автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Интеллектуализация конструирования информационных систем на базе адаптивных агентных моделей

Березняцкий Артём Викторович

Интеллектуализация конструирования информационных систем на базе адаптивных агентных моделей

05.13.11— математическое и программное обеспечение

вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск — 2004

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор В.З. Ямпольский

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.П.Ехлаков кандидат технических наук, доцент А.В.Кудинов

Ведущая организация:

Институт дискретной математики и информатики министерства образования и науки РФ

Защита состоится «13» октября 2004 г. в 15 ч. в ауд. 214 на заседании диссертационного совета Д 212.269.06 при Томском политехническом университете по адресу: 634034, г. Томск, ул. Советская, 84, институт «Кибернетический центр» ТПУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 53.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент

М.А. Сонькин

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время компьютеризации и информатизации подвергается всё больше сфер человеческой деятельности. Связанная с этим постоянно растущая потребность в прикладном программном обеспечении (ППО) не может удовлетворяться традиционными методами разработки программного обеспечения информационных систем (ИС).

Большинство современных технологий автоматизации процесса разработки прикладных программ являются итерационными. На различных этапах разработки программного обеспечения решаются такие задачи как анализ предметной области, проектирование, конструирование, внедрение и сопровождение ППО. Как правило, реализацией отдельных задач заняты специалисты из разных профессиональных областей (системные аналитики, программисты, специалисты в конкретной предметной области, конечные пользователи). При этом непосредственное внесение изменений в систему возможно только на этапе конструирования и является в основном прерогативой специалистов в области программирования. Все же другие участники процесса разработки ППО могут влиять на изменения системы только опосредованно.

Таким образом, внесение любых изменений в систему обязательно влечет за собой итеративное повторение всех этапов процесса разработки. К тому же, вследствие автономности отдельных этапов разработки и внедрения программного продукта, терминологических и понятийных различий у специалистов различных прикладных областей зачастую происходит неправильное понимание требований как к отдельным элементам ППО, так и к системе в целом, и следовательно, к новому итерационному повторению всех этапов модификации системы. В связи с этим, разработка конечного программного продукта затягивается, а полученные результаты обычно не в полной мере удовлетворяют требованиям заказчика.

Кроме того, вследствие меняющихся социально-экономических и производственных условий, а также изменения представлений и требований конечных пользователей о возможностях системы и своих потребностях, возникает проблема адаптации и развития уже готовых систем, что в рамках традиционных технологий также требует итерационного взаимодействия. Особенно остро эта проблема стоит в области сопровождения ППО в информационных системах учётно-финансового профиля (УФП), где систематические изменения в налоговой, экономической и социальной сферах приводят к необходимости частой модификации структур баз данных (информационных фондов) и пользовательского интерфейса (форм экранных документов), для чего периодически приходится возвращаться на этап конструирования. Таким образом, в течение процесса разработки и функционирования прикладной программный продукт практически не может быть "отчужден" от создавших его специалистов по программированию и требует постоянного сопровождения на протяжении всего жизненного цикла.

В силу перечисленных причин современный мировой рынок разработки ППО испытывает значительный недостаток квалифицированных программи-

стов-разработчиков информационных систем и специал

1стов по их сопровожде-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С. Петербург ОЭ 200 у'акт (р ^у

нию. Притом, что количество программистов быстро растёт за счёт притока специалистов из смежных областей производства и использования технологии оффшорного программирования, вовлекающей в процесс разработки всё большее количество специалистов из других стран.

Разнообразные подходы, связанные с универсализацией программного обеспечения или генерацией программного кода, призванные смягчить остроту данной проблемы, хотя и ускоряют различные этапы проектирования, конструирования или сопровождения программного продукта, но не исключают итераци-онности всего процесса, а также не разрешают коренное противоречие традиционной технологии разработки ППО - отстраненность конечного пользователя от ряда этапов жизненного цикла прикладных систем обработки данных.

Сложившаяся ситуация делает актуальным поиск новых подходов и методов, позволяющих в сжатые сроки создавать функционально-полные системы с развитым пользовательским интерфейсом, а также эффективные технологии модернизации и сопровождения уже готового программного обеспечения.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка алгоритмического и программного обеспечения интеллектуального инструментального комплекса разработки ППО на базе адаптивных агентных моделей.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Исследование процессов конструирования и сопровождения ,ППО, а также современных средств их автоматизации и постановка задачи разработки интеллектуальной инструментальной среды конструирования и сопровождения ИС.

2. Разработка парадигмы конструирования ППО на базе интеллектуальных программных агентов, включающей функциональную, объектную и агентную модели среды конструирования, принципы организации и механизмы взаимодействия базовых конструкторских элементов, средства накопления и манипулирования знаниями.

3. Разработка методов, моделей и алгоритмов, необходимых для реализации интеллектуальной среды конструирования (ИСК) прикладного программного обеспечения. Исследование корректности и эффективности функционирования разработанных алгоритмов.

4. Разработка программно-инструментального комплекса, реализующего предложенную парадигму конструирования ППО. Выбор базовой среды разработки, создание основных конструкторских элементов и средств, необходимых для конструирования и сопровождения ИС учётно-финансового профиля.

5. Апробация разработанного инструментального комплекса при конструировании прикладной информационной учётно-финансовой системы. Анализ эффективности применения разработанной ИСК.

Методы исследований. В работе использованы методы системного анализа, математического моделирования, теории графов, комбинаторного анализа, искусственного интеллекта, теории мультиагентных систем (MAC).

При разработке программного обеспечения использованы методы системного и прикладного программирования, объектно-ориентированного программи-

рования, технологии интранет и клиент-сервер, а также современные технологии хранения и манипуляции данными.

Научную новизну полученных в работе результатов определяют:

1. Новая мультиагентная парадигма конструирования ППО.

2. Функциональная, объектная и агентная модели среды конструирования ППО.

3. Обобщённая модель агента - конструкторского элемента, включающая алгоритмы и принципы построения основных интеллектуальных составляющих агента.

4. Результаты сравнения эффективности основных алгоритмов поиска максимального изоморфного пересечения графов с различными параметрами, используемые при создании алгоритма сортировки прецедентов.

5. Принципы и требования к организации межагентного взаимодействия в конструкторской системе и оптимальные параметры обслуживания заявок подсистемой межагентного взаимодействия.

6. Результаты исследования эффективности функционирования инструментальной среды конструирования, реализующей предлагаемую агентно-ориентированную парадигму на примере разработки прикладной ИС УФП.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана интеллектуальная среда конструирования прикладного программного обеспечения «Univ-Controls», реализованная на базе пакета Visual Studio .NET и функционирующая под управлением ОС Windows2000, позволяющая эффективно разрабатывать и сопровождать функционально-полные информационные Интер-нет/Интранет системы учётно-финансового профиля. Объём созданного оригинального исходного кода на языке С# составляет более 9000 строк.

Реализован также необходимый и достаточный набор интеллектуальных элементов конструирования (программных агентов), обладающих высокой степенью автономности и адаптивным поведением, готовых к применению при разработке широкого круга информационных систем.

Разработанная мультиагентная конструкторская среда «Univ-Controls» внедрена в лаборатории ОСУ КЦ ТПУ и используется в ряде разработок лаборатории при создании информационных систем учётно-финансового профиля. Созданная с помощью данной конструкторской среды при личном участии автора информационная система «АРМ Автотранспорт и механизмы» внедрена на предприятии ОАО «Сибмост». Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная автором мультиагентная парадигма конструирования позволяет повысить эффективность процесса создания и сопровождения ППО по сравнению с существующими технологиями.

2. Предложенный механизм самообучения программных агентов на основе использования прецедентов обеспечивает накопление и повторное использование знаний разработчиков.

3. Выбранные параметры функционирования подсистемы межагентного взаимодействия обеспечивают корректную и эффективную работу мультиагент-ной среды конструирования.

