автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Алгоритмизация решения задачи оценивания состояния биологических и экологических систем физико-химическими методами

Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет

На правах рукописи

УГОЛЕВ Дмитрий Александрович

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОЦЕНИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ.

Специальность 05.13.09 -управление в биологических и медицинских системах (включая применение вычислительной техники)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Институте Эволюционной Физиологии и Биохимии им. И.М.Сеченова Российской Академии Наук

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.М.Коликов доктор химических наук, профессор А.А.Полякова доктор биологических наук Н.Н.Иезуитова

Ведущая организация - Институт Медико-биологических

проблей МЗ России.

Защита состоится "¿¿У " 1992 г. в часов

на заседании Специализированного совета Д 063.38.18 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251 г.Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, ауд.41, корп.1.

С диссертацией можно ознакомиться с библиотеке Санкт-Петербугского государственного технического университета. Автореферат разослан " _ 1992 года.

Ученый секретарь Специализированного совета Д 063.38.18 кандидат физико-математических наук

.У!

/1

С.И.Репин

:ер

1Бность темы. Оценивание состояния биологических систем

является важным этапом процесса решения задачи управления. Физико-химические методы анализа в первую очередь различные виды хроматографии и ее сочетания со спектральными методами приобретают все большее распространение при решении этих задач в интересах различных теоретических и прикладных разделов медицины, биохимии, экологии, сельского хозяйства, криминалистики, пищевой технологии и т.д. (МИгиКа, г1а1;к1з, Головня). Однако большинство хрома-

тографических методов исследования требует длительных процессов пробоотбора и пробоподготовки (НепвсЬеп). Это существенно снижает быстродействие систем диагностики и управления. Одновременно в целом ряде случаев метода сбора информации должны быть недеструктивными, т.е. сохраняющими без изменения объект исследования, а часто и дистантными. Всем перечисленным выше требованиям - эксп-рессности, недеструктивности и дистантности удовлетворяет система оценивания состояния биологических систем, которая может быть реализована на основе хроматографических методов анализа летучих органических соединений (ЛОС), генерируемых биологическими системами в окружающую среду в сочетании с эффективными алгоритмами обработки информации. Построение такой подсистемы в рамках системы управления могло бы быть формально рассмотрено как моделирование органа обоняния - дистантного хемоанализатора, позволяющего животным, находящимся на различных уровнях эволюционного развития, успешно ориентироваться во Внешнем Мире. Построение подобной системы невозможно без интегрирования информации из теории управления, сенсорной физиологии, аналитической химии следовых количеств органических соединений и когнитивной науки. Физическая реализация системы требует получения априорных оценок сложности алгоритмов решения задачи оценивания как для стадии сбора, так и обработки информации. Построение и анализ таких алгоритмов возможны только в случае разработки аналитических и имитационных моделей всего процесса решения задачи оценивания состояния биологических и экологических систем.

Разработка подобных новых подходов позволит реализовать концепцию "открытой системы поддержки принятия решений", способной к самостоятельному сбору аналитической информации, необходимой для принятия решения, а в дальнейшем и автономных лабораторий, ориен-

тированных на исследование медицинских и биологических систем и объектов окружающей среды. В частности, анализ ЛОС, определяющих сенсорные свойства (запах пищи и др.), позволит также обеспечить достоверный контроль качества пищи с позиции современной теории питания не только на основе "балансовых моделей", определяющих энергетическую и пластическую характеристики пищи, но и оценить "управляющий" фактор действия пищевых продуктов.

Исследования проводили в рамках программы " Обеспечение жизнедеятельности человека в процессах трудовой активности на основе вскрытия фундаментальных физиологических закономерностей" (ГКНТ и РАН).

Цель работы заключается в обосновании, разработке и реализации методов и технических средств моделирования восприятия ЛОС в живой природе для построения эффективных алгоритмов решения задач медицинской диагностики и оценивания состояния биологических и экологических систем. Основные задачи исследования:

I. Обосновать и разработать общие подходы к моделированию процесса хемокоммуникации в контексте решения задачи оценивания состояния биологических и экологических систем.

¿. Разработать формальные методы, позволяющие учитывать неопределенность получаемой при применении физико-химических методов анализа информации, используемой для решения задачи оценивания состояния биологических систем.

3. Разработать и реализовать на практике эффективные алгоритмы сбора и обработки информации о состоянии биологических и экологических систем с учетом неопределенности этой информации на основании данных физико-химического анализа ЛОС, имитирующего хемосенсорное восприятие сигнальных веществ, значимых в контексте решаемой задачи управления.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов. Общий объем работы 256 страниц машинописного текста, включающего 12 таблиц и 16 рисунков. Список использованных источников литературы состоит из 288 наименований.

Во введении обоснованы как необходимость проведения данного исследования в целом, так и выбор конкретных исследуемых биологических систем и моделей.

В главе I проведен анализ данных литературы по проблемам, связанным с ролью хемокомнуникаций в живой природе, а также по вопросам инструментального (физико-химического) и сенсорного (психофизического) исследования ЛОС при решении задач медицинской диагностики, а также управления в различных областях биологии, экологии, медицины, сельского хозяйства и пищевой технологии.

Глава 2 посвящена описании материалов и методов экспериментальных исследований, проведенных при выполнении работы.

В главе 3 приведены результаты собственных экспериментальных исследований ЛОС, а также проведено обсуждение этих результатов как с позиции анализа их информационных возможностей при решении задачи управления, так и с точки зрения неопределенности полученной информации. Описаны оригинальные приемы формального анализа результатов исследования ЛОС биологических систем физико-химическими методами в условиях неопределенности.

Глава 4 посвящена построению и последующему анализу алгоритмических функциональных и структурно-функциональных моделей процесса физико-химического исследования биологических систем в контексте решения задачи управления.

В главе 5 представлены результаты, иллюстрирующие возможности практического применения, предложенной в диссертации концепции эффективного решения задачи оценивания состояния биологических систем по данным физико-химического анализа летучих органических соединений.

Научная новизна работы определяется следующими основными положениями:

1. Впервые введено и формально исследовано понятие сложности решения массовых задач управления в биологических системах методами инструментальной аналитической химии (хроматографии и хромато-ыасс-спектрометрии). Формальный анализ некоторых основных проблем позволил классифицировать и построить иерархию задач проблемно-ориентированного хроматографического анализа по их сложности, т.е. осуществить их формальное прагматическое ранжирование.

2. Впервые сформулированы элементы концепции проблемно-ориентированного хроматографического анализа, как этапа решения задачи управления в сложных системах. Предлагаемое в рамках данной концепции решение задач методами ЭВМ-хроматографического анализа

носит рекурсивный характер, что позволяет построить иерархическую систему оценки качества получаемого решения как на промежуточных, так и на окончательных этапах процесса, имитирующую процесс эволюционного отбора "достаточно успешных" алгоритмов решения.

3. Теоретические исследования механизма решения задачи поиска и оценивания состояния шоци в живой природе позволили предложить понятие "эволюционно-сформированных" алгоритмов решения массовых проблем, классификацию и распознавание надмолекулярных систем по результатам хроматографических измерений, осуществляемых на молекулярном уровне, построения эффективных алгоритмов сбора, индуктивной обработки и интерпретации информации при решении массовых содержательных задач, в том числе в условиях неопределенности. Созданные алгоритмы сочетают в себе процедуры хроматографического измерения - регистрации профилей, характеризующих "код" объекта исследования (в первую очередь за счет использования летучих органических соединений)и генерирования альтернативных экспериментальных данных на ЭВМ и их проверку.

