автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели диалоговых систем обучения на основе теории нечетких множеств

с—2

М1Н1СТЕРСТВО ОСВ1ТИ УКРА1НИ ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЕСЕЛОВСЬКА ГАЛИНА В1КТОР1ВНА

УДК 519.5:681.142.2:371.3

МОДЕЛ1 Д1АЛОГОВИХ СИСТЕМ НАВЧАННЯ НА ОСНОВ1 ТЕОРП НЕЧ1ТКИХ МНОЖИН

05.13.06 - Автоматизсваш системи управлшня та прогресивш ¡нформащйш технолог!!

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацп на здобуття наукового ступени кандидата техтчних наук

ХЕРСОН - 1997

Дисертащею е рукопис

Робота виконана на кaфeдpi Програмного забезпечення ЕОЛУ Херсокського державного техшчного ушверситету

Науковий кер1вник: доктор техшчних наук, професор

ХОДАКОВ В1КТОР егорович, зав. кафедрою Програмного забез-печення ЕОМ Херсонського державного техшчного ун1верситету

Офщшш опоненти:

1. Доктор техшчних наук, професор ШАРОНОВА НАТАЛИ ВАЛЕРЙВНА, проректор, зав. кафедрою Документознавства Т1 шформащйно! д1яльност1 Харювського гумаштарного шститут; "Народна Украшська Акадешя"

2. Кандидат ф1зико-математичних наук, доцент АБРАМО] ГЕННАД1Й СЕРАФИМОВИЧ, кафедра Прикладно! математики т математичного моделювання Херсонського державного техшчнсг университету

Провщна установа:

Херсонський державний педагопчний шститут, м. Херсон

Захист вщбудеться " Э>.СМ£г»к-и}~ 1997 р. о ?&~гедш на зааданш спещал1зовано1 вчено! ради К 19.01.06 у Херсонськсм державному техшчному ушверситет1 за адресою: 325008, м. Херсон, Бериславське шосе 24, кора 3, ауд. 322

Вщзиви на автореферат (у двох приьирниках, затвердже! печаткою установи) просимо надсилати за адресою: 325008, м. Херсо] Бериславське шосе 24, ХДТУ, Вченому секретарев1

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютецх Херсонсько1 державного техшчного ушверситету за адресою: 325008, м. Херсон, Бериславське шосе 24, корп. 1

Автореферат роз!Сланий " „ " 1997 р.

Вчений секретар ____ к. т. н., доцент

спещал1зовашй вчено}_рдди»— Ф.Б. Рогальски*

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальтсть теми

Сучасний етап науково-техшчного прогресу характеризу-еться штенсивним розвитком процес1в шформатизацп ус!х галузей д1яльност1, що викликае необхщшсть суттевого тдвищення ефективност1 та якост1 шдготовки фах^вщв. Найбшьш вагомим внеском до розв'язання цих задач е застосування д1алогових систем навчання на основ1 персональних ЕОМ, перспективш тенденцП розвитку яких пов'язаш зд значним шдвищенням складност1 даних систем та гпдсиленням рол! фактору людини-користувача. У вщпов1дност1 до чого дедал1 актуальтшим стае створення методолопчного апарату моде-лювання д!алогових систем навчання, адекватного сучасним тенденщям.

Найб1льш глибоке та систематичне висв1тлення питань опису та дослщження теоретичних основ 1 сучасних напрямшв розвитку д1алогових систем навчання подано в роботах про-в1дних наукових центр!в, у наукових працях В.М. Глушкова, О.М. Довгялло, П.Л. Брусиловського, Б.С. Гершунського, О.В. 1браг1мова, С.1. Машбща, В.М. Попова, В.О. Петрушина, О.Я. Савельева, Д. Андерсона, А. Барра, Б. Вулфа, Б. Рейзера, Д. Селфа, Д. Опмана та шших. У зазначених роботах розглянутк типолопзашя сучасних д!алогових систем навчання; основоположш концептуальш тдходи та математичний апарат моделювання цих систем; психолого-педагопчш та ергоном1чю аспекти взаемодп людини, що навчаеться, з ЕОМ; принципи розробки сучасних комп'ютерних технологий навчання. Проте досить багато важливих методолопчних питань не знайшли достатнього вщбиття: задач! шформацшного обстеження та шформацшного моделювання д1алогових систем навчання; питания створення моделей адаптацп до людини, що навчаеться, як до

користувача; модел! шдивщуальних предметно-незалежних характеристик людини, що навчаеться; сучасш гвдходи до споживчо! експертизи педагоичних програмних засоб1в. Не розглядалися проблеми застосування до опису та дослщження д1алогових систем навчання методолопчного апарату теорп нечетких множин, який активно та багатопл1дно вйкористовуеться на даний час для шдвищення ефективност1 моделювання складних виробничих автоматизованих систем. Перел1чеш питания обумовлюють актуальшсть проблеми, що вирйиуеться у дисертацп, та визначають мету 1 осноьш задач1 досл1дження.

Мета 1 задач1 дослшження

Метою дано! роботи е подальше вдосконалення теоретичних та прикладних питань моделювання д1алогових систем навчання на основ! застосування елемент1в концептуального та математичного апарату теорП нечггких множин. У в1дпов!дност1 до чого у робот! виршеш наступш основш задача

1. Розроблеш елементи методолопчного апарату проектування д1алогових систем навчання з урахуванням 1х специфжи як одного з клас1в неч!тких систем.