4. Созданные алгоритмические и программные средства интеллектуальной системы конструирования ППО «ип№-СоШгок», базирующиеся на агентной парадигме конструирования, позволяют создавать и сопровождать функционально полные ИС учётно-финансового профиля.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены в виде докладов на следующих конференциях: Международный научный семинар «Инновационные технологии - 2001» (г. Красноярск, 2001 г.), Международный заочный симпозиум молодых ученых, студентов и специалистов «Интеллектуальные процессы, модели и системы получения информации. Информационный менеджмент и маркетинг» (г. Пенза, 2001 г.), Пятый научно-практический семинар «Новые информационные технологии» (г. Москва, 2002 г.), Международный научный симпозиум «К0КШ-98» (г. Томск, 1998 г.), Международный научный симпозиум «К0КШ-2001» (г. Томск, 1998 г.). Результаты работы также опубликованы в сборниках «Кибернетика и вуз» (№29, 30), Всероссийская научно-практическая конференция «Информационные технологии и математическое моделирование» (г.Анджеро-Судженск, 2002 г.), 5-я Всероссийская научная конференция молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения» (г. Таганрог, 2002 г.), 8-я Республиканская дистанционная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации» (г. Воронеж, 2003 г.), 9-я Международная научно-практическая конференция молодых учёных «Современная техника и технологии 2003» (г. Томск, 2003 г.).

Всего по теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 8 статей и 4 тезиса.

Личный вклад:

1. Мультиагснтная парадигма конструирования ППО, модели и алгоритмы функционирования её основных частей разработаны лично автором.

2. Программная реализация инструментальной системы конструирования ППО выполнялась на базе лаборатории ОСУ КЦ ТПУ лично автором.

3. Анализ процесса разработки внедрения и сопровождения ППО учётно-финансового профиля проводился совместно с Ю.Г.Авдошиным.

4. Формализация среды конструирования и выделение перечня необходимых конструкторских элементов осуществлялись совместно с Ю.Г.Авдошиным, Э.Г.Клейбортом и В.И.Михалевым.

5. Разработка и внедрение информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы» в ОАО «СибМост» проведены автором в составе Лаборатории ОСУ КЦ ТПУ совместно с В.Н.Сороковиковым и Р.И.Наурузовым.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 101 наименования и трех приложений. Объем основного текста диссертации составляет 148 страниц машинописного текста, иллюстрированного 35 рисунками и 4 таблицами.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность диссертационного исследования, формулируются основные цели и задачи работы, её основные положения, научная новизна и практическая ценность, перечисляются выносимые на защиту тезисы. Приводится краткое содержание работы по главам.

Первая глава посвящена исследованию проблем конструирования информационных систем учетно-финансового профиля и анализу существующих методов их решения.

В главе конкретизируется понятие «информационная система учетно-финансового профиля». Приводятся три основных, с точки зрения разработчика, специфических свойства таких систем: развитый пользовательский интерфейс, необходимость частой модернизации системы и ориентация на пользователя, незнакомого с программированием.

Исследуется процесс разработки, сопровождения и модернизации ППО учётно-финансового профиля (УФП). Указываются основные недостатки жизненного цикла ППО УФП такие как: итерационный возврат на этап конструирования, оторванность этапа конструирования от других этапов жизненного цикла, высокие требования к квалификации программиста, модернизирующего систему, и терминологические различия в профессиональных языках, используемых разработчиками и конечными пользователями системы.

Приводятся результаты анализа современных средств разработки (таких как Visual Studio . NET, PowerBuilder, Borland C++ Builder, CAVisualObjects, Clarion), с точки зрения их конструкторских возможностей. Обосновывается вывод о невозможности преодолеть основные проблемы жизненного цикла ППО УФП с помощью существующих средств и технологий конструирования. На основе результатов анализа делается вывод о необходимости создания инструментария, способного совместить в себе преимущества современных объектно-ориентированных систем визуального конструирования и методов искусственного интеллекта. С этой целью предлагается совместить технологию мультиагент-ных систем и объектно-ориентированного конструирования в рамках единой агентно-ориентированной парадигмы конструирования и мониторинга ИС.

Описываются основные положения агентно-ориентированного программирования и рассматриваются примеры реализации мультиагентного подхода при разработке ППО. Исследуются перспективы применения агентно-ориентированного подхода для интеллектуализации конструирования ППО УФП и отмечаются получаемые в при этом преимущества в реализации жизненного цикла ППО.

Так, способность программных агентов в той или иной степени инкапсулировать в себе знания и умения программиста и применять их к самим себе и к окружающей агентной среде на этапе конструирования позволит значительно снизить требования к квалификации разработчика и в ряде случаев привлечь к модернизации системы конечного пользователя. Следовательно, в большинстве случаев удастся избежать наиболее подверженных ошибкам этапов жизненного цикла - общения программиста и конечного пользователя и существенно уменьшить его итерационность.

Кроме того, активная роль агентов на этапе конструирования, в противоположность пассивным объектам, позволит осуществлять контроль за правильностью использования элементов конструирования, выявляя возможные ошибки на ранних этапах их появления.

Рис 1. Иерархическая агентная модель среды конструирования

Накопление программным агентом знаний о возможных путях его использования делает эти знания достоянием всех участников процесса разработки, в значительной степени снижая ущерб от текучести кадров среди разработчиков, а также упрощает повторное использования программного кода

На основе анализа проблемной ситуации и современных средств конструирования и сопровождения ППО, а также на основе рассмотрения методологии создания мультиагентных систем сформулированы цель и задачи исследований диссертационной работы.

Во второй главе описывается предлагаемая парадигма конструирования ППО на базе адаптивных (интеллектуальных) агентов, включающая: функциональную, объектную и агентную модели среды конструирования, описание структуры и механизмов функционирования агентов — конструкторских элементов, способов межагентного и человеко-агентного взаимодействия.

Объектная модель среды конструирования, разработанная в соответствии с требованиями упрощения процесса конструирования ППО слабоподготовлен-ным пользователем и предоставления ему инструментария, достаточного для разработки полнофункциональных ИС УФП, состоит из 4 визуальных конструкторских элементов, обладающих высокой вариативностью применения и инкапсулирующих в себе свойства и функциональное наполнение более чем 35 классов базовой среды конструирования.

! Конструктрский элемент |

■ Тело агента

Идентификатор агента т___

Атрибуты агента

Средства сохранения/восстановления

\i -

Средства общения

_ ж Средства мониторинга среды агента

^ База знаний _* Машина вывода

_Средства интерфейса с пользователем

База умении

к:

Объект

> I -

Идентификатор объекта Свойства объекта Методы объекта

Рис.2. Структура агента

На основе предложенной объектной модели разработана иерархическая агентная модель среды конструирования (Рис.1). В её состав кроме четырёх визуальных агентов - конструкторских элементов ValueAgent, ControlAgent, GndAgent и ContainerAgent, применяемых пользователем непосредственно в процессе конструирования экранного документа, включены агенты более высокого уровня, являющиеся визуальными только на этапе конструирования — функциональный агент, сервисные агенты и агенты менеджеры. В процессе кон-

струирования экранного документа функциональный агент обеспечивает доступ конструкторских элементов к источникам данных. Сервисные агенты осуществляют авторизацию и контроль действий пользователя, а также отслеживают соблюдение единого внешнего вида экранного документа. Агенты менеджеры различного уровня координируют работу агентов и пользователя как в рамках текущего экранного документа, так и в рамках системы в целом, реализуя адаптивное поведение мультиагентной системы (MAC) одновременно по отношению и к пользователю, и к разрабатываемому проекту. В составе предложенной модели описаны иерархические и функциональные взаимосвязи агентов в процессе конструирования экранного документа.

Предложена обобщённая модель интеллектуального агента - конструкторского элемента (рис.2), являющегося надстройкой над стандартным объектом среды конструирования. Основными компонентами агента являются: база знаний, база умений, машина вывода, подсистема межагентного взаимодействия, средства мониторинга агентной среды и средства взаимодействия с пользователем. Для указанных компонент агента разработаны необходимые процедуры функционирования и принципы взаимодействия, а также проработаны сценарии поведения агента в некоторых типовых ситуациях процесса конструирования экранного документа ИС.

На основе описания мультиагентной среды конструирования с точки зрения теории фреймов и архитектуры BDI (Belief-Desire-Intention), принятой в теории мультиагентных систем, сформулированы принципы реализации интеллектуальной составляющей агента. Описаны основные интеллектообразующие механизмы агентов: структура агентской базы знаний, способы представления, хранения, манипулирования знаниями и вывода на основе знаний. При этом процесс вывода на знаниях реализуется на основе предложенной формализованной модели машины вывода- А:

А = {5,50, W(I[RQ¥, В) V F], Р), In[U, О], Out[U, О]}

где S— множество возможных состояний агента, .So - исходное состояние агента,

W - функция перехода агента из одного состояния в другое, соответствующая множеству умений агента,

In - множество входных сигналов, Out— множество выходных сигналов.

Множества входных и выходных сигналов включают как сигналы оператора U, так и сигналы других агентов среды О.

