автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и разработка методов построения диалоговых систем для решения задач прогнозирования

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИАЛОГОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ РЕШЕНИЯ

ЗАДАЧ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ. II

§ 1.1. Анализ программных систем обработки данных и прогнозирования . II

§ 1.2. Современные модели прогнозирования.

§ 1.3. Структура диалоговой системы для решения задач прогнозирования

Выводы по первой главе

Глава П. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ДИАЛОГОВОГО

ПРОЦЕССА.

§ 2.1. Концепция построения шкТюрмационной модели диалогового цроцесса.

§ 2.2. Реализация представлений информационных моделей в виде графов диалоговых процессов

Выводы по второй главе

Глава Ш. ПОСТРОЕНИЕ ЯЗЫКА ОПИСАНИЯ ДИАЛОГОВЫХ МОДЕЛЕЙ

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ.

§ 3.1. Синтаксис языка описания диалоговых моделей.

§ 3.2. Семантика языка описания диалоговых моделей.

Выводы по третьей главе

Глава 1У. РЕАЛИЗАЦИЯ Ш^ТЕМТШхО-ПРОШШНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИАЛОГОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

§ 4.1. Синтаксический контроль корректности описания графа диалогового процесса.

§ 4.2. Семантический контроль корректности графа диалогового процесса.

§ 4.3. Структура программного комплекса, реализующего диалоговую систецу

Выводы по четвертой главе

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1935 годы и на период до 1990 года", на ноябрьских пленумах ЦК КПСС определены основные направления развития народного хозяйства СССР за счет повышения эффективности общественного производства, максимального использования ресурсов, повышения производительности труда и качества управления народным хозяйством. /у*/

Одним из средств решения указанных задач является совершенствование структуры народнохозяйственного планирования в области технических и социально-экономических процессов на основе прогнозирования основных тенденций и закономерностей развития этих слошшх систем.

В современных автоматизированных системах управления (АСУ) реализация прогнозных моделей основана на использовании ЭВМ. Однако, в этом случае, между специалистом-пользователем, в интересах которого решается задача прогнозирования, и ЭВМ возникают языковый и информационный барьеры. Это означает, что для общения с современной ЭВМ, пользователю необходим запас знаний по программированию, не связанный с проблемной областью (информационный барьер). В свою очередь, если пользователь овладел программированием, то тем не менее перед ним остается второй барьер - языковый. Этот барьер возникает из-за того, что задачу, которую специалист ставит перед ЭВМ, необходимо формулировать не на языке описания проблемной области, а на соответствующем языке программирования. При этом необходимо, кроме всего прочего, обеспечить оперативность проведения диалога пользователь - ЭВМ, оптимально взаимодействовать с информационной базой данных, решать задачу прогнозирования и реализовать прогнозные тенденции.

Важным шагом в разработке этих проблем является создание эффективных, высокопроизводительных и, в то же время, цростых в употреблении диалоговых систем. Теоретические исследования в этой области относятся еще к 60 годам. Они вызвали широкий интерес как в СССР, так и за рубежом, поскольку открыли новый этап взаимодействия пользователя с ЭВМ. В этой связи становится актуальной проблема разработки, внедрения методов и средств общения проблемного пользователя и ЭВМ в терминах непосредственно предметной области. Разработка и внедрение современных АСУ на принципах активного диалога с использованием специализированных языковых средств позволит резко повысить эффективность их функционирования, снизить порог требований к работающему в ее среде персоналу, повысить динамичность и обоснованность принимаемых решений.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и средств (языковых и программных) реализации диалоговых систем для решения задач прогнозирования.

Методология диссертационной работы базируется на фундаментальных исследованиях, изложенных в трудах классиков марксизма-ленинизма, а также на изучении результатов работ советских и зарубежных ученых в области системного анализа, теории формальных грамматик, конечных автоматов, системного программирования и методов прогнозирования.

В диссертации использованы личные исследования автора, проведенные в 1976-1982 годах по анализу диалоговых систем обработки данных, методов построения информационных моделей диалоговых процессов (ДП) и языковых средств их описания.

Объектом исследования в диссертационной работе являются принципы построения и языковые средства диалоговых систем для решения задач прогнозирования и реализация, на их основе, различных процедур обработки данных.

