автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка модели представления семантической метаинформации в автоматизированных системах обработки данных и методов ее реализации

МОСКОВСКИЙ орде га ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 681.32.06:37/043/

ГУЩИН СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СЕМАНТИЧЕСКОЙ МЕГАШЮРГЩИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕГМХ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ И МЕТОДОВ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ

Специальность 05.13.13 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации та соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1989

¿с) X /У^ .

Работа выполнена на кафедре прикладной математики Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Луканина В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Китов А.И. - кандидат технических наук Овсянникова М.Р.

Ведутцая организация: указана в решении Специализированного Совета МЭИ.

Защита состоится " ^ " <:ргХ-рахя 1990 г. в аудитории Г-з.О в \Ь ч. со на заседании специализированного Совета K-053.I6.09 при Московском ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетическом институте.

Отзывы о работе /в двух экземплярах, заверенные печатью/ просш направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва Е-250, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭЙ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭЙ.

Автореферат разослан " " _ 1989 г.

УЧЕНИЯ СЕКРЕТАРЬ специализированного Совета К-053.16.09

к.т.н., доцент А.Ф.БОЧКОВ

I - 3 -

(

•.-ОЗЕ^Я ХАРАКТЕРИСТИКА ДЙССЕРТАЦЖШЙ РАБОТЫ

Актуальность темы, Стремительный ро _:г объема потоков различных видов инуормации, усложнение и распирение спектра общественных, коллективных и индивидуальных информационных потребностей, возрастание ценности информации привели к тому, что информация превратилась в один из важнейших ресурсов социально-экономического и научно-технического прогресса. Но не менее валнкм ресурсом становится информация об информации, называемая метаин.рормацией и содеркацая сведения об информационных ресурсах. Метаинформация включает в себя описание смысла элементов данных, способов их использования, источников, характеристик, различных правил и ограничений. МетаинЛормация используется для управления созданием и развитием информационных систем на всех уровнях администрирования.

Эффективность систем обработки данных зависит не только от характеристик технических средств и программного обеспечения, но и от эффективности взаимодействия конечных пользователей с такими системами. Повышение эффективности достигается за счет усиления интеллектуальности интерфейса между конечны!,ш пользователями и системой га уровне представлений о модели предметной области. Проблема интеллектуализации систем обработки данных решается за счет совмещения в одном банке дашшх как средств обработки данных, так и средств представления знаний. В качестве основы такого совмещения предлагается использование средств представления и обработки семантической метаинфор-мации в виде некоторых средств обработки знаний пользователей о фрагментах предметных областей.

В связи с этим теоретические и практические разработки данной диссертации являются актуальными. Настоящая работа выполнялась в соответствии с координационными, планами НИР АН СССР на 1986-1990 гг. /пункт 1.13.8.2/.

Цель работы. Целью данной работы является разработка модели и методов представления семантической метаинфориации в автоматизированных системах обработки данных,

В соответствии с этой целью в диссертационной работе решаются следукицие задачи:

- исследование тенденций сближения моделей данных, исполь-

зуемых в концептуальном моделировании, о моделями представления знаний и определение требований к модели представления с емантической метаинфориации;

- определение модели представления семантической мета-информации;

- разработка архитектуры системы представления и обработки семантической метаинйормации;

- программная реализация комплекса разработанных средств, включающих: генератор запросов, задаваемых в табличной форме; интерпретатор метаинформации, обеспечивающий представление ее в виде доступном конечным пользователям; и дедуктивную машину, осуществляющую подбор целей в базе знаний системы представления семантической меташфориации.

Методика исследования» Используемые в работе методы исследований базируются на результатах и аппарате теории множеств, теории реляционных баз данных, теории моделей данных, концептуального моделирования и методологии представления знаний.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:

- разработана модель представления семантической мета-информации, задаваемой в виде множеств отношений аспектов и предикатов ограничений, накладываемых на эти отношения; проведено сопоставление модели и выражений реляционного исчисления кортежей, на основе которого доказана полнота модели;

- предложена архитектура системы представления и обработки семантической метаинформации, компонентами которой являются: система управления базами знаний, работающая с концептуальными метаобъектами /объектами метаданных/, подразделяемыми на хранимые и производные отношения; система словарей-справочников данных, взаимодействующая с системными и информационными метаобъектами, обеспечивающими отображение локальных представлений пользователей на существующую информационно-вычислительную среду; система управления базами данных, представленная операциями определения данных и манипулирования данными;

- заданы метода отображения концептуальных метаобьектов на информационные и системные с помощью дедуктивной машины, реализующей полуавтоматический вывод целей в базе знаний системы представления семантической метаинформации.