Аргументами функции переходов Wявляются: /-множество допустимых намерений, Р — множество предпочтений агента.

Множество допустимых намерений /основывается на множестве полаганий агента F и совокупности множества инстинктов агента и множества его убеждений В, объединенных на основе оператора сопряжения R, учитывающего подавление инстинктов убеждениями.

Для пополнения базы знаний агентов предложен механизм самообучения на основе прецедентов их использования в конструкторской системе. Прецедентом считается любой пример успешного применения агента для отображения в экранном документе определённого элемента информационного фонда. В процессе конструирования агент способен запоминать варианты его использования, позволяя в дальнейшем повторно употреблять наиболее удачные из них в схожей агентной среде и обеспечивая тем самым автоматизацию конструирования экранных документов. При этом под агентной средой понимается совокупность конструкторских элементов и их взаимосвязей, отражающих конструируемый экранный документ.

Разработаны структура и принципы функционирования подсистемы межа-гентного взаимодействия, обеспечивающей общение агентов в рамках конструкторской MAC. В основе подсистемы лежит использование языка межагентного взаимодействия, являющегося модификацией стандарта языка KQML (Knowledge Query Manipulation Language) и использующего оригинальную структуру фраз (сообщений) и перечень лексем. Проанализирован процесс обработки сообщений в подсистеме межагентного взаимодействия отдельного агента (рис.3) и обозначены возможные проблемы общения агентов в мультиагентной системе. На основе проведённого анализа предложены способы преодоления проблем взаимной блокировки агентов, зацикливания и лавинообразного нарастания количества сообщений при групповых операциях в MAC. С целью оптимизации

межагентных взаимодействий всем лексемам используемого агентского языка присвоен определенный уровень приоритета обработки, зависящий от априорной реакции мультиагентной системы на появление того или иного сообщения.

Приведены типовые решения конструкторских задач при разработке и модернизации экранных документов ППО УФП с использованием разработанной, мультиагентной парадигмы.

Выработаны основные требования и принципы организации взаимодействия агентов с пользователем в конструкторской MAC и разработаны средства их реализации.

Третья глава посвящена разработке и анализу алгоритмического обеспечения конструкторской MAC, являющейся основой интеллектуальной системы конструирования (ИСК) программного обеспечения. Рассматриваются алгоритмы, необходимые для обучения агентов и организации межагентного взаимодействия.

Для реализации предложенного в предыдущей главе механизма обучения агентов на основе прецедентов их использования разработан алгоритм формализации состояния агентной среды в виде графа - прецедента. Прецедентом называется группа взаимосвязанных конструкторских элементов, использующихся в рамках отдельного экранного документа. Для хранения и манипуляции прецедентами в конструкторской MAC предложено представлять их в виде простого помеченного на вершинах графа. Вершины такого графа представляют элементы информационного фонда, а рёбра - наличие взаимосвязей между ними. В качестве пометок вершин графа используются онтологические наименования элементов информационного фонда, представленные выбранными конструкторскими элементами.

Обобщенный алгоритм формирования графа-прецедента можно представить в виде следующей человеко-машинной процедуры.

ЭТАП 1. Автоматическое выявление процедурных взаимосвязей конструкторских элементов расположенных на экранном документе.

ЭТАП 2. Выбор пользователем элемента экранного документа, для которого строится прецедент.

ЭТАП 3. Включение в прецедент объектов, связанных с выбранным конструкторским элементом.

ЭТАП 4. Коррекция пользователем созданного прецедента.

Если в результате действий пользователя к выявленному прецеденту добавился новый элемент, то происходит возврат на ЭТАП 2 для переформирования прецедента с его учетом.

ЭТАП 5. Формализация группы элементов в виде графа.

ЭТАП 6. Сохранение прецедента в базе знаний агента.

а - Макгрегора - Дюранда-Пасари

Рис.4. Зависимость времени работы алгоритмов Т от количества вершин графа N и разнообразия их пометок т]

В дальнейшем при применении агента в новом экранном документе пользователю может быть предложен отсортированный по степени сходства с текущей агентной средой перечень успешных прецедентов использования данного агента. Выбрав из них подходящий, пользователь может инициировать процесс автоматического конструирования экранного документа на основе сохранённого в базе знаний прецедента.

Для определения сходства прецедентов предложено определять близость представляющих их графов и отображать соответствующие вершины одного графа в другой. Для этой цели были исследованы базовые алгоритмы нахождения максимального изоморфного пересечения графов (МИПГ) - Макгрэгора и Дюранда-Пасари. Исследование работы алгоритмов основывалось на серии экспериментов со статистически значимым числом стохастически смоделированных графов с различными параметрами. В ходе экспериментов исследовано влияние на производительность алгоритмов таких параметров как плотность рёберного покрытия, равномерность (разнообразие) пометок вершин графа Т], количество вершин N в сравниваемых графах и в графе пересечения. При этом области определения ключевых параметров модельных графов оценивались на основе анализа большого числа экранных документов реальных прикладных информационных систем, в результате чего были получены следующие практически значимые диапазоны параметров - Ме [10,20], 7] е[0.75,1.0].

В результате экспериментов впервые получен график зависимости производительности алгоритмов поиска МИПГ от количества вершин и равномерности их пометок в графах (рис.4), позволивший сделать вывод о большей эффективности алгоритма Макгрэгора в значимой области определения параметров модельных графов.

На базе алгоритма Макгрэгора для нахождения МИПГ был разработан специализированный алгоритм сортировки простых помеченных на вершинах графов-прецедентов по критерию максимального изоморфного пресечения с графом-эталоном, отражающим текущую агснтную среду конструируемой формы экранного документа. Показано, что производительность разработанного алгоритма сортировки графов-прецедентов позволяет в рамках конструкторской MAC решать задачу формирования перечня успешных прецедентов использования агента за время, не приводящее к заметной задержке реакции пользовательского интерфейса MAC. Экспериментально полученные значения времени сортировки 100 реальных графов-прецедентов в базе знаний агента не превышают 1 секунды, что соответствует требованиям организации человеко-машинного взаимодействия.

С целью проверки работоспособности конструкторской MAC было исследовано не только функционирование её отдельных элементов, но и их взаимодействие при конструировании экранных документов. Так было проведено моделирование работы подсистемы межагентного взаимодействия при выполнении наиболее характерных задач конструирования, таких как модификация отдельного конструкторского элемента или группы элементов. В ходе моделирования получены оценки эффективности различных дисциплин обслуживания сообщений при взаимодействии агентов и сделаны выводы о предпочтительности использования дисциплины обслуживания сообщений «по приоритетам». Также эмпирическим путём установлено, что наиболее эффективное функционирование подсистемы межагентного взаимодействия обеспечивается при прямо пропорциональной зависимости максимальной длины очереди сообщений от количества взаимодействующих в MAC агентов. На основе экспериментов с использованием реальных данных подтверждены результаты моделирования и показана устойчивость функционирования подсистемы межагентного взаимодействия к зацикливанию, взаимной блокировке и лавинообразному нарастанию количества сообщений в конструкторской MAC.

Четвертая глава посвящена программной реализации разработанной автором мультиагентной конструкторской системы «Univ-Controls», а также результатам ее апробации при разработке и внедрении информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы».

На основе анализа существующих средств разработки программного обеспечения обосновывается выбор конструкторской системы Visual Studio .NET в качестве базовой среды функционирования агентной конструкторской системы, а также средств управления базами данных, клиентского и серверного программного обеспечения.

Раскрываются состав и структура программного обеспечения ИСК «Univ-Controls», а также создаваемых с его помощью информационных систем (рис.5). Оцениваются требования разработанного программного обеспечения к аппаратным ресурсам клиентских рабочих станций и сервера.

Программное обеспечение ИСК «Univ-Controls» создано средствами языка С# и представляет собой надстройку над базовой средой конструирования Visual Studio .NET. ИСК «Univ-Controls» включает в себя набор интеллектуальных эле-

ментов конструирования, функционирующих в рамках интегрированной среды разработки ASPX документов и дополняющих стандартные средства интерфейса пользователя Visual Studio .NET оригинальными диалоговыми средствами интерфейса мультиагентной среды такими как агентные диалоги и средства менеджмента знаний.

Агентные диалоги подразделяются на советующие диалоги, направляющие пользователя в конструировании документа на основе накопленных вариантов использования различных конструкторских элементов (агентов), и извещающие диалоги, отражающие реакцию мультиагентной среды конструирования на действия пользователя. Так, на рис.6 показан пример извещающего диалога, предупреждающего о том, что действие удаления интерфейсного элемента ведет к ошибкам функционирования связанных с ним элементов формы экранного документа и является нежелательным.

