АНАЛІЗ МЕТОДІВ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНУВАННЯ БАГАТОФАКТОРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ ЗА ВАРТІСНИМИ ТА ЧАСОВИМИ ПОКАЗНИКАМИ

М.Д. Кошовий; О.Л. Бурлєєв; А.І. Пампуха

doi:10.17721/2519-481X/2022/75-10

Автор(и)

М.Д. Кошовий Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут» Автор
О.Л. Бурлєєв Приватний вищий навчальний заклад "Український гуманітарний інститут" Автор
А.І. Пампуха Державний університет телекомунікацій Автор

DOI:

https://doi.org/10.17721/2519-481X/2022/75-10

Ключові слова:

планування багатофакторного експерименту, точні методи оптимізації, наближені методи оптимізації, критерій оптимізації, швидкодія, двокритеріальна оптимізація

Анотація

Об’єктом дослідження є аналіз стану розвитку методів оптимального планування багатофакторного експерименту за вартісними та часовими показниками. Предметом дослідження є методи оптимізації планів багатофакторного експерименту за вартісними та часовими показниками. Мета: розробка практичних рекомендації щодо застосування існуючих методів оптимізації планування експерименту за часовими та вартісними показниками на основі їхнього порівняльного аналізу. Завданнями є проведення порівняльного аналізу методів оптимізації планів багатофакторного експерименту за характеристиками: допустима кількість факторів для ефективної оптимізації, вид плану, точність методу, кількість критеріїв оптимізації, швидкодія; розробка практичних рекомендацій щодо використання цих методів; формування напрямів подальшого розвитку досліджуваної теми. Методи: метод порівняльного аналізу, методи оптимізації на основі вивчення природи, комбінаторні методи оптимізації, графові методи оптимізації, наближені методи оптимізації. Отримані результати. Проаналізовано 20 методів оптимізації планів багатофакторного експерименту за вартісними та часовими показниками. Надано 6 практичних рекомендацій щодо їхнього застосування у діапазоні кількості факторів 2 < k ≤ 16. Наукова новизна отриманих результатів полягає у вдосконалені порівняльного аналізу існуючих методів оптимального планування багатофакторного експерименту, базуючись на основі 5 характеристик з точки зору експериментатора, а саме: допустимої кількості факторів для ефективної оптимізації, виду плану, точності методу, кількості критеріїв оптимізації; швидкодії. В подальшому планується дослідження класифікації методів оптимізації планів багатофакторного експерименту, розробка та удосконалення методів двокритеріальної оптимізації за вартісними та часовими характеристиками, аналіз швидкодії наближених методів оптимізації для k > 7 та їх удосконалення.

Біографії авторів

автор М.Д. Кошовий, афіліація Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут»

ORCID: 0000-0001-9465-4467
автор О.Л. Бурлєєв, афіліація Приватний вищий навчальний заклад "Український гуманітарний інститут"

ORCID: 0000-0002-6450-8618
автор А.І. Пампуха, афіліація Державний університет телекомунікацій

.

Посилання

1. Koshevoy, N. D. Optimalnoe planirovanie eksperimenta dlya ob'ektov s razlichnyim kolichestvom urovney faktorov / N. D. Koshevoy, V. A. Dergachev, E. A. Suhobrus, E. M. Kostenko // Zb. nauk. pr. vIysk. In–tu KiYivskogo nats. un–tu Im. Tarasa Shevchenka. – K.: VIKNU, 2012. – Vip. 35. – P. 98–100.

2. Koshevoy, N. D., Bestan, S. G. Dergachev, V. A. Primenenie kombinatornogo analiza pri vyibore optimalnyih planov mnogofaktornogo eksperimenta. TeorIya I praktika perebudovi ekonomIki: zb. naukovih prats ChITI. – Cherkasi, 2001. – pp. 224–227.

3. Koshevoy, N. D., Burleev, O. L., Kostenko, E. M. Primenenie metoda vetvey i granits dlya optimizatsii mnogofaktornyih planov eksperimenta. RadIoelektronnI I komp’yuternI sistemi. – 2010. – № 1(42). – pp. 67–70.

4. Koshevoy, N. D., Burleev, O. L., Kostenko, E. M. Optimalnoe planirovanie eksperimenta s vvedeniem ogranicheniya po dopolnitelnomu kriteriyu. // VIsnik Sumskogo derzhavnogo unIversitetu. – 2010. – № 3. – T. 2. – P. 63–67.

