Технология создания базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта

Искандеров, Юрий Марсович

Системы, сети и устройства телекоммуникаций

автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Технология создания базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта

доктора технических наук: Искандеров, Юрий Марсович
город: Санкт-Петербург
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.12.13

Диссертация по радиотехнике и связи на тему «Технология создания базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта»

Автореферат диссертации по теме "Технология создания базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта"

На правах рукописи

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА

Специальность 05.12.13. - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт -Петербург - 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении «Государственная морская академия имени адмирала С.О. Макарова».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор ДОРОШЕНКО Виктор Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЛЫЧАГИН Николай Иванович; доктор технических наук, профессор САЕНКО Игорь Борисович; доктор технических наук, профессор СМОЛЕНЦЕВ Сергей Викторович.

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится 23 декабря 2005г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 223.002.01 при Государственной морской академии ииени адмирала С.О. Макарова по адресу: г. Санкт-Петербург, Заневский пр., д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной морской академии им. адм. С.О. Макарова.

Автореферат разослан « » ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223.002.01

В.Н. Рябышкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Современный морской порт, являясь ключевым элементом МТТП, представляет собой крупное предприятие, на территории которого осуществляется целый комплекс услуг различного вида по обеспечению интермодальных перевозок (рис. 1). В этих условиях основной логистической задачей является согласование режимов производства и потребления с сервисным режимом подачи транспортных средств, пограничной и таможенной обработкой, хранением, переработкой и распределением продукции. Решить указанную задачу, с учетом основного критерия транспортной логистики - «от двери до двери точно в срок с минимальными затратами», не имея соответствующей информационной инфраструктуры невозможно. Следовательно, важнейшим направлением обеспечения эффективного функционирования морского порта является формирование корпоративной сети связи и управление ею. При этом необходимо учитывать особенности морских, автомобильных, железнодорожных, речных и авиационных транспортно-технологических процессов и их инфокоммуникаций. В настоящее время во всех этих инфокомму-никациях используются различные информационные, коммутационные, сетевые и телекоммуникационные технологии, что резко усложняет их использование и дальнейшее совершенствование. Основой управления морского порта является обеспечивающая его функционирование корпоративная сеть связи морского порта (КСС МП). Под КСС МП подразумевается взаимоувязанная сеть разнородных каналов связи, собственных и арендуемых владельцами порта для обеспечения МТТП, управляемого информационно-логистическим центром порта при решении задач его взаимодействия с ТТЛ железнодорожного, речного, автомобильного и воздушного транспорта. От ее состояния и функционирования существенно зависит оперативность руководства транспортно-технологическим процессом, который реализует эффективное функционирование морского порта. КСС МП обеспечивает телекоммуникациями всех участников транспортно-технологического процесса порта:

морскую администрацию порта, стивид^рцрз^тсомпании, организации морского,

.национальная i БИБЛИОТЕКА I

Sfi&St I 3

' т

Рис. 1. Струетуратранспортно-технологического процесса обеспечения интермодальных перевозок

железнодорожного, речного, автомобильного, воздушного, трубопроводного транспорта, организации силовых ведомств и др. (рис. 2). Они используют сети и каналы стационарной и под вижной электросвязи различных диапазонов частот. Для функционирования транспортно-технологического процесса в порту существуют различные виды связи: телефонная, телеграфная, передача данных, факсимильная, видео- и др., которые обеспечиваются различными родами связи: кабельной (в том числе подводно-кабельной), радио-, радиорелейной, спутниковой и др. Эти факторы делают управление КСС МП немыслимым без применения современных средств автоматизации.

Рис. 2. Потребители услуг корпоративной сета связи морского порта

Это связано с появлением средств автоматизации управления на базе новых информационных технологий (НИТ). Б последние годы, на основе принятых национальных и международных программ разработки и развития инфраструктуры НИТ, активно ведутся работы по созданию ИС различного назначения, которые становятся все более характерным атрибутом сложных систем управления, требующих принятия многоальтернативных решений в условиях различного рода временных, ресурсных и иных ограничений. Это позволило определить роль и место ИС при автоматизации МТТП, в том числе автоматизации управления КСС МП {рис. 3).

Рис. 3. Влияние интеллектуальных систем на совершенствование видов обеспечения АСУ корпоративной сетью связи морского порта

этого, существует сложность в том, что информация труднодоступна для получения и изучения, в значительной степени разрознена по различным объектам и носителям, может теряться, а поскольку необходимыми знаниями обладают лишь единицы специалистов, то уникальные знания могут быль потеряны навсегда. Еще в более значительной степени осложняет ситуацию отсутствие соответствующей теоретической основы. Все вышеперечисленные факторы существенным образом усложняют создание ИС для АСУ КСС МП. Ядром такой ИС является база знаний (БЗ), т.е. формализованное и организованное методами инженерии знаний представление совокупности сведений, необходимых для решения задач управления КСС МП, и реализованное на основе средств НИТ. За последние годы были сделаны существенные шаги в направлении от осознания перспективности применения инженерии знаний к созданию реальных БЗ.

Исследования процесса создания БЗ показали, что он является очень сложным, имеющим многокритериальный, итерационный, ветвящийся характер. Для того чтобы построить БЗ необходимо не просто выбрать подходящий способ представления знаний, а решить целый комплекс взаимосвязанных задач: начиная с определения границ формализуемой предметной области и заканчивая эффективной реализацией на средствах НИТ. Поэтому по мере продвижения исследований по внедрению ИС в АСУ КСС МП стало ясно, что накопленные сведения требуют определенной систематизации, теоретического осмысления и дальнейшего развития.

До сих пор нет общей научно обоснованной методологии изучения и описания предметной области АСУ КСС МП; процесс разработки БЗ остается весьма длительным и трудоемким процессом; существующая структура этапов создания БЗ громоздка и размыта, отсутствует строгое теоретическое обоснование содержания того или иного этапа, что не позволяет минимизировать необходимый объем работ по созданию БЗ, затрудняет управление ведением разработки; отсутствует достаточное количество подготовленных инженеров по знаниям и др.

Для предметной области АСУ КСС МП не существует отработанной технологии и устоявшегося комплекса средств разработки БЗ. Отсутствуют строго обоснованные методы выявления, извлечения, представления знаний и манипулирования ими. Существует неопределенность в выборе программно-технической базы создания БЗ. Отсутствуют обоснованные методы и средства реализации и верификации БЗ. На выбор инструментария значительно влияют личностные характеристики инженера по знаниям и эксперта. Дефицит требуемых ресурсов также накладывает ограничения яа выбор. Особенно последнее касается возможностей использования новейших технических средств.

Итак, для того чтобы создать соответствующую БЗ для АСУ КСС МП в условиях жестких ограничений требуется решить целый ряд вопросов различного характера, связанных с выявлением, извлечением, представлением, организацией, ведением, накоплением знаний.

щей построение эффективной базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта

При решении указанной проблемы цель, объект и предает исследования целесообразно определить следующим образом.

Цель исследования - обеспечение повышения эффективности АСУ КОС МП за счет создания и внедрения БЗ.

Объект исследования - база знаний для АСУ КСС МП.

Предмет исследования — принципы создания и методы разработки БЗ для АСУ КСС МП.

Необходимость выдвинутых положений объясняется тем, что находясь в диалектическом единстве при решении поставленной проблемы, они позволяют, при формировании своего содержания в процессе исследования, ответить на следующие вопросы:

- какие факторы влияют или не позволяют в существующих условиях разрабатывать базу знаний;

- как определить (сформировать) совокупность требований, предъявляемых при созд ании БЗ;

- каким образом построить научную основу, обеспечивающую создание БЗ для АСУ КСС МП;

- какие методы и средства инженерии знаний и новых информационных технологий необходимы и как их применять для создания БЗ для АСУ КСС МП.

Методами исследования являются метода таких научных дисциплин, как сис-темология, кибернетика, информатика, инженерная психология, эргономика, теория множеств, функциональный анализ, теория принятия решений, математическое программирование, теория искусственного интеллекта, инженерия знаний, компьютерные и информационные технологии.

Диссертация является результатом личной работы автора в процессе научно-исследовательской деятельности.

Основными научными результатами, составляющими разработанную технологию и выносимыми на защиту, являются:

1. Принципы создания БЗ для АСУ КСС МП, а именно:

- представление создания БЗ в виде системы типа "процесс";

- формализация процесса создания БЗ в виде общей задачи принятия решений;

- базовая технология создания БЗ.

2. Методы выявления и извлечения знаний для создания БЗ для АСУ КСС МП:

- метод ключевых слов и образов;

- квалиметрический метод определения источника знаний;

- метод опорных концептов.