Средства менеджмента знаний включают инструменты редактирования (точной настройки) представленной в формате XML базы знаний агента, позволяющие изменять и удалять отдельные правила и прецеденты его использования (рис.7), а также инструменты корректировки и валидации графов-прецедентов. Последние предоставляют функции визуальной настройки состава и взаимосвязей отдельного прецедента, представленного в виде простого помеченного на вершинах графа и отражающего текущую агент1гую среду (совокупность взаимосвязанных конструкторских элементов) формы экранного документа.

Использование ИСК «Univ-Controls» в качестве дополнения (надстройки) к традиционной конструкторской системе Visual Studio .NET обеспечивает значи-

тельное повышение эффективности процесса конструирования в части автоматизации разработки форм экранных документов за счет повторного использования конструкторских решений, накапливаемых в базах знаний агентов в виде прецедентов. Пример автоматизированной настройки элемента экранной формы на основе имеющегося в агентской базе знаний прецедента показан на рис.8. Также следует отметить, что реализованная в ИСК мультиагентная парадигма конструирования позволяет снизить требования к квалификации разработчика в силу способности агентов самостоятельно адаптироваться к возникающим в процессе конструирования ситуациям и брать на себя значительную часть контролирующих данный процесс функций.

Особенностью реализации ИСК «ишу-СоШгок» является использование технологии CustomControlDesigner, позволяющей реализовать функции интеллектуализации конструирования не средствами конструкторской среды, как в

случае применения макросов и Plug-in компонентов, а путем инкапсулирования этих функций в самих агентах, обеспечивая тем самым их независимость от базовой конструкторской среды.

Апробация разработанной ИСК «Univ-Controls» была проведена в ходе создания и внедрения на предприятии ОАО «Сибмост» прикладной информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы».

Основным назначением созданной прикладной ИС является выполнение функций учёта движение основных частей автомобиля, расчета износа, планового ремонта и списания основных узлов автотранспорта в соответствии с данными об их эксплуатации, учёта путевых листов, учёта водителей, расчёта заработной платы на основании выполнения плана, типа автомобиля, вида работы и пр. Следует отметить, что перечисленный состав задач и требования к функционированию ИС являются типичными для ППО подобного класса, что позволило провести сравнительный анализ этапов жизненного цикла данного ППО с аналогичными этапами, имевшими место при разработке других подобных ИС УФП, разработанными с использованием традиционных технологий конструирования.

В ходе проведенного сравнительного анализа было выявлено, что на этапе конструирования применение автоматической процедуры настройки агентов на основе прецедентов их использования позволило автоматизировать более чем половину действий программистов по созданию пользовательского интерфейса ИС и тем самым вдвое сократить трудоемкость конструирования ИС.

На этапе внедрения ИС возможности конструкторской среды «Univ-Controls» позволили оперативно вносить необходимые изменения в систему непосредственно во время общения с пользователем, что значительно ускорило реализацию данного этапа жизненного цикла ИС.

Также на этапе сопровождения ИС в силу того, что большинство необходимых модернизаций системы выполнялось самими пользователями или программистом сопровождения непосредственно на объекте, было отмечено значительное сокращение числа обращений к разработчикам по сравнению с модернизацией подобных систем, используемых на том же предприятии. В то же время простота и оперативность модернизации системы способствовала более частым актам адаптации системы, осуществляемым самими пользователями. Вследствие этого экранные документы стали максимально персонифицированы для конкретных применяющих их пользователей, а система стала более полно удовлетворять их запросам. К тому же причастность конечных пользователей к модернизации ППО стала причиной возрастания их доверия к информационной системе и более активного её использования.

По результатам проведенного сравнительного анализа можно сделать выводы об эффективности предложенной парадигмы конструирования и реализованных в ней алгоритмов, а также о положительных эффектах применения ИСК «Univ-Controls» при реализации этапов жизненного цикла ИС УФП. Последнее выражается в снижении трудоемкости конструирования форм экранных документов, упрощении внедрения и сопровождения ИС и, как следствие, в минимизации итеративности жизненного цикла ППО за счет привлечения к его модернизации конечных пользователей.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

В приложения вынесены акты внедрения полученных результатов, примеры базы знаний агента и протокола взаимодействия агентов в мультиагентной системе.

Основные результаты работы

В работе получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Сформулированы особенности жизненного цикла прикладных информационных систем учётно-финансового профиля. Проанализирован круг проблем, возникающих на всех этапах жизненного цикла информационных систем учётно-финансового профиля (ИС УФП). Описаны основные преимущества применения мульти-агентных систем (MAC) для конструирования и сопровождения ИС УФП.

2. Предложена агентно-ориентированная парадигма конструирования ППО, включающая описание модели агента-элемента конструирования, описание иерархических и функциональных взаимосвязей агентов системы, принципы функционирования подсистемы межагентного взаимодействия, принципы функционирования интеллектуальной составляющей агента и пользовательского интерфейса.

3. Сформулирована проблема формализации прецедентов использования интеллектуальных агентов. Разработаны алгоритмы формализации, сравнения и применения прецедентов при конструировании прикладного программного обеспечения на основе графовых моделей. Проанализированы показатели функционирования алгоритмов па графах с различными параметрами и их применимость к решаемым задачам.

4. Проведено моделирование функционирования конструкторской мультиагентной системы. Предложены и экспериментально проверены параметры функционирования подсистемы межагентного взаимодействия.

5. Разработана структура программного обеспечения и созданы программные средства инструментальной системы конструирования ППО «Univ-Controls». Объём созданного оригинального исходного кода на языке С# составляет более 9000 строк.

6. Проведена апробация разработанной конструкторской системы при создании и внедрении на предприятии ОАО «СибМост» прикладной информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы». Результаты внедрения, подтверждённые соответствующими актами, показывают эффективность разработанной парадигмы конструирования и реализованных в ней алгоритмов.

Основные публикации по теме диссертации

1. Awdoshin J.G., Bereznyatsky A.V. Intelligent technology for distributed design and monitoring of information system // Proceedings of the 5-th Korean-Russian International Symposium on Science and Technology, Tomsk: TPU, 2001, pp. 88-92

2. Mikhalyov V.I., Awdoshin J.G., Berezniatskii A.V. Methodological bases and intellectual technological system of the automated creation and development of applied means of data processing // Proceedings of the second Korean-Russian International Symposium on Science and Technology, Tomsk: TPU, 1998, p.273-276

3. Березняцкий А.В. Использование механизма обработки прецедентов для автоматизации конструирования ППО // Сборник трудов всероссийской научной конференции «Информационные технологии. Разработка и аспекты применения», Таганрог: ТРТУ, 2002, с.52-55

4. Березняцкий А.В. Адаптивный алгоритм сортировки неориентированных графов по степени изоморфной близости эталону // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование», Анджеро-Судженск: «Твердыня», 2002, с.30-32

5. Михалев В.И., Авдошин Ю.Г., Березняцкий А.В. Интеллектуальная технологическая система проектирования и сопровождения прикладных средств обработки данных. // Межвузовский научно-технический сборник. Кибернетика и вуз. Вып.29, Томск: ТПУ, 1999, с.24-37

6. Березняцкий А.В. Разработка прикладного ПО с использованием технологии интеллектуальных агентов // Межвузовский научно-технический сборник. Кибернетика и вуз. Вып.30, Томск: ТПУ, 2003., с.52-58

7. Березняцкий А.В. Организация межагентных взаимодействий в мультиа-гентной конструкторской системе // Межвузовский научно-технический сборник. Кибернетика и вуз. Вып.30, Томск: ТПУ, 2003., с.58-64

8. Березняцкий А.В. Интеллектуальная технология распределённого создания и развития информационных систем // Материалы международного научного семинара «Инновационные технологии — 2001 (проблемы и перспективы организации наукоёмких производств)», Красноярск: Крас ГУ, 2001, с.92-95

9. Березняцкий А.В. Применение технологии интеллектуальных агентов для конструирования прикладного ПО // Материалы пятого научно практического семинара «Новые информационные технологии», Москва: МГПЭМ, 2002. с.56-63

10. Березняцкий А. В. Интеллектуализация распределённого создания и развития компьютерных систем обработки данных // Сборник трудов симпозиума «Интеллектуальные процессы, модели и системы получения информации. Информационный менеджмент и маркетинг». Пенза, 2001, с. 53-57

11. Березняцкий А.В. Повторное использование знаний при конструировании и сопровождении прикладных информационных систем // Сборник трудов по итогам VIII международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации в технике и технологиях", Воронеж, 2003, с. 103-104

12. Березняцкий А.В. Представление знаний в мультиагентной конструкторской системе // Сборник трудов IX Международной научно-практической конференции молодых учёных «Современная техника и технологии 2003», Томск: ТПУ, с.49-41

Р 1675 1

Отпечатано в ООО Томский ЦНТИ" Подписано в печать 26.08.2004 г.