Практическая значимость. Разработанные в диссертационной работе принципы организации системы представления и обработки семантической метаинйормации положены в основу комплекса программных и информационных средств СИИЕД, реализованных на основе языка диалоговой обработки данных системы ДИСОД. В комплекс входят: сродства представления и генерации запросов к БД, задаваемые в табличной форме; средства интерпретации содержимого словаря-справочника данных и представление мстаинйорма-ции в виде доступном пользователям; картотечно-поисковая дедуктивная машина, реализующая в рекиме диалога полуавтоматический вывод целей в базе знаний. Реализованные в рамках этого комплекса средства дают возможность конечным пользователям при взаимодействии с системами обработки данных работать с семантической метаинДорыацией в терминах конкретных предметных областей. Экспериментальная проверка работы комплекса показала, что применение указанных средств позволило сократить время, затрачиваемое на разработку запросов к базам данных, за счет укрупнения шага программирования задач обработки данных, повышения интеллектуальности диалоговых средств общешга и упрощения процесса взаимодействия конечных пользователей с системами обработки данных.

Разработанный комплекс внедрен в 3-х организациях, что подтверждается соответствущими актами.

Апробация. Основные результаты работы были долояены на:

1. Всесоюзной школе "Банки данных в автоматизированных информационных системах. Опыт и проблемы". Москва. 1986.

2. Научно-технических конференциях МЭИ. Москва. 1985 и 1988 гг.

3. Постоянно действующем научном семинаре кафедры Прикладной математики МЭИ.

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в шести печатных работах.

Объем и структура. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 78 наименований и приложения. Объем диссертации - стр. печатного текста, 2-х таблиц, рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, йормулируется ее цель и определяются вытекающие из нее основные задачи исследования.

В первой главе, на основе исследования тенденций сближения моделей концептуального моделирования и моделей представления знаний, и в результате анализа особенностей систем представления семантической метаинсзормации формулируются основные- • требования к моделям представления семантической метаинформа-цик.'

Интеллектуализация систем обработки данных /СОД/ связана со все больпей ориентацией их на конечных пользователей, не являющихся профессионалами в области автоматизированной обработки данных, и предоставлением им возможностей для работы с системой в терминах и понятиях своих предметных областей /ПО/, как с элементами знаний о них. Повышение требований к "дружественности" интерфейса пользователей с СОД основано на том, что пользователи не знают и не доянш знать: где находятся и кал храниться данные, как и с помощью каких средств производится их обработка.

Важную роль в представлении метаинформации играют системы словарей справочников-данных, обеспечивающие хранение описаний схем БД и спецификаций программ и запросов. Средства представления метаинформации отражают существующую информационно-вычислительную среду обработки данных, т.е. отражают модели ПО. При описании слоянооргашзованных ПО растет структуризация баз данных на некотором этапе развития СОД пользователи перестают понимать: как связаны их представления о фрагментах. ПО с общей моделью ПО, определяемой в СОД, как изменяться представления при изменении модели, какая информация могяет быть получена при взаимодействии с СОД. Следовательно, необходимы средства для конечных пользователей, предоставляющие им возможность работы с метаинформацией в удобной форме. Интерпретируемость метаинформации, представленной в словаре-справочнике данных, затруднена тем, что она доступна, в основном, администратору данных. Для того, чтобы метаинформация была доступна пользователям, необходимо проведение ее дополнительно-

го преобразования и явное введение семантики, т.е. переход от метаинформации к семантической метаинформации, легко интерпретируемой по смыслу пользователями,

Семантическая метакнформация является специальным классом знаний пользователей как о фрагментах их ПО, так и об информации, которая может быть получена при взаимодействии с СОД в рамках локальных представлений соответствующих этим фрагментам. Следовательно, требуется разработка специальных моделей представления таких знаний, с одной стороны учитывающих специфику метаинформации, с другой стороны, обеспечивающих явное задание семантики.