3. Средства представления знаний и манипулирования ими в БЗ для АСУ КСС МП на основе семантических графов с оболочками.

4. Методы реализации и верификации БЗ для АСУ КСС МП:

- метод развивающегося ядра на основе быстрого прототипа;

- метод сценарного проектирования оконных интерфейсов.

Научная новизна работы.

В настоящем диссертационном исследовании впервые разработана технология создания базы знаний для автоматизированной системы управления КСС МП.

Новизна состоит в следующем:

- в выявлении особенностей, учете современных факторов создания базы знаний для АСУ КСС МП и формировании совокупности требований, предъявляемых к ней;

- в разработке принципов создания БЗ для АСУ КСС МП, позволивших, в отличие от существующих подходов, обеспечить четкость определения двух этапов, состава и структуры процесса разработки БЗ, уточнить задачи и функциональные обязанности разработчиков, обосновать выбор инструментария разработки, оптимизировать необходимые объем работ и срок создания БЗ;

- в комплексном соединении методов, моделей, алгоритмов и методик таких научных дисциплин как системология, кибернетика, инженерия знаний, теория принятия решений, информатика для обеспечения технологичности, управляемости и экономии ресурсов при построении БЗ, способствующих повышению эффективности использования автоматизированной системы управления КСС МП в целом;

- в разработке методов выявления и извлечения знаний, учитывающих специфику формализации знаний предметной области АСУ КСС МП и улучшающих временные характеристики создания БЗ;

- в обосновании использования средств на основе семантических графов с оболочками, позволивших унифицировать представление знаний и манипулирование ими в БЗ для АСУ КСС МП;

- в разработке методов реализации и верификации, обеспечивающих совершенствование контроля качества БЗ для АСУ КСС МП в целом в процессе ее создания.

Практическая значимость работы.

Технология создания БЗ для АСУ КСС МП содержит в себе конкретные методы, модели, алгоритмы и программные продукты, позволяющие решать проблему повышения эффективности АСУ КСС МП на основе разработки и использования средств НИТ. Предложенный подход, методы и средства могут быть использованы при построении БЗ в других предметных областях, а также в образовательном и научно-исследовательском процессах Государственной морской академии им. адм. С.О. Макарова, Центрального научно-исследовательского и проектно-конструк-торского института морского флота и других организаций, имеющих отношение к совершенствованию управления транспортно-технологическими процессами.

Достоверность исследований обеспечивается:

- корректностью постановки проблемы, определения цели, объекта и предмета исследования;

- обоснованностью и корректностью применяемых методов таких научных дисциплин, как системология, кибернетика, информатика, инженерная пси-

хология, эргономика, теория множеств, функциональный анализ, теория принятия решений, математическое программирование;

- использованием, с учетом достижений в фундаментальных и прикладных направлениях науки результатов в области искусственного интеллекта, инженерии знаний, компьютерных и информационных технологий;

- успешным применением результатов диссертационной работы в практической деятельности научно-исследовательских организаций и высших учебных заведений.

Апробация и внедрение результатов работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях НИУ и Государственной морской академии им. адм. С.О. Макарова, Военно-морской академии им. Н.Г. Кузнецова, Военно-морского института радиоэлектроники им. A.C. Попова, Военного университета связи, Военно-инженерного космического университета им. А.Ф. Можайского, Санкт-Петербургского университета МВД России, на VIII Всесоюзном симпозиуме "Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника" (г. Тбилиси, 1987), V Ленинградском симпозиуме по теории адаптивных систем (г. Ленинград, 1991), международных конференциях "Региональная информатика" (г. Санкт-Петербург, 1994 - 2002), межрегиональных конференциях "Информационная безопасность регионов России" (г. Санкт-Петербург, 1999 - 2003).

Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе по дисциплине «Системы связи» Государственной морской академии им. адм. С.О. Макарова, по дисциплине «Новые информационные и сетевые технологии» Военного университета связи, в учебном процессе по дисциплине "Системы управления летательными аппаратами" Военно-инженерного космического университета им. А.Ф. Можайского.

Публикации то теме диссертации.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в монографии, 2 учебных пособиях, патенте и 2 авторских свидетельствах на изобретение, 21 статьях, 23 отчетах о НИР, 10 методиках, 28 тезисах докладов на научно-технических конференциях различного уровня.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, перечня использованных источников из 159 наименований и приложения Общий объем работы составляет 243 страницы, в тексте содержится 26 страниц с рисунками и таблицами.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены общая характеристика диссертации, цель и задачи исследований, научная проблема; дана характеристика научной проблемы и личного вклада автора в ее решение.

В первом разделе "Проблема создания БЗ для АСУКСС МП" проведен анализ современного состояния АСУ КСС МП, анализ современного состояния методов и средств инженерии знаний, раскрыты особенности инженерии знаний и поставлена

проблема создания БЗ в предметной области АСУ КСС МП. Дана характеристика КСС МП как большой сложной динамической системы, для управления которой необходима автоматизированная система управления. Раскрыты цели АСУ КСС МП, основные принципы ее развития. Отмечены направления реализации указанных принципов в настоящее время. Изложено современное представление об АСУ КСС МП и решаемых ею задачах. Дана характеристика требований, предъявляемых к процессу автоматизированного управления КСС МП. Показано несоответствие уровня автоматизации управления КСС МП современным требованиям. В связи с этим, отмечены возможности ИС по решению проблем в области АСУ КСС МП и обозначено направление создания соответствующей базы знаний.

Выделены особенности предметной области АСУ КСС МП, затрудняющие процесс создания релевантных БЗ.

Дана классификация требований к БЗ для АСУ КСС МП (рис. 4) и осуществлено их формулирование.

Рис. 4. Классификация требований к базе знаний для АСУ КСС МП

Отмечено, что для того чтобы разработать соответствующую БЗ, необходимо учитывать и увязывать целую совокупность факторов. Исходя го этого, дано описание совокупности аспектов процесса создания БЗ: теоретических, организационных, психологических, технологических, инструментальных.

Осуществлена содержательная постановка проблемы разработки технологии создания базы знаний для АСУ КСС МП.

Во втором разделе "Принципы создания БЗ для АСУ КСС МП" изложено разработанное представление создания БЗ дня АСУ КСС МП в виде системы типа "процесс", осуществлена формализация этого процесса в виде общей задачи принятия решений, сформирована базовая технология создания указанной БЗ.

Создание БЗ охарактеризовано как научно-практическая деятельность специалистов, направленная на построение эффективной базы знаний для АСУ КСС МП, удовлетворяющей требованиям заказчика и, в конечном итоге, пользователей. Ясно, что эта научно-практическая деятельность представляет собой некоторый процесс, состоящий из подпроцессов (например: определение целей и задач заказчиком БЗ, выбор экспертов и взаимодействие с ними, формирование рабочей группы разработчиков, выбор необходимого инструментария разработки БЗ и т.д.), протекающих в пространстве и во времени, в определенной взаимосвязи, обеспечивающих достижение общей цели, на реализацию которых необходимы соответствующие ресурсы.

Таким образом, в соответствии с положениями системологии, создание БЗ является системой типа "процесс" и формально представляется в следующем общем виде: ШВ = < ^ {Р}, {С} >, (1)

где БКВ - обозначение системы " создание БЗ";

Р - формулировка поставленной задачи (цель);

{Р} - множество процедур по созданию БЗ;

{С} - множество связей между процедурами из {Р}.

Для обеспечения удовлетворения требований и к самой БЗ для АСУ КСС МП, и к процессу ее создания, целесообразно разделить процесс создания БЗ на два основных этапа: подготовительный этап и этап собственно создания БЗ.

Тогда выражение (1) представляется в виде:

ОКВ = БКВ1 иОКВ2 = <Р1,{Р1}, {С1} >и<Р2,{Р2},{С2} >,(2) где ЖВ1 - обозначение подготовительного этапа;

МСВ2 - обозначение этапа собственно разработки БЗ;

Р1, VI - формулировки целей этапов ИКВ1 и ШВ2, соответственно;

{Р1}, {Р2} - множества процедур этапов БКВ1 и МСВ2, соответственно;

{С1}, {С2} - множества связей между процедурами этапов ОКВ1 и ОКВ2, соответственно.

Охарактеризуем этапы создания БЗ для АСУ КСС МП.

Подготовительный этап (ОКБ 1).

Целью этого этапа (Р1) является формирование и обеспечение благоприятных условий для разработки БЗ. Содержанием этого этапа являются следующие основные процедуры:

- формулирование проблемы;

- формирование группы разработчиков;

- выбор инструментальных средств;

- оценка требуемых ресурсов;

- планирование осуществления разработки БЗ.