4. Для формального количественного описания явления неопределенности в хроматографическом и хромато-масс-спектрометрическом анализе (включая формирование артефакта анализа) предложен математический аппарат "неполностью определенных графов", построен алгоритм решения задачи выявления и устранения неопределенности и оценена его сложность.

5. Сформулированы ]фитерии, позволяющие априорно установить физическую разрешимость задачи выявления и устранения неопределенности экспериментальных данных.

6. Разработаны и программно реализованы концепция графического интерфейса "эксперт в проблемной области - ЭВМ", "матрицы нечеткого сходства", а также способ сравнения классификационных деревьев, построенных на основании использования различной по своей природе информации, что позволяет учесть внутренние (не вербализуемые экспертом) знания и повысить как качество постановки конкретной хемометрической задачи, так и достоверность проверки адекватности получаемого решения.

7. Для решения задач прикладного хроматографического анализа разработаны и программно реализованы функциональные и структурно-функциональные модели, объединяющие задачи исследуемой проблемной

области и процесс их решения хроматографическими и другими методами физико-химического анализа. Модели включают стадии конструктивной постановки задачи оценивания состояния биологической системы, сбора, обработки и интерпретации экспериментальной информации, а также оценки качества получаемого решения исходно поставленной задачи.

8. На примере "абстрактных химических анализаторов" (моделирующих как деструктивные, так и недеструктивные методы физико-химического анализа) предложена концепция "абстрактных когнитивных машин", что позволяет обобщить понятие сложности алгоритма решения вычислительной задачи до случая решения хемометрической измерительно-вычислительной задачи в контексте исходно сформулированной массовой проблемы управления.

9.Разработаны и программно реализованы новые методы сравнения сложных хроматографических профилей и эффективного поиска на них сигналов заданной формы, основанные на применении методов дискретного математического моделирования

Теоретическая значимость. Впервые обоснованы элементы концепции проблемно-ориентированного хроматографического анализа, обеспечивающей преобразование исходной постановки решаемой задачи из парадигмы проблемной области ("декларативные и дескриптивные знания") в понятиях теории управления и аналитической химии ("операциональные знания").

В рамках данной концепции осуществляется априорный анализ физической разрешимости задачи, поиск эффективных (в смысле их формальной сложности) алгоритмов решения задачи, оптимально сочетающих в себе как измерительные , так и вычислительные процедуры, а также имитационное моделирование и "наивную" программно-аппаратную реализацию "эволюционно-сформированных" существующих в живой природе способов решения аналогичных задач. Предложенный подход позволяет реализовать семантический и прагматический анализ полученного решения в контексте исходной содержательной постановки задачи с учетом фактора неопределенности информации на всех этапах решения.

Практическая значимость. Предложены подходы, позволяицие провести априорную оценку физической разрешимости задачи оценивания состояния, а также минимизировать измерительный и вычислительный

7

ресурсы ее решения. Отдельные метода и программы, разработанные в диссертации, внедрены в практику и используются при решении задач зкотоксикологии, экологической криминалистики, исследования процессов ассимиляции продуктов питания, пищевой технологии и др. Программно-аппаратный комплекс, базирующийся на оптимальном алгоритме сбора информации, получаемой методами газовой и жидкостной хроматографии, УФ спектрометрии и реологии и эффективных алгоритмах ее последующего анализа и интерпретации, позволил на практике реализовать как исследования процессов созревания и хранения сельскохозяйственной продукции, так и изучение влияния стрессирую-щих агентов различной природа на пищеварительную систему животных. На защиту выносятся:

П Концепция 5 принципы построения проблемно-ориентированной ЭВМ-хроматографической открытой системы поддержки принятия решений в задачах управления биологическими и медицинскими системами.

2. Построение и анализ алгоритма решения задачи поиска и устранения артефакта в задачах качественного хроматографического и хромато-масс-спектрометрического анализа.

Возможность принципиальной и физической реализуемости решения экспериментальной задачи в условиях неопределенности и оценка сложности алгоритмов такого решения.

3. Алгоритм получения верхних оценок интегральной размытости (диффузности) информации (допускающей верное решение исходной задачи) на стадии предварительного хроматографического исследования, основанный на регистрации хроматографического профиля-"кода" объекта исследования, генерировании при помощи ЭВМ альтернативных массивов экспериментальных данных и последующей оценке их качества.

4. Эффективный алгоритм поиска аналитического сигнала заданной формы на хроматографических и спектральных аналитических кривых.

5. Построение, анализ и программно-аппаратная реализация эффективных алгоритмов решения массовой проблемы оценивания состояния биологических и экологических систем, имитирующих эволюционно-сформированные механизмы ориентации на основе хеморецепторной информации.

6. Способ количественной оценки степени неопределенности информации, используемой при решении конкретных аналитических задач. Способ интегрирования и последующей совместной обработки

информации при решении задачи оценивания состояния биологических систем пищи по данным хроматографического анализа нетоксичных компонентов.

Концепция и практическая реализация графического интерфейса "Эксперт в проблемной области - ЭВМ- лицо, принимающее решение", позволяющего интерпретировать не вполне формализуемые представления в рамках решаемой задачи в понятиях хроматографического анализа и оценивать качество полученных результатов.

7. Аналитические и имитационные функциональные модели, интегрирующие исходную постановку массовой проблемы и весь процесс решения конкретной задачи с позиции теории управления. Структурно-функциональные модели "абстрактных (деструктивных и недеструктивных) химических анализаторов" и их обобщение до концепции "абстрактных когнитивных машин".

8. Совокупность результатов применения эффективности предложенных подходов, моделей и алгоритмов для решения задач управления экспериментальными исследованиями в области экотоксикологии; экологической криминалистики и современной науки о питании.

Апробация работы.

Материалы, изложенные в диссертации были представлены в виде докладов на следующих конференциях и симпозиумах:

I Международный симпозиум по системам искусственного интеллекта (Ленинград, 1983); Всесоюзная конференция по искусственному интеллекту (Переславль- Залесский, 1988); Семинары "Теория сложности вычислительных алгоритмов" (Ленинградское отделение Математического Института им.Стеклова АН СССР, 1988-1990); Семинар Физико-технического Института им.А.Ф.Иоффе АН СССР (Ленинград, 1990).

Конференция "Использование биомассы микроорганизмов для пищевых целей" (Пущино, 1984); 7-ая конференция молодых ученых-биологов "Изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов" (Саласпилс, 1987); X Всемирный симпозиум по обонянию и вкусу (Осло, Норвегия, 1989); 2-я Всесоюзная конференция "Принципы и механизмы деятельности мозга человека" (Ленинград, 1989); X Всесоюзное совещание по эволюционной физиологии, посвященное памяти акад. Л.А.Орбели (Ленинград, 1990).

V Всесоюзная конференция по аналитической химии органических соединений (Москва, 1984); V Дунайский Симпозиум по

хроматографии (Ялта. 1985); VII Всесоюзная конференция "Использование вычислительных машин в химических исследованиях и спектроскопии молекул" (Рига, 1986); Всесоюзная конференция "Математические методы и ЭВМ в аналитической химии" (Москва, 1986); 2 совещание "Химия запаха пищи" (Каунас, 1987); Всесоюзная конференция "Химические сенсоры-89" (Ленинград, 1989); Межвузовская конференция "Молекулярные графы в химических исследованиях" (Калинин, 1990); Всесоюзная конференция по истории и методологии аналитической химии (Москва, 1990); VI Всесоюзная конференция по аналитической химии органических веществ (Москва, 1991); 3-й Варбургский симпозиум по запаху пищи (Айзенах Германия, 1991); 3-й Всемирный конгресс по пшцевой технологии , (раздел "Инженерия знаний. Экспертные системы") (Торонто, Канада, 1991 г.)! Сессии Научного Совета по аналитической химии АН СССР (Суздаль, 1989, Звенигород, 1990); Московские городские семинары по аналитической химии (Москва, ГЕОХИ, 1988, 1992); Московский городской семинар по органическому анализу (Москва, ИНЭОС, 1990); Российско-Японский симпозиум по аналитической химии (Москва,1992). Содержание работы.