В теории баз данных сложилось направление научных исследований, получившее название концептуального моделирования ПО, непосредственно связаное с задачами представления знаний о ПО, которые находятся в центре внимания исследователей, занимающихся созданием систем искусственного интеллекта. Модель представления семантической метаинформации должна учитывать особенности обоих подходов. Исследование тевденций сближения моделей данных, используемых в концелтуатыюм моделировании, с моделями представления зна;шй позволило выработать требования к модели представления семантической метаинформации:

- решение проблемы множественности локальных представлений пользователей и независимости задания объектов и их взаимосвязей;

- разделения интенсиональной и экстенсиональной составляющих модели;

- задание иерархии абстракций моделей;

- использование как декларативной, так и процедуральной формы представления знаний, реализуемой либо с помощью производных отношений, имеющих предикатный характер, либо в виде правил, позволяющих конструировать экстенсиональные знага-ш.

Требования к модели частично задают требования к архитектуре системы представления семантической метаинформации. Разделение интенсионала и экстенсионала модели приводит к выделению трех уровней: средств представления знаний, средств обработки данных и интерфейсного уровня ме:кду этими компонентами, задаваемого в виде средств представления метаинформации и обос-лечиватцего переход от моделей представления знаний к моделям

баз данных.

Использование средств представления метаинйормации в качестве интерфейса между СУБЗ и СУБД позволяет, с одной стороны избежать дублирования описаний схем БД и спецификаций средств манипулирования данными, с другой стороны упростить отображение-метаинформации в операции определения данных и манипулирования данными за счет применения средств самой СОД.

В соответствии с общей проблематикой интеллектуализации СОД средства представления и обработки знаний, входящие в систему, должны также обеспечивать-функции интеллектуального интерфейса пользователей с СОД. Наиболее полно обеспечивают возможности представления знаний и реализации интеллектуального интерфейса компоненты экспертных систем, поэтов целесообразно использовать принципы построения диалоговых, объяснительных и решавших компонентов экспертных систем для создания средств представления и обработки знаний в системе представления семантической метаинформации.

Определение требований к модели и к архитектуре системы представления семантической метаинформации невозможно без учета специфики самой метаинфориации. В качестве средства- представления и обработки метаинформации выступают системы словарей-справочников данных/СССД/. ССОД представляют собой средства программного и информационного обеспечения, предназначенное для логической централизации сведений об информационных ресурсах,включая их характеристики, взаимосвязи и характер использования. Выделяют два основных типа объектов метаинйорыации/метаобъектов/: информационные и системные. К информационным метаобъектам относятся: элементы данных, записи, файлы, базы данных, Системные метаобъекты представляют процессы и обрабатывающие компоненты программных систем, например: системы, программы, запросы.

Введение семантической метаинформации позволяет соотнести объекты ПО и выполняемые moi функции с элементами и структурами, данных, и с обрабатывающими компонентами, обращающимися к этим данным. Словарь-справочник отражает логическую модель БД. Определив класс метаобъектов для описания концептуальной модели БД и локальных представлений пользователей и отобразив их на информационные и системные метаобъекты ССД, отражающие информационно-вычислительную среду обработки данных, можно обеспечить манипулирование концептуальными информационными структурами как

специальным образом организованными знаниями.

Зо второй главе на основе ограничений, накладываемых на отношения в виде множества аспектов, введенных Мейером Д., вместе с заданием множества предикатов ограничений для этих аспектпых отношений определена модель для задания аспектных отношений.

На отношение г(К) накладывается ограничение с помощью множества аспектов 0={и/1,и'г,...Жгг,} , где 1 = 1,т .Отношение г удовлетворяет 0, если для всякой строки £ в г подмножество атрибутов, в которых имеются неопределенные значения, имеет вид дяя некоторого аспекта ЩеО .