Обозначим эти процедуры, соответственно, FP, FGR, VIS, OTR, POR. Они составляют множество процедур {PI}.

Формулирование проблемы (FP) осуществляется заказчиком и пользователем на языке профессиональной лексики и семиотики связистов. Целью этой процедуры является подготовка описания выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП, которое служит исходным документом для создания БЗ. Этот документ выполняется в произвольной форме и фиксируется на каком-либо материальном носителе.

Процедура FP имеет целостный и, как правило, итерационный характер. Окончательный вариант исходного описания обязательно утверждается заказчиком (например, морской администрацией порта).

Формирование группы разработчиков (FGR) является чрезвычайно важной и ответственной процедурой, поскольку умело подобранный и организованный коллектив соответствующих специалистов в значительной степени определяет успех при создании БЗ, особенно в существующих условиях дефицита квалифицированных кадров. Процедура FGR осуществляется следующим образом. Определяется количественный и качественный состав участников, который зависит от целей и сложности разработки БЗ. Для предметной области АСУ КСС МП минимально необходимый ролевый состав группы является 6 человек: представитель заказчика, пользователь, эксперт, инженер по знаниям, системный аналитик и программист. После определения количественного состава группы проводится отбор требуемых специалистов. Завершающим шагом процедуры FGR является утверждение состава и списка участников группы разработчиков БЗ.

Следующей процедурой подготовительного этапа является выбор инструментальных средств (VIS), необходимых для создания БЗ для АСУ КСС МП.

Всю совокупность инструментальных средств представляется в виде: IS= {{MSIZ}, {TS}, {IPS}}, где {MSIZ} - множество методов и средств инженерии знаний;

{TS} - множество технических средств;

{IPS} - множество информационно-программных средств.

Исходя из указанного представления процедура VIS разделяется на три под-процедуры:

- выбор методов и средств инженерии знаний (VMSIZ);

- выбор технических средств (VTS);

- выбор информационно-программных средств (VIPS).

Подпроцедура VMSIZ практически целиком определяется профессиональными свойствами инженера по знаниям, включенного в состав группы. Выбор технических средств VTS зависит, в первую очередь, от реальной технической базы АСУ КСС МП, а также от наличия и возможностей приобретения соответствующей

техники для группы разработчиков. Подпроцедура VTPS характеризуется возможностями соответствующих программных продуктов и, в значительной степени, предпочтениями программистов-разработчиков.

Важной процедурой является оценка требуемых ресурсов (OTR) для разработки базы знаний. В данном случае, опираясь на исходный документ, в котором сформулирована проблема, на состав сформированной группы и выбранный инструментарий, определяются срок создания (Тг) и объем финансирования (Мг), необходимые для разработки БЗ. В принципе, требуется установить границы интервалов их изменения. Нижние границы (Ти MJ соответствуют таким исходным условиям, при которых разработка невозможна, а верхние границы (Ть М^) - при которых разработка нецелесообразна. Формально, решается следующая задача;

Гтс=Т (F,GR,IS); Tr е] T0,TV [;

\Н=М (F,GR4S); И е] МДО, [,

где Т (F, GR, IS) и М (F, GR, IS) - некоторые функциональные зависимости искомых величин от сформулированной проблемы F, сформированной группы GR и выбранного инструментария IS.

Завершающей процедурой подготовительного этапа является планирование осуществления разработки БЗ (TOR). Основой этой процедуры является всестороннее продумывание, с учетом накопленной информации при выполнении предыдущих процедур, реализации второго основного этапа - этапа собственно создания БЗ. В результате продумывания формируется план действий, выполнение которого приведет к конечной цели, а именно, к созданию требуемой БЗ для выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП.

В общем случае план разработай БЗ для АСУ КСС МП содержит:

- спецификации требований к БЗ;

- рабочую схему организационной структуры действий по созданию БЗ с указанием сроков выполнения;

- схему расстановки участников разработай;

- бюджет;

- перечень инструментальных средств.

Таким образом, в результате рассмотрения, множество процедур {Р1} можно представить следующим образом:

{PI} = {FP, FGR, VIS, OTR, TOR} = {FP, FGR ={OSG, FPS, VI, V2, V3, V4, V5, V6, UGR}, VIS={VMSIZ, VTS, VIPS}, OTR={OSS, OOF}, TOR}, где OSG - определение состава группы разработчиков;

FPS - формирование предварительного списка кандидатов;

VI - выбор представителей заказчика;

V2 - выбор пользователей;

V3 - выбор экспертов;

V4 - выбор инженеров по знаниям;

V5 - выбор системных аналитиков;

V6 - выбор программистов;

UGR-утверждение группы разработчиков;

VMSIZ - выбор методов и средств извлечения знаний;

VTS - выбор технических средств;

VIPS - выбор информационно-программных средств;

OSS - определение срока создания БЗ;

OOF - определение объема финансирования создания БЗ;

POR - планирование осуществления разработки.

Множества связей {С1} между процедурами из множества {Р1} определяется порядком выголнения этих процедур, с учетом целевой установки подготовительного этапа. Учитывая конкретное содержание самих процедур из множества {Р1}, получим развернутую структуру указанного параллельно - последовательного варианта. Она представлена на рис. 5. Тогда множество связей {С1} можно представить в виде:

{CI} = {CI, С2, СЗ, С4, С5, С6} = {С1 = {С1ь Cl2, Cl3,.., Cl14}, С2 = {С2Ь С22, С23}, СЗ = {СЗЬ С32}, С4 = С4Ь С5 = {С5Ь С52, С5Э}, С6 = {С6Ь С62}}.

Рис. 5. Развернутая структура параллельно-последовательного варианта выполнения процедур подготовительного этапа создания БЗ для АСУ КСС МП

Этап собственно разработки БЗ фКВ2).

Целью этого этапа (Р2) является построение, в соответствии с планом разработки, реальной БЗ для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП, удовлетворяющей требованиям заказчика. Содержанием этого этапа являются следующие основные процедуры:

- выявление знаний;

- извлечение знаний и их структурирование;

- представление знаний;

- реализация БЗ;

- верификация БЗ.

Обозначим эти процедуры, соответственно по порядку, К, Ш., WZ. Они составляют множество процедур {Р2}.

Выявление знаний (У7) осуществляется экспертами и системными аналитиками с участием инженеров по знаниям на основе анализа исходного документа, в котором сформулирована проблема гю созданию БЗ для фрагмента ПО АСУ КСС МП. Целью этой процедуры является формирование множества источников знаний ВТ2Ы, которые необходимо привлечь для построения соответствующей базы знаний. Все источники знаний можно разделить на 2 основных типа:

- люди-эксперты, т.е. одушевленные источники знаний (подмножество ВТ2К1);

- различного рода носители информации (книги, документы, аудио- и видеокассеты, магнитные диски и т.д.), т.е. неодушевленные источники знаний (подмножество ВТ2!№).

Таким образом, источники знаний этих двух типов образуют основу для формирования множества ВТШ {ВТгЫ} = {ВТ2К1} и {ВТЖ2}.

Процедура ЧЪ играет значительную роль, поскольку не каждый источник знаний подходит для использования при построении БЗ. Исходя из сказанного выше, процедура УТ представляется следующей совокупностью подпроцедур:

- формирование подмножества одушевленных источников знаний (РКТИ^!);

- проверка условий для подмножества одушевленных источников знаний (РВТ2Ы1);

- формирование подмножества неодушевленных источников знаний (ТВТ2№);

- проверка условий для подмножества неодушевленных источников знаний (РВТ2Ы2);

- формирование множества источников знаний (ИБТгМ).

Извлечение знаний и их структурирование (К) осуществляется инженерами по знаниям и системными аналитиками при работе и взаимодействии с источниками знаний из множества ВТгИ с использованием инструментальных средств из множества В вообще, и методов извлечения знаний из множества МБ 12, в частности. Процедура К является длительной, трудоемкой, итерационной и имеет ключевое значение при создании БЗ. Целью этой процедуры является получение состава и структуры концептов выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП, а также вскрытие логики их использования при решении конкретных задач. При извлечении знаний выделяются следующие категории концептов: понятия; факты; действия; условия; правила; объяснения. Особенностью процедуры К является получение описаний концептов на разных языках и в разных формах, поскольку для каждого источника знаний подбирается соответствующий способ извлечения знаний.