2. Розроблений ряд методов моделювання, як! базуються на використанш методолопчного апарату теорп нечетких множин:

- методи щентифжацп моделей та прогнозування процес1В взаемно! адаптащ! людини, що навчаеться, та д!алогово1 системи;

- метод оптим1зацп шформацшно! тдсистеми д1алогово1 системи навчання;'

- метод моделювання шформацшних потреб 1 заготв людини, що навчаеться, як користувача;

- метод моделювання споживчо! експертизи комп'ютерних програм учбового призначення;

3. Розроблене застосування запропонованих нечггких моделей адаптацп до ¡дентифшаци шдивщуальних предметно-незалежних характеристик взаемоди людини, що навчаеться, з ЕОМ.

Методи дослшження

Для розв'язання поставлених задач використаш методи теорп прийняття р!шень, теорп нечггких множин, теорп формал!зацп апрюрно! шформацп, математично! статистики, теорп мереж Петр!, когштивно! та шженерно! психолог!!.

Наукова новизна одержаних результата

Розроблена низка математичних моделей, яю доповнюють та розвивають метод олопчний апарат моделювання д1алогових систем навчання на основ! теорп нечетких множин: модел1 проектування дтлогових систем назчання як одного з клас1В ноч!тких систем та оптим1зацп IX шформацшних шдсистем; модел1 формування за умов неч1тко! шформацп системи шформацшних потреб та запита людини, що навчаеться; нечггю модел! адаптацп людини, що навчаеться, як користувача; модел! сгюживчс! експертизи педагопчних програмних засоб1в, що побудоваш на застосуванш лшгвктичних змшних.

Практичне значення одержаних результата

Дисертацшн! дослщження виконаш з межах загальних дослщжень та розробок, що здшснюються з метою подальшого вдосконалення оргатзаци взаемодп людини з автоматизованою системою та вдосконалення системи шформатизацп освети. Результатом дисертацшно! роботи е створення елемент1в методолопчного апарату моделювання д1алогових систем навчання на основ1 теорп неч!тких множин 1 застосування 1х для розробки бшьш ефективних. комп'ютерних технологи навчання. Практична реал1защя запропонованих метод1в 1 моделей дозволила суттево (до 20-30 %) покращити сприйняття навчаючих текста, поданих на екрат дисплею, тдвищити ефектившсть використання функцюнальних можливостей обчислювально! техшки учбового призначення, знизити витрати машинного часу на тдготовку студента 1 шдвищення квал1фжацп фах!вшв.

Реал1зашя результаэтв роботи

Основш науков1 положения, висновки та рекомендацП дисер-тацшно! роботи були застосоваш тд час виконання низки науково-дослщних та досл!дно-конструкторських po6iT з метою розробки д1алогових автоматизованих навчаючих систем та комп'ютерних технологш подготовки фах1вщв, що були реал1зоваш зпдно з держбюджетними та госпдогов1рними кауково-дослщними темами (реестрацшш номери 31/92, 36/92, 39/92,43/92,98/93, 105/93, 19/94, 87/94, 56/95, 58/96, 71/96, 145/96 та mrni) на 6asi факультету юбернетмки Херсонського державного техшчного ун1верситету, ф1зико-математичного факультету Херсонського державного педагопчного шституту, Херсонського суднобуд1вного заводу, шдприемства "Херсоннафтапереробка", Кишсько! шформащйно! агенцп "УН1АР", низки шших оргашзацш та тдприсмств.

Результата дисертацшних дослщжень апробоваш та впроваджеш в навчальний та виробничий процеси зазначених вище оргашзацш та пщприемств за перюд з 1987 по 1997 роки: пщ час проведения р1зних вид!в аудиторних та позааудиторних занять 3i студентами, в npoueci пщвищення квал1фжаца фах1вц!в. Процесами впровадження було охоплено понад 800 oci6, що дозволило одержати репрезентативш пщсумков1 дань

Апробашя результат!в дисертацп

Основн1 питания дисертацшно1 роботи доповщалися на Загаль-носоюзнш конференцп "Комп'ютер у школ1 та педвуз^', Одеса, 1989 р.; на II ГУПжрегюнальному ceMiHapi з об'ектно-ор1ентованого програ1мування, MiHCbK, 1992 р.; на II М1жрепональному ceMiHapi "Синтез структур автоматизованого керування у великомасштабних системах", Херсон, 1992 р.; на II М1жнароднш конференцп "Ком-п'ютерш програми учбового призначення", Донецьк, 1994 р.; на II Нацюнальнш науковш конференцп "1нформатика: теор1я, технология, техшка", Одеса, 1995 р.; на ceMiHapi науково! ради HAH Украши з

проблем "Шбернетика", "Прикладш проблеми шформатики", Херсон, 1991-1996 p.p.

Публ1кацп

За темою дисертацп опублжоваш 15 друкованих праць, а саме: 1 стаття у науковому журнал!, 3 статп у зб1рниках наукових праць, 3 публшаци у матер1алах наукових конференцш та семшар1в, 8 тез допов1дей.

Структура та обсяг роботи

Дисортац1Я складаеться i3 вступу, чотирьох роздипв i висновку, яш викладеш на 150 сторшках, списку л1тературних джерел з 200 найменувань на 20 сторшках, трьох додаттв на 30 сторшках. Робота пройтюстрована 15 малюнками та 20 таблицями на 20 сторшках.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У_вступд обгрунтовуеться актуальшсть, сформульован! мета та

задач! дослщження, BiflGnri наукова новизна та практична цшшсть роботи, поданий перел!к основних наукових результате, що виносяться на захист.

У першому розд!л! - "Анал1з стану питания та постановка задач досл!дження" - проведений анал!з актуальних задач ¡нформатизаци подготовки фах!вц1в i стану методолог!чного апарату моделювання користувач1в автоматизованих навчаючих систем, сформульован! предмет та меж! дослщження.