Определим \У- модель для аспектов отношения.

V-моделью будем называть множество с заданными

на нем отношениями [\)/е], £ ~ , % £ Д.

Носителем \у-ыодели называется множество атрибутов Н , на котором определены отношения [ Т^т , Щ £ Я мно-

кестро отношений £ [\*/£]3, ¿-1,™ называется сигнатурой V-модели т

Для более явного выделения семантики \У-модель мояно представить в следующем воде: ^ =<Я,{[№<>]}",-[ Ру£}* > Задание множества предикатов ограничения семантической целостности для вьделенных аспектов усиливает семантику \у-модели. С другой стороны, множество атрибутов И можно преобразовать, удалив из него атрибуты, не входяпрге в аспектше отношения. Так как эти преобразования не затрагивают семантику \у-модели

£ = Т^т поэтому, не ограничивая общнос-

ти, \У-модель молно гаме выразить как

При таком задании \у-модели, явно выражен ее экстенсиональный характер, так как задаются множества отношений со схемами {ВДГ и предикатов {Р

Если необходимо подчеркнуть интенсиональный характер Ц'-мо-дели, ее можно представить в следующем виде:

Введем правила построения множества разрешенных формул предикатов ограничения семантической целостности -моделей.

Множество разрешенных формул предикатов \У-моделей будет введено при использовании:

- множества атрибутов {А1,Аг,...,А„};

- множества бинарных знаков © = { 61,9г,... ,0^} ;

- множества имен отношений {>!,,...,гр} со схемами Ир- множества аспектов 0 п}.

Рассмотрим правила построения атомов формул предикатов

-модели:

1. Пусть [IV]- отнопение аспекта IV«0 со схемой А^,Агг,...,Агк к«п, Ауь{Аг}" , то \У(ае1 л осгк) -атом, где

- либо переменная, либо константа

2. Пусть гс^изе; -переменные -хсеЪ и а;£Ц, 0г8 - знак бинарной операции, а с-константа сеВ ,то х¿вау , зс/вс и с9х1~ атомы.

3. Пусть х; и ^ -переменные х;еБ и х^еХ, В е 0 - ЗНак сравнения, А^ и А« -атрибуты, которые 0-сравню,и, то Аг(2£)Й Ак(х;) - атом.

4. Пусть х -переменная хеЛ, а с-константа сеИ , Ак-атрибут , , то с - атом и с в Ак(х) атом.

5. Булевские постоянные "I" /истина/ и "О" /лояь/ -атомы.

Атомы можно комбинировать, получая при этом формулы. На

основе введенных атомов зададим правила построения формул предикат о в \V-mo дели:

1. Произвольный атом является формулой.

2. Если £ -форглула, то -формула.

3. Если / и 2 -формула, то^У^ итоне формула.

4. Если £ -формула, то Зхр(х) тоже формула, /она истинна, если существует константа с , при подстановке которой вместо х в Р формула становится истинной/.

5. Если £ -формула, то тоя;е формула /она истинна для всех значений переменной -х /.

6. Если £ -формула, то (р) -формула.

Введенные правила построения Ш-модели определяет исчисление специального вида, где -модель определяет множество отношений путем спецификации соответствующего множества предикатов, которым должны удовлетворять эти отношения. Это исчисление относится к классу систем запросов, используемых для выражения операций над отношениями, результатами которых тоже являются отношения.

Двойственность использования исчисления к алгебры присуща -модели, так как при получеши промежуточных результатов,т.е. променуточных отношений, не нужны дополнительные конструкции для описания полученных представлений, поскольку возможность работы, с ними уне предусмотрена в \У-модели введением новых отношений.

Сопоставление \у -моделей и выражений реляционного исчисления кортекей дает возможность соотнести введе!шук> модель с кззе-стными моделями, и можно воспользоваться результатами, полученными для реляционного исчисления кортежей.

\У-модель - это множество отношений аспектов, для которых предикаты ограничения семантической целостности принимают значение истина. Следовательно, -модель мояно представить как множество кортежей таких отношений. Поэтому, выражение исчисления кортекей вида {ос(я)| монно рассматривать как ^модель < [й, ,где £ - некоторый предикат над переменны:.! кортежем ос.