Представление знаний (PZ) осуществляется инженерами познаниям с использованием инструментальных средств из множества MSIZ. Целью этой процедуры является трансформация совокупности извлеченных знаний (концептов) в соответствии с некоторым унифицированным формальным видом на основе выбранных (разработанных) средств представления знаний. Результатом выполнения процедуры PZ является формализованная модель выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП, сформированная из вполне определенных однородных структур, позволяющих осуществлять необходимые операции со знаниями. Процедура представления знаний PZ для этапа собственно разработки БЗ является основополагающей, т.к. именно в этой процедуре сфокусирован процесс перевода знаний из того вида, в котором их воспринимает человек, в форму, ориентированную на машинную обработку.

Реализация БЗ (RZ) осуществляется программистами с участием инженеров по знаниям с использованием технических средств из {TS} и информационно-программных средств из {EPS}. Целью этой процедуры является разработка программного прототипа БЗ для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП. Поскольку на процедуру RZ реально распространяются все положения науки о программировании (Software Design), а также учитывая современный уровень инструментальных средств и организации работ по программированию, реализация БЗ представляет собой итеративный, ветвящийся, диалоговый процесс, состоящий из собственно программирования (написания программы), прокрутки (исполнения программы) и отладки (исправления программы). Результатом выполнения процедуры RZ является программный комплекс, реализующий функционирование БЗ при решении конкретных задач выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП.

Верификация БЗ (WZ) осуществляется, как правило, практически всеми участниками группы разработчиков: представителями заказчика, пользователями, системными аналитиками, инженерами по знаниям, экспертами, программистами. Более того, при необходимости привлекаются специалисты, не принимавшие участие в разработке. Целью этой процедуры является осуществление совокупности организационных, технических, программных и других мероприятий, направленных па установление адекватности созданной БЗ предъявляемым к ней требованиям со стороны заказчика

Результатом выполнения процедуры WZ является вывод об адекватности разработанной БЗ выдвинутым требованиям.

Таким образом, в результате рассмотрения, множество процедур {Р2} этапа DKB2 представляется следующим образом:

{Р2} = {VZ = {FISTZN1, PISTZN1, FISTZN2, PISTZN2, FISTZN}, IZ, PZ, RZ, WZ = {WZ1, WZ2, WZ3, WZ4}}.

Множество связей {С2} между процедурами из множества {Р2} определяется порядкам выполнения этих процедур, с учетом целевой установки этапа DKB2 и планом разработки БЗ для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП. Выполнение самих процедур из {Р2} осуществляется последовательно, в том порядке, в котором они изложены, т.е. сначала VZ, затем IZ и далее друг за другом PZ, RZ, WZ. Учитывая, что в составе процедур VZ и WZ выделены подпроцедуры, то на рис. 6 пред-

ставлен наиболее целесообразный вариант выполнения этапа DKB2. Следовательно, множество связей {С2} формально представляется в виде: {С2} = {CCI, СС2, ССЗ, СС4} = {CCI = {CCI,, СС12, СС13, СС14, СС15}, СС2, ССЗ, СС4 = {СС4Ь СС42, СС43, СС44}}.

WZ1

i'Il

FISTZN 1 PISTZNI

CU.

FISTZN C15 IZ Cl PZ сз HZ

WZ3

F1STZN2 PISTZN2

"Il

см

WZ4

Рис. 6. Развернутая структура выполнения процедур этапа собственно создания БЗ

для АСУ КСС МП

В результате проведенной декомпозиции общая структура процесса создания БЗ (системы МСВ), с характерными для нее элементами и связями между ними, обладает определенностью и устойчивостью, что позволяет сделать процесс создания БЗ управляемым и технологичным, появляется возможность в зависимости от сформулированной цели и наличия ресурсов построить требуемую БЗ, а также оптимизировать процесс ее создания.

При создании БЗ исследователям постоянно приходится сталкиваться с оценкой и выбором того или иного действия (операции, процедуры) в направлении намеченной цели. Следовательно, принятие решения можно характеризовать как специальный вид действий (операций, процедур) среди всевозможных действий по созданию БЗ.

Представим общую задачу принятия решений (ОЗПР) в виде следующего развернутого кортежа:

<5<>,Т,С>,8,С,В,У,Р,К,У*>, (3)

где Бо - проблемная ситуация;

<3 - необходимые ресурсы для принятая решения;

в = {Б!,..., Б „} - множество альтернативных ситуаций, доопределяющих проблемную ситуацию;

Т - время на принятие решения;

С = {Сь..., С к} - множество целей, преследуемых при принятии решения;

В = {Вь..., Вк} - множество ограничений;

У - {Уь..., У т} - множество альтернативных вариантов решения;

Р - функция предпочтения;

К - критерий выбора наилучшего решения;

У* - наилучшее решение.

Тогда, интерпретация кортежной записи ОЗПР (3) применительно к процессу создания БЗ д ля АСУ КСС МП имеет следующий общий вид: <So = FP, {T,Q} s {FGR, VIS, OTR}, {S, С, B, TOR,

{F, K, Y*} = {VZ, IZ, PZ, RZ, WZ}>, w

где s - символ эквивалентности.

Запись кортежа (4) характеризует связь и соответствие между процедурами процесса создания БЗ (системы DKB) и элементами ОЗПР на макроуровне. Такое представление позволяет рассматривать движение по структуре системы DKB в направлении намеченной цели как решение ОЗПР. Учитывая основные положения системологии, аналогичным образом, в виде ОЗПР (т.е. соответствующего кортежа) интерпретируется каждая из процедур и подпроцедур, с присущими ей элементами и характеристиками. Тем самым процесс создания БЗ рассматривается как решение множества взаимосвязанных и взаимозависимых ОЗПР:

OZPR= {OZPR ¡},i = 1,1, где OZPR - ОЗПР для системы DKB;

OZPR i - ОЗПР для i- го элемента системы DKB;

I - общее количество элементов системы DKB.

Решение любой ОЗПР с технологической точки зрения выглядит как определенная последовательность выполнения действий (шагов), имеющих прямые и обратные связи, причем обратные связи отражают итеративный (циклический) характер зависимости между действиями. Такой характер обусловлен необходимостью уточнения и корректировки информации после выполнения последующих шагов, поскольку, с информационной точки зрения, в процессе принятия решения происходит уменьшение неопределенности.

Формализация процесса создания БЗ как в целом, так и каждой его процедуры и подпроцедуры в виде ОЗПР позволяет использовать мощный инструментарий применяемых в системологии методов, в том числе и диакогтгических методов, основанных на фрагментации модели сложного объекта, организации раздельного решения общей задачи по фрагментам с периодическим согласованием результатов, получаемых в отдельных фрагментах. Поэтому для процесса создания БЗ, наилучшее решение задачи OZPR будет являться функцией от наилучших решений задач OZPR „ i = 1,1: Y* = W (Y*,,..., Y*0, где функция W характеризует организацию получения (определения) и согласования решений Y*, i = 1,1 в направлении достижения цели системы DKB.

Тогда решение рассмотренной задачи OZPR получается на основе алгоритма, структура которого представлена на рис. 7. Этот алгоритм будем называть алгоритмом поливариантного параллельного функционирования с согласованием решений в условных точках.

Создание БЗ, естественным образом, характеризуется как цикличная совокупность преобразований идеального (мысленного) представления о реальном фрагменте предметной области АСУ КСС МП в соответствующую программную реализацию. Т.е. БЗ также создается по некоторой технологии.

5ч,

Опираясь на вышеизложе иное, получим следующую технологию создания БЗ для АСУ КСС МП, структура которой представлена на рис. 8. Опишем основное содержание каждого из структурных блоков этой технологии.

Блок 1. Реальный обмет (процесс) ю предметной области АСУ КСС МП, выделенный с целые создают БЗ

Блок 2. Совокупность шкальных (мысленных) представлений о создании соответствующей БЗ: РР.РСЖ.УВ.Ота. гтц-тхк.омвх ъетду; М»=М(Р,СЯ,15), М*е]Мо,Мк[.

БлокЗ. Формирование системно - структурного представления о создании БЗ: МСВ » <Р,Р,С>

1 .

Блок 4. Трансформация системно - структурного представления о созд ания БЗ в общую задачу принятия решения (ОЗПР): окв=> огря

Блок 5. Подбор методов решения ОЗПР с учетом ее согласованной декомпозиции

Блок б. Планирование решения ОЗПР (осуществления создания БЗ) РОК

♦

Блок 7. Решение ОЗПР (непосредственно разработка БЗ) VZ.1Z.PZ, И

Блок 8. Проверка результатов решения ОЗПР (созданной БЗ на соответствие требованиям) Ш

__________

Блок 9. Опенка и формирование результатов разработки БЗ

Блок 10. Формирование рекомендаций по внедреншо и использованию БЗ

Рис. 8. Базовая технология создания БЗ для АСУ КСС МП

Блок 1. Специалистами-связистами выделяется конкретный объект или процесс из предметной области АСУ КСС МП с целью создания соответствующей БЗ.