Заказ 3983 Тираж 50 экз. Формат 60x84/16 Объем 2 печ. л. 634021, г. Томск, пр. Фрунзе, 115/3

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УЧЁТНО-ФИНАНСОВОГО ПРОФИЛЯ.

1.1. Определение системы учётно-финансового профиля.

1.2. Анализ жизненного цикла информационных систем учётно-финансового профиля.

1.3. Анализ современных технологий и средств разработки прикладных информационных систем.

1.3.1. Базовые технологии разработки программного обеспечения.

1.3.2. Современные средства разработки программного обеспечения.

1.4. Методы агентно-ориентированного программирования.

1.4.1. Определения и терминология.

1.4.2. Примеры прикладных агентных систем.

1.5. Использование мультиагентных систем для разработки и сопровождения прикладного программного обеспечения.

1.6. Цель и задачи исследования.

В настоящее время компьютеризации подвергается всё больше сфер человеческой деятельности. Связанная с этим повышенная потребность в прикладном программном обеспечении (ППО) не может удовлетворяться старыми методами разработки информационных систем [42,99].

Большинство современных технологий автоматизации процесса конструирования прикладных программ являются итерационными [74]. На различных этапах создания ППО заняты специалисты из разных профессиональных областей (программисты, системные аналитики, специалисты в конкретной предметной области, конечные пользователи). При этом непосредственно внесение изменений в систему возможно только на этапе конструирования специалистами в области программирования. Все же другие участники процесса разработки ППО могут влиять на изменения системы только опосредованно.

Таким образом, любое изменение системы обязательно влечёт за собой прохождение всех итераций процесса разработки. К тому же, вследствие автономности отдельных этапов разработки и внедрения программного продукта, терминологические и понятийные различия специалистов различных прикладных областей зачастую приводят к неправильному пониманию требований как к отдельным элементам ПО, так и системы в целом, что приводит к новому итерационному повторению всех этапов модификации системы.

Таким образом, разработка конечного продукта затягивается, а полученные результаты обычно не в полной мере удовлетворяют требованиям заказчика. [42,26]

Кроме того, вследствие меняющихся социально-экономических и производственных условий, а также изменения требований и представлений конечных пользователей о возможностях имеющихся средств и своих потребностях, возникает проблема адаптации и развития уже готовых систем, что в рамках традиционных технологий также требует итерационного взаимодействия (см. рис. 1.1). Особенно остро эта проблема стоит в области сопровождения ППО учётно-финансового профиля, где частые изменения в налоговой, экономической и социальной сферах приводят к частым переделкам системы.

Таким образом, в течение процесса разработки и функционирования программный продукт практически не может быть "отчужден" от специалистов по программированию и требует постоянного сопровождения на протяжении всего жизненного цикла.

В силу перечисленных причин современный рынок разработки ППО испытывает значительный недостаток квалифицированных программистов-разработчиков информационных систем. Притом, что количество программистов быстро растёт за счёт притока специалистов из смежных областей производства, западные фирмы прибегают к технологии оффшорного программирования [60], вовлекая в процесс разработки всё большее количество специалистов из других стран.

Разнообразные подходы, связанные с универсализацией программного обеспечения или генерацией программного кода, призванные смягчить остроту данной проблемы, хотя и ускоряют различные этапы проектирования, конструирования или сопровождения программного продукта, но не исключают итерационности всего процесса, а также не разрешают коренное противоречие традиционной технологии разработки ППО - отстраненность конечного пользователя от ряда этапов жизненного цикла прикладных систем обработки данных.

Сложившаяся ситуация заставляет искать новые подходы и методы, позволяющие в сжатые сроки создавать функционально-полные системы с развитым пользовательским интерфейсом, а также эффективные технологии модернизации и сопровождения уже готового программного обеспечения.

Цель и содержание поставленных задач.

В рамках данной работы предлагается объединить среду конструирования и сопровождения ППО и экспертные знания о процессе разработки информационных систем в рамках единой интеллектуальной конструкторской среды разработки ППО учётно-финансового профиля.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмического и программного обеспечения интеллектуального инструментального комплекса разработки ППО учётно-финансового профиля.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследование процессов конструирования и сопровождения ППО, а также современных средств автоматизации этих процессов, и постановка задачи разработки инструментальной среды конструирования и сопровождения ИС.

2. Разработка парадигмы конструирования ППО на базе интеллектуальных агентов. Разработка объектной и агентной модели среды конструирования. Описание принципов организации и механизмов взаимодействия базовых конструкторских элементов. Описание средств накопления хранения и манипулирования знаниями, интеллектуальными агентами.

3. Разработка алгоритмов, моделей и методов, необходимых для функционирования интеллектуальной конструкторской среды (ИСК) разработки ППО. Исследование корректности и эффективности функционирования разработанных алгоритмов.

4. Разработка программно-инструментального комплекса реализующего предложенную парадигму конструирования ППО. Решение этой задачи подразумевает выбор базовой среды разработки, создание средств и конструкторских элементов, необходимых для конструирования и сопровождения ИС учётно-финансового профиля.

5. Апробация разработанного инструментального комплекса при конструировании прикладной информационной системы. Анализ эффективности применения разработанной ИСК.

Методы исследования

В работе использованы методы системного анализа, математического моделирования, теории графов, комбинаторного анализа, искусственного интеллекта, теории мультиагентных систем (MAC).

При разработке программного обеспечения использованы методы системного и прикладного программирования, объектно-ориентированного программирования, технологии интранет и клиент-сервер, а также современные технологии хранения и манипуляции данными.

Научную новизну полученных в работе результатов определяют:

1. Новая мультиагентная парадигма конструирования НПО.

2. Функциональная, объектная и агентная модели среды конструирования ППО.

3. Обобщённая модель агента - конструкторского элемента, включающая алгоритмы и принципы построения основных интеллектуальных составляющих агента.

4. Результаты сравнения эффективности основных алгоритмов поиска максимального изоморфного пересечения графов с различными параметрами, используемые при создании алгоритма сортировки прецедентов.

5. Принципы и требования к организации межагентного взаимодействия в конструкторской системе и оптимальные параметры обслуживания заявок подсистемой межагентного взаимодействия.

6. Результаты исследования эффективности функционирования инструментальной среды конструирования, реализующей предлагаемую агентно-ориентированную парадигму на примере разработки прикладной ИС УФП.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Разработана интеллектуальная среда конструирования прикладного программного обеспечения «Univ-Controls», реализованная на базе пакета

Visual Studio .NET и функционирующая под управлением ОС Windows2000, позволяющая эффективно разрабатывать и сопровождать функционально-полные информационные Интернет/Интранет системы учётно-финансового профиля. Объём созданного оригинального исходного кода на языке С# составляет более 9000 строк.

Реализован также необходимый и достаточный набор интеллектуальных элементов конструирования (программных агентов), обладающих высокой степенью автономности и адаптивным* поведением, готовых к применению при разработке широкого круга информационных систем.

Разработанная мультиагентная конструкторская среда «Univ-Controls» внедрена в лаборатории ОСУ КЦ ТПУ и используется в ряде разработок лаборатории при создании информационных систем учётно-финансового профиля. Созданная с помощью данной конструкторской среды при личном участии автора информационная система «АРМ Автотранспорт и механизмы» внедрена на предприятии ОАО «Сибмост». Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.

На защиту выносятся следующие тезисы:

1. Разработанная автором агентная парадигма конструирования позволяет повысить эффективность процесса создания и сопровождения ППО учётно-финансового профиля по сравнению с существующими технологиями.

2. Предложенный механизм самообучения агентов на основе использования прецедентов обеспечивает накопление и повторное использование знаний разработчиков.

3. Выбранные параметры функционирования подсистемы межагентского взаимодействия обеспечивают корректную и эффективную работу мультиагентной среды конструирования.

4. Созданные алгоритмические и программные средства интеллектуальной системы конструирования ППО «Univ-Controls», базирующиеся на агентной парадигме конструирования, позволяют создавать и сопровождать, функционально-полные ИС учётно-финансового профиля.

