1930 -2002) — нидерландский учёный, оказавший влияние на развитие информатики и информационных технологий. 24

Задача нахождения кратчайшего пути. Алгоритм Дейкстры Для справки Пусть есть граф G. Каждой дуге (x, y) графа G поставим в соответствие число а(x, y)(вес или стоимость дуги). Если в графе G отсутствует некоторая дуга (x, y), положим а(x, y)=. Определим длину пути как сумму длин отдельных дуг, составляющих этот путь. Для любых двух вершин s и t графа G могут существовать несколько путей, соединяющих вершину s с вершиной t. В данном случае необходимо найти путь из s в t, имеющий минимально возможную длину. Этот путь называется кратчайшим путем между вершинами s и t. Перед началом выполнения алгоритма все дуги и вершины не окрашены. Каждой вершине в ходе выполнения алгоритма присваивается число d(x), равное длине кратчайшего пути из s в х, включающего только окрашенные вершины. Источник: Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах 25

Задача нахождения кратчайшего пути. Алгоритм Дийкстры Для справки Шаг 0. Положить d(s)=0 и d(x)= для всех х, отличных от s. Окрасить вершину s и положить y=s (y – последняя из окрашенных вершин). Шаг 1. Для каждой неокрашенной вершины x следующим образом пересчитать величину d(x): d(x) = min{d(x), d(y)+a(y, x)}. Если d(x)= для всех неокрашенных вершин x, закончить процедуру алгоритма: в исходном графе отсутствуют пути из вершины s в неокрашенные вершины. В противном случае окрасить ту из вершин x, для которой величина d(x) является наименьшей. Кроме того, окрасить дугу, ведущую в выбранную на данном шаге вершину x (для этой дуги достигался минимум в соответствии с выражением приведенным выше). Положить y=x. Шаг 2. Если y=t, закончить процедуру: кратчайший путь из вершины s в вершину t найден (это единственный путь из s в t, составленный из окрашенных дуг). Если y t - перейти к шагу 1. 26

Для справки Пример 1. При работе маршрутизатора Алгоритмы(протоколы) маршрутизации Статические Все маршруты указываются в явном виде администратором при конфигурации маршрутизатора. Маршрутизация при этом происходит без участия каких-либо протоколов маршрутизации. Протоколы маршрутизации дистанционно-векторные. RIP Динамические Все маршруты определяются динамически, на основе обмена информацией, который осуществляют маршрутизаторы с помощью специальных протоколов - протоколов динамической маршрутизации. Протоколы маршрутизации состояния канала. OSPF, NLSP Протокол OSPF – протокол межсетевого уровня стека протоколов TCP/IP

Протоколы маршрутизации сети Интернет Протоколы внутренних шлюзов Протоколы маршрутизации внутри AS Для справки Протоколы внешних шлюзов Протоколы маршрутизации между внешними шлюзами магистральной сети

Метрика (критерий выбора маршрута) Для справки Метрика - оценка качества связи в данной сети (или на данном физическом канале); чем меньше метрика, тем лучше качество соединения. Метрика маршрута равна сумме метрик всех связей (сетей), входящих в маршрут. Протокол OSPF Протокол RIP Метрика – число промежуточных узлов (маршрутизаторов), число хопов Метрики на основании - пропускной способности канала (по умолчанию) - задержки (времени распространения пакета) - числа дейтограмм, стоящих в очереди - cтоимости - требований безопасности; число промежуточных узлов и др. . Протокол IGRP Метрика рассчитывается по определенной формуле на основании следующих показателей: - задержка, - пропускная способность, - надежность - нагрузка

Этапы работы протокола OSPF (Open Shortest Pass First. Для справки открытый протокол, базирующийся на алгоритме поиска наикратчайшего пути )

Пример работы OSPF R 1 Для справки 1 этап. Обмен LSAсообщениями. 2 этап. На основе информации полученной на 1 этапе идет создание топологической базы в виде таблицы. Для наглядности можно представить в виде графа. 3 этап. Каждый маршрутизатор находит оптимальные маршруты до каждой известной ему сети. Для этого каждый маршрутизатор, считая себя центром сети, используя алгоритм "поиска наикратчайшего пути" (shortest path first SPF) – алгоритм Дейкстра, Строит SPF – дерево кратчайших путей. 4 этап. Заполнение таблиц маршрутизации. На основании полученного SPF-дерева каждый маршрутизатор заполняет свою таблицу маршрутизации, в которой будет прописан только один шаг до следующего маршрутизатора. Такая маршрутизация называется одношаговой.

Таблица маршрутизации Для справки Таблица маршрутизации, иногда называемая базой данных маршрутизации, — это набор маршрутов, используемых маршрутизатором в данный момент. Строки таблицы маршрутизации содержат, по крайней мере, следующую информацию: - действительный адрес или множество действительных адресов в сети; - информацию, вычисленную протоколом маршрутизации или необходимую ему (Информация о маршрутизации содержит, как правило, метрику, то есть меру времени или расстояния, и несколько отметок о времени) - информацию, необходимую для того, чтобы переслать сообщение на один маршрутизатор ближе к получателю. (Информация о пересылке включает в себя данные о выходном интерфейсе и адрес следующей системы по пути)

Для справки Пример формирования таблицы маршрутизации (для R 1)

Пример 2 Используя Алгоритм Дейкстры можно определить порядок выполнения технологического процесса изготовления детали, обеспечивающий минимальные затраты. Здесь: n вершины графа – технологические операции, n дуги — переходы между ними, задающие возможные последовательности выполнения операций. 34

Пример 2 Постановка задачи: Технологический процесс – изготовление детали состоит из следующих операций (этапов): n Заготовительный этап Пример графа для данной задачи n Черновая обработка n Чистовая обработка n Отделка n Испытания n Приемка Реализация всех операций может выполняться различными вариантами(средствами). Задача – минимизировать затраты на изготовление детали. Решение этой задачи сводится к поиску кратчайшего пути из 35 вершины А до вершины M.

