Метод морфологического анализа

Метод предназначен для существенного расширения области поиска возможных решений задачи. Он основан на предложении возможных решений для отдельных частей задачи (так называемых морфологических признаков, т.е. признаков, характеризующих устройство) и последующем систематизированном получении их сочетаний (комбинировании). Это — первый метод, специально созданный для решения эвристических задач. Он был разработан Ф. Цвикки (Швейцария) в 30-х годах 20-го века, но практическое применение получил с 1942 г., во время работы Цвикки в США в авиастроительной фирме. Употребляются также другие названия этого метода: метод морфологического ящика, метод морфологических карт.

Содержание метода:

1. Выясняется цель задачи — поиск вариантов функциональных схем, либо принципов действия, либо структурных схем, либо конструктивных разновидностей разрабатываемого объекта. Возможен поиск одновременно по нескольким признакам.

2. Выделяют узловые точки (оси, отдельные части задачи), которые характеризуют разрабатываемый объект с позиции ранее сформулированной цели. Это могут быть частные функции подсистем, их принципы работы, их форма, расположение, характеристики и свойства (состояние вещества и энергии, вид совершаемого движения, физические, химические, биологические, психологические, потребительские свойства и т.д.). Удобно предварительно (допустим, из анализа аналогичного объекта) построить соответствующую блок-схему (функционирования, принципа действия, структурную схему), элементы которой и образуют узлы.

Количество узлов обычно выбирается из условия обозримости и реальности анализа получаемых впоследствии вариантов: при ручной обработке — 4...7 узлов, при работе на компьютере — в пределах физической возможности вычислительной техники и отведенного на решение задачи времени. Удобно задачу решать в ряд этапов: сначала по ограниченному числу наиболее важных узловых точек, а затем — для дополнительных, второстепенных или выявленных в ходе анализа и представляющих интерес новых узлов.

3. Для каждой узловой точки предлагаются варианты решений: либо исходя из личного опыта (зависит от эрудиции), либо беря их из справочников и банков (баз) данных (т.е. на каждую ось нанизываются возможные решения, по аналогии со счетами).

Варианты должны охватывать всю область возможных решений для данной узловой точки. Но чтобы задача была обозримой, рекомендуется сначала выделять укрупнено-обобщенные группы вариантов, которые при необходимости впоследствии конкретизируются. Варианты могут быть не только реальные, но и фантастические.

4. Проводят полный перебор всех вариантов решений (каждый раз берут по одному варианту для каждой оси) с проверкой комбинаций на соответствие условиям задачи, на несовместимость отдельных вариантов в предлагаемой их общей группе, на реализуемость и иные условия.

При необходимости для выбранных решений можно повторить морфологический анализ, конкретизируя узлы (оси) и варианты.

Морфологический анализ удобнее и нагляднее проводить с применением морфологических таблиц.

Формальное комбинирование вариантов создает впечатление автоматизма в применении метода. Однако его эвристическая природа весьма существенна и зависит от следующих субъективных факторов:

· интуитивное выделение узлов и их признаков, состава вариантов. Отсутствие уверенности, что учтены все (и особенно, перспективные) узлы и варианты;

· конкретное решение является следствием анализа просматриваемых комбинаций, возникновения продуктивных ассоциаций и образов.

Метод морфологического анализа служит основой большинства интеллектуальных программ.

Приведем пример поиска принципов действия транспортного средства. В качестве узловых точек приняты основные элементы его принципа действия: получение энергии обеспечение перемещения — способ управления, а также структурный признак — расположение источника энергии. Эти узлы и возможные варианты для каждой узловой точки приведены в таблице.

Полное число возможных комбинаций определяется перемножением количества вариантов по каждому узлу. В данном, хотя и простом примере оно равно 3 × 4 × 3 × 2 = 72, т.е. достаточно велико (число вариантов преимущественно зависит от числа узлов).

Далее просматриваем все комбинации. Так, набор 1.3–2.1–3.2–4.1 соответствует привычному для нас автомобилю с тепловым двигателем, управление движением посредством поворота колес. Для конкретизации этой схемы введем узел — вид теплового двигателя: внутреннего сгорания, паровой, газовая турбина, что позволит уточнить исходную схему. Другой набор, 1.2–2.1–3.3–4.2 соответствует трамваю.