Научная новизна диссертационной работы:

- проведен обзор и анализ программных систем обработки данных и пакетов прикладных программ (ППП);

- классифицированы модели и методы прогнозирования;

- оцределены требования к диалоговой системе, ее информационному, языковому и программному обеспечению;

- построена информационная модель диалогового процесса и произведена его формализация в виде графа диалогового процесса (ГДП);

- определены свойства ГДП, доказаны теоремы, устанавливающие алгебраические и перечислительные характеристики ГДП;

- разработаны алгоритмы анализа и преобразования ГДП, доказаны теоремы, определяющие оценку числа операций, необходимых для реализации алгоритмов;

- разработан язык описания диалоговых процессов, на основе алфавита, синтаксиса и семантики языка;

- произведена формализация процедур проведения синтаксического контроля на основе построения систем конечных и магазинных автоматов эквивалентных грамматике языка;

- построен алгоритм синтаксического и семантического анализа операторов языка.

Практическая ценность диссертационной работы:

- разработан язык проблемного пользователя, с помощью которого описывается ДП задач прогнозирования;

- разработана программная система, реализующая функции диалоговой системы для решения задач прогнозирования;

- разработана библиотека алгоритмов и программ методов прогнозирования;

- реализован ряд диалоговых процессов црогнозирования;

- реализация диалоговой системы обеспечивает ориентированную на проблемного пользователя технологию разработки и внедрения различных прогнозных задач, повышает эффективность их работы, снижает стоимость и сроки разработки, а также ставит процесс создания диалоговой системы на индустриальную основу.

Структура диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения и приложений.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

I. Произведен обзор и анализ программных систем обработки данных и ПШ1. Обоснована необходимость построения диалоговой системы. 2. Произведена классификация моделей прогнозирования и основных методов прогнозирования. Определен состав библиотеки алгоритмов и программ методов прогнозирования, обеспечивающий эффективное решение задач проблемного пользователя.

3. Формализовано понятие диалогового процесса, диалоговой системы и их элементов. Разработана информационная модель диалогового процесса. Выделены константуэта и переменная части информационной модели. Рассмотрены методы структуризации и компо-•зиции сложных информационных моделей из более простых.

4. Разработано представление информационных моделей диалоговых процессов в виде ГДП. Доказаны теоремы, определяющие алгебраические и перечислительные характеристики ГДП, на основании которых реализованы машинные алгоритмы; верхние оценки числа операций, необходимых для реализации алгоритмов. Доказаны необходимые и достаточные условия преобразования ГДП.

5. Разработан язык описания диалоговых процессов, его алфавит, синтаксис и семантика. Разработаны синтаксические конструкции ЯОДП для всех смысловых элементов ГДП. Оцределена грамматика ЯОДП, выведена система порождающих ее правил. Определены списки терминалов и нетерминалов языка. Произведена семантическая формализация элементов ГДП.

6. Разработаны алгоритмы и программные средства синтаксического контроля корректности ГДП на всех уровнях. Построена система конечных автоматов, соответствующих грамматике ЯОДП. Построен также граф перехода для них. На основе сконструированного магазинного автомата, реализована процедура синтаксического контроля. Разработаны алгоритмы семантического контроля корректности ГДП. Построены локальные тесты элементов ГДП и глобальный динамический тест контроля ГДП в целом. Реализованы соответствующие программы семантического контроля.

7. Разработана структура диалоговой системы для реализации задач прогнозирования. Разработано программное обеспечение системы, обеспечивающее ее эффективное функционирование в заданной предметной области. Разработана и реализована, в качестве примера, однофакторная модель прогнозирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Автоматизированная система производства программ (АПРОП), Украинский республиканский фонд алгоритмов и программ. Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, 1976.

2. Арушанян О.Б. Некоторые современные концепции конструирования библиотек численного анализа. Вестник ЖУ, серия 15, & I, 1977.

3. Айзерман М.А., Браверман Э.М. и др. Логика. Автоматы. Алгоритмы. М.: Физматгиз, 1963.

4. Ахо А., Ульяман Лд. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. Ы.: Мир, 1978.

5. Басакер Р. Саати Т. Конечные графы и сети. ГЛ.: Наука.

6. Баталова М.М. Система для решения задач линейной алгебры. -Киев: Труды ЖП-I, Институт кибернетики АН УССР, 1968.

7. Берж К. Теория графов и ее применение. М.: ИЛ, 1962.