В работах'Кодда показано, что система запросоз реляционно полна, если она не менее выразительна чем реляционное исчисление кортекей.

Система запросов не менее выразительна, чем система запросов Лг если для любого выражения Еге-32и для любой схемы базы данных, совместимой о £г найдется выражение Е^^ такое что =

Лемма. Система запросов, основанная на -моделях не менее выразительна чем реляционное исчисление корте;г.ей.

Доказательство: Пусть существует выражение исчисления кортежей Ег={эс(й") !/(*)} , где Р -некоторый предикат над переменным-кортекем ас. Это выражение исчисления кортекей задает отнесение г(й),которое состоит из всех кортежей ¿(Я),дая которых ¥[€)-истинно. Построю,! аспектное отношение со схемой й совпадающее с отношением г(9) и определим предикат ограничения семантической целостности Рщ равным предикату Тогда получим, согласно правила!.! определения, \у-модель »<cwj.iv> эквивалентную выражению исчисления кортежей Ег={«(К)|Лх}}-Так как выраиение и схема были выбраны произвольно, то для любого выражения реляционного исчисления кортежей и для любой схемы базы данных найдется №-модель эквивалентная этому выражению. Следовательно, система запросов, основанная на У-моде-

лях, нэ менее выразительна чем реляционное исчисление кортежей, а значит и реляционно полна.

Сопоставление М-модели с выражениями исчисления кортежей даст возможность работать с Л'-моделями не только для задания локальных представлений пользователей, но и для определения запросов к данным. Следовательно, в терминологии баз данных, й/-модель- обладает возможностями моделей данных, так как включает возможности и определения данных, и манипулирования данными.

Для решения одной из основных проблем концептуального моделирования ПО необходимо задать методы определения иерархии абстракций. Основными видами абстракций являются: агрегация и обобщение.

Агрегация обеспечивает возможность создания ^-модели более высокого уровня из у-ыоделей, рассматриваемых в качестве ее компонентов, ■ при этом учитываются специфические свойства

объединяемых моделей. „„„

у г г лл-т-!^ Г П 1 ,г \ V/-модель ^ [ Л1 Дг^и! / является агрегацией

тогда и только тогда, когда

дайгеа^г ,{Р4}Г£{Р«Г

Обобщение представляет такую форму абстрагирования, при которой М-модель более высокого уровня образуется как подмодель \>/-моделей более низкого уровня, при этом не учитываются специфические свойства обобщаемых \У-моделей. -модель

Тг=<{^ГЛГ,{Р^Гг>является обобщением

чгГЛ&.{риг> ■ тг-<да'йг\{руг>

тогда и только тогда, когда

{[«/■:']}> <мг п {Ш?

При агрегации результирующая ^-модель включает в себя все аспектные отноиения исходных ^-моделей, а при обобщении

результирующая W-модель "наследует" только общие отношения

W-моделей, участвующих з абстракции. Агрегация и обобщение могут применяться взаимодействующим образом. Они образуют процесс иерархии абстракций, предполагающую переход к рассмотрению моделей на более высоком уровне абстрагирования.

Проблеют множественности локальных представлений и независимости задания как объектов, так и их взаимосвязей, репагот-ся для W-моделей определением шолества аспектов, накладываемых на отношения. Аспекты расширяют множество схем отношен;й, благодаря включению в него схем производных отношений. При этом, смыслы, придаваемые различным аспекта:.;, на зависят от того, соответствуют ли аспекты хранимым или производным отношениям, а определяются множеством атрибутов, входящих в аспект.

Явное задание мкояеетва предикатов ограничения семантической целостности для множества аспоктшх отношений W-модели не только позволяет усилить семантику модели, но и дает возможность определять производные отношения, имеющие предикатный характер.

Разделение в \V-модели интенсиональной и экстенсиональной составляющих позволяет абстрагироваться от конкретных реализаций объектов и перейти к рассмотрению общих схем объектоз, при этом экстенсионал модели будет основой базы данных, а ин-тенсионал - базы знаний.