5. Koshevoy, N. D., Kostenko, E. M., Chuyko, A. S. Primenenie metoda vetvey i granits dlya optimizatsii kompozitsionnyih planov vtorogo poryadka // Zb. nauk. pr. vIysk. In-tu KiYivskogo nats. un–tu Im. Tarasa Shevchenka. – Vip. 25. – K., 2010. – pp. 95– 101.

6. Koshevoy, N. D., Kostenko, E. M., Chuyko, A. S. Algoritm optimizatsii kompozitsionnyih planov vtorogo poryadka metodom vetvey i granits. Matematychne modeliuvannia. – 2010. – № 2(23). – pp. 14–18.

7. Koshevoy, N. D., Kostenko, E. M., Chuyko, A. S. Primenenie metoda vetvey i granits dlya dvuhparametricheskoy optimizatsii kompozitsionnyih planov vtorogo poryadka // Zb. nauk. pr. viisk. in–tu Kyivskoho nats. un–tu im. Tarasa Shevchenka. – Vyp. 32. – K., 2011. – pp. 124– 131/.

8. Kostenko O. M. Optymizatsiia planiv eksperymentiv v umovakh obmezhenykh materialnykh ta chasovykh resursiv. // Visnyk Poltavskoi derzhavnoi ahrarnoi akademii. – 2015. – № 3. – pp. 124–131.

9. Koshevoy, N. D., Pavlik, V. V., Syitnik, V. V. Kombinatorno-grafovyiy metod postroeniya optimalnyih planov mnogofaktornogo eksperimenta. Radioelektronni i kompiuterni systemy. – 2015. – № 4. – pp. 74–80.

10. Koshevoy, N. D., Muratov, V. V., Kirichenko, A. L., Borisenko, S. A. Application of the “jumping frogs” algorithm for research and optimization of the technological process. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2021. no1(1). – P. 57 – 65. DOI: 10.15588/1607-3274-2021-1-6.

11. Koshovyi, M. D., Muratov, V. V. Zastosuvannia alhorytmu mavpiachoho poshuku dlia optymizatsii planiv povnoho faktornoho eksperymentu // Zbirnyk naukovykh prats Viiskovoho instytutu Kyivskoho Natsionalnoho universytetu imeni Tarasa Shevchenka, 2019. – № 61. – pp. 61–70.

12. Koshevoy, N. D., Kostenko, E. M., Muratov, V. V. Application of the fish searсh method for optimization plans of the full factor experiment. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2020. no 2. P. 44 - 50. DOI: 10.15588/1607-3274-2020-2-5.

13. Koshevoy, N. D., Belyaeva, A. A. Primenenie metoda roya chastits dlya optimizatsii trehurovnevyih planov mnogofaktornogo eksperimenta // Zbirnyk naukovykh prats Viiskovoho instytutu Kyivskoho natsionalnoho universytetu imeni Tarasa Shevchenka. – 2017. – Vyp. 55. – pp.46–51.

14. Koshevoy N. D., Belyaeva A. A. Primenenie algoritma optimizatsii roem chastits dlya minimizatsii stoimosti provedeniya mnogofaktornogo eksperimenta. Radioelektronika, informatyka, upravlinnia. - 2018. - № 1. - pp. 41-49. DOI: 10.15588 / 1607-3274-2018-1-1.

15. Koshevoy, N. D., Suhobru, s E. A. Optimalnoe planirovanie eksperimenta s ispolzovaniem geneticheskih algoritmov. Matematichne modelyuvannya. - 2013. - № 2. - pp. 36-40.

16. Koshevoy, N. D., Gordienko, V. A., Sukhobrus, Ye. A. Optimization for the design of technological processes. Telecommunications and Radio Engineering. 2014. Vol. 73, no 15. P. 1383–1386. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v73.i15.60.

17. Koshevoy, N. D., Chuyko, A. S. Primenenie muravinyih algoritmov dlya optimizatsii faktornyih planov eksperimenta. Matematichne modelyuvannya. – 2013. – № 1. – pp. 92–97.

18. Koshevoy, M. D., Kostenko, O. M., Chuyko, O. S. Algoritm optimIzatsIYi kompozitsIynih planIv eksperimentu metodom poslIdovnogo nablizhennya. Эlektrotekhnycheskye y kompiuternыe systemы. – K.: Tekhnyka, 2012. – № 6 (82). – pp. 249–254.

19. Metodologiya optimalnogo po stoimostnyim i vremennyim zatratam planirovaniya eksperimenta: monografiya / N. D. Koshevoy ta Insh. – Poltava: Poltavskaya gosudarstvennaya agrarnaya akademiya. – 2017. – 232 p. ISBN 978-966-2088-79-3.