8. Бостан Г.А., Тонда М.Г., Мачерну Г.А. Диалоговые многоязыковые транслирующие системы. Кишинев: Штшшца, 1977.

9. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. М.: Мир, Вып. I, 1974.

10. Брукс Ф.П. Как проектируются и создаются программные комплексы.-М.: Наука, 1979.

11. Брябин В.М. Диалоговая информационно-логическая система. М.: Вычислительный центр АН СССР, 1977.

12. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977.

13. Вельбицкий И.В., Ходаковский В.И., Шопмов Л.И. Технологический кошлекс производства программ на машинах ЕС ЭВМ, БЭСМ-6.1. М.: Статистика, 1980.

14. Вопросы разработки и внедрения систем обработки данных на базе ЕС ЭВМ. М.: 1980.

15. Гинзбург С. Математическая теория контексно-свободных языков. Ы.: Мир, 1970.

16. Гладкий A.B. Формальные грамматика и языки. М.: Наука, 1973.

17. Гладкова Э.А. Современные методы повышения эффективности программирования. Обзор по материалам иностранной печати. Информационное сообщение, 1978, J,a 29.

18. Глушков В.М. Абстрактная теория автоматов. УШ, т. 16, вып. 5, 1961.

19. Глужов В.М. Теория автоматов и формальные преобразования микропрограмм. ¡кибернетика, JS I, 1966.

20. Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Ющенко Е.Л. Теория автоматов и некоторые вопросы синтеза языков процессоров. Кибернетика,1. Je 5, 1975.

21. Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Ющенко E.JI. Алгебра. Языки. Программирование. Киев: Наукова думка, 1978.

22. Грон П. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979.

23. Дискретная математика и математические вопросы кибернетики. -М.: Наука, 1974.

24. Ершов A.II., Ильин В.П. Пакеты программ технология решения прикладных задач. - Новосибирск: Вычислительный центр Сибирского отделения АН СССР, 1978.25. 1данюк б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений. М.: Советское радио, 1978.

25. Жоголев Е.А. Синтаксически управляемое конструирование программ. Программирование, 1979, J3 6.

26. Загацкий Б.А. Архитектура прикладных программ. В кн.: Системное программирование, Новосибирск: Вычислительный центр Сибирского отделения АН СССР, ч. II, 1973.

27. Загацкий Б.А. и др. Планирование вычислительного процесса в системе ФИХАР. В кн. Системное программирование.

28. Новосибирск: Вычислительный центр Сибирского отделения АН СССР, ч. П, IS73.

29. Идентификация и оценка параметров. Тр. 4 симпозиума ИФАС, Тбилиси: Наука, ч. I, 1976.

30. Климанов В.П., Порховников В.А., Шабанов JI.B. Принципы организации и функционирования пакета прикладных программ для анализа разветвленных систем массового обслуживания. В кн. Труды МЭИ, 118, М.: МЭИ, 1972.

31. Клыков Ю.И. Диалоговая автоматизированная система принятия решений (ДАСПР). В кн. Проблемы принятия решения. - ГЛ.: Наука, 1978.

32. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Т. I. Основные алгоритмы. М.: Мир, 1976.

33. Кобринский Н.Е. Информационные фильтры в экономике. IL: Статистика, 1978.

34. Коган Я.А., Файнштейн И.А., Шеинман М.В. Исследование и оптимизация систем программного обеспечения. Автоматика и вычислительная: техника, 1976, J? 2.

35. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику. М.: Наука, 1975.

36. Курош А.Г. Лекции по общей алгебре. М.: Физматгиз, 1963.

37. Летический A.A. Синтаксис и семантика формальных языков. -Кибернетика, $ 4, 1978.

38. Липаев В.В., Яшков С.Ф. Эффективность методов организации вычислительного процесса в АСУ. М.: Статистика, 1975.

39. Ляпунов A.A. 0 специализированных системах программирования для научных исследований. В кн. Теория программирования. Новосибирск: Вычисжтельный центр Сибирского отделения АН СССР, 1972.

40. Манере Г. Надежность программного обеспечения. IL : Мир,1980.

41. Мальцев А.И. Алгебраические системы. М.: Наука, 1970.

42. Мартин Лд. Организация баз данных в вычислительных системах.-M.: Мир, 1977.