В1дзначаеться, що прогресивн! тенденцп розвитку д1алогових систем навчання обумовлюють необхщшсть пошуку ефективних пщход!в до моделювання тих складових частин д!яльност1 ix користувач!в, як! описуються неповною чи неточною шформащею, е неаддп-ивними, нестацюнарними або в певнщ Mipi непередбаченими. У в!дпов!дност! до чого анал!зуються особливост! традицшного формального апарату моделювання д!алогових систем навчання, що

побудований на основ! теорш систем, абстрактних автомат!в, автоматичного управлшня, масового обслуговування, !м!тацшного моделювання, шформацп, алгоритм1В, ¿гор, граф1в, !мов1рностей, статистичних ршень. Дослщжуеться специфша моделювання в штелектуальних навчаючих системах. У шд сумку вщзначаеться, що ¡снуюч! шдходи не можуть забезпечити достатнього ступеню адекватност1 моделей реальнш Д1ЯЛЬНост! користувача сучасно! д!а логово! системи навчання, оскшьки в !х основу покладено низку припущень, яш не завжди е справедливими: про аддггившсть складових частин процесу псих1ЧН01 д1яльност1 користувача, про послщовний характер його дш, про аналопю дшльносп людини функцюнуванню деякого приладу або мехашзму, про бажано високий р1вень забез-печеност! процеав навчання засобами обчислювально! технЬси та ¡нше. Виходячи з чого, обгрунтовуеться дощльшсть розробки нового методолопчного тдходу до опису д!алогових систем навчання, який базуеться на теорп неч1тких множин, та видшяються актуальш напрямки його реал!заци: подальша розробка питань опису та дослщження людини, що навчаеться, як користувача; ефективне моделювання шформацшних об'еЕачв та процеав; вдосконалення моделей шдив1дуал;зовано1 шдготовки фах1вщв.

У другому роздш1 - "Моделювання д1алогових систем навчання на основ! теора нечггких множин" - дослщжений ряд загально-методолопчних питань побудови моделей зазначених вище систем за умов недовизначеност! шформаци:

1. Розроблен! концептуальш та математич! модел! • проектування Д1алогових систем навчання як одного з клаав нечшдах систем. На основ! проведеного анал!зу задачу формал!заци процесу проектування зазначених систем вщнесено до класу багатокритер!альних задач прийняття р!шень з суб'ективними моделями в нечшйй ситуацп. Виходячи з даного концептуального п!дходу, одержан! наступи!

узагальнеш математичш сшввщношення:

а) для функцп належносп iiobhoï неч1тко1 щльово! множини, що визначае вимоги власне до процесу проектування:

m*(z}=s(^t(Z)' I (^(t)(z)' I -%iZ)))

де: Z = (zQ, z , ... , zN ^ - керуюча послдовшсть; Z - позначення оператору агрегацп; T - нечггко обмежений завершальний момент дискретного часу проектування t; Gj - неч1тка щльова множина, яка характеризуе вимоги до кшцевого стану системи, що проектуеться; R(t), G2(t) - неч1тк1 обмеження на погочне керуюче значения та поточний стан системи;

б) для функцп належност1 оптимЬуючо! нечптссп щльово! множини Р, що визначена над сукупшстю припустимих альтернатив реал1зацП елеменпв системи Р:

к, к2

= s (.Ç^r1 )(р) V'(р)' s?i^2)(p> (Р0 (VPep)

де: - BaroBi коефкценти; D^1 - дшянка, що вщповщае г-му

оптим1зуючому. неч1ткому обмеженшо; D^' - неч1тка оптим1зуюча множина для s-oï шлъово! функцп; Z - позначення оператору агрегаци;

в) для функцп належносп s-ro показника вщповщносп параметрт взаемопов'язаних р!знор1вневих вершин графово! модел1 системи, що проектуеться:

min ( V v

u,v к, р U V

та для загально! розв'язувально! функцп:

Е,' Е2 ' в

U.V

де: k, р - piBHi вершин и та v, що дослщжуються; R^' - нечти

множини, яш визначають загалып вихщш та вхщш параметри

вщповадних вершин, що шдпадають шд Б-е нечггке обмеження С'*1 на сум1сшсть piвнeй к та р; £ - позначення оператору агрегацп;

- потужшсть множини залучених до розгляду параметр1в; Е2 -кшьюсть кроюв дискретизаци розм1рно! сггки; а. - стутнь значущост1 б-о! ции для прийняття радения; О - константа, що дозволяе звшьнитися вщ компенсацшних зв'язшв; 0 = 1/в^

Розроблений метод прогнозування складу та кшьюсних значень характеристик д!алогово1 системи навчання, яю вимагають означення до етапу П детального проектування. В основу методу покладене використання апрюрних оцшок показник1в колективом авторитетних cпeц¡aлicтiв-eкcпepтiв, що працюють у галуз1 проектування, вироб-ництва та експлуатаци аналопчних клас1в систем, з наступним застосуванням теори формал!зацп апртрно! шформацп.

2. Розгляну™ шатания побудови моделей оптшпзацп шформацшно! пiдcиcтeми д1алогово! системи навчання за умов нечггко! вхщно! шформацп, у в1дповщност1 до чого розв'язана задача шдвшцення ефективност1 шформацшного обслуговування користувачгв. 3 ц!ею метою впроваджене поняття шформацшного процесору, основними функщями якого е вщстеження стану шформацшних потреб 1 заттв користувач1Б та регулювання на цш основ1 розподиту та споживання шформацшних ресурс1в. Дослщжеш питания оптшшзаци розташування задано! множини ¡нформацшних процесор1в £г,..., с^. на семантичнш мереж!, що моделюе предметну галузь зазначено! вище тдсистеми, над деяким шформащйним простором Ьт. В основу розв'язання поставлено! задач1 покладена неч1тка модель вигляду:

М (Ьт, К, V, Ё: К->У)

Розглянемо базов1 елементи дано! модели

К = { Кг | / =1,11 }- множина взаемно неперетинаючихся дшянок метричного простору Ьт, кожна з яких характеризуемся своею моделлю шформащйного забезпечення та необхщним р1внем шформацшного споживання у1.