Задача о ранце Необходимо достичь как можно б. Ольшей ценности вещей уложенных в рюкзак при условии, что общий объём (или вес) всех предметов, способных поместиться в рюкзак, 36 ограничен.

Задача о ранце n n n Существует множество разновидностей задачи о ранце, в зависимости от условий, наложенных на рюкзак, предметы или их выбор. Все программы оптимизации загрузки транспорта решают задачу известную в науке как «Задача о ранце» — одна из NP задач комбинаторной оптимизации. Задачи складской логистики – оптимальной загрузки складского помещения – также “сводятся” к «Задаче о ранце» В общем виде задачу можно сформулировать так: Из заданного множества предметов со свойствами «стоимость» и «вес» , требуется отобрать некое число предметов таким образом, чтобы получить максимальную суммарную стоимость при одновременном соблюдении ограничения на суммарный вес. Математическая постановка задачи – см. в методичке к ПР 37

Одно из первых упоминаний “Задачи о ранце” встречается в статье Джорджа Балларда Мэтьюса 1897 г. , основное же изучение “Задачи о ранце” началось во второй половине XX века. Различные модификации “Задачи о ранце” широко применяются в реальной жизни: n в криптографии, n в логистике, для нахождения решения оптимальной загрузки различных транспортных средств: самолетов, кораблей, железнодорожных вагонов и т. д. n при размещение грузов в складском помещении минимального объёма. n при раскройке ткани — для заданного куска материала получить максимальное число выкроек определенной формы. n в экономике – при расчете оптимальных капиталовложений и др.

Алгоритмы решения задачи: Точные (гарантируют оптимальное решение) n Полный перебор n Метод ветвей и границ Приближённые (не гарантируют оптимальное решение) n Жадный алгоритм Задача о ранце относится к классу NP-полных, и для неё нет полиномиального алгоритма, решающего её за разумное время. Поэтому при решении задачи о ранце всегда необходимо выбирать между точными алгоритмами, которые не применимы для «больших» рюкзаков, и приближенными, которые работают быстро, но не гарантируют оптимального решения задачи. (Википедия)

Полный перебор В данном случае осуществляется полный перебор всех вариантов загрузки рюкзака. Недостатки этого метода: высокая трудоемкость/длительность Из методички по ПР: “Предпринятые в конце XX века попытки решить задачу грубым перебором на суперкомпъютерах закончились провалом. Оказалось, для того, чтобы перебрать все варианты и оптимально загрузить в контейнер всего-то 50 разных ящиков самому мощному компьютеру понадобиться несколько лет. ”

Метод ветвей и границ является вариацией метода полного перебора с той разницей, что мы сразу исключаем заведомо неоптимальные решения.

Жадный алгоритм Согласно жадному алгоритму предметы сортируются по убыванию стоимости единицы каждого. Помещаем в рюкзак то, что помещается и одновременно и самое дорогое, т. е. с максимальным отношением цены к весу. n Для данного алгоритма точное решение можно получить не всегда. Пример. Пусть вместимость рюкзака 80 кг. Есть 3 предмета(см. таблицу ниже). Предметы уже отсортированы. Применяем к ним жадный алгоритм и определим какие предметы загрузим в рюкзак. Сначала кладем 1 предмет i вес цена/вес Затем 2 -ой предмет Итого в рюкзаке 80 кг и цена = 150 1 15 60 4 Это не оптимальное решение! 30 90 3 Лучшим вариантом было бы загрузить 2 2 и 3 вещь. 3 50 100 2 Тогда вес был бы 80, а цена 190 n

Решите задачу Есть следующие предметы: 1 предмет с весом 10 кг и ценой 50 2 предмет с весом 20 кг и ценой 60 3 предмет с весом 40 кг и ценой 80 4 предмет с весом 15 кг и ценой 90 Известна вместимость рюкзака: 80 кг Вопрос: Какие предметы(и в каком порядке) попадут в рюкзак если его загружать, используя жадный алгоритм? 43

Контрольные вопросы по разделу 2. 2 (продолжение) 1) Что такое ЭД, ЭЦП? Как “работает” ЭЦП? 2) Какие задачи необходимо решать при перевозке груза? 3) Какие он-лайн Интернет сервисы существуют для решения логистических задач? 4) Примеры задач в транспортной, производственной и складской логистике? 5) Задача поиска кратчайшего пути на графе 6) Алгоритмы поиска кратчайших путей? Алгоритм Дейкстры. 7) Использование алгоритмов поиска кратчайших путей на практике. 8) Задача о ранце? Где встречается на практике? 9) Какие точные и приближенные алгоритмы для её решения существуют? 44