43. Материалы второго Всесоюзного совещания "Диалоговые вычислительные комплексы". Серпухов: 1979.

44. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1980.

45. Монсил Тр.К. /алгебраическая теория дискретных автоматических устройств. М. : ИЛ, 1963.

46. Оленина А.П. Программа для обработки статистического материала методом множественной регрессии. Донецк: Министерство угольной промышленности УССР, 1966.

47. Операционная система ОС ЕС ЭВМ. Техническая документация (версия 4.1). - ГЛ.: 1978.

48. Орс 0. Теория графов. М.: Наука, 1968.

49. Парасюк И.Н., Сергиенко И.В., Т^калевская Н.И. Универсально-специализированная автоматизированная система обработки данных на ЭВМ (система УСОД). УСиМ, Jè 2, 1974.

50. Петренко П.А., Тесслер Г.С. Обработка данных в вычислительных системах и сетях. Киев: Техн ка, 1980.

51. Пратт Т. Языки программирования: разработка и реализация. -М.: Мир, 1979.

52. Программы по математической статистике. Т. 2. Таллин: Институт кибернетики АН ЭССР, 1966.

53. Пупков К.А., Каналин В.И., Ющенко A.C. Функциональные ряды в теории нелинейных систем. М.: Наука, 1976.

54. Разработка математических и технических средств автоматизированных систем. Киев: 1977.

55. Райдер Г.Дк. Комбинаторная математика. М.: Мир, 1966.

56. Редько Б.Н. К проблеме синтаксического анализа языков.1. Кибернетика, й I, 1969.

57. Саркисян С.А. и др. Теория прогнозирования и принятия решений. М.: Высшая школа, 1977.

58. Сейдж Э., Мелса Д. Идентификация систем управления. М.: Мир, 1974.

59. Сергиенко Й.В. и др. Автоматизированные системы обработки данных. Киев: Наукова думка, 1976.

60. Стечкин С.Б., Субботш Ю.Н. Сплайны в вычислительной математике. М.: Наука, 1976.

61. Тамм Б.Г., Тыугу Э.Х. О создании проблемно-ориентированного программного обеспечения. Кибернетика, й 5, 1974.

62. Тассел Ван Д. Стиль, разработка, эффективность, отладка и испытание программ. М.: Мир, 1981.

63. Тарский В.Г. и др. Планирование промышленных экспериментов. Модели динамики. М.: Металлургия, 1978.

64. Тинн К.А., Тыугу Э.Х., Унт М.И. Система модульного программирования. В кн. Труды ВКП-2. Новосибирск, Вычислительный центр Сибирского отделения АН СССР, 1970.

65. Трахтентрот Б.А., Барузинь Я.М. Конечные автоматы. М.: Наука, 1970.

66. Фор Р., Кофман А. и др. Современная математика. М.: Мир, 1966.

67. Харари Ф., Пальмер Э. Переселение графов. М.: Мир, 1977.

68. Холл М. Теория групп. М.: ИЛ, 1962.

69. Хомский И. Формальное свойство грамматик. В кн.: Кибернетический сборник, вып. 2, М.: 1966.

70. Эйклафф Г1. Основы идентификации систем управления. М.: 1975.

71. Еурдули Й.Г., Мелашвили Д.Н., Сепиашвили М.М., Хорхомелидзе Т.Г. Расчет показателей тенденций развития промышленныхпредприятий Грузинской ССР в АСПР. Республиканский семинар по автоматизированным системам управления. Тезисы докладов. -Тбилиси: 1972.

72. Сепиашвили М.М., Хорхомелидзе Т.Г. Программа для анализа хозяйственной деятельности предприятий в диалоговом режиме. Вторая школа-семинар "Интерактивные системы". Тезисы докладов. Боржоми: 1980.

73. Араксян В.В., Карегишвили B.C., Сепиашвили М.М., Хорхомелидзе Т.Г. Интерактивная система проектирования- задач обработки статистической информации. Всесоюзное совещание по интерактивным системам проектирования. Тезисы докладов. Москва: 1981.

74. Араксян В.В., Гамкрелидзе Л.И., Сепиашвили М.М,, Хорхомелидзе Т.Г. Вопросы построения языка проблемно-инструментальной системы обработки статистической информации. Труды Грузинского политехнического института им. В.И.Ленина JS 7 (239). Тбилиси: 1981.