20. Koshevoy N. D., Belmega A. V. Primenenie zhadnogo algoritma dlya optimizatsii mnogofaktornyih planov eksperimenta // Zbirnyk naukovykh prats Viiskovoho instytutu Kyivskoho natsionalnoho universytetu imeni Tarasa Shevchenka. - 2014. - Vyp. 47. - pp. 29-37.

21. Koshevoy N. D., Belmega A. V., Chistikova Z. E. Primenenie algoritma imitatsii otzhiga dlya optimizatsii mnogofaktornyih planov eksperimenta. Systemy obrobky informatsii. – 2015. – №6(131). – pp. 103-106.

22. Koshevoy, N. D. Cuhobrus E. A. Optimalnoe planirovanie eksperimenta na osnove simpleks-metoda. Matematichne modelyuvannya. – DnIprodzerzhinsk: DnIprodzerzhinskiy derzhavniy tehnIchniy unIversitet, 2012. – Vip. 1 (26). – pp. 27-30.

23. Koshevoy N. D., Belyaeva A. A. Primenenie algoritma sluchaynogo poiska dlya minimizatsii stoimosti provedeniya mnogofaktornogo eksperimenta. Otkryityie informatsionnyie i kompyuternyie integrirovannyie tehnologii. – 2015. – Vyip. 70. – pp. 255–262.

24. Koshevoy N. D., Koshevaya I. I., Raskin L. G. Sintez optimalnyih po stoimostnyim ili vremennyim zatratam planov polnogo faktornogo eksperimenta. RadIoelektronnI I komp’yuternI sistemi. 2016. Pp. 46–50.

25. Koshevoy N. D., Kostenko E. M., Pavlyk A. V., Koshevaya I. I., Rozhnova T. G. Research of multiple plans in multi-factors experiments with a minimum number of transitions of levels of factors. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2019. no 2, P.53-59. DOI: 10.15588/1607-3274-2019-2-6.

26. Koshevoy N., Cherepashuk G., Kalashnikov Ye., Zabolotnyi O., Siroklyn V. Development, research and optimization of weight measuring system. Ukranian metrological journal. 2021. no 3, P.43 - 49. DOI:10.24027/2306-7039.3.2021.241640.

27. Koshevoy N., Zabolotnyi O., Tsekhovskyi M., Koshevaya I., Kostenko E. Research and optimization of the eddy current transducer of dielectric coating thickness on metal surfaces of products. Ukranian metrological journal. 2020. no 2, P.33 - 39. DOI: 10.24027/2306-7039.2.2020.208935.

28. Koshevoy N. D., Zabolotnyiy A. V., Koshevaya I. I. Sintez optimalnyih po stoimostnyim ili vremennyim zatratam planov drobnogo faktornogo eksperimenta. Otkryityie informatsionnyie i kompyuternyie integrirovannyie tehnologii. – 2016. – Vyip. 72. – pp. 177-182.

29. Koshevoy N. D., Dergachov V. A., Pavlyk A.V., Zabolotnyi O. V., Koshevaya I. I., Kostenko E. M. The method of building plans of multifactorial experiments with minimal number of factor levels measurements and optimal by cost(time) expenses. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2020. no 4, P.55-64. DOI: 10.15588/1607-3274-2020-4-6.

30. Koshevoy N. D., Chistikova Z. E., Belmega A. V. Optimizatsiya mnogofaktornyih planov eksperimenta s primeneniem algoritma imitatsii otzhiga i blizhayshego soseda. East European Scientific Journal. – Warsaw, Poland, 2016. – Vol. 2 (6). – pp. 115-118.

31. Koshevoy N. D., Belyaeva A. A. Primenenie algoritma tabu-poiska dlya minimizatsii stoimosti provedeniya mnogofaktornogo eksperimenta // Zb. nauk. pr. VIysk. In-tu KiYivsk. nats. un-tu Im. Tarasa Shevchenka. – 2016. – 5№2. – pp.116-122.

32. Koshevoy N. D., Stadnik A. S. Optimalnoe planirovanie eksperimenta v usloviyah ogranichennyih resursov // ZbIrnik naukovih prats VIyskovogo Institutu KiYivskogo natsIonalnogo unIversitetu ImenI Tarasa Shevchenka. – 2016. – Vip. 54. – pp. 230-235.

33. Koshevoy N. D., Kostenko E. M., Beliaieva A. A. Сomparative analysis of optimization methods in the investigation of a weigh-measuring system and thermoregulatory. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2018. no 4, P.179-187. DOI: 10.15588/1607-3274-2018-4-17.