Хемокоммуникации в живой природе и возможность использования химической информации при решении задач управления.

В настоящее время на стыке физиологии и биохимии "сенсорных систем, экологии и аналитической химии следовых количеств органических соединений сформировалась новая область знаний с еще неустойчивым названием - "экологическая биохимия" (Harbome), "химическая экология" (Barbier), "химия знаковых соединений" (Aeree, Soderlund). Многочисленные сообщения свидетельствуют о все большем понимании той исключительно важной роли, которую играют хемокоммуникации для нормального функционирования живых существ, находящихся на всех уровнях эволюционного развития.

За счет дистантной химической информации, носителями которой служат молекулы ЛОС осуществляются поиск и "оценка качества" пищи, выбор полового партнера, реализация доминирующего и подчиненного поведения не только для низших животных, во и для млекопитающих и даже человека.

Достижения аналитической химии следовых количеств органических соединений, в том числе ЛОС, позволили во многой прояснить природу

"сигнальных молекул", выявить структуры различных феромонов, пищевых аттрактантов и репеллентов и т.д. Была даже сформулирована формальная гипотеза о возможности описания процесса хемокоммуника-ции при помощи некоего "языка" (Минор). В последнее время осуществляется все большее число попыток сопоставления описания запаховых стимулов различной природы ( в первую очередь, традиционных и новых видов пищи) как по данным физико-химических, в особенности хроыатографических методов анализа, так и при помощи дескриптивных методов сенсорного анализа (1)га7п1екв). Эти исследования, также как и непосредственное физико-химическое изучение следовых количеств ЛОС наталкиваются на проблему неопределенности информации. Содержательные (хемоаналитические и биохимические) аспекты проблемы неопределенности, включая возможность формирования артефакта анализа, были подняты еще в 70-х годах (Н111тап) и далее подробно описаны, в частности, в монографии В.Б. М1сШе11с1г. Формальные аспекты проблемы неопределенности экспериментальной информации и правдоподобности полученных результатов восходят еще к классическим работам С.Ро1уа и Ь^айеИ. Алгоритмические аспекты этой проблемы подняты и изучены рядом авторов (КПг, ТгаиЬ, Сагеу). Несмотря на реальное существование явления неопределенности экспериментальной информации, возникающей на всех этапах физико-химического анализа ЛОС, являщихся носителями химической информации, хроматографические методы исследования позволили успешно применять результаты анализа ЛОС, в частности, парофазный анализ (Иоффе, Витенберг) для решения многочисленных задач медицинской диагностики, экологии, пищевой технологии и т.д.

Вместе с тем до сих пор не было проведено целенаправленных исследований, в которых была бы осуществлена попытка использования моделирования процесса хемоориентации в живой природе для построения эффективных алгоритмов решения задач управления с позиции теории управления, экологической биохимии и аналитической химии следовых количеств ЛОС, а также оценка информационных возможностей этого процесса.

Неопределенность информации, получаемой методами хроматографи-

ческого анализа ЛОС. (Причины, пути ее выявления и устранения).

Удобной моделью для изучения процессов управления в живой природе, имеющей одновременно важное практическое значение, является исследование феромонов насекомых. Был изучен агрегационный феромон таракана Periplaneta americana. Сочетанием недеструктивных методов экстракции феромонов с жидкостной хроматографией (ЖХ), газовой хроматографией (ГХ) и хромато-масс-спектрометрией (ГХ-МС) было осуществлено выделение двух поведенчески активных фракций и проведена попытка установления структуры феромона. Выделенные фракции были различны по своей способности управлять поведением насекомых: одна из них обладала только аттрактивным действием, а вторая еще и арестант-ным. Однако идентифицированные методом ГХ-МС компоненты активных фракций, в частности, различные эфиры фталевой кислоты были интерпретированы нами на основании биотестов, проведенных с использованием синтетических продуктов, как артефакт анализа. Таким образом, результаты проведенного исследования содержат элемент неопределенности, связанный с ресурсом исследования. Появляется необходимость получения конструктивной оценки ресурса, необходимого для выявления и устранения неопределенности решения задачи идентификации ЛОС.

Более простой моделью изучения управляющего действия Л ОС является исследование запаха пищи. Роль дистантной хеморецепции в управлении пищевым поведением высших животных рассмотрена, в частности, В.Г.Кассилем. С другой стороны, показана исключительная важность компонентов эфирных масел для пищевого поведения насекомых. Поэтому в качестве объекта исследования фракции эфирных масел нами были выбраны петрушка огородная (Petroselenum sativrn L.) и сельдерей пахучий (Apivm graveolen L). В отличии от предыдущей модели объем анализируемого образца мог увеличиваться, практически до любых пределов, что позволило идентифицировать методом ГХ-МС ряд ЛОС, характеризующих сенсорные свойства этих продуктов (табл.1). Однако в данном исследовании неопределенность экспериментальной информации сохраняется. Эта неопределенность обусловлена зависимостью результатов идентификации от условий регистрации хроматограммы и масс-спектра, а также от используемых алгоритмов

поиска и содержания библиотеки спектров. Дополнительным фактором, увеличивающим неопределенность, является сопряженное с инструментальным сенсорное исследование, в ходе которого испытуемый осуществляет существенно более сложную поведенческую реакцию (в том числе за счет вербализаций своих ощущений), чем в предыдущем случае. Табл. I.'

Идентификация некоторых органических соединений фракций эфирных масел из листьев петрушки огородной (Petro3elenwn sativum L.)

N пика frn Идентифицированное Время удер- - # Мол.вес. Формула

вещество живания

i 10 I,2-дигидронафталин I 4 1327 130 С10н10

2 15 Декалин 5 0 662 138 С10Н18

II З-гептен-1-ол 5 0 482 114 с7н14о

3 5 1-цианобутен-1 5 4 714 81 c5htn

4 4 Линалилацетат 6 0 351 196 С12Н20°2

5 7 0ктан-4,5-дион 6 9 2048 142 С8Н14°2

5 2-изопропилоксетан 6 9 1779 100 с6н12о

6 3 6-ме тил-3-цианопирид- 134 с7нбы2о

2-он 7 6 2356

7 II 6-кадинол 8 8 147 222 С15Н26°

10 В-гуржунен 8 8 137 204 °15Н24

8 5 I,4-бутандиол 9 4 626 90 С4Н10°2

9 6 а-пинен 9 8 1683 136 С10Н16

10 8 1-гептанол 9 9 480 116 С17Н16°

II 3 2-этинил-2-бутанол II 4 499 98 с6н10о

12 13 Гумулен 10 3 136 204 °15Н24

гг Кариофиллен 10 3 134 204 С15Н24

ii р-гуржунен 10 3 137 204 С15Н24

13 4 4-метил-пентан-

14 3 нитрил 12 8 1331 97 С6Н11Н

4-метил-1,2-

эпоксипентан 13 4 1796 100 сгн1?о

15 2 1-иетил-пент-4-ен- О 1 С.

2-он 14 0 1774 98 с6н10о

16 5 Сабинилацйтат 16 4 1735 194 С12Н18°2

17 5 1-гептен-4-ол 16 9 486 114 С6Н14° ..