Кожному ¡нформацшному npoqecopoßi (i=l,N) поставлена у ввдповщшсть множина дшянок шформацшного обслуговування S. = { S.. | j = 1 ,Т.} та р1вней шформацшного обслуговування ю... Виходячи з чого, маемо множину V = { V | i=l,N; j=l,T.}, де V.. -позначення для cyKyrmocTi шформацп, яка характеризуе дшянку S^.

Задля кшьккного опису участ1 i-ro процесору в шформацшному обслуговуванш зони перетину R((i,j) = о S.. впроваджена функщя належност! вигляду:

(K,,V.) = <р (R^ij)) о g(R,(i,j)) /<р( S..)

де: (р - функцш, що повертае кшьюсну характеристику обсягу дичянки, зазначено! в якост1 аргументу; g - функц1я, що формуе за наявною шформащею V та моделлю 1( нечггку вагову оцшку зони перетину Rj(i.j); " позначення композици функцш.

У вщповщност! до впроваджених вище позначень, F являе собою нечетко вщбиття наступного вигляду:

F : К V | /¿.:KxV->[ö;l]

F

Узагальнений формал1зований опис концептуально! модел1 задач!, що дослщжуеться, одержаний у вигляд!, який дозволяе застосувати для II подальшого розв'язання ¡снуюч! методи точного та наближеного пошуку розв'язк!в, а саме:

N М

2 2 min

i=i k=i 1

N Т Q.

Е (К„ V..)©.. -¿¡(а,х Z (и~ (К„ V* ) X

i=! j=iv/F 1 Ч Ц t=i v 1 {rt,pt> F 1 Ч

X sup ({©г, P } U {ö> }) X п ur))) XU > У

{«•,. Р,} 1 ' 1J {rt} '

де застосован! наступи! позначення: уА(к) - ресурсоемшсть забезпечення к-го етапу повного життевого циклу шформацшного процесору и. €{0,1} - булева змшна, яка визначае дощльшсть залучення до

розгляду i-ro шформацшного процесору; V* - дублююча ¡нфор-мащя, яка виникае за умови кнування таких шдекспв rt та pt (r^ i, pt?t j), що Rj(i,j) r\ R;(rt, pt) ф 0, тобто вщповдае множиш вигляду

R;(ij) = RJ(id)n({|u^,(rtfpt)) Q.. - KuibKicTb позначених вище дублюючих зон перетину вигляду Rz(rt, pt); at - числов1 BaroBi коефщ1енти; X та П - сума та добуток, що обчислюються за зазначеними параметрами у в1дпов1дносп до певних умов.

3. Розроблений метод моделювання шформацшних потреб та залпов (Ш, 13) людини, що навчаеться, як користувача. PiBHi забезпечення Ш та 13 формал1зоваш у вигляд1 штегрованих показниюв, HKi визначаються за передбачуваними потребами щодо ефективност1 та якост1 шформацшного обслуговування користувач1в та за дшсними можливостями 1х реал1зацп, обумовленими станом параметр1в, що характеризують тдсистему шформацшного обслуговування д1алогово'1 системи навчання. Розв'язана задача оптим1зацп системи зазначених показниюв та параметр1в за умов нечшсосп вхщних обмежень на "ix значения. Вхщними даними щодо сформульовано! задач1 е:

S*= {(е. ,0); <рт) I (i = ад & (j(i) = Щ.) & ( V (г = ¿Цо; j(r)) 3 (?rJ(r)f р = г + 1, {к(р)} с {j(p)» : (erj(r) = ({ер,к(р)})))}

- iepapxi4Ha система функщонально взаемопов'язаних параметр1в пщ-системи шформацшного обслуговування е. , що однозначно щенти-фжуються номером р1вня графово! модел1' i, розташуванням на цьому piBHi j(i) та штегруючими функцюнальними залежностями <р. .

4х- {1//^ | us = ^({е^1.^ ,})} - сукупшсть функцюнальних залехсностей показниюв ефективност! забезпечення 1П та 13 користувач1в us вщ деяко! шдмножини {е^.^} с {е() .{0)}. Ё = {EN j(N)}, U = {Uj - сукуп-nocTi нечггких множин, яю характеризують наявшсть невизначенот

у можливостях одержання тих чи ¡нших припустимих значень базових параметр1в eN } та у вимогах до показнишв us.

Базовим елементом математично! модел1 задач^ що розв'язуеться, е локальна цшьова функщя вигляду:

G ({е.,.,...}) = min ) -> max

s s

3 деяким оптимальним значениям 0 , де:

У свою чергу, JUgts) знаходимо в peзyльтaтi послщовноТ ¡нтег-

0j(0)

рацп параметр1в нижчих piBHeíi, починаючи з р1вня N:

(S) = S¿|P g Ц**) ^ 1 B<S> = k(r+l) ¡ ег,1(г,= <Р k<r-M> »}

г, i(r) В r+1, k(r+l)

У вщповщност1 до чого, у тдсумку маемо:

= -Р * вд I в* = ™ W)

4 N,j(N)

де: {а } - множила розв'язгав зазначено! HepiBHocTi; u°ptmi обчис-

„optim

люеться за одержаними вище значениями e^f .fN) шляхом посль довно'1 штеграци параметров e'^^"1 (р = N, N-1, ... , 1).