Блок 2. Специалистами-связистами осуществляется формулирование проблемы в виде исходного документа. С привлечением системных аналитиков и когнитоло-

гов проводится анализ и оценка целесообразности и возможности создания БЗ для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП. При положительном результате оценки осуществляется формирование замысла разработки БЗ.

Блок 3. На основе исходного документа, специалистами-связистами и системными аналитиками осуществляется конкретизация внешних и внутренних требований, предъявляемых к создаваемой БЗ, проводится системный анализ выделенного из предметной области фрагмента, позволяющий вскрыть основные аспекты: целевой, элементный, структурный, функциональный, управленческий, информационный, коммуникативный. Осуществляется, при необходимости, корректура замысла разработки. В результате формируется системно-структурное представление процесса создания БЗ выделенного фрагмента.

Блок 4. Полученное системно-структурное описание системными аналитиками формализуется в виде общей задачи принятия решений.

Блок 5. Системными аналитиками осуществляется подбор (при необходимости доработка) методов решения полученной ОЗПР, обеспечивающих построение БЗ с учетом всех требований и особенностей для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП.

Блок 6. Проводится детальное планирование решения ОЗПР (осуществления создания требуемой БЗ), системные аналитики и специалисты-связисты формируют схему организационной структуры мероприятий по решению ОЗПР с указанием сроков выполнения и условных точек по согласованию решений, опираясь на имеющиеся ресурсы. Такая схема становится директивным документом при создании БЗ.

Блок 7. Реально осуществляется решение ОЗПР (непосредственная разработка БЗ). Когнитологами, с привлечением необходимых специалистов, выполнятся действия по выявлению, извлечению, представлению знаний выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП. Из полученных знаний формируется база знаний.

Блок 8. Выполняется проверка условий, что полученное решения ОЗПР является наилучшим (т.е. соответствие разработанной БЗ предъявляемым требованиям). Невыполнение указанных условий (несоответствие требованиям) влечет за собой повторное выполнение действий блока 7. Подобные итерации проводятся до тех пор, пока либо не выполнены условия оптимальности (требования), либо позволяют используемые ресурсы.

Блок 9. Группой разработчиков проводится завершающий анализ создания БЗ для выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП. Формулируются окончательные результаты разработки.

Блок 10. Формируется комплекс необходимой документации (технической, обучающей, справочной) по внедрению и применению разработанной БЗ в действующей АСУ КСС МП.

Рассмотренную технологию будем называть базовой технологией создания БЗ для АСУ КСС МП. Эта технология характеризуется следующими свойствами:

- обеспечивает обязательное получение требуемого конечного результата, т.е. соответствующей БЗ, оставляя при этом определенную свободу в выборе средств достижения этого результата;

- увязывает воедино все аспекты (теоретические, организационные и др.) создания БЗ;

- предполагает использование компьютерной техники с самого начала процесса разработки БЗ;

- обеспечивает мониторинг хода разработки БЗ и управление им;

- позволяет реализовать эволюционный принцип "развивающегося ядра".

Указанные свойства позволяют базовой технологии стать эффективным инструментарием создания БЗ д ля АСУ КСС МП.

В третьем разделе "Методы выявления и извлечения знаний для БЗ АСУ КСС МП " изложены разработанные методы, которыми необходимо пользоваться разработчикам при выявлении и извлечении знаний.

Выявление знаний для выделенного фрагмента предметной облает АСУ КСС МП заключается в определении и выборе соответствующих источников знаний. В зависимости от целей и задач по разработке БЗ организацию подбора источников знаний, как одушевленных, так и неодушевленных, определения их состава и количества, осуществляет руководитель разработки или специально назначенная им группа специалистов.

Метод составления списка источников знаний заключается в том, что специалисту или группе таковых поручается сформировать список источников знаний (одушевленных и неодушевленных отдельно) на основе собственной шкалы предпочтений. Указанный метод составления списка источников знаний может использоваться как для одушевленных, так и неодушевленных источников и является наиболее простым и универсальным, с точки зрения, организационно-технологического исполнения при создании БЗ д ля АСУ КСС МП.

Метод тестирования экспертов предназначен для выявления одушевленных источников знаний - экспертов. Его содержание состоит в следующем: эксперту предлагается ответить устно или в письменной форме на ряд вопросов, с тем чтобы проверить его знания в предметной области АСУ КСС МП и выявить уровень его профессиональных и человеческих свойств. Указанный метод более трудоемок по сравнению с методом составления списка, но обладает более высокой точностью выявления экспертов.

Метод ключевых слов и образов предназначен для выявления неодушевленных источников знаний - книг (учебников, справочников и т.п.), отчетов, руководящих документов, инструкций, планов, карт, а также различных магнитных носителей информации (видео- и аудиокассет, дискет, компакт-дисков и т.п.), имеющих отношение к выделенному фрагменту предметной области АСУ КСС МП. Содержанием данного метода является проведение оценки релевантности неодушевленного источника знаний для создания БЗ. Реализуется этот метод рабочей группой, состоящей из системных аналитиков и инженеров по знаниям, следующим образом.

1. Осуществляется семиотический анализ утвержденного исходного описания проблемы создания БЗ с целью получения совокупности слов и образов, отражающих наиболее существенные и устойчивые понятия, отношения и свойства, характерные для выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП. Такие слова и образы будем называть ключевыми, а полученную совокупность - эталон-

ной. Количество элементов эталонной совокупности должно составлять 20 - 30 элементов.

2. Определяется наличие элементов эталонной совокупности в содержании неодушевленного источника знаний с использованием поиска по образцу. В зависимости от наличия ресурсов процедуру поиска по образцу организуется следующими способами: последовательным, параллельным или комбинированным. При нахождении требуемого элемента делается соответствующая пометка заранее определенного вида. Поскольку элемент эталонной совокупности в процессе поиска может встретиться неоднократно, то пометка делается один раз три первой встрече. Процедура поиска осуществляется до тех пор, пока все возможные источники знаний не будут рассмотрены на предмет наличия всех элементов эталонной совокупности.

3. Осуществляется непосредственная оценка релевантности неодушевленного источника знаний для создания БЗ. Показателем оценки является степень релевантности источника знаний:

а, = п, / И,! = 1, М, где а, - степень релевантности ¡-го источника знаний; П; -число пометок для ¡-го источника знаний; N - количество элементов эталонной совокупности; М - количество источников знаний. Очевидно, что значения а, попадают в интервал [0,1]. Установим следующую градацию степени релевантности а,:

- "полная", если а; = 1;

- "высокая", если 0.7 < щ < 1;

- "значительная", если 0.5 < а, <0.7;

- " достаточная", если 0.3 < а, <0.5;

- "незначительная", если 0.15 <а, <0.3;

- "несущественная", если 0 < а, < 0.15;

- "нулевая", если щ = 0.

Такая градация характеризует источник знаний качественно на основе количественной оценки степени его релевантности. Значение степени релевантности определяет также порядок использования неодушевленных источников при разработке базы знаний, т.е. в первую очередь используются источники знаний с полной и высокой степенью релевантности, а затем со значительной, достаточной и незначительной. Как правило, источники знаний, у которых а, < 0.15, использовать для извлечения знаний нецелесообразно.

Рассмотренный метод более трудоемок по сравнению с методом составления списка, но существенно превосходит его по точности и достоверности.

Квалиметрический метод определения источников знаний.

Чтобы источник знаний можно было выбрать для использования при создании БЗ для АСУ КСС МП, он должен обладать вполне определенным набором соответствующих свойств, которые составляют качество источника знаний. В этом случае качество будет являться его интегральной характеристикой, на основании оценки которой осуществляется выбор в интересах создания БЗ:

К = Г(сь..,Сп,У1,...,УД где К - качество источника знаний;

^ функция интегральной оценки;

Сь -, с„ - свойства, составляющие качество источника знаний; VI, ., у„ - веса свойств сь..., с„, соответственно; п - количество указанных свойств.

Для оценки качества рассмотрим метод, основанный на сравнении с эталоном. Под эталоном будем понимать источник знаний "идеального" (максимального) качества, т.е. с наилучшими показателями свойств в смысле целевого назначения:

К э = Г (сь,..., с V,,,..., ущ) = птах.