Следовательно, V/ -модель удовлетворяет требования:,!, предъявляемым к модели представления семантической мстаинформации.и может быть использована дтя разработки средств реализации модели.

В третьей главе предлагается архитектура системы представления семантической метаинформации. В соответствии с требованиями к архитектуре в состав системы должны входить:

- система управления базами знаний /СУБЗ/;

- система словаря-справочника данных /ССОД/;

- система управления базами данных /СУБД/.

Конкретизация архитектуры вызывает необходимость рассмотрения отображений медду БЗ, ССД и ВД. ССД отобраяает логическую модель БД с помощью средств caí,гай СОД, поэтому эти отображения в работе не рассматриваются. В отличии от этого, взаимосвязи между ВЗ и ССД должны быть определены явно. БЗ выполняет функции надстройки для ССД при выделении специального

класса метаобъектов, отражающих семантику в метаивформации. Этот класс метаобъектов определяется с помощью V/-моделей, обеспечивающих возможности представления семантической мета-информации. -Система представления семантической метаинформации подразделяется на интенсиональную и экстенсиональную составляющие. Интенсиональная БЗ содержит концептуальные метаобъекты, описывающие семантику предметной области. Они задаются в виде производных и хранимых отношений, определяемых в терминах Ц/модели. Производные отношения реализуются в виде: либо вычислимых отношений, имеющих предикатный характер; либо правил-продукций, позволяющих конструировать экстенсиональные знания. Хранимые отношения соответствуют объектам и их взаимосвязям, отсбралаемьм в базе данных, поэтому хранимые отношения ото б-раздаются на логическую модель БД, описываемую информационными ыетаобъектшт в словаре-справочнике данных. Производные отношения отображаются на системные метаобъекты ССД.

Системные и информационные метаобъекты ССД образуют интерфейсный уровень медду интенсиональной БЗ, представленной концелтуалыщш-ме.таоб'ьоктами, и экстенсиональной БД. В основе интерфейса между выделенными уровнями лежит единая модель представления информации, т.е. \У-модель. В функции интер- . фейсного уровня входит осуществление перехода от моделей представления и обработки знаний к моделям определения и манипулирования данными, анализ и интерпретация результатов взаимодействия.

Задача организации интерфейсного уровня предполагает построение гомоморфных отображений:

Ц1! : ХО — Ш - отображение хранимых отношений в информационные метаобъекты ССД;

: ПО —»• СМ - отображение производных отнопений в системные метаобъекты ССД;

4>г' : ИМ — ОЯОД - отображение информационных метаобъек-тов в операции языка определения данных СУБД;

•Р/ : СМ —*-0ШД - отображение системных метаобъекгов в операции языка манипулирования данными СУБД.

Архитектура системы представления семантической метаин-форыации представлена на рис.Х.

Piíc.I. ' Ашкзекотра скелет: кредстазления семантической метаин формации

.Модель системы представления семантической метаинформации. можно представить в следующем виде:

шпс:.4=<[по,хо], [с;,где.!], [гаод,а^,[Ф;,«Шч£,Ч£1> Отображения ^ к ^'проводятся средствами СССД, осуществляющими преобразование информационных и системных метаобъектов ССД в операции языков определения данных и манипулирования данными СУБД, соответственно.

Отображения и Ц>1' проводятся средствами СУБЗ, осуществляющими преобразование концептуальных объектов пользователей, задаваемых в виде хранимых и производных отношений W-мoдeлeй, в информационные и системные метаоб-ьекты ССД.

Б соответствии с требованиями, предъявляемым к архитектуре системы представления семантической метаинформации, СУБЗ строится на основе диалоговых, реаамдгос и объясштелышх компонентов экспертной систеш "УикроЭксперт". К достоинствам системы откосится простота и гибкость реализации, модальный принцип построения, а также открытость архитектуры, позволяющая производить модификацию системы. Основу экспертной системы составляет поисковая дедуктивная машина, осуществляющая подбор целей в базе знаний системы.