18 2 Флуоровцетат 17 7 1029 76 cqh^of

В живой природе дистантная хеморецепция служит источником информации о физиологическом статусе наблюдаемого объекта. Одновременно, все больше встречается сообщений об использовании ЛОС для решения задач медицинской диагностики. Однако на практике постановка диагноза осуществляется за счет интегрирования данных инструментальных исследований, и, по сути, сенсорных наблюдений врача, которые необходимо соответствующим образом документировать. Поэтому нами процесс сбора, обработки и последующего интегрирования разнородной по своей природе информации был промоделирован на примере ГХ-МС анализа ЛОС мышечной ткани рябчика (Tetraates Ъопаа1а) и курицы (ваНиа gallus), подвергнутых УФ-облучению. Установлено, что в мышечной ткани рябчика достоверно накапливаются тиофен и его гомологи, являющиеся вторичными продуктами деградации серусодержащих аминокислот. Эти соединения целесообразно рассматривать как индикаторные. Получены оценки, характеризующие информационные возможности формального описания происходящих во фракции ЛОС изменений (ГХ-МС анализ) и описание этих изменений на языке, близком к естественному (дескриптивный сенсорный анализ). Показано, что формальные информационные возможности дескриптивного сенсорного анализа запаха почти в три раза меньше по сравнению с инструментальным ГХ-МС-анализом ЛОС. Этот вывод позволяет предположить, что для снижения неопределенности, возникающей при проведении комплексных исследований фракции ЛОС биологических систем и обусловленной низкой разрешающей способностью дескриптивных методов, целесообразно для решения задачи оценивания состояния биологических систем, по возможности, использовать только инструментальные (предварительно верифицированные) физико-химические методы анализа ЛОС. Результаты такого анализа могут рассматриваться как модельное множество признаков - "образов" объектов исследования. Решаемая задача оценивания состояния сводится к задаче распознавания образов, успешно решаемой в настоящее время. Проблема состоит в этом случае в поиске оптимального алгоритма синтеза образа, т.е. способе сбора экспериментальной информации и представления ее во внутреннем формате ЭВМ.

Для решения практических задач управления в биологических системах важным является построение не только быстрых и надежных

алгоритмов сбора экспериментальной информации, но и практическая реализация этих алгоритмов за счет использования недеструктивных, а, по возможности, и дистантных физико-химических методов анализа. Для формального сопоставления информационных возможностей ГХ анализа конденсированной жидкой и паровой фаз, содержащих ЛОС, а также дескриптивного сенсорного анализа запаха было проведено исследование искусственных пищевых ароматизаторов. Основным и неожиданным результатом этого исследования явилось то, что даже квалифицированные тренированные испытуемые устойчиво реагировали на порядок предъявления им изучаемых запаховых стимулов, что и было наш специальным образом формально зарегистрировано.

Исключительно важной для аналитической химии запаха является проблема интегрирования результатов хроматографических (в том числе в сочетании с другими инструментальными методами, например хромато-масс-спектрометрией) исследований с данными сенсорного анализа. С этой целью был разработан специальный математический аппарат "матрицы нечеткого сходства" (МНС).

Результаты были упорядочены в виде квадратных матриц, в заголовках строк и столбцов которых размещались указываемые испытуемыми дескрипторы запаха (ДЗ). Далее группе испытуемых было предложено интуитивно оценить расстояние между соответствующими ДЗ. "Нечеткая" шкала расстояний в ДЗ-пространстве описания объектов исследования строилась следующим образом:

при тождественности описаний ДЗ расстоянию присваивали значение "I"; при полной противоположности - "-1";при несравнимости описаний- "О".

Возможно было указать любое промежуточное значение между предъявляемыми ДЗ; в зависимости от порядка их предъявления наблюдалась асимметрия расстояний, т.е. построенная МНС явилась ассиметричной, что необходимо учитывать при сравнении с обычными матрицами расстояний, получаемыми в пространстве ГХ-МС описаний. Таким образом понятно,что переменные различных типов необходимо привести к общему формату, в котором в дальнейшем и работать. В качестве такого удобного формата предлагается использовать классификационные деревья, листьями которых являются объекты исследования. Для построения классификационных деревьев для случая подпространства признаков, описываемых лингвистическими переменными, предложена оригинальная концепция графического интерфейса, позволившего, с

одной стороны, формально сопоставить семантику различных лингвистических переменных, а, с другой, ввести понятие сложности семантической области и количественно ее оценить.

_Мо,дель_вычислений^

1. Пусть в неявном виде существует идеальное классифицирующее дерево Т, структура которого неизвестна и никогда точно известна не будет.

2. Любые классифицирующие деревья Т^-,..,Тн являются лишь более или менее удачными приближениями, зависящими от выбранного пространства описания, алгоритма построения и т.д.

3. Дерево, которое в настоящий момент построено с учетом всех возможных деревьев Т^,..,ТН, будем называть универсальным (на данный момент) классифицирующим деревом и обозначим его Т0-

4. Классифицирующие деревья суть взвешенные деревья, в которых для каждой весовой функции ее значение, принимаемое на вершине-предке, является средним от множества значений, принимаемых на потомках любого уровня.

5. Формальная проверка истинности высказывания сводится, таким образом, к построению классифицирующего дерева по экспериментально определенным значениям весовых функций, заданных на некотором подмножестве листьев идеального классифицирующего дерева Т и сравнении полученного поддерева Т с поддеревом, определенным на множестве тех же листьев универсального дерева Т0 в смысле множества разрешенных разбиений листьев.

Одновременно интерес представляют и прогностические способности каждого из выбранных методов. При этом необходимо учитывать, что получаемые при помощи данной обучающей выборки фактически точечные оценки могут оказаться неверными при переходе к более широким интервалам значений, принимаемых каждым из признаков в случае массовых анализов. Для учета вариации свойств объектов исследования нами был разработан оригинальный индуктивный алгоритм совместной обработки исходных экспериментальных даннных, полученных методами хроматографического анализа нетоксичных компонентов пищи и генерированных на ЭВМ массивов, представляющих собой, по существу, результаты альтернативных "измерений" (рис.1).

При разработке новых искусственных ароматизаторов, помимо перечисленных выше задач, необходимо также формально решить проблему

Рис. I. Алгоритм обработки неполных и нечетких данных

хроматографического анализа, имитирующий процессы обобщения и индуктивного рассуждения эксперта. □ I. Исходный массив экспериментальных данных; 2. Массив экспериментальных данных после первичной сортировки; 3. Результаты предварительного анализа экспериментальных данных; 4. Визуализация экспериментальных данных; 5.1. Результаты классификации объектов исследования; 5.2. Результаты классификации признаков, формирующих пространство описания объектов исследования; 6. Рандомизированный массив экспериментальных данных; 7. Результаты, полученные экспертами при анализе экспериментальных данных; 8. Ответ, о I. Модуль первичной сортировки данных; 2. Модуль предварительного анализа данных; 3. Модуль визуализации; 4. Модуль работы с экспертами; 5. Прикладной программный продукт "кластерный анализ"; 6. Модуль рандомизации.

Рис 2. Формальная постановка массовой задачи оценки качества пищи

с позиции проблемно-ориентированной аналитической химии. Е - Эксперт (Экспертная система); М - "Тест-организмы"; Ъ - "Лаборатория аналитической химии"; Р - Внутренние свойства объекта исследований; Н - "Сенсорные" характеристики объекта исследования; Б -Симптомы состояния тест-организма; 0 - "Признаки" объекта исследования для тест-организма; 7/ - Инструментально-измеренные характеристики свойств Р; Б - Инструментально-измеренные характеристики симптомов Б; и - Инструментально-измеренные характеристики признаков

эффективного поиска на хроматограмме сложного ыультиплетного сигнала заданной формы независимо от его абсолютной величины. Для сложных хроматографических профилей предложены и реализованы некоторые оригинальные классификационные процедуры. Для всех полученных результатов классификации количественно оценена устойчивость решения. Установлено, что наивысшей устойчивости«обладают классификации, осуществляемые по данным, подвергнутым процедурам дифференцирования и нормировки.