Тогда количественная оценка будет представлять собой некоторую функцию соотношения (соответствия) показателя качества рассматриваемого источника знаний к показателю качества источника знаний, принятого за эталон:

С = ё(К,Кэ), где § - функция соотношения;

К - качество источника знаний;

Кэ - качество эталона.

Следует отметить, что в соответствии с принципами квалиметрии сумма весов свойств, составляющих качество, есть величина постоянная и, как правило, принимается равноР единице: = 1. Тогда вес любого свойства заключен в интервале: О < V, < 1. При оценке качества веса выделенных свойств оцениваемого источника знаний и эталона должны быть равны: V, = 1 = 1, п. Исходя из сказанного, алгоритм оценки качества источника знаний будет в общем виде выглядеть следующим образом:

1. Выделяются соответствующие свойства с,, 1=1, п.

2. Задаются веса V,, 1 = 1, п выделенных свойств.

3. Задаются наилучшие значения выделенных свойств.

4. Определяется качество эталона с учетом функции интегральной оценки.

5. Определяются значения выделенных свойств для рассматриваемого источника знаний.

6. Определяется качество рассматриваемого источника знаний.

7. С учетом функции соотношения осуществляется оценка качества источника знаний.

При задании значений свойств и оценке качества используются различные шкалы, например, балльных оценок или оценочных коэффициентов.

Для оценки качества экспертов и неодушевленных источников знаний разработаны конкретные модификации указанного алгоритма.

Следует отметить, что квалиметрический метод определения источников знаний для создания БЗ для АСУ КСС МП значительно превосходит предыдущие методы по точности, достоверности и глубине проработки.

Извлечение знаний для выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП заключается в получении состава концептов и определении структурных связей между ними. Реальное место того или иного концепта в структуре знаний зависит от семантических и прагматических особенностей выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП, которое определить, с учетом всего многообразия связей, бывает крайне затруднительно. В связи с этим, удобным средством отображения и регуляризации указанных структур является описание с помощью некото-

poro семиотического пространства, точками (элементами) которого выступают концепты, а координатами этих точек (элементов) служат признаки, характеризующие концепты. Рассмотрим методы извлечения знаний, которые целесообразно применить для создания БЗ для АСУ КСС МП.

Метод наблюдений предназначен для извлечения знаний из одушевленного источника знаний (эксперта). Сущность метода заключается в том, что инженер по знаниям находится непосредственно радом с экспертом и наблюдает за ним в процессе решения конкретных задач выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП (или в процессе имитации этой деятельности). Непременное условие этого метода - невмешательство инженера по знаниям в работу эксперта. Материалы наблюдений после сеансов тщательно изучаются инженерами по знаниям и системными аналитиками, а затем обсуждаются с экспертом. Таким образом, метод наблюдений -один из наиболее распространенных методов извлечения знаний. Обычно, он применяется в совокупности с другими методами.

Методы "вопрос - ответ " используются при извлечении знаний из экспертов. Основными методами "вопрос - ответ" являются: анкетирование; интервью; свободный диалог. Эти методы схожи между собой и отличаются лишь степенью свободы, которую допускает инженер по знаниям при проведении процедуры извлечения знаний. Ясно, что при использовании указанных методов ключевым аспектом являются вопросы, которые задаются экспертам. Методы "вопрос - ответ" составляют основу извлечения знаний из одушевленных источников знаний и применяются как индивидуально, так и в составе группы, с использованием различных технических средств, в том числе и средств автоматизации.

Метод опорных концептов предназначен для извлечения знаний из неодушевленных источников знаний (книг, документов, карт, приказов, распоряжений, магнитных носителей различного рода). Сущностью данного метода является формирование вербального списка концептов, имеющих реальное значения для решения конкретных задач выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП, на основе семиотического анализа содержания источников знаний. В данном методе под опорными понимаются концепты, удовлетворяющие двум условиям:

- концепт принадлежит одной из следующих шести категорий: понятия; факты; действия; правила; условия; объяснения;

- концепт содержит в себе элементы эталонной совокупности, т.е. ключевые слова и образы.

Реализация метода опорных концептов осуществляется на основе четырех макропроцедур:

1. Декомпозиция содержания источника знаний на фрагменты, удобные для проведения анализа.

Несмотря на то, источники знаний (книги, документы и т.п.), используемые в ПО АСУ КСС МП, как правило, уже имеют определенное деление, отражаемое в оглавлении, тем не менее, всегда существует необходимость такого разбиения содержания, которое будет соответствовать целям и задачам построения БЗ. Поскольку семиотический анализ достаточно сложная процедура, то декомпозиция содер-

жания значительно облегчает работу инженеру по знаниям. Декомпозивдя должна соответствовать глубине проведения семиотического анализа.

2. Анализ фрагментов с целью поиска элементов эталонной совокупности.

В зависимости от количества выделенных фрагментов анализ может осуществляться последовательным или параллельным способами, а также в их комбинации. Основным методом поиска ключевых слов и образов является метод поиска по образцу. В отличие от метода выявления знаний, в данном случае анализируется каждое нахождение элемента эталонной совокупности, т.к. он может входить в состав различных концептов.

3. Определение концепта, в составе которого содержится элемент эталонной совокупности.

Концепт, который содержит в себе найденный элемент эталонной сово^пно-сти, определяется на основе своих интенсионала (через взаимосвязь значимых признаков) и (или) экстенсионала (через перечисление конкретных экземпляров объекта). Определенный таким образом концепт затем классифицируется на принадлежность к одной из указанных выше шести категорий.

4. Включение концепта в список по категориям.

Отклассифицированный концепт заносится в соответствующий список. В том случае, если такой концепт уже имеется в составе списка, то вновь полученный концепт в список не включается. Достоинством рассмотренного метода опорных концептов является возможность быстрого формирования базового списка концептов, которые составляют основу разрабатываемой БЗ. Как правило, полученные опорные концепты покрывают до 80% семантики выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП.

В четвертом разделе "Средства представления знаний и манипулирования ими в БЗ для АСУ КСС МП" рассмотрены разработанные средства, основанные на представлении знаний в виде семантических графов с оболочками.

Семантический граф в представляет собой совокупность вида:

ОкУ,8>,

где V = - множество вершин графа в;

Б = - множество дуг (связей между вершинами) графа О.

Выделим из графа в некоторый подграф Оь полученный следующим образом. Из множества V вершин выделяется подмножество V1, а из множества 8 дуг выделяется подмножество Б1 таких цуг, которые связывают вершины подмножества V1. Таким образом, подграф в^сУ Назовем выделенный подграф оболочкой Q. В силу построения граф в можно представить в виде: СЮ = {С1к}\Р=ь а следовательно,

и(Ю = {ОЛ-1.

Получили два представления семантического графа в: (3=<У, и (Хл = {0к} \=1

С формальной (конструктивной) точки зрения, эти представления адекватны, но с точки зрения семантической интерпретации адекватность пропадает. В связи с этим, введем новый семантический граф следующего вида:

СЯО= <У, Б, 0>,

где V= {VijVi - множество вершин графа GRO;

S= {Sj/j=i - множество дуг (связей) графа GRO;

Q = {Qk} k-i - множество оболочек графа GRO.

Назовем новый граф GRO семантическим графом с оболочками (рис. 9).

Этот граф GRO является основным носителем информации в базе знаний.

Рассмотрим множество вершин V. Вершиной V,eV называете? конструктивный элемент графа GRO, соответствующий понятиям предметной области АСУ КСС МП, описываемой этим GRO.

Каждая вершина V, может иметь соответствующий тип:

V={V~^Vy|V4V^>}U где V* - корневая вершина; V1 - лист-вершина; V -промежуточная вершина; V2 - юолированная вершина.

Для удобства использования множество вершин V целесообразно представить в виде определенной таблицы, заголовок которой является некоторым списком характеристик и свойств, присущих вершинам. Это означает, что любую вершину V,e V можно описать следующим образом:

V,= <Wo,W„ w2, w3, w* w5, W6i W7, Wg, w* w1&>, где W0-признак вершины,

XV (- имя вершины,

- тип вершины,

\¥3 - признак важности вершины,

W4 - номер словарного толкователя вершины,

- признак способа задания вершины, Wб - описание способа задания вершины,

- спишк пар имен, инцидентных вершине дуг и направлений этих дуг,

- уровень семантической интерпретации вершины,

- имя непосредственно охватывающих оболочек, \У10 - признак логического значения вершины.

Построенное таким образом множество вершины V и представленное в виде таблицы, позволяет осуществлять описание понятий выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП.