У третьому роздин - "Моделювання взаемно! адаптаци людини, що навчаеться, та д1алогово'1 системи на ochobí Teopii нечггких множин" - розглянута низка актуальних питань побудови моделей адаптацп до людини, що навчаеться, як до користувача:

1.'3апропонований метод щентифшацп моделей взаемноГадапта-цн людини, що навчаеться, та д1алогово1 системи, в основу якого покладений нечеткий алгоритм з загалышм r-м правилом вигляду:

{(u ~1с'г) )} -> (V(r> = M(r) (U); /?(г> = П (и ))

Розглянемо його основш компонента:

U = {и | t = 1, К} - вектор вхщних числових параметр!в, що е складовими частинами профшю людини, що навчаегься, як користувача;

С(г) - неч1тк1 змшш, значениями яких е елементи терм-множин At

T(At) лшгвктичних змшних At та щодо яких сукупшсть eлeмeнтiв {С« | г = const; t = 1, К} щентифжуе r-й неч1ткий клас тих oci6, що навчаються, як користувач1в (щ компонента визначаються у вщпо-вщност1 до специфжи конкретно! предметно! галуз1);

- позначае встановлення неч!тко! вщповщност! м1ж ut та

що зд!йсню€ться за допомогою функцш належност1 /ЛЛ

t

М(г) - модель адаптацп, що вщповщае r-ому нечггкому класу тих oci6, що навчаються, як користувач1в, V(r) - Ha6ip вих:дних параметр1в qiel модели /?(г) - нечггке вагове значения r-то! модел1 адаптацп щодо деякого конкретного набору вхщних даних;

N - юлыисть правил нечккого алгоритму, що визначаеться за комбшаторними законами у вщповщност! до юлькост! початкових параметр1в К, потужностей множин Т (А.) та обмежень на при-

пустим!сть наявних комбшацш (С1?,... . С'Р).

Л1 к

Виходячи з впроваджених позначень, кшцевий результат одержуемо у виглядк V = f (V(r), р<r)) (£ - деяка функщя агрегацП, niiGip яко1 заложить вщ особливостей конкретно! предметно! галуз!). Так, найчаст!ше маемо:

v*= S tf(r)v(r) / Z v«

г г

де Е - позначення порогово! суми.

2. Побудований метод прогнозування процес!в взаемно! адаптацп людини, що навчаеться, та д1алогово! системи. Зпдно з даним методом, для бшьш детального досладження зазначених процес1в адаптацп, пропонуеться моделювати !х за допомогою системи наступного вигляду:

Б(Д W) = (V, М*, М°, F)

Охарактеризуемся основш елементи дано! модели

V = {v]7 ..., vN} - кшцева множина визначених над деяким метричним простором W клас!в середовищ взаемоди людини, що навчаеться, з ЕОМ, щодо яких дослщжуються стан i тенденцп розвитку процест адаптац!! у вщповщност! до зм!нення деякого дискретного параметру (1у_ е [Д; /?и =J3Q + МхД/?]. _ _

М*- множина локальних моделей вигляду ш (/?к, v ) (к — О, М; i = 1, N), як! характеризують поточний р!вень адаптац!! щодо ф!ксованих /?к та v.; M*k(V) = {m*(/?k, v,) | к = const; i = iTn}.

M°- сукупн!сть нечггких моделей вигляду:

m° (/?k ,v.) = (m*(/?k, v,), $ )! (Д;1: m(/?k , v,) [0; 1])

кожна з яких характеризуе динам1ку (тенденц!! розвитку) деякого r-го процесу адаптац!! людини, що навчаеться, та д!алогово! системи (г = 1, S), що дослщжуеться для фшсованих значень /?к та v..

F = {F4 : v. -> v. | (m (/?k, v.), {in (/?k, v.)}) ->

- в!дбиття, що розкривають особливост! взаемовпливу npoueciB адаптац!! у зазначених класах середовищ v. та v^ (F визначене на множин! ycix можливих пар (i, j)).

Виходячи з впроваджених припущень та позначень, основна задача моделювання буде полягати у наступному: при визначеному сташ елемент!в типу М^* (V) та множин вигляду {mr°(/?k, v.) | г = 1, S; i = 1, N}, що щентифжоващ для деяко! послщовност! к = 0, R (R < М), та спираючись на модель S (Д W), необхщно визначити прогноз сташв типу ш*(/?НЧ1, v) та тенденцш розвитку процес!в адаптаци {m° (/?R) ] , v.)} щодо деякого фжсованого значения параметру ! = р та у вщповщност! до певного ступеня впевненост! а.

Розглянемо ключов! моменти формал!зац!! розв'язання сфор-мульовано! вище задач!, що становить задачу покрокового прийняття piuieHb з суб'ективними моделями.

На осногп ВХ1ДНИХ даних модел1 Б (Д W) - результата обстежень, що виконуються у вщповщносп до послщовност1 к = 0,..., И - та на основ1 тдсумшв IX обробки ОПР (особою, що приймае рииення), яка характеризуе процеси, що досл1Джуються, за допомогою певно! системи лшгвютичних терм1в, здшснюеться щентифнсащя необхщних складових частин моделей М , М°, Ё та модел1 Б (Д, W) в цшому щодо к - И. Формуеться неч!тке вщбиття вигляду:

де М" (а, И) - матриця неч1тких вщношень м!ж вхщними та вихщними елементами моделей : V. -» V ; О - певний р1вень оптимальност1 розв'язку.

3 роглянутого вище р!вняння одержуються дискретш значения функцш належност! множин ш° (Дк+1, V,) та визначаеться найбьльш ¿мов1рний стан системи Б (Д, W) щодо та к = И+1.