Для оценки сложности алгоритма поиска и устранения неопределенности результатов физико-химического анализа предложен оригинальный математический аппарат неполностью-определенных графов (НОГ), позволяющий количественно оценить трудоемкость решения задачи ГХ-МС идентификации летучих органических соединений. Концепция НОГ сводится к следующему.

Определение I. НОГ называется граф G = (V,T), содержащий вершины двух типов: V = (TUF) (истинные и мнимые). Множество ребер, соединяющих эти вершины, является также объединением двух множеств: Е = Ej U Ер. Множество ребер Ет состоит из тех и только тех ребер, которые соединяют вершины из множества Т. Множество ребер, инцидентных i-вершинам, обозначено Ер.

Определение 2. Реальной частью НОГ G называется граф G., = (Т.Ец,).

Определение 3. Ядром реальной части G1 НОГ G называется наибольший связной подграф GQ графа G^.

Граф G описывает объект - анализируемую систему А0, все компоненты которой реально существуют, но не определены на данном этапе исследования. Полное и достоверное представление об А0 может быть дано при помощи единственного графа g из семейства Q,

которое индуктивно построено из НОГ: G —Q (символ Q обозначает индуктивное построение семейства графов в обычном смысле: Q = (g)).

По определению строящееся семейство Q = U gh графов имеет общее ядро G0(G0C Со = " 0чевида°> чго чем больше

имеется достоверной информации об анализируемой систем, тем больше ядро Gq, тем соответственно меньше мощность семейства Q.

Семейство всех графов с данным ядром Gq построено двойной * индукцией по числу вершин обоих типов графа С, где i ; EO.nl, a ji II,kl.

Число шагов данного алгоритма построения семейства Q оценивается следующим образом. Время работы такого алгоритма можно оценить квалпатичной функцией 0(ш2), где m - число всех вершин НОГ G.

Естественной мерой сложности исходного НОГ G разумно было выбрать мощность множестза Q, порожденного G, которая равна |¡?(G)| = 2 (k)2(n+m)(n+m+1)/2 0<m<k m

Воспользовавшись результатами, оценивающими сложность графов как конечных математических объектов, окончательно получаем в качестве верхней оценки сложности НОГ С (G) сложность семейства С (Q)i C(G) «: C(s) = I С(ё1).

Полученные формальные результаты позволяют количественно оценит>. сложность задачи качественного анализа объекта неизвестного состава, исходя из экспериментальных данных, включая число потенциальных артефактов анализа и априорно заданных правил их формирования. Физический смысл такой сложности - время работы алгоритма и объем памяти ЭВМ, необходимые для решения задачи - "восстановления" по результатам ГХ-МС анализа качественного состава объекта анализа - измеряется временем работы алгоритма построения семейства традиционных графов, порожденного НОГ, описывающим анализирующую систему (включая время работы не только "вычислительного" ЭВМ-процессора, но и "измерительного" ГХ-МС-"процессора").

Моделирование процесса решения задач в оценивание состояния биологических систем и элементы концепции абстрактных химических анализаторов.. На основе анализа данных литературы и собственных исследований построен "сценарий"-последовательность правдоподобных рассуждений и измерений при решении массовой задачи оценивания состояния биологических систем . и сформулирована задача оценки объективной сложности реализации такого "сценария", а также его отдельных этапов. Сформулирована задача оценки сложности алгоритма реализации различных этапов "сценария" решения задачи оценивания, как задача дискретной оптимизации и получено ее решение, проведена классификация решаемых содержательных задач.

На основании оригинальной предлагаемой конструкции "(2-графов" реализовано формальное (аналитическое и имитационное) функциональное моделирование класса массовых задач оценивания состояния, решаемых на основании физико-химического анализа биологических систем (рис. 2). В отличие от всех предшествующих исследований задачи оценивания понятие состояния ("качества") рассматривается формально как двухместное отношение, заданное на множестве внутренних (недоступных наблюдению в явном виде) параметров объекта (пища, экологическая ситуация, лекарственный препарат, материал и т.д.) и субъекта ("наблюдатель", "лицо, принимающее решение"). Конструктивно (с точностью до способа построения) заданы возможности измерения, наблюдения и управления эксперта в проблемной области. Предложены формальные модели различных характеристик физико-химического измерения (чувствительность, разрешающая способность, инерционность и т.д.), описывающие систематические и случайные составляющие погрешности химического измерения. Построена модель физико-химического измерения, изменяющего траекторию идентифицируемой по данным такого исследования системы.

Ключевым для построения алгоритмической модели решения задачи оценивания состояния по данным физико-химического анализа является понятие алгоритмической сложности, введенное А.Н.Колмогоровым.

Относительная колмогоровская сложность К.(х) слова х относительно

# *

метода программирования - алгоритма А: У > X определяется следующим образом:

Гш1п(у) А(у) = х, х € X*, у € У*

КА(х)

+оо, если Уу А (у) ф х,

где X*, У* - множества слов в фиксированных алфавитах X и У, |у| - длина слова у.

Если А(у)=х, то слово у называется кодом илчиа х, относительно декодирующего алгоритма А.

Представляет интерес исследование функций Кд для случаев построения декодирующих алгоритмов, возникающих при решении задач оценивания состояния биологических систем, в частности, по данным хроматографического анализа. Хроматографические и хромато-масс-спектроыетрические профили интерпретировались нами как кода без формального доказательства правомочности подобного подхода. Предложена структурно-функциональная имитационная модель, позволяющая

строго исследовать возможность и границы распознавания химического объекта по его "хемоаналитическому" коду и описывающая как химические объекты различных уровней сложности (от "элементов" до "организмов" и "таксонов"), так и способы хемометрического иссле-довгпмя: "взвешивание", "экстракция", "хроыатографический анализ", "спектрометрический анализ" и т.д. Получены оценки сложности алгоритмов анализа, синтеза и распознавания образов модели, предстйвлящсго собой особую грамматику, заданную на частично упорядоченных деревьях, и сводимых к этой модели практических содпржчтрпышх задач.

Для моделирования деструктивных методов исследования в хемо-метрике построена модель "{Лира структур и компонентов" (БС-Мир). "АбстряктннГС ,№структивный химический анализатор", позволяет наряду с "химическим" проводить и "морфологический" анализ объекта исследования. Подобная содержательная интерпретация дает, с одной стороны, возможность расширить класс исследуемых модельных задач. С другой стороны, архитектура БС-Анализатора позволяет оценить погрешиии'; а различных этапов анализа и формирование артефакта анализа па разных его стадиях, включая неадекватное хранение исходного образца (рис. 3). Модель позволяет построить иерархию сложности различных классов массовых задач управления в биологических и медицинских системах. Важным следствием БС-Модели является возможность описания в ее понятиях процессов, происходящих п живой породе, в частности, процессов хемокоиыуникации, а также ассимиляции и диссимиляции пищи. При этом процессы питания и пищеварения возможно описывать как с позиций классической - балансовой, так и современной - небалансовой теории питания. Данное следствие позволяет количественно оценить влияние изменения дескриптивных и декларативных знаний - парадигмы проблемной области на изменения операциональных знаний, в том числе операций (измерительных и вычислительных), применяемых для решения исходных оодрртчтельно-поставлешшх задач управления в этой проблемной области.