Апробация результатов работы:

Разработанная конструкторская среда была внедрена в лаборатории ОСУ КЦ ТПУ и используется для разработки информационных систем учётно-финансового профиля. Созданные программные средства были использованы при разработке «АРМ Автотранспорт и механизмы». Результаты были внедрены в ОАО «Сибмост». Результаты внедрений подтверждены соответствующими актами.

Публикации:

Основные результаты работы были представлены в виде докладов на следующих конференциях: Международный научный семинар «Инновационные технологии - 2001» (г. Красноярск, 2001 г.), Международный заочный симпозиум молодых ученых, студентов и специалистов «Интеллектуальные процессы, модели и системы получения информации. Информационный менеджмент и маркетинг» (г. Пенза, 2001 г.), Пятый научно-практический семинар «Новые информационные технологии» (г. Москва, 2002 г.), Международный научный симпозиум «KORUS-98» (г. Томск, 1998 г.), Международный научный симпозиум «KORUS-2001» (г. Томск, 1998 г.). Результаты работы также опубликованы в сборниках «Кибернетика и вуз» (№29, 30), Всероссийская научно-практическая конференция «Информационные технологии и математическое моделирование» (г.Анджеро-Судженск, 2002 г.), 5-я Всероссийская научная конференция молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения» (г. Таганрог, 2002 г.), 8-я Республиканская дистанционная открытая научная конференция «Современные проблемы информатизации» (г. Воронеж, 2003 г.), 9-я Международная научно-практическая конференция молодых учёных «Современная техника и технологии 2003» (г. Томск, 2003 г.).

Всего по теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 8 статей и 4 тезиса.

Личный вклад автора:

1. Мультиагентная парадигма конструирования ППО, модели и алгоритмы функционирования её основных частей разработаны лично автором.

2. Программная реализация инструментальной системы конструирования ППО выполнялась на базе лаборатории ОСУ КЦ ТПУ лично автором.

3. Анализ процесса разработки внедрения и сопровождения ППО учётно-финансового профиля проводился совместно с Ю.Г.Авдошиным.

4. Формализация среды конструирования и выделение перечня необходимых конструкторских элементов осуществлялись совместно с Ю.Г.Авдошиным, Э.Г.Клейбортом и В.И.Михалевым.

5. Разработка и внедрение информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы» в ОАО «СибМост» проведены автором в составе Лаборатории ОСУ КЦ ТПУ совместно с В.Н.Сороковиковым и Р.И.Наурузовым.

Структура диссертации:

Во введении обосновывается актуальность диссертационного исследования, формулируются основные цели и задачи работы, её основные положения, научная новизна и практическая ценность, перечисляются выносимые на защиту тезисы.

Первая глава посвящена описанию проблемной ситуации и постановке проблемы исследования. Рассматривается процесс разработки, сопровождения и модернизации прикладного программного обеспечения (ППО). Раскрываются особенности разработки и функционирования информационных систем учётно-финансового профиля (УФП). Приводится обобщённая схема жизненного цикла ППО УФП и описывается проблема сокращения его итерационное™.

Анализируются современные системы и средства разработки приложений в разрезе их конструкторской составляющей. Рассматриваются существующие на сегодняшний день технологии призванные облегчить разработку программного обеспечения. Обозначаются основные недостатки традиционных подходов к разработке и сопровождению ППО УФП не позволяющие сократить итерационность жизненного цикла ППО.

Формулируются необходимые определения и положения агентно-ориентированного программирования. Приводится классификация агентов разработанная в соответствии с их основными свойствами. Определяется место разрабатываемой мультиагентной конструкторской системы в приведённой классификации. Описывается современное состояние развития агентной методологии, на основе обзора существующих агентных систем.

Исследуются перспективы применения агентно-ориентированного подхода для интеллектуализации конструирования ППО. Описывается изменение жизненного цикла ППО и его отдельных этапов в связи с его применением.

На основе анализа проблемной ситуации и современных средств конструирования и сопровождения ППО, а также на основе рассмотрения методологии создания мультиагентных систем, сформулированы цель и задачи исследований в диссертационной работе.

Во второй главе описывается предлагаемая парадигма конструирования ППО основанная на использовании адаптивных агентных моделей.

Приводятся основные требования к инструментальным средствам конструкторской системы. Предлагается объектная модель среды конструирования, состоящая из небольшого количества универсальных конструкторских элементов покрывающих все потребности разработчика при конструировании ППО УФП. Приводится гибридная объектно-агентная иерархия элементов конструирования.

Предлагается обобщённая модель интеллектуального агента-элемента конструирования. Описывается структура и принципы функционирования его основных компонентов.

Формулируются принципы реализации интеллектуальной составляющей агента. Приводится описание мультиагентной среды конструирования с точки зрения теории фреймов и архитектуры BDI. Описывается процесс вывода на знаниях. Рассмотрен процесс обучения агентов на основе прецедентов их использования в конструкторской системе.

Разрабатывается функциональная модель мультиагентной среды конструирования. Описываются основные виды агентов конструкторской системы их иерархические и онтологические взаимосвязи. Рассматриваются процессы совместного функционирования агентов при конструировании экранного документа.

Описывается структура и принципы функционирования подсистемы общения агентов. Описывается структура фраз и перечень лексем языка межагентного взаимодействия, базирующихся на языке KQML. Рассматривается процесс обработки запроса в подсистеме межагентного взаимодействия агента. Рассматриваются возможные проблемы общения агентов в мультиагентной системе и предлагаются способы их преодоления.

Описываются принципы и средства взаимодействия агентов с пользователем. Вырабатываются основные требования к организации человеко-машинного взаимодействия в конструкторской MAC.

Отражаются основные интеллектообразующие механизмы среды конструирования. Структура представления и манипулирования знаниями в системе.

Третья глава посвящена разработке алгоритмического обеспечения ИСК ППО и анализу корректности и эффективности функционирования основных компонентов MAC.

Вводится понятие прецедента использования агента. Предлагается алгоритм формализации состояния агентной среды в виде графа - прецедента.

Рассматривается проблема поиска похожих прецедентов, описываются и анализируются пути её решения. Близость прецедентов предлагается определять по величине максимального изоморфного пересечения их графов (МИПГ).

Даётся характеристика задачам поиска МИПГ и описываются основные алгоритмы решения этой задачи. Приводятся результаты исследования производительности алгоритмов на графах с различными параметрами. На основе сопоставления и экспериментального исследования существующих алгоритмов поиска МИПГ осуществляется выбор оптимального, для условий решаемой задачи, алгоритма. Описывается реализация алгоритма поиска максимального изоморфного пересечения для сортировки прецедентов.

Приводятся результаты моделирования работы подсистемы общения конструкторской MAC при выполнении наиболее характерных задач конструирования. Определяются и экспериментально проверяются параметры обработки запросов подсистемы общения агентов. Показывается устойчивость функционирования подсистемы общения на реальных и модельных данных.

В четвёртой главе описывается программная реализация ИСК ППО и анализируется её функционирование.

На основе результатов проведенного анализа существующих средств разработки программного обеспечения, обосновывается выбор базовой среды конструирования, а также средств управления базами данных, клиентского и серверного программного обеспечения.

Описываются состав и структура программного обеспечения ИСК «Univ-Controls», оцениваются требования программного обеспечения к аппаратным-ресурсам клиентских рабочих станций и сервера.

Приводится описание диалоговых функций интерфейса мультиагентной среды конструирования «Univ-Controls». Описываются принципы функционирования и особенности реализации агентской конструкторской системы на базе среды конструирования Visual Studio.Net.

Приводятся результаты использования ИСК ППО «Univ-Controls» для создания информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы». Описываются процессы внедрения и сопровождения информационной системы на предприятии ОАО «Сибмост» с использованием «Univ-Controls».

По результатам внедрения и эксплуатации разработанной прикладной информационной системы делаются выводы об эффективности предложенных алгоритмов и парадигмы конструирования, а также об их влиянии на жизненный цикл информационной системы учётно-финансового профиля.

4.4. Выводы по главе

1. Проведен анализ существующих средств разработки программного обеспечения. На основе результатов проведенного анализа обоснован выбор базовой среды конструирования, а также средств управления базами данных, клиентского и серверного программного обеспечения.

2. Предложены состав и структура программного обеспечения ИСК «UnivControls», оценены требования программного обеспечения к аппаратным ресурсам клиентских рабочих станций и сервера.