1дентифшащя неч1ткого вщбиття М1' (а, И) здшснюеться виходячи з наведеного вище р1вняння та системи сшввщношень наступного вигляду:

(т° (Дк , v.) о Й°.(ДВ, v,)) о М' 1 (а, И) с (т° , v.) о

о т°(Д.+, .V )) | ( 3 Е\ : V -> V. , ЁV. -> V ) &

гчгИ+1 ' т " 1 4 у I ) ' /т / т '

& (М1 ' (а, Ы) = п {т° (Дк, v.) x т; (Дк, v.)))

де: х - позначення операцн обмеженого добутку.

Для щентифшацп функцш належност! множин т°г(Дк+], V ) пропонуеться застосовувати р;вняння вигляду:

«У = V ( & ( ^Дг,к(сч), му^а, ю))

де: с е В, , с! е В2 - елементи вхщних та вихщних множин моделей Ё, як! дослщжуються щодо можливих дискретних сташв елемента типу т*(Дк , V.).

3 метою уникнення лопчних протир1чь у визначенш вище систем! ¿мплжацш Б\ : v. —> v. впроваджуеться пром1жна величина вигляду:

у (В В ) = sup min (/¿ir), juLr)) I Z = m*(/?k> v.) e M*(V)

Z B, B2 Pk

та вщбиття, яке характеризуе критерШ оптимальност! розв'язку: 0а : (М^ (V), fi ) {m (/?к ,v,) с M/J

(7(ВГ в2)> а)&(ае [0; 1])}

Модель обчислення функцш надежности яю характеризують динамжу процест адаптацп в cucTeMi S (ß, W) щодо k = R, розглядаеться у вигляд1 сукупност1 елемегтв Н = (Z, L, О, G, Q), де: Z, L - потужтсть множин дискретних сташв системи та лшгвктичних терм1в; О - сукупшсть наГшенувань лшгвютичних термгв; G,Q - матриц}, що характеризують iM0BipH0CTHi компонента змшення характеру процеов адаптацп. Для розв'язання дано! задач! необхщио щен-тифжувати значения елемент1в матриць G та Q, що здшснюеться шляхом впровадження до розгляду навчаючо! послщовност1

3. Розроблене застосування запропонованого вище методу ¡ден-тифжацп нечшсих моделей адаптацп до ¡ндивщуально-типолопчних особливостей та ¡ндивщуальних характеристик д1яльност1 людини, що навчаеться, як кшцевого користувача. Щодо цього вирпиеш наступи! ccHOBHi задач!:

Обгрунтоваш визначальн1 вимоги до формування базово! системи зазначених вище характеристик, у шдповщност! до чого побудована початкова типолопзац!я oci6, що навчаються, як користувач1в (мал. 1).

Загальне правило нечеткого алгоритму, яке вщбивае специфику задач!, що досл1джуеться, одержане у вигляд!:

{(Ut'И~1 С{:\ )} -> v« = Р<" ({(ut, a(trl)}) I г = 1ТТб; t = 1~4 "

де: ut, Сд - BxiflHi параметри та вщповщш im нечши множини; Р(г) - лппйний полшом з корегуючими коеф!ц!ентами а'['; At - лшгвк-тичн! змшш, яш зображають наступи! в1домост1 щодо людини, що навчаеться, як користувача: А^ - шдивщуалып ocoöoBi характеристики, що впливають на взаемодто людини, що навчасться, з ЕОМ; А2 -

шдивщуальний р1вень мотивацп до виконання учбово! д1яльност1 ¡з застосуванням ЕОМ на поточному занята; А3 - шдивщуальний р1вень поточно! теоретично! та практично! шдготовки до взаемодп з ЕОМ; А4 - ¡ндивщуальний р1вень усшшност1 вщповщно! д!яльност1 на попередшх заняттях. У вщповщност! до чого одержан! необхщш функцп належност! та вагов1 коефщ1енти.

Запропонований вище нечггкий алгоритм покладений в основу узагальнено! математично! модел! формування персошфжованих комп'ютерних технологи! навчання, формал1зовано! на основ! мате-матичного апарату мереж Петр!.

(а} & р} & у}) -» ш, ((^ V а2) & р2 & V у2)) -> ш2 ((а2 V а3) & р, & у3) -> Шз

Рис. 1. Схема початково! класифшацп ос!б, що навчаються, у вздповщност! до обрано! базово! системи !х шдивщуально-типолопчних особливостей як користувач1в (а. - типи динам!чних особливостей нервово! системи, р. - типи штелектуально! активности, - р^вш виконання розумових операщй).

У четвертому роздин - "Використання теоретичного апарату в процес! зд!йснення наукового експерименту" - викладеш методи оргашзацп, математичний апарат та анал1з шдсумшв наукового до-слщження, мета якого полягала в апробаци формал!зованих резуль-тат1в, що одержат у другому та третьему роздшах дисертацшно! роботи.

Розгляку-и питания створення ефективних методов 1 моделей експертизи споживчих властивостей комп'ютерних програм учбового призначення, що виконуеться за активною участю кшцевого користувача. Обгрунтована доц!льшсть та визначен! шляхи вдосконалення метод ¡в оцшки для показниюв, як! характеризують зазначеш властивосп, на основ! теорп нечтотх мкожин. Виходячи з проведеного анал!зу, запропонований наступний вигляд узагальненого формал!зованого опису б-го часного та к-го штегрованого показнишв:

Ет. V (к)

ая(Р )=-; < V) =-

V V (к)

а також докладно обгрунтоваш вимоги до формування базових елемешчв гце! модели лшгвктично! змшно! /? з найменуванням "часний показник", функцш належност!, що модифжуються, та

штегрованих функцш належност! Згщно з розробленим методом, розм1ршсть N вектору часних показнишв не е фшсованою ! може бути модифжована у вщповщност! до вимог користувача. А в процес! побудови тдсумкових /Л г та , задля одержання повн1Шо! оцшювалыю! шформацп, розглядаеться дешлька взаемопов'язаних моделей штеграцп часних показнишв:

(/?) = >(/?)}; 02 ф) = {^>(/7) = <рк (с^, ... , су}.