Предложена оригинальная модель "Машины для Идентификации Деревьев". Эта Машина может быть интерпретирована как модель недеструктивных методов анализа, в частности, проводимых с использованием радиоактивных изотопов, а также хенокомыуникаций в живой

Рис. 3. Архитектура Абстрактного Деструктивного Химического

Анализатора (АДХА). DAR - интерфейс, соединяющий АДХА с Виртуальной Вычислительной Машиной RAM (поле памяти в обычном смысле); INJ - система "ввода" объектов исследования из Внешнего Псевдофизического Мира; SC-ЮТ -преобразователь АДХА-сигналов в RAM-формат; S-модуль (S1 - S3) -процессоры, осуществляйте "морфометрический" анализ; С-модуль (С1 - С8) - процессоры, осуществляющие "химический" анализ; MAR (MAR С, MAR S) - "поле" памяти, предназначенное для хранения объектов Псевдофизического Мира.

Рис. 4. Архитектура Абстрактного Недеструктивного Химического

Анализатора (АНДХА). I. Измерительный модуль; 2. Резервуар используемых частиц; 3. Регистры запуска частиц; 4. Счетчик частиц; 5. Таблица регистрируемой информации; 6. Абстрактная Вычислительная Машина; 7. Накопитель отработанных частиц.

природе. Внешний Мир Машины для Идентификации Деревьев представляет собой два множества объектов: "помеченные деревья" и "частицы". Эти объекты взаимодействуют между собой. Машина способна по входу - набору деревьев распознать среди них заданное ей в памяти в традиционном формате и/или установить структуру неизвестного дерева. Измерительные процедуры сводятся к запуску частиц различных типов по исследуемому дереву и формированию матрицы данных. Объект исследования - дерево при проведении подобной процедуры (в отличие от рассмотренных нами ранее версий Абстрактных Химических Анализаторов) может оставаться неизменным и доступным для последующего изучения. Модель позволяет оценить ресурс измерения, необ-хгургмыЛ для уст<т«я*оии<? структуры объекта с заданной точностью, вплоть до изоморфизма (рис.4).

Оценка сложности__алгоритма для идентификации дерева,

зада|гного_в_неканон^еском_виде^ Алгоритм состоит из следующих основных этапов:

1). Установление глубины Ь дерева t.

2). Установление существования общего предка (помимо корня) для любой пары листьев и расстояния между листьями, входящими в эту пару. Построение матрицы расстояний Смоленского-Зарецкого.

3). Построение матрицы смежности на основании матрицы Смоленского-Зарецкого. (Переход к каноническому виду задания дуж) ■

4). Распознавание изоморфизма деревьев, заданных в каноническом видн.

Очевидно, что первые два этапа реализуются с объектами Псевдофизического Мира - частицами.

Оценка ресурса, необходимого для проведения первого этапа О (к) частиц, где к - число листьев:

Оценка ресурса, необходимого для установления расстояния между двумя вершинами: 0р(1?) частиц.

Для всех пар вершин (с учетом первого этапа): 0р(к»(1+2к*Ь2)) частиц. Эта оценка представляет, по существу, материальный ресурс проведения измерения в рамках решения поставленной задачи.

Оценка времени проведения исследования: 0^(Ь*к) - худшее время установления глубины дерева. 0^(Ь2*1пЬ) - время, необходимое для поиска максимального элемента,

характеризующего расстояние иезду вершинами.

(L*k*(L2*k + 1)) - время, необходимое для построения матрицы Сыолвнского-Зарецкого.

Некоторые примеры, иллюстрирующие практические возможности пбстроения эффективных алгоритмов решения задачи оценивания состояния биологических систем.

Высокий уровень загрязнения округа идей среды ксенобиотиками различной природы требует проведения целенаправленных исследований их г<»нм9отного воздействия, в частности, для выявления синэргетического эффекта. Очевидно, что подобные исследования не могут бы;ь реализрваны в рамках идеологии традиционного скрининга. Нами был предложен эффективный алгоритм поиска наиболее лабильных к внешним воздействиям органов на основании регистрации хроматографических профилей различных компонентов тканей, выявления величины относительных изменений и ЭВМ-генерирования альтернативных массивов экспериментальных данных на стадии предварительного "разведочного" анализа. Важным этапом проведения подобных исследований является получение конструктивной оценки устойчивости процедур физико-химического измерения по отношению ко внешним воздействиям и исключение "неустойчивых" процедур. Был разработан способ сравнения, позволяющий количественно оценить это свойство процедуры анализа. Предложенный подход апробирован для случая практического изучения изменения физиологического состояния живой рыбы в замкнутой экосистеме, а также действия солей тяжелых металлов на организм лабораторных животных in vivo.

Для рассмотрения эффекта совместного действия N компонентов на организм .необходимо изучить 2М вариантов взаимодействия. При этом исключительно важным становится решение задачи минимизации ресурса, необходимого для проведения исследования каждого из 2 вариантов. В качестве примера нами было выбрано изучение взаимодействия катионом u;j;;h с организмом. В настоящее время этим важным экспериментам посвящена обширная библиография, что позволило проверить получи.:ми;о нами результаты в условиях ограничения измерительных и вычислительных ресурсов, сверить их с данными, полученными без ограничения ресурса, и тем самым, оценить качество работы построенного алгоритма исследования. Следует подчеркнуть следующие важные использованные приемы: I) любая корректная процедура,

выполненная в рамках решения задачи, должна сохранять порядок на множестве г^тг^Фотч ипопотювчния, 2) формальные классифицирующие процедуры, выполняемые над множеством экспериментальных данных, позволяют имитировать рассуждения эксперта в предметной области, исходно разбивающего множество объектов на классы эквивалентности, который ожидает в качестве ответа разбиения по данным химического анализа' и сравнивает построенные разбиения (собственно результаты химического анализа он рассматривает как промежуточные и только направленные на получение интересующих его разбиений), 3) с точки зрения совершающей классифицирующей процедуры неразличимы результаты исходных химических измерений и генерированные на их основе "ЭВМ-симулированные" данные, попадающие в правильные классы эквивалентности. Формальное сравнение деревьев позволяет оценить информационную "жесткость" каждой стадии исследования. Применяя процедуру классификации для совокупности реальных ВЗЖХ экспериментальных данных и генерированных на их основе "испорченных" хроматограф, были установлены допустимые верхние границы воспроизводимости экспериментальных данных. Они составили 5% и 8%, соответственно, для аналитических сигналов неподвергнутого и подвергнутого процедуре программного дифференцирования.

Цепочка рассуждений в традиционной аналитической химии выглядит следующим образом:

образец * аналит »- способ определения * аналитический результат содержательный результат.

В рамках проблемно-ориентированного хроматографического анализа цепочка рассуждений начинается с содержательного результата, полученного в парадигме проблемной области, и имеет вид: содержательный результат > требуемый аналитический результат необходимый способ измерения и вычисления * список удобных аналитов > адекватный образец.

Анчлотачнов рассуждение позволяет построить удс^чие для экспериментатора и правдоподобные с позиции эксперта в проблемной области точки отбора пробы. При этом оказывается естественным перейти от исследования пищеварительной системы с точки зрения ее морфологии к изучению влияния времени пребывания пищи в желудочно-кишечном тракте животного на интенсивность процессов ее ассимиляции, т.е., фактически, к хорошо известным в аналитической химии

кинетическим методам.