Дедуктивная машина ориентирована на работу с БЗ, предота-вимой в виде правил и фактов, что согласуется с разбиением концептуальных метаобъектов на производные и хранимые отношения. Аналогично, в виде, правил и фактов представляются системные и информационные метаоб-ьекты ССД, задаваемые с помощью \У-моде-лей, что упрощает проведение отображений у?' и (/>(" средствами СУБЗ.

СУБЗ реализует поисковую дедуктивную машину, обеспечивающую полуавтоматический вывод ответа на неспецифицированнш зап- ' рос пользователя. Взаимодействие конечных пользователей с СУБЗ проводится в регкиме сеанса диалога, носящего характер консультации, во время которой пользователи, обладая минимальными сведениями о необходимой информации, т.е. знаниями некоторых конкретных свойств и характеристик объектов ПО, долкны с помощью систеш максимально возможным образом удовлетворить свои информационные потребности.

Архитектура системы представления семантической метаинформации инвариантна по отношению к различным СОД, так как отобра-

кение метаобъектов ССД в операции СУБД проводится средствами самой СОД, а задание метаобъектов с помощью ^моделей определяет только способ их описания и не изменяет содержимого ССД.

В четвертой главе описывается реализация комплекса программных и информационных средств представления и обработки семантической метаинформации СКПЗД/Слстема Интерпретации и Генерации МЕтаДаншх/.

Разработанше в третьей главе принципы организации СУВЗ, построенной на основе поисковой дедуктивной машины, осуществляющей подбор целей в базе знаний, отражающей семантику метаинформации, могут быть пргеленены для интеллектуализации конкретных СОД, но связь концептуальных метаобъектов БЗ с системными и информационными метаобъектами ССД приводит к необходимости разработки средств отображения ЕЗ на конкретные ССД. Это обуславливает специфику и зависимость таких средств от конкретной системы представления метаинформации.

Разработка специальных средств интерпретации и генерации метаинфор.иции обеспечивает конечны;.! пользователи,! возможности получения и обработки метаинформации в доступной для них форме. Кроме того, разработаны средства общения пользователей с СОД, основанные на использовании семантической метаинформации. Эти компоненты включены в состав СУБЗ и интегрированы между собой и с дедуктивной машиной. Реализация компонентов СУБЗ осуществлена независимо для каждого компонента. Тем самым обеспечивается модульность и открытость построения СУБЗ.

Для эффективной работы комплекса, с целью повышеш1я совместимости и упрощения стыковки независимых компонентов СУБЗ, его реализация проводится в рамках единой программной среды.

С целью определения эффективного инструмента для реализации СОД проведено обосновашге выбора СУБД ДИСОД, обладающей развитой системой словаря-справочника данных и средствами диалогового взаимодействия пользователей с БД. Выбор СУБД ДИСОД обусловил характер взаимосвязей кошонентов комплекса СЙПЖД. Система словаря-справочника данных СУБД ДЙСОД реализована в среде подсистемы диалоговой обработки данных/ДЙОД/, поэтому для повышения совместимости и упрощения стыковки, компонентов комплекса их реализация проведена в среде ДКОД.

В архитектуре программного комплекса СЙГМЕД выделены три* уровня: СУБЗ, СССД и СУБД.

В состаз СУЕЗ входят:

- дедуктивная малина подбора целей в БЗ, отражающей семантику метаинформации, реализующая полуавтоматический вывод ответа на неспецифицированный запрос, пользователя;

- интерпретатор метаинформации, обеспечивающий представление метаинйормации в доступной для пользователя форме;

- генератор табличных форм запросов к БД, позволяющий создавать и выполнять запросы при заполнении пользователем их макетов.

Для расширения возможностей ССОД разработаны специальные' программные средства для администратора данных, позволяющие вести обработку расширенной взаимосвязанной структуры метаобъек-тов ССД.

ССД может использоваться для отображения концептуальных моделей БД на интегрированную вычислительную среду, осуществляющую определение и манипулирование данными с помощью различных СУБД. Разработаны принципы организации интерфейса между различными СУБД на уровне ССД, на основе которых реализован с использованием общего словаря-справочника данных программный интерфейс мезду СУБД ДЙСОД и ОКА, обеспечивающий в среде ДИОД выполнение запросов к базам данных этих СУБД.