В1д;значаеться, що у пщсумку проведения наукового експерименту одержан! репрезентативн! результати, як! свщчать про ст!йке тд-вищення ефективност] учбового процесу при застосуванн! д!алогових систем навчання, що моделюються з використанням запропонованих метод ¡в на баз! теори неч1тких множин. А саме: середня устштсть тдвищилася з 3.5 до 4.0 бала; коефщ!енти систематичност! та продуктивност! роботи ос!б, що навчаються, на заняттях зб!льшилися вщповщно з 0.3 до 0.75 та з 0.42 до 0.86. Ефектившсть застосування запропонованих п!дход!в також про!люстрована д!аграмою на мал. 2.

Результати докладного анал!зу поданих на цш Д1аграм1 ¡нтегрованих показн11к!в 1-3 свщчать про значне пщвищення ефективност!

не тшьки тих елементш запропоновано! технологи гадготовки фах!вц!в, як! безпосередньо реал!зоваш на основ! ЕОМ, але й залучених до ще! технологИ некомп'ютеризованих форм навчання.

5.0'

II

2.»3

4.02

II

ЗУЙ

410

4(16

Показник 1 Показник 2 Показник 3 (Д, = 1.09 бала) (4, - 0.61 бала) (43 = 0.56 бала)

Рис. 2. Д1аграма ефективносп застосування д^алогових систем навчання, що моделюютъся на основ! теорп нечпких мномкин: "Псказник 1" -середня оцшка з аудиторних занять; "Показник 2" - середня екзамена-цшна оцшка; "Показник 3" - середня оцшка за шдивщуальш домашш завдання; I - традифйна технолопя тдготовки фах!вщв; II - запропо-нована технолопя подготовки фах1вщв.

ВИСДОВКИ

1. Проведений анал1з особливостей сучасних д1алогових систем навчання та стану робп- у галу.-н моделювання даних систем, внаслщок чого обгрунтована доцшьшсть ! визначен! напрямки подальшого розвитку метод1в моделювання д!алогових систем навчання на основ! методолопчного апарату теорп нечетких множин.

2. Одержан! концептуальн! та математичн! модел! процесу про-ектування д!алогово! системи навчання як одного з клас!в нечггких

систем, що форма.'пзоваш в термшах багатокритер!альних задач прийняття ршень ¡з суб'ективними моделями в нечтсш ситуацп. Запропоноваш шдходи дозволяють б!льш адекватно в!дбити гаш фактори, як: невпинне пщвищення складност1 зазначених систем; зростання кшькост1 фактор1в впливу навколишнього середовища; активна участь у процесах проектування користувач1в; використання в процеа проектування р1знотипових 1 суперечливих критерив; штенсивне застосування досвщу розробки под1бних клаЫв систем.

3. Розроблений метод оптим1зацп шформацшно! шдсистеми д1алогово! системи навчання за умов використання нечетко! шформаци, який дозволяе значно шдвищити ефектившсть шформацшного обслу-говування користувач!в.

4. Запропонований метод моделювання шформацшних потреб та заттв людини, що навчаеться, як користувача, що враховуе нечита складов! частини формування оптимальних чисельних значень зазначених характеристик.

5. Розроблеш методи моделювання адаптацп до людини, що навчаеться, як до кшцевого користувача д1алогово! системи, яю базуються на концептуальна! модел1 профино користувача 1 мате-матичному апарат! неч1тких множив. У в1дпов1дност1 до чого запропоноваш: загальний вигляд неч1ткого алгоритму, що тдтримуе процес формування ¡ндивщуально! модел1 адаптацп користувача; нечти модел1 прогнозування стану та тенденцш розвитку процеыв адаптацп у систем].

6. Розроблений метод моделювання споживчо! експертизи комп'ютерних програм учбового призначення, який дозволяе пщвищити ефектившсть роботи з динам1чними системами характеристик, що мютять р!зкотипов1 та нестандартш показники, за рахунок хх опису та обробки на основ1 лшпмстичних змшних.

7. Розроблене застосування запропонованих методов моделювання адаптацп до шдивщуально-типолопчних особливостей д!яльност1 людини, що навчаеться, як користувача д¡алогово! системи.

ПРАЩ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦ1ЙН01 РОБОТИ

1. Веселовская Г.В. Совершенствование информационных технологий подготовки специалистов // Вестник Херсонского государственного технического университета.- 1997.- № 1,- С. 212-214.

2. Веселовская Г.В. Некоторые вопросы обучения конечных пользователей персональных ЭВМ // Программные и аппаратные средства вычислительной техники и автоматизированных систем: Сб. науч. тр.- Николаев: НКИ, 1992,- 95с,- С. 3-6.

3. Борисов Р.И., Веселовский В.М., Веселовская Г.В. Об использовании персональных ЭВМ при выполнении лабораторных и курсовых работ по курсам кафедры электротехники // Ресурсосберегающие технологии: Сб. науч. тр.- К.: ИСИО, 1993.152 е.- С. 143-145.

4. Веселовская Г.В., Спиваковский A.B. О компьютерной технологии обучения в рамках деятельностного подхода // Компьютер в школе и педвузе: Сб. науч. тр.- Новосибирск - Одесса: Полиграф, 1990.- ч. I.-165 е.- С. 71-74.

5. Веселовская Г.В. Актуальные задачи индивидуализации подготовки специалистов // Матер1али доповщей II Нащонально! науково! конференци "1нформатика: теор1я, технолопя, техника" (ПТГ-95). - Одеса: OICB.- 1995.- С. 71-72.

6. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Веселовский В.М. Моделирование адаптации в диалоговых обучающих системах // Матер1али доповщей II Нащонально! наукою! конференци "1нформатика: Teopin, технолопя, техшка" (ГПТ-95). - Одеса: OICB.- 1995,- С. 72-73.

7. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Симоненко Д.Е. Некоторые вопросы разработки гибких инструментальных средств для создания обучающих систем, ориентированных на конечного пользователя // Материалы II Межрегионального семинара "Объектно-ориентированное программирование".- Минск: НИФ "SCI".- 1992,- С. 45-46.

8. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Веселовский В.М. К вопросу о моделях пользовательской экспертизы компьютерных программ учебного назначения // Тезисы докладов II Международной конференции "Компьютерные программы учебного назначения".-Донецк: ДонГУ,- 1994,- С. 9.

9. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Веселовский В.М. Некоторые подходы к моделированию диалога обучаемого с ЭВМ // Тезисы докладов II Международной конференции "Компьютерные программы учебного назначения",- Донецк: ДонГУ.- 1994 - С. 11.

10. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Мороз В.Т. Методологические вопросы разработки и применения АРМ руководителей промышленных предприятий // Тезисы докладов II Межрегионального семинара "Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах".- Херсон: ХИИ.- 1992,- С. 59-61.

11. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В. Адаптация конечных пользователей АРМ // Тезисы докладов II Межрегионального семинара "Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах".- Херсон: ХИИ.- 1992.- С. 70-73.

12. Ходаков ВЕ., Веселовская Г.В., Мороз В.Т. Изучение характеристик конечных пользователей для целей создания АРМ и ИАСУ // Тезисы докладов II Межрегионального семинара "Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах".-Херсон: ХИИ.- 1992,- С. 74-76.

13. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Веселовский В.М, Симоненко Д.Е. Методологические вопросы обучения конечных пользователей // Тезисы докладов II Межрегионального семинара "Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах".-Херсон: ХИИ.- 1992,- С. 81-83."

14. Ходаков В.Е., Шерстюк В.Г., Веселовская Г.В., Дидык А.А. Разработка учебной программной системы по бухгалтерскому учету //Тезисы докладов Межрегиональной научно-практической конференции "Развитие экономической науки в Украине и преподавание экономических дисциплин".- Херсон: ХИИ.- 1996.- С. 26-28.

15. Ходаков В.Е., Веселовская Г.В., Веселовский В.М Совершенствование компьютерных технологий подготовки специалистов // Тезисы докладов научно-практической конференции преподавателей и сотрудников ХИИ "Научно-технический прогресс в переходный период развития Украины",- Херсон: ХИИ - 1995.- С. 16.

АНОТАЦШ

Веселовська Г.В. Мод ел! д1алогових систем навчання на основ! теорп нечггких множин.- Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальтстю 05.13.06 - автоматизоваш системи управлшня та прогресивш шформацшш технологи.- Херсонський державний техшчний ушверситет, Херсон, 1997.

Запропонована концепц1я вдосконалення комп'ютерних шформацшних технологш пщготовки фах!вщв на основ! д1алогових систем навчання, що моделюються з використанням теори неч!тких множин. Розроблений формальний апарат проектування д1алогових систем навчання як одного з клаав нечгошх систем. Поданий метод оптим1заци шформащйно! шдсистеми ;ца логово! системи навчання. Запропонований метод моделювання шформацшних потреб 1 загатв людини, що навчаеться, як користувача. Формал1зоваш гпдходи до моделювання взаемно! адаптаци людини, що навчаеться, та д1алогово! системи. Створен! метод та модел1 споживчо! експертизи комп'ютерних програм учбового призначення.

Ключов1 слова: шформацшна технолопя, Д1алогова система, навчання, користувач. адаптащя, шформацшна потреба, формальний апарат, теор1я неч1тких множин.

АННОТАЦИЯ

Веселовская Г.В. Модели диалоговых систем обучения на основе теории нечетких множеств,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии.- Херсонский государственный технический университет, Херсон, 1997.

Предложена концепция совершенствования компьютерных информационных технологий подготовки специалистов на основе диалоговых систем обучения, моделируемых с использованием теории нечетких множеств. Разработан формальный аппарат проектирования диалоговых систем обучения как одного из классов нечетких систем. Представлен метод оптимизации информационной подсистемы диалоговой системы обучения. Предложен метод моделирования информационных потребностей и запросов обучаемого как пользователя. Формализованы подходы к моделированию взаимной адаптации обучаемого и диалоговой системы. Созданы метод и модели пользовательской экспертизы компьютерных програм учебного назначения.

Ключевые слова: информационная технология, диалоговая система, обучение, пользователь, адаптация, информационная потребность, формальный аппарат, теория нечетких множеств.

SUMMARY

Veselovskaya G.V. Models of the interactive tutoring systems, based on the fuzzy sets theory.- Manuscript.

Thesis for the scientific degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.13.06 - automated control systems and progressive informative technologies.- Kherson State Technical University, Kherson, Ukraine, 1997.

The concept on development of computer informative technologies for specialists preparing on the base of the interactive tutoring systems, which is modelling with the use of the fuzzy sets theory, is offered. Formal apparatus for projection of the interactive tutoring systems which is considering as one class of fuzzy systems is developed. The method of optimisation for informative subsystem of interactive tutoring system is represented. The method of modelling for the informative needs and requests of the students which is considering as users is offered. The approaches to the modelling of mutual adaptation of the pupils and interactive system is formalised. The method and models on user's examination for computer teaching programs is found.

Key words: informative technology, interactive system, tutoring, user, adaptation, informative need, formal apparatus, fuzzy sets theory.