Рассмотренные ранее отдельные элементы архитектуры "решателя", предназначенного для функционирования в рамках конкретной проблемной области, использующей методы хемометрики и состоящего из аппаратных и программных средств измерения, вычисления и управления иллюстрированы на примере решения кошфетной задачи "об изменении качества сельскохозяйственной продукции при хранении". При решении практических задач особое внимание было уделено проблеме переходя от декларативных и дескриптивных знаний в проблемной области к операциональным знаниям, необходимым для реализации них-1 йльных и вычислительных операций. Реализована концептшн ->волюционно-сформированного эффективного решателя хемо-метрических задач. Показано, что уменьшение трудоемкости (ресурса) измерений может быть достигнуто только за счет увеличения трудоемкости вычислений (обработки) экспериментальных данных, т.е. общая сложность хемометрической задачи является постоянной величиной.

Выводы.

1. Предложена и обоснована концепция хроматографического исследования, ориентированного на решение задачи управления. Концепция интегрирует теоретические и экспериментальные подходы, присущие как традиционному хроматографическому анализу и теории управления, так и информатике и когнитивной науке. Показано, что решение любой задачи с позиции предлагаемой концепции должно содержать этапы, связанные с априорным семантическим и прагматическим анализом исходной содержательной задачи с позиций аналитической химии и теории управления, а также этап интерпретации результатов хроматографического исследования в понятия проблемной области, а сам процесс решения содержательной задачи носит рекурсивный характер.

2. Показано, что при решении прикладных задач с позиций проблемно-ориентированного хроматографического анализа определяющей является характеристика сложности конкретной задачи. Именно сложность задачи определяет требуемый измерительный и вычислительный ресурс. Предложен способ и получены оценки сложности основных классов массовых задач, решаемых методами проблемно-ориентированного хроматографического анализа, т.е. осуществлен прагматический анализ /этих задач. Проведенный анализ позволяет провести априорную классификацию задач и построить эффективные

(быстрые и дешевые) алгоритмы их решения.

3. На основании анализа данных литературы и результатов собственных исследований установлено, что существенный выигрыш в вероятности принятия правильного решения задачи классификации и распознавания по данным хроматографического анализа ЛОС биологических систем может быть достигнут за счет увеличения числа вычислительных операций и уменьшения числа измерительных. Проведенное исследование эволюции хемосенсорных систем позволило обнаружить аналогичную закономерность и для процесса эволюции животного мира: по мере прогресса хемосенсорной системы увеличивается доля операций, выполняемых на основании не информации, поступающей в данное время из внешнего мира, а находящейся в памяти животного. Таким образом, подобные "эволюционно-сформировавшиеся" решатели можно рассматривать как близкие к оптимальным. В ходе рейения конкретных задач проблемно-ориентированного хроматографического анализа показана возможность программного и аппаратного моделирования "эволюционно-сформировавшихся" решателей.

4. На основании изучения экспериментальных данных, полученных при помощи хроматографического анализа, методами имитационного моделирования, а также теоретических исследований показано, что удобной формой интегрирования разнородной по своей природе (объем, полнота, неопределенность, тип переменных) информации является использование классифицирующих процедур на первом этапе и различных способов сравнения классификационных деревьев на последующих. Задача проблемно-ориентированного хроматографического анализа формально сформулирована как задача индуктивного генерирования и исчисления классификационных деревьев. Подобный подход позволяет отказаться от проведения "полного анализа" биологических систем, а осуществлять только построение хроматографических профилей -"кодов состояния", представительных в контексте решаемой задачи управления. Это позволяет существенно повысить быстродействие и снизить затраты проведения анализа.

5. Для формальной количественной оценки неопределенности качественного и количественного хроматографического анализа ЛОС биологических систем предложены и реализованы в виде соответствующих алгоритмов и программ ряд специальных формальных приемов. В частности, трудоемкость (ресурс) качественного хроматографического и

хромато-масс-спектрометрического анализа конструктивно оценивается при помощи аппарата "неполностью определенных графов". Неопределенность лингвистических переменных, используемых при дескриптивном анализе ЛОС, позволяет количественно оценивать техника "матрицы нечеткого сходства".

6. Для поиска оптимальных условий хроматографического анализа сложных биологических и экологических систем в контексте содержательной постановки исходной задачи, управления разработан специальный графический интерпретатор, позволяющий использовать неформали-зуемые и невербализуемые знания эксперта в Проблемной области.

7. На основании предлагаемой концепции проблемно-ориентированного хроматографического анализа ЛОС осуществлено построение эффективных алгоритмов исследования влияния стрессирую-щих факторов на функционирование пищеварительной системы животных с позиции современной теории питания, а также состояния сельскохозяйственной продукции.

8. Для дальнейшей формализации концепции проблемно-ориентированного хроматографического анализа и возможности количественной оценки ресурса, необходимого для априорного анализа содержательной задачи и интерпретации получаемых результатов, разработан пакет функциональных и структурно-функциональных математических и имитационных моделей. Модели реализованы в виде соответствующих алгоритмов и позволяют, в частности, оценивать трудоемкость физической реализации задачи установления изоморфизма деревьев, заданных в неканоническом виде.

Список публикаций.

1. Ugolev D.A., Dmitrichenko M.I. Pattern recognition analysis of GC volatiles controlled data in infant formula. In Proceedings < XXI International Dairy Congress, v.1. Moskva, Holochnayi PromyahlermoBt, 1982, p.262.

2. Dmitrichenko M.I., Lazarev E.N., Ugolev D.A. Towards artificial taster system (ATS). The algorithmic and instrumental components of ATS. In Proceed. 1st Internat. Symposium on Artificial Intellect. Leningrad, 1983, Pergamon-Press, New-York, London. 1984, p.154-162.

3. Дмитриченко М.И., Лазарев E.H., Уголев Д.А. Некоторые возможности и ограничения газохроматографического анализа летучих органических соединений при реализации системы технологического контроля качества в микробиологической промышленности. Конференция "Использование биомассы микроорганизмов для пищевых целей", Пущино, 18-20 июня, 1984, с.56.

4. Дмитриченко М.И., Лазарев E.H., Уголев Д.А. Анализ сложных смесей летучих компонентов биогенных объектов в неоптимальных условиях. 5-я Всесоюзная конференция по аналитической химии органических соединений, Москва, 11-14 декабря, 1984, с.83.

5. Ugolev D.A., Zaporozhets A.I. Some Complexity Measures oí Food Gas Chromatographic Analysis. Proceedings oí V Danube Symposium

on Chromatography, Yalta, 1985. Moskva, Nauka, 1985, p.46.

6. Григорьева A.H., Шевченко 3.A., Уголев Д.А. Некоторые оценки сложности в задачах качественного хроматографического анализа. Вестник ЛГУ, сер. 4, вып. 3, 1986, с.84-91.

7. Дмитриченко М.И., Запорожец A.A., Уголев Д.А. Построение и анализ некоторых алгоритмов контроля качества пищевых продуктов при холодильном хранении. В кн.: Развитие теоретических основ и практики холодильной технологии пищевых продуктов. Л., 1986, с.42-50.

8. Лазарев В.Н., Дцитриченко М.И., Вытовтов A.A., Уголев Д.А. Выбор алгоритма решения задачи квалиметрии пищевых продуктов.

В со.: Совершенствование обработки и методов хранения пищевых продуктов. Л., 1986, 5-32.

9. Петухов В.Н., Уголев Д.А. Теоретические основы'оценки сложности решаемых в ВЦ задач. Сб. научных трудов "Совершенствование экономики и управления вычислительными центрами^, Ленинград,

1986, с.61-66.

10. Уголев Д. А. Некоторые приложения математической теории сложности в задачах аналитической химии. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Математические методы и ЭЕМ в аналитической химии", Москва, 25-27 ноября, 1986, с.75.