3. Приведено описание диалоговых функций интерфейса мультиагентной среды конструирования «Univ-Controls»

4. Описаны принципы функционирования и особенности реализации агентской конструкторской системы на базе среды конструирования Visual Studio.Net.

5. Созданы программные средства ИСК «Univ-Controls» представляющие собой набор интеллектуальных элементов конструирования и надстройку над базовой средой конструирования Visual Studio.Net. Конструкторские элементы созданы на языке С# и функционируют в рамках интегрированной среды разработки ASPX документов. Объём созданного исходного кода составляет 9000 строк.

6. С помощью разработанной ИСК «Univ-Controls» создана и внедрена на предприятии ОАО «Сибмост» прикладная информационная система «АРМ Автотранспорт и механизмы», о чём получен соответствующий акт.

7. По результатам внедрения и эксплуатации разработанной прикладной информационной системы сделаны выводы об эффективности предложенных алгоритмов и парадигмы конструирования, а также об их влиянии на жизненный цикл информационной системы учётно-финансового профиля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена созданию алгоритмического и программного обеспечения интеллектуального инструментального комплекса разработки прикладного ПО учётно-финансового профиля. Получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Сформулированы особенности жизненного цикла прикладных информационных систем учётно-финансового профиля. Проанализирован круг проблем, возникающих на всех этапах жизненного цикла информационных систем учётно-финансового профиля (ИС УФП). Описаны основные преимущества применения мульти-агентных систем (MAC) для конструирования и сопровождения ИС УФП.

2. Предложена агентно-ориентированная парадигма конструирования ППО, включающая описание модели агента-элемента конструирования, описание иерархических и функциональных взаимосвязей агентов системы, принципы функционирования подсистемы межагентного взаимодействия, принципы функционирования интеллектуальной составляющей агента и пользовательского интерфейса.

3. Сформулирована проблема формализации прецедентов использования интеллектуальных агентов. Разработаны алгоритмы формализации, сравнения и применения прецедентов при конструировании прикладного программного обеспечения на основе графовых моделей. Проанализированы показатели функционирования алгоритмов на графах с различными параметрами и их применимость к решаемым задачам.

4. Проведено моделирование функционирования конструкторской мультиагентной системы. Предложены и экспериментально проверены параметры функционирования подсистемы общения.

5. Разработана структура программного обеспечения и созданы программные средства инструментальной системы конструирования ППО

Univ-Controls». Объём созданного оригинального исходного кода на языке С# составляет более 9000 строк.

6. Проведена апробация разработанной конструкторской системы при создании и внедрении на предприятии ОАО «СибМост» прикладной информационной системы «АРМ Автотранспорт и механизмы». Результаты внедрения, подтверждённые соответствующими актами, показывают эффективность разработанной парадигмы конструирования и реализованных в ней алгоритмов.

1. Артёмов Д. Microsoft SQL Server — М.:«Русская редакция», 2001. — 555с.

2. Ауэр К., Миллер Р. Экстремальное программирование: постановка процесса. С первых шагов и до победного конца — СПб.гПитер, 2002. — 368 с.

3. Базиян М. Использование Visual FoxPro 6 — М.: «Вильяме», 1999. — с.928.

4. Бек К. Экстремальное программирование — СПб.:Питер, 2002. — 224 с.

5. Березняцкий А.В. Использование механизма обработки прецедентов для автоматизации конструирования ППО // Сборник трудов всероссийской научной конференции «Информационные технологии. Разработка и аспекты применения», Таганрог: ТРТУ, 2002. — с. 52-55.

6. Березняцкий А.В. Применение технологии интеллектуальных агентов для конструирования прикладного ПО // Материалы пятого научно практического семинара «Новые информационные технологии», Москва: МГИЭМ, 2002. — с. 56-63.

7. Березняцкий А.В. Разработка прикладного ПО с использованием технологии интеллектуальных агентов // Межвузовский научно-технический сборник. Кибернетика и вуз. Вып.ЗО, Томск: ТПУ, 2003. — с. 52-58.

8. И.Биллинг В.А. Средства разработки VBA-программиста. Том 1: Офисное программирование. — М.: Русская Редакция, 2001. — 480 с.

9. Богатырев Р. 1988 — 2003: эволюция программирования за последние 15 лет // Мир ПК, №Ю, 2003. — с. 10.

10. З.Брукс Ф.П. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы — Addison-Wesley publishing, 1975. — 200 с.

11. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. — http://www.citfomm.ru/database/case/index.shtml (23.10.2001).

12. Вендров A.M. Практикум по проектированию программного обеспечения экономических информационных систем — М.: Финансы и статистика, 2002. — 192 с.1 б.Возвращение Голубого Гиганта // Сети, 1997, №9 сс. 108-116.

13. Гаврилов А. Настройка и программирование системы «1С: Предприятие» — СПб.: «Невский диалект», 2001. — с.288.

14. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования — СПб. Литер, 2001. — 368 с.

15. ГарольдЭ.Р. Java Beans — М.:Лори, 1999. — 332 с.

16. Гентер A. WTL тихое оружие страшной силы // Софтерра №3, 2001— сс.25-27.

17. Джонсон Б., Скибо К., Янг М. Основы Microsoft Visual Studio .NET 2003 . М.гИздательско-торговый дом «Русская редакия» ,2003. — 464 с.

18. Дин Л., Дон У. Принципы работы с требованиями к программному обеспечению. Унифицированный подход — М., Вильяме 2002. — 448 с.

19. Дрейган Р.В. Будущее программных агентов // PC Magazine Russian Edition. №3, 1997,— CC. 12-14.

20. Дубова H., Кутукова Е. «Unicenter TNG» управление распределенной корпорацией // Открытые системы, №2, 1998. — сс. 54-60.

21. Евгенев Г.Б. Мультиагентные системы компьютеризации инженерной деятельности // Информационные технологии, 2000, №3. — СС. 2-7.

22. Евгенев Г.Б., Кобелев А.С., Борисов С.А. Технология экспертного программирования // Информационные технологии, 2002, №3. — стр.2-9.

23. Елманова Н. Создание элементов управления ActiveX с помощью С++ Builder — http://www.citforum.ru/programming/cpp/oleax3.shtml (12.05.03).

24. Еникеев А.И., Еникеев И.А. Визуальные объектно-ориентированные системы управления базами данных. Принципы программирования и анализ приложений — http://www.kcn.ru/taten/science/ittc/vol000/DBMSl.pdf. (10.05.03).

25. Епанешников А. М., Епанешников В. A. DELPHI 4. Среда разработки: Учебное пособие. — М.: Диалог-МИФИ, 1999. — 304 с

26. ЗО.Зелковиц М., Гэннон Дж., Марвин В. Принципы разработки программного обеспечения — М: Мир, 1982. — 368 с.

27. Иванов В.В. Из истории кибернетики в СССР. Очерк жизни и деятельности М.Л. Цейтлина. — Новосибирск: Научно-издательский центр ОИГГМ СО РАН, 1998. —с. 577.

28. Иордон Э. Путь Камикадзе. Как разработчику программного обеспечения выжить в безнадежном проекте — М.гЛори, 2000. — 255 с.

29. Клышинский Э.С. Классификация и области применения агентных систем // // Материалы пятого научно практического семинара «Новые информационные технологии», Москва: МГИЭМ, 2002. — с.20-32.

30. Коберн А. Современные методы описания функциональных требований к системам — М.: Лори, 2002. — 263 с.

31. Колонин Ю.С. Основы CA-Visual Objects. Кн.1., Введение в язык программирования — М.: СофтСервис, 1996. — 217с.

32. Колонин Ю.С. Основы CA-Visual Objects. Кн.1., Введение в язык программирования.— М.: СофтСервис, 1996.— 217с.

33. Коффи П. Хороших работников много не бывает // PCWeek, 2001, №5. — С.20.

34. Кузнецов С.Д. Проектирование и разработка корпоративных информационных систем // Центр информационных технологий. — www.Citforum.ru (02.02.2001).

35. Любарский Ю.Я Интеллектуальные информационные системы. — М.: Наука, 1992. —320 с.

36. Маклаков С.В. BPwin и ERwin. CASE средства разработки информационных систем — М.: Диалог-МИФИ. 2000. — с.256.

37. Миллман Г. Ваши верные агенты // Computer World Россия, № 11, 1998. — сс. 15-17.

38. Михалев В.И., Авдошин Ю.Г., Березняцкий А.В. Интеллектуальная технологическая система проектирования и сопровождения прикладных средств обработки данных // Межвузовский научно-технический сборник. Кибернетика и вуз., Вып. 29, 1999. — С. 24-27.