Рассмотрим следующий компонент графа вЮ - множество дуг в. Дугой Б^Б называется конструктивный элемент графа (?Ю, соответствующий отношениям, в которых находятся понятия предметной области АСУ КСС МП, описываемой этим ОКО. Дуги го множества в являются направленными Направление дуги показывает, в каком порядке устанавливаются отношения между понятиями. Дуги из множества в обеспечивают установление связей между вершинами из множества V и оболочками из множества <}.

В связи с этим можно выделить 4 класса дуг:

Б1 - дуги, обеспечивающие связь между вершинами, т.е.

ЗБ1^1: Б1, = Б, (VI, УЦ,Х где V,, УгИ еV, ^е в

Б2 - дуги, обеспечивающие связь между вершиной и оболочкой

ЭБ^еБ2: Б2, = в, (V, СЮ, где V, е V, Б, е в, € <2

Б3 - дуги, обеспечивающие связь между оболочкой и вершиной

38)еБ3: Б) = $ (Оь Уд, где ^е У,8,е Ь&е <}

Б4 - дуги, обеспечивающие связь между оболочками

ЗБ4 еБ4: Б4, = в,(ОьОы),гдеОкОк+1е<}, ^е Б

Таким образом, множество дуг Б представляет собой объединение указанных классов: в =11 ,„=1 Б1", и также может быть представлено в виде определенной таблицы, но заголовок которой будет являться списком свойств и характеристик дуг. Покажем структуру списка, с помощью которого можно описать любую дугу Б Б) = < С0,СьО,Сз)С4,С5,С6,С7А,С9,Сю,С11>, где Со- признак дуги, С]—имя дуги, С2 - класс дуги, С3 - направление дуги С^—тип дуги,

С5 - имя вершины, из которой направлена дуга, С6-имя вершины, в которую натравлена дуга, С7 - имя оболочки, из которой направлена дуга, С8 - имя оболочки, в которую направлена дуга, С9 - номер словарного толкователя дуги,

Сю - имя непосредственно охватывающей оболочки, в которую входит дуга, С| 1 - признак логического значения дуги.

Введенное с помощью таблицы множество дуг в обеспечивает возможность описания любого отношения между понятиями предметной области АСУ КСС МП.

Рассмотрим множество оболочек О графа 6яО. Это множество представляет собой совокупность наиболее сложных, по сравнению с вершинами и дугами, конструктивных элементов графа ЯЮ. Сложность прежде всего заключается в том, что оболочки Ок можно рассматривать с двух позиций. С одной стороны, как было определено ранее, оболочка - это множество, получающееся объединением некоторых связанных между собой дугами вершин, т.е. Ок = сАЛЗ1;», где С^е <3, У'сУ, З'сЗ. С другой стороны, оболочка, являясь конструктивным элементом, может быть представлена как некоторая "обобщенная вершина". Указанный дуализм определяет особенности использования оболочек при формализации знаний. Итак, оболочка 0к€ О - это конструктивный элемент графа ОЯО, соответствующий сложным понятиям, описываемым через другие понятия и отношения между ними. С учетом свойства двойственного представления оболочек, множество О можно описать с помощью табличной формы, заголовок которой представляется следующим списком:

Ок = <Го, Гь г3, Г4, Г5, Гб, Г7, Г8, Г<>>,

где Го-признак оболочки; Г]-имя оболочки; г2- признак важности оболочки; г3-признак непосредственно охватывающей оболочки; и-номер словарного толкователя;

г5- список пар имен инцидентных оболочке дуг и их направлений;

г6- признак способа зад ания оболочки;

Г7—список имен вершин, входящих в состав оболочки;

г8- список имен дуг, входящих в состав оболочки;

г9- признак логического значения оболочки.

Средствами манипулирования знаниями является совокупность операций на семантических графах с оболочками, поскольку, они являются основным формализмом представления знаний в БЗ для АСУ КСС МП. Следуя табличному представлению конструктивных элементов семантического графа с оболочками, совокупность указанных операций будут составлять операции на таблицах вершин, дуг и оболочек. На таблице вершин определены следующие операции:

1. Введение новой вершины 1. Разблокирование вершины.

2. Удаление вершины. 8. Сжатие таблицы вершин.

3. Поиск вершины. 9. Проекция таблицы вершины.

4. Сортировка вершин. 10. Выбор вершин.

5. Корректировка вершины. 11. Сравнение вершин.

6. Блокирование вершины. 12. Поиск вершины по образцу

Операции на таблице дуг вводятся аналогично операциям, введенным на таблице вершин, поскольку эти таблицы, с формальной точки зрения, одинаковы.

На таблице оболочек вводятся те же операции, что для таблицы вершин. Однако выполнение их в значительной степени отличается от вышеприведенных операций для таблиц вершин и дуг. Это связано с тем, что оболочка в БЗ имеет двойственное представление.

Кроме указанных на таблицах вершин, дуг и оболочек вводятся следующие операции:

1. Пересечение таблиц. 3. Дополнение таблиц

2. Объединение таблиц. 4. Конкатенация таблиц Введенные операции на таблицах вершин, дуг и оболочек образуют фундамент

средств манипулирования со знаниями.

В ИС принято разделять два основных компонента: базу знаний и машину логического вывода. В предлагаемом подходе возможности двух этих компонентов сведены в единое целое. Это достигается за счет того, что в средства представления знаний и манипулирования ими вводится информация, которая отражает прагматику функционирования ИС, т.е. специфику решения конкретных задач в выделенном фрагменте предметной области АСУ КСС МП. Реализуется эта идея с помощью внутренней навигации в БЗ. Внутренняя навигация в БЗ представляет собой развитый аппарат ссылок, который формируется на основе введенных в рассмотрение средств. В предложенном подходе ссылки и действия с ними организуются следующим образом. Ссылка имеет вид:

тяеу= стазы, тазм, тары, рие1, Е1, рш2, Е2>, где ТЯЕУ - обозначение ссылки;

ТЯБК - признак, отражающий синтаксический уровень навигации <та:5№>::=0| 1;

ТКБМ - признак, отражающий семантический уровень навигации <ТК8М>::=0| 1;

ТЯРЯ - признак, отражающий прагматический уровень навигации <ТЯРК>::=0| 1;

РИЕ1, РИЕ2 - параметры, характеризующие признаки конструктивных элементов графа ИЮ, т.е. признаки вершин, дуг и оболочек

<РЯЕ1>= <РКЕ2у=::У 10; Е1, Е2 - параметры, характеризующие имена соответствующих конструктивных элементов графа ¿110.

В пятом разделе "Реализация БЗ для АСУ КСС МП на современных средствах информационных технологий и ее верификация" определены этапы реализации БЗ, осуществлена их характеристика; рассмотрено проведение верификации БЗ; рассмотрен комплекс программно-технических средств реализации БЗ; отмечены преимущества разработанной технологии.

Реализация БЗ для АСУ КСС МП осуществляется поэтапно, т.е. создание ее программного прототипа проходит ряд стадий, соответствующих степени полноты и тщательности выполнения требуемых функций. 1. Этап демонстрационного прототипа.

Основные усилия программистов и инженеров по знаниям направлены на проверку проектных концепций относительно определения задачи, ее постановки и

представления знаний выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП. Демонстрационный прототип создается на основе ключевых слов и образов, образующих эталонную совокупность для БЗ. Такой объем информации достаточен, чтобы во всех деталях проследить формы представления и механизмы обработки знаний в рамках выбранного подхода. На разработку демоверсии не должно тратиться времени более 3-4 недель. Демонстрационный прототип разрабатывается в автономном режиме.

2. Этап исследовательского прототипа.

Исследовательский прототип разрабатывается на основе демонстрационного прототипа. На его создание выделяется около 8-10 месяцев, поскольку на этом этапе полностью воплощается в жизнь замысел разработчиков на создание БЗ выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП. При формировании исследовательского прототипа используется вся совокупность выявленных знаний. Исследовательский прототип БЗ также создается в автономном режиме.

3. Этап действующего прототипа.

Действующий прототип создается на основе исследовательского прототипа. По результатам разработки действующего прототипа становится совершенно ясно, удалось ли достичь целей разработки БЗ или нет. Действующий прототип является уже откорректированным и отлаженным программным средством и служит для отработки функционирования БЗ с учетом реальных условий использования в соответствии с целевым назначением. Фактически, действующий прототип - это полный функциональный аналог разрабатываемой базы знаний. Как правило, действующий прототип разрабатывается в автономном режиме. Время, отводимое на его разработку, составляет до 6 месяцев.

4. Этап программного изделия.