11. Уголев Д.А. Некоторые возможности использования дедуктивных систем пр-и хромато-масс- спектрометрическом анализе органических соединений. VII Всесоюзная конференция "Использование вычислительных машин в химических исследованиях и спектроскопии молекул", Рига, 21-23 октября, 1986, с.46.

12. Антонов H.A., Зарова А.Г., Поликарпов И.Г., Уголев Д.А. Экстракция летучих органических соединений пищевых продуктов парами легколетучих растворителей. Тезисы докл. II Всесоюзного совещания "Химия запаха пищи", Каунас, 3-4 сентября, 1987, с. 62.

13. Вытовтов A.A., Дыитриченко М.И., Запорожец А.И., Корзун П.Е., Уголев Д. А. Анализ терминов, описывающих вкус и запах натуральных и плавленых сыров. Тезисы докл. II Всесоюзного совещания "Химия запаха пищи", Каунас, 3-4 сентября, 1987, с.67.

14. Вытовтов A.A., Дых1триченко М.И., Лазарев E.H., Уголев Д.А. Оценка качества мяса по результатам анализа летучих органических соединений. Пищевая технология, 1987, N 4 (179), с.16-18.

15. Дыитриченко М.Й., Лазарев E.H., Кушак Р.И., Уголев Д.А. Анализ летучих органических соединений сложных систем при решении задачи контроля качества продукции пищевой и микробиологической промышленности. В кн.: Питание и пищеварение. Рига, Зинатие,

1987, с.91-120.

16. Иванова Е.В., Поздняков Н.И., Уголев Д.А. Ассимиляция и метаболизм пищевых веществ с позиции современной аналитической химии. 7-я конференция молодых учекых-биологов "изучение, рациональное использование и охрана природных ресурсов" Саласпилс, 3-6 февраля, 1987.

17. Луковникова Г.А., Николаева С.Л., Уголев Д.А. Качественный

анализ эфирных масел петрушки и сельдерея. Изв.АН МССР, Т 2, Сер. биол. и хиы. наук, 1987, с.75-83.

18. Уголев Д.А. Летучие органические соединения пищевых продуктов - основа для построения информационно-логической модели. Тезисы докл. II Всесоюзного совещания "Химия запаха пищи", Каунас, 3-4 сентября, 1987, с.7.

19. Уголев Д.А., Черниговская Т. В. Проблема моделирования восприятия запаха в системах искусственного интеллекта, труды Всесоюзной конференции по искусственному интеллекту, Переславль-Залесский, 21-25 ноября, 1988, с.48-53.

20. Вартанян И.А., Аврова Н.Ф., Уголев Д.А., Черниговская Т.В. Психолингвистический и семиохимический анализ хемосенсорной системы человека. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной конференции "Принципы и механизмы деятельности мозга человека", с Л 57, Ленинград, декабрь, 1989.

21. Луковкикова Т.К., Поликарпов И.Г., Уголев Д.А. // Элементы искусственной интеллектуальной аналитической системы, предназначенной для оценки физиологического состояния томатов// Всесоюзная конференция по применению искусственного холода в отраслях агропромышленного комплекса. Одесса, октябрь, 1989 г., с

22.Луковникова Г.А., Уголев Д.А., Поликарпов И.Г. Теоретические основы и практическая реализация системы контроля качества томатов при хранении. Сб. научных трудов "Научный потенциал вуза - решению задач интенсификации отрасли", Ленинград, 1989, с.64-70.

23. Уголев Д.А., Поздняков И.И. // Эффективные алгоритмы решения задачи оценки качества консервированной рыбы // Всесоюзная научная конференция по проблемам общественного пита'лия. Декабрь, 1989, с.58-60

24. Уголев Д.А., Черниговская Т.В. // Качество пищевых добавок: инструментальные, психолингвистические и формальные аспекты проблемы // Всесоюзная конференция "Химия пищевых добавок", Черновцы, апрель, 1989, с. 12.

25. уголев Д.А., Черниговская Т.В., Вартанян И.А., Аврова Н.Ф. Хемо- и биосенсоры: решение задач в условиях неопределенности получаемой информации. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Химические сенсоры-89", Ленинград, 20-24 ноября, 1989, с.226.

26. В.В.Шевченко, Н.И.Поздняков, д.А.Уголев. Построение эффективных алгоритмов оценки качества рыбных консервов при их производстве и хранении. "Научный потенциал ВУЗа - решению задач интенсификации отрасли (Межвузовский сборник научных трудов", Л., 1989, с.62-71).

27. ugolev Dm.A., Chernigovskaja T.V. Semiochemistry and Human Behaviour (Sensory, Pßycholonguistic and Instrumental Aspects ol the Formally Defined Problem). The X International Symposium on Olfaction and Taste. Oslo, Norway, July 16-20, 1989.

28. Жуковская М.И., Уголев Д.А. Проблема неопределенности при изучении насекомых (на примере агрегационного феромона американского таракана). Материалы коллоквиумов, секция общественных насекомых Всесоюзного Энтомологического Общества, I Коллоквиум, Ленинград, 2-8 октября, 1990. с.93-99.

29. Уголев Д.А. "Машина11 для сбора и обработки информации в задачах органической аналитической химии. Тезисы докладов межвузовской конференции "Молекулярные графы в химических исследованиях", Калинин, 21-26 мая, 1990, c.IIO-III.

30. Уголев Д.А. Методологический анализ некоторых типовых задач

аналитической химии. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по истории и методологии аналитической химии, Москва, 19-21 ноября, 1990, с.66.

31.Уголев Д.А. Формальная интерпретация экспериментальных результатов биохимических исследований липидов головного мозга. Тезисы докладов X Всесоюзного совещания по эволюционной физиологии, посвященного памяти акад. Л.А.Орбели. с. 41, Ленинград, 28-30 ноября, 1990.

32. В.В.Шевченко, О.И.Бунякина, Д.А.Уголев. Формализованное решение'задачи оценки живой рыбы в условиях транспортировки. Информационный сборник "Рыбное Хозяйство", 1990, Т 1088.

33. В.В.Шевченко, Е.И.Иванова, Л.С.Суслина, О.А.Коровина, Д.А.Уголев. Сравнение результатов дескрипторного сенсорного и парофазного газохроматографического методов анализа пищевых ароматизаторов. Изв.ВУЗов, серия "Пищевая технология", 1990, Т I, деп.рукопись.

34. В.В.Шевченко, Е.В.Иванова, Н.И.Поздняков, Д.А.Уголев. Проблема организации системы органолептического контроля качества рыбных консервов. Изв.ВУЗов, серия "Пищевая технология", 1990, Т 5, с.76-79.

35. Уголев Д.А. Проблемно-ориентированный органический анализ. VI Тезисы докладов Всесоюзной конференции по аналитической химии органических веществ. Москва, 1991, с.34.

36. Уголев Д.А., Соколова Т. В. Хемометрика а условиях неопределенности// Вестник ЛГУ, Сер.4, вып. 3, N 18, 1991,

с.77-86.

37. Ugolev S.A., Salnikova E.Yu. The knowledge representation in food science-oriented artificial intelligence. In: Proceedings of 8th World Congress of Food Science and Technology, September 29-October 4, 1991, Toronto, Canada.

38. Ugolev D.A. "Aroma production and application", 3rd Wartbure Aroma Symposium, Eisenach, February 25th-28th, 1992, р/ЙИНОО

39. Ugolev D.A. Intractable problems of environmental microanalysis and chemometrics - a guide to the architecture

of decision-making support systems, in Proceedings of 6th Joint Russian-Japanese Symposium on analytical chemistry. Moscow-St.-Petersburg, Russia. 1992, p.183-192.