39. Нечепуренко М.И., Майнагашев С.М. и др. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях. — М.:Мир, 1982. — 450 с.

40. Орлов С.А. Технологии разработки программного обеспечения. Разработка сложных программных систем. Для студентов и преподавателей высших учебных заведений — СПб.-Питер, 2003. — 480 с.

41. Официальный сайт программы MS Internet Information Server — www.microsofl.com/iis (01.03.01).

42. Официальный сайт программы MS SQL Server 2000 — www.microsoft.com/sql (01.03.01).

43. Официальный стандарт описания языка XML — http://www.w3.org/XML/ (20.05.2002).

44. Перечень спецификации ассоциации FIPA — http://www.fipa.org/specifications/index.html (10.06.2002).

45. Писц-Моултис Н., Кирк Ч. XML в подлиннике. — СПб.: BHV-Санкт-Петербург 2000. — с.736.

46. Представление и использование знаний. Пер. с японского / под. ред. Х.Уэно, М.Исидзука. — М.:Мир., 1998.— с. 80.

47. Рогушина Ю.В. Программные агенты: определения, таксономии и модели // УСиМ, 2001, №5. СС. 39-45.

48. Рогушина Ю.В., Протасова Э.Н. Расширение модальной логики для формализации интенсиональных отношений // УСиМ, 1999, №4 СС. 32-38.

49. Сайлер Б., Споттс Д. Использование VisualBasic .NET специальное издание — М.:«Вильямс», 2002. — с.752.

50. Смит К., Уильяме JI. Эффективные решения: Практическое руководство по созданию гибкого и масштабируемого программного обеспечения — СПб. Литер 2003. — 448 с.

51. Тейксейра С., Пачеко К. BorlandDelphi-б. Руководство разработчика — М.: «Вильяме», 2002. — с.1120.

52. Торрес Р.Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке пользовательского интерфейса — М.: Вильяме, 2002. — 400 с.

53. Уокер Р. Управление проектами по созданию программного обеспечения — М.:Лори, 2002. —424 с.

54. Фалчер С. Программирование на Microsoft Visual Studio .NET — М.гНовая редакция, 2002. — с.800.

55. Фатрелл Р., Шафер Д., Шафер Л. Управление программными проектами. Достижение оптимального качества при минимуме затрат — М.: Вильяме 2003. — 1136 с.

56. Фаулер М. Новые методологии программирования // Технология клиент-сервер. 2001, №4. — С. 11.

57. Фомичев B.C., Холод И.И. Организация и модели мобильных агентов // Программные продукты и системы, 2000, №4.— СС. 7-12.

58. Фридман А.Л. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем — М.: Финансы и статистика, 2000. — 192 с.

59. Хайес В.Б. Использование PowerBuilder-6— М.: «Вильяме», 1998.— с.687.

60. Хомоненко А.Д., Гридин В.В. MS Access Серия: Быстрый старт — СПб: "БХВ-СПб", 2002. — с.304.

61. Шамис В.A. Borland С++ Builder 5. Техника визуального программирования

62. М.: «Нолидж»,2001. — с.688.

63. Шестаков С. Web-серверы в версии Oracle // Открытые системы, №4, 1997с.15.

64. Шуремов Е.Л. Информационные технологии финансового планирования и экономического анализа — М.: 1 С-Паблишинг, 2003. — 165с.

65. Эд Чи Будущее программного обеспечения:визуализационные + вычислительные инструменты — http://creonet.cdu.edu.ua/articles/art5r.html (20.12.2003).

66. Экспертные системы: Инструментальные средства разработки: Учебное пособие / Под ред. Ю.В.Юдина. — СПб.: Политехника, 1996. — 220с

67. Элиенс А. Принципы объектно-ориентированной разработки программ — М.: Вильяме, 2002. — 496 с.

68. Якобсон А., Буч Г., Рамбо Дж. Унифицированный процесс разработки программного обеспечения — СПб. Литер, 2002. — 496 с.ч

69. A Strategic Choice for Intelligent Applications // Официальный сайт корпорации Gemsym— www.gemsym.com (23.10.2001).

70. Asada M., Uchibe E., Hosoda K. Agents That Learn from Other Agents. — http://citeseer.nj.nec.com/asada95agents.html (01.03.2000).

71. Awdoshin J.G., Bereznyatsky A.V. Intelligent technology for distributed design and monitoring of information system // Proceedings of the 5-th Korean-Russian International Symposium on Science and Technology, Tomsk: TPU, 2001. — pp. 88-92.

72. Boehm B. A Spiral Model of Software Development and Enhancement // Computer, 1988 May. — pp. 22-34.

73. Bunke H. Graph Matching: Theoretical Foundations, Algorithms, and Applications // Pattern Recognition Letters, 1983, 1. — pp. 245-253.

74. Bunke H. Recent Developments in Graph Matching // Pattern Recognition Letters, 1993,3.— pp. 146-162.

75. Bunke H., Foggia P., Guidobaldi C. A comparison of algorithms for maximum common subgraph on randomly connected graphs. // Pattern Recognition Letters, 1995,2.— pp. 241-250.

76. Clarion. The fastest way to build database application. — http://www.softvelocity.com/core/templaterepository.htm (11.10.2001).

77. Cohen P.R., Levesque M.P. Intension is choice with commitment // Artificial Intelligence, 1990, №42. — p. 213-261.

78. Durand P.J., Pasari R., Baker J. W., Tsai C. An Efficient Algorithm for Similarity Analysis of Molecules // Internet Journal of Chemistry, vol. 2, 1999. — pp. 5364.

79. Emily A. Vander Veer OpenDoc Says OLE To Developers — http://www.byte.com/art/9607/sec5/artl.htm (10.10.2003).

80. Etzioni O. Intelligence without Robots (A Reply to Brooks) // AI Magazine, Vol. 14, №4, 1993.— pp. 7-13

81. Federation of Intelligent Physical Agent — http://www.cselt.stet.it/flra/rarenelte.htm (15.08.01).

82. Finin Т., Wiederhold G. An Overview of KQML: A Knowledge Query andManipulation Language — Department of Computer Science, Stanford University, 1991. — p. 30.

83. Green Card IT Experts Initiative (http://www.german-embassy.org.pk/en/home/itexpe.html) (05.01.2004)

84. Johansen D. Mobile Agent Applicability // Personal technologies, 1998, №2. -PP.57-67.

85. Maes P. Artificial Life meets Entertainment: Lifelike Autonomous Agents // Communication of the ACM, Vol. 38, No 3, November 1995. — pp. 108-114.

86. Maes P. Firefly recommends products through an automated 'word-of-mouth' recommendation mechanism called 'collaborative filtering. // Association for Computing Machinery Journal, no.3, 1998. — pp.11-14.

87. Martin J. Rapid Application Development, N.J.: Prentice Hall, 1992. — p. 203.

88. McCarthy J. Ascibing mental qualities to machines / Tech.report. Stanford University AI Lab., Stanford, 1978. — p. 258.

89. McGregor J.J. Backtrack Search Algorithms and the Maximal Common Subgraph Problem // Software Practice and Experience, Vol. 12, 1982. — pp. 23-34.

90. Nwana S. Software Agents: An Overview // Knowledge Engineering Review, 1996— pp. 100-112.95.0dell J. Agent Technology Green Paper, Version 1.0, Agent Working Group OMG Document — http://www.jamesodell.com/ec2000-08-01.pdf (01.08.2000).

91. Pardalos P.M. A Branch and Bound Algorithm for the Maximum Clique Problem // Computer Operations Research, vol. 19, no. 5, 1992. — pp. 363-375.

92. Rao A.S., Georgeff M.P. Modeling rational agents within a BDI-architecture // Proceedings Of Knowledge Representation and Reasoning. — Morgan aufman publishers 1991.— p. 473-484.

93. Rekers J., Schurr A. Defining and parsing visual languages with layered graph grammars // Journal of Visual Languages and Computing, №8, 1997. — pp.2755.

94. Salustri F. A., Venter R. D. A New Programming Paradigm for Engineering Design // Software Engineering with Computers, 1994, Vol. 10(2). — PP. 95-111.

95. Ullmann J.R., An Algorithm for Subgraph Isomorphism // Journal of the Association for Computing Machinery, vol. 23, 1976. — pp. 31-42.

96. Younessi H. An algorithm for automatic construction of class Diagrams // The computer journal, Vol. 43, No. 6, 2000. PP. 482-490