Реализация комплекса программных и информационных средств СИНОД является практическим подтверждением целей, поставленных при разработке модели и методов представления семантической метаинйормации в автоматизированных системах обработки данных.

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем: ■

1. Определены требования, предъявляемые к модели представления семантической мегадаформации, учитывающие особенности, как моделей данных, используемых в концептуальном моделировании, так и моделей представления знаний.

2. Разработана модель для задания локальных представлений пользователей в виде множеств отношений аспектов и предикатов ограничений, накладываемых на отношения. Явное задание семантики модели за счет введения в нее процедуральных элементов, возможность разделения интенсиональной и экстенсиональной составляющих, использование механизмов абстракций, позволяет исполь-

зовать модель для представления семантической метаинформации.

3. Проведено сопоставление модели и выражений реляционного исчисления кортежей, на основе которого доказана реляционная полнота модели.

4. Предложена архитектура системы представления и: обработки семантической метаинформации, компонентами которой являются система управления базой знаний, система словаря-справочника данных и система управления базой данных. Совмещение в рамках одной системы средств обработки, данных и представления знаний повышает интеллектуальность СОД за счет снижения требований к уровню подготовленности пользователей.

5. Разработан комплекс- программных и. информационных средств СИИЕД, в состав, которого входят: средства интерпретации метаинформации, обеспечивающие ее представление в форме, удобной для обработки; средства представления и генерации запросов к БД, задаваемые в табличной форме; средства интеллектуального интерфейса пользователей с СОД, реализованные в виде поисковой дедуктивной машины, осуществляющей подбор целей в базе знаки системы.

6. В рамках системы разработан интерфейсный модуль, обеспечивающий возмошость работы системы для различных версий СУБД ДИСОД и ее подсистемы ДИОД. Интерфейсный модуль может быть использован независимо от комплекса СИИЕД. Модуль функционирует в среде ОС 6.1 и выше /Ряд I и Ряд 2/, СВМ /БОС/ при минимальном объеме оперативной памяти I Мб.

7. Разработан с использованием общего словаря-справочника данных программный интерфейс- меяду СУБД ДИСОД и ОКА для выполнения в среде ДИОД запросов к базам данных этих СУБД.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гущин С.И. Определение аспектной модели и преобразований над ней для задания локальных представлений пользователей систем обработки данных. Дел. рукопись. - М.: 1988, № 5536-Е88, 12с.

2. Гущин С.И., Луканина В.И. Об одном подходе к разработке модели описания процессов управления и использования метаданных

в системах обработки данных. Деп. рукопись. - М.: ВИЖГИ. 198?. № 7641-Е87, 13 с.

3. Башмаков И.А., Гущин С.И., Луканина В.И., Фокина К.П. Организация подсистемы информационного обеспечения учебно-иссле-

доьательских САПР //Сб. науч. трудов, № 86. - М.: Моск. энерг. ш-т. 1985. с.51-58.

4. Гущин С.И., Лукавина В.И. Разработка подсистем диалогового общения пользователей УИ СА11Р в среде системы ДИОД //Сб. науч. трудов, 15 138. - М. : Моск. энерг. ин-т. IS87. с. 71-75.

5. Луканина Б.И., Цветаева И.Л., Гущин С.И., Миленин A.A. Исследование вопросов создания информационного обеспечения ВСКП на основе системы управления базами данных СГЕКТР /ЕС ЭВМ/

и КЗАНТ-М /СМ ЭВМ/ //Сб. науч. трудов, }? 154. - М. : Моск. энерг. ин-т. 1988. с. 31-36.

6. Гущин С.И., Яуканина В.И., Хамдани А.Разработка диалоговой системы поиска информации в лексикографической базе данных. Деп. рукопись. - М. : ВИНИТИ. 1988. I? 2387-В88, 17 с.

Подписано к печати Ч с Уч.-нэд. л. 4,0 печ.л. <>2^5

Зпказ изл. номер А 69 Тираж ЮР Бесплатно

Типография издательства МЭИ, Красноказарменная, и.

20.ИЛ S1--30Z56