34. Koshevoy N. D., Burleev O. L., Kostenko E. M. Sravnitelnyiy analiz metodov optimizatsii mnogofaktornyih planov eksperimenta. Avtomatizirovannyie sistemyi upravleniya i priboryi avtomatiki. – Vyip. 150. – H.: Hark. nats. un–t radioelektroniki, 2010. – pp. 60–64.

35. Koshevoy N. D., Kostenko E. M., Muratov V. V., Kryukov A. M., Bilenko A. I., Morozov A. A. Sravnitelnyiy analiz metodov optimizatsii po stoimostnyim (vremennyim) zatratam planov polnogo faktornogo eksperimenta. RadIoelektronIka, Informatika, upravlInnya: naukoviy zhurnal. – 2020. – № 1. – S. 54-62. DOI: 10.15588/1607-3274-2020-1-6.

36. Koshevoy N. D., Kostenko E. M., Chuyko A. S. Sravnitelnyiy analiz algoritmov optimizatsii kompozitsionnyih planov vtorogo poryadka //Zb. nauk. pr. vIysk. In–tu KiYivskogo nats. un–tu Im. Tarasa Shevchenka. – Vip. 30. – K., 2011. – pp. 40–45.

37. Koshevoy N. D., Koshevaya I. I., Kostenko E. M. Sravnitelnyiy analiz metodov sinteza optimalnyih po stoimostnyim (vremennyim) zatratam planov mnogofaktornogo eksperimenta. ZbIrnik // naukovih prats. VIyskovogo Institutu KiYivskogo natsIonalnogo unIversitetu ImenI Tarasa Shevchenka. – K., 2016. – №54. – pp.33-39.

38. Koshovyi M. D., Kostenko O. M., Derhachov V. A., Burlieiev O. L., Chuiko O. S. Prohramni zasoby dlia optymizatsii planiv eksperymentu za chasovymy i vartisnymy vytratamy // Zbirnyk naukovykh prats Natsionalnoho hirnychoho universytetu. – D.: NHU, 2011. – Vyp. №36. – T. 1. –pp.76-82.

39. Koshevoy N. D., Kostenko E. M. Optimalnoe po stoimostnyim i vremennyim zatratam planirovanie eksperimenta [Tekst]: monografiya. Nats. aerokosm. un-t im. N. E. Zhukovskogo «Hark. aviats. in-t». – H.: HAI; Poltava: Shevchenko R. V., 2013. – 316 pp. ISBN 978-966-8798-89-4.

40. Koshevoy N. D., Kostenko E. M., Chuyko A. S. Optimizatsiya kombinatornyih planov eksperimenta. // ZbIrnik naukovih prats NatsIonalnogo gIrnichogo unIversitetu. – 2013. – № 43. – pp. 26-33.

41. Yuhimenko B. I. Modifikatsii metoda vetvey i granits dlya resheniya zadach tselochislennogo lineynogo programmirovaniya i ih effektivnost. Informatika ta matematichnI metodi v modelyuvannI. – 2015. – T. 5, № 1. – pp. 84-91.

42. Elbeltagi E., Hegazy T., Grierson D. Comparison among five evolutionary-based optimization algorithms // J. Advanced Engineering Informatics, 2005, no. 19, pp. 43–53.

43. Zhao R., Tang W. Monkey Algorithm for Global Numerical Optimization. Journal of Uncertain Systems. – 2008. – V.2, no.3, pp.165-176.

44. Bastos-Filho C. J. A., Lima-Neto F. B., Lins A. J. C. C., Nascimento A. I. S., Lima M. P., Fish school search // Nature-Inspired Algorithms for Optimization. SCI. Springer. Heidelberg, 2009. Vol.193, pp. 261-277.

45. Larran Aga P., Kuijpers C. M. H., Murga R. H., Inza I. Genetic, Dizdarevic S. Algorithms for the Travelling Salesman Problem: A Review of Representations and Operators. Artificial Intelligence Review 13 – Netherlands: Kluwer AcademicPublishers. – 1999 – рр. 129 - 170.

46. Shtovba S. Ant Algorithms: Theory and Applications. Programming and Computer Software, 2005. vol.31, pp. 167-178. DOI: 10.1007/s11086-005-0029-1.

47. Afaq A. Another Perspective in Generating and Using Gray Code-word. Elektrika: Journal of Electrical Engineering, 2007. vol.9, no 2, pp. 49‐55.

48. Zhang Z. Introduction to machine learning: k-nearest neighbors. Ann Transl Med. 2016; vol.4, №11, pp. 218-224. DOI: 10.21037/atm.2016.03.37.