Основой создания программного изделия БЗ является ее действующий прототип. Программное изделие предназначено для фактической эксплуатации в условиях реальной обстановки и представляет собой программный продукт, полностью удовлетворяющий всем требованиям заказчика, прошедший весь комплекс тестирования, имеющий надлежащим образом подготовленную сопроводительную документацию. Программное изделие создается для той программно-технической среды, которая используется в выделенном фрагменте предметной области АСУ КСС МП. Программное изделие создается уже не в автономном режиме, а как элемент конкретной системы средств АСУ КСС МП На этап реализации выделяется промежуток времени до 6 месяцев.

Учитывая этапность реализации БЗ для АСУ КСС МП, основным методом реализации является метод развивающегося ядра на основе быстрого прототипа. Этот метод имеет рад преимуществ, среди которых, в первую очередь, необходимо отметить следующие:

- прототипирование помогает быстрее вникнуть в проблему;

- происходит закрепление уверенности разработчиков в правильности выбранного направления усилий и действий;

- имеется возможность наглядной демонстрации реальности и осуществимости разработки.

Указанный метод позволяет сделать реализацию БЗ для АСУ КСС МП целенаправленным, управляемым и технологичным процессом.

Выполняя требования заказчика при реализации БЗ, разработчики значительные усилия и ресурсы тратят на обеспечение эффективного интерфейса между пользователем и программным изделием, особенно если интерфейс должен быть ориентирован на му льтимедийный режим. Для создания такого интерфейса целесообразно использовать метод сценарного проектирования оконных интерфейсов (экранных форм). В основе предлагаемого метода лежит использование соответствующего кода визуальной и слуховой информации и реализация его с помощью гипертекста (рис. 10).

Категория [ Характеристика кода кода | Оценка использования кода

ЦВЕТ С подсветкой Без подсветки Время поиска мало. Требует мало места. Хорош для ко-личественного кодирования. Можно комбинировать с насыщенностью и яркостью. Окружающий свет не критичен. Все, что указано выше, за исключением того, что необходимо контролировать освещенность. Хорошо (4 балла) Хорошо (4 балла)

ФОРМА Цифры и буквы Геометрические фигуры Рисунки Особенно удобен для идентификации. Требует мало места. Особенно пригоден для символических знаков. Некоторые формы трудно различить. Вызывает прямые ассоциации. Требует высокой разрешающей способности экрана. Хорошо (4 балла) Посредственно (3 балла) Хорошо (4 балла)

ВЕЛИЧИНА Площадь Длина Яркость Стереоглу-бина Требует много места. Легко обнаружить сообщение. Требует много места. Легко обнаружить сообщение. Можно спутать с другими сигналами. Сложен для реализации. Посредственно (3 балла) Посредственно (3 балла) Плохо (2 балла) Плохо (2 балла)

УГОЛ НАКЛОНА Особенно хорош для количественных оценок, но применение ограниченно круглыми объектами. Хорошо (4 балла)

ЧАСТОТА МЕЛЬКАНИЙ Хорош для привлечения внимания. Трудно различить частоту вспышек. Посредственно (3 балла)

Рис. 10. Характеристика способов кодирования визуальной информации

Верификация БЗ позволяет определить состояние того, что уже сделано, и показывает на какое место следует обратить внимание, чтобы при необходимости

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I

БИБЛИОТЕКА I 33

С.Пст»р0ург (

\ и Ж '

""'" А

внести соответствующие изменения. Никакая, даже самая тщательно обоснованная БЗ не может быть освобождена от необходимости проверки после ее создания, т.е. тестирования.

Основными метод ами тестирования БЗ для АСУ КСС МП являются:

- метод экспертных тестов группы разработчиков;

- метод тестирования независимым экспертом или труппой таковых;

- опытная эксплуатация в реальных условиях.

Наилучшим вариантом тестирования БЗ является ее тестирование с использованием всех рассмотренных методов, причем эти методы могут применяться как в параллельном режиме, так и в последовательном, в различных комбинациях в зависимости от наличия выделенных ресурсов.

Построенные БЗ для АСУ КСС МП оценивают с позиций двух основных групп критериев: качества работы и полезности. Первая группа критериев характеризует выполнение системных требований к БЗ, а вторая группа критериев характеризует выполнение пользовательских требований к БЗ.

Основными методами оценки результатов тестирования БЗ для АСУ КСС МП являются качественный и статистический.

Технической основой создания БЗ являются автоматизированные рабочие места членов группы разработки на базе современных мощных ПЭВМ или рабочих станций, объединенных в локальную вычислительную сеть. Дополнительными техническими средствами, привлекаемыми для разработки и реализации базы знаний являются: принтер; сканер; цифровой фотоаппарат, видеокамера; магнитофон (диктофон); комплект средств мультимедиа Количественный и качественный состав конкретных технических средств определяется в зависимости от целей, поставленных при разработке БЗ выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП, и наличия выделенных ресурсов для этой разработки.

В качестве операционной среды разработки БЗ целесообразно использовать такие высокопроизводительные ОС с сетевыми возможностями и набором инструментальных средств кросс-разработки, как UNIX или WINDOWS NT.

Программный инструментарий, который используется при разработке и реализации БЗ для АСУ КСС МП, подразделяется на два класса:

- программный инструментарий инженерии знаний;

- программный инструментарий по созданию приложений и работе с ними.

Программный инструментарий инженерии знаний включает в себя трансляторы с языков представления знаний и оболочки интеллектуальных систем.

Программный инструментарий по созданию приложений и работе с ними включает в себя: системы программирования на различных языках программирования; текстовые редакторы; электронные таблицы; системы управления базами данных; графические пакеты; системы обеспечения рабочих групп; интегрированные пакеты и т.д.

В качестве средств первого класса изложены возможности таких систем как GURU и KADS. В качестве средств второго класса изложены возможности программных продуктов фирмы Microsoft.

Произведена оценка и отмечены преимущества разработанной технологии по сравнению с существующими подходами (рис. 11).

В заключении подведены итоги диссертационной работы и намечены направления дальнейших исследований.

КРИТЕРИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ПРОБ И ОШИБОК ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОММЕРЧЕСКИХ ис ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ

1. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ ОСНОВА НЕТ ЧАСТНЫЕ ПАРАДИГМЫ СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД- ПРЕДСТАВЛЕНИЕ В ВИДЕ СИСТЕМЫ ТИПА «ПРОЦЕСС»

2. ФОРМАЛЬНАЯ ОСНОВА НЕТ НЕТ ОБЩАЯ ЗАДАЧА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА ОТДЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ОТДЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ БАЗОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ БЗ

4 КОЛИЧЕСТВО ЭТАПОВ ОТСУТСТВУЕТ СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА 6-7 ЭТАПОВ С РАЗМЫТОЙ СТРУКТУРОЙ 2 ЭТАПА С ЧЕТКО ОПРЕДЕЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

5. ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОСТЬ ПОЛУЧЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТА НЕ ГАРАНТИРОВАНО ПОЛУЧЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТА БЕЗ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЕ ЗАДАННОГО КОНЕЧНОГО РЕЗУЛЬТАТА С ОПТИМИЗАЦИЕЙ СТРУКТУРЫ

6. УПРАВЛЯЕМОСТЬ НЕТ НИЗКАЯ ВЫСОКАЯ

7. ВОЗМОЖНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ НЕТ ЧАСТИЧНАЯ ПОЛНАЯ

8. ЭКОНОМИЯ РЕСУРСОВ НЕТ НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ

9. ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ДРУГИХ ПРЕДМЕТНЫХ ОБЛАСТЯХ НЕТ ЧАСТИЧНАЯ ПОЛНАЯ

Рис. 11. Сравнительная характеристика вариантов создания базы знаний для АСУ КСС МП

III. ОСНОВНЫЕ ИТОГИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

В диссертации изложены научно обоснованные технологические решения, обеспечивающие создание базы знаний доя АСУ КСС МП, имеющие важное значение д ля развития теории АСУ и решения практических задач повышения эффективности систем управления с использованием НИТ.

Разработанная технология позволяет рассмотреть создание базы знаний для АСУ КСС МП в виде системы типа "процесс"; на основе такого представления сформировать совокупность требований к БЗ; поставить и формализовать задачу создания БЗ в виде общей задачи принятия решений; применил в интересах построения БЗ базовую технологию на основе разработанных двухцикловой модели и алгоритма поливариангаого параллельного функционирования с согласованием решений в условных точках, что, в отличие от существующих подходов, обеспечивает четкость определения двух этапов, состава, структуры, ресурсов, разработчиков и средств создания БЗ.

1. Обосновано, что технология создания БЗ для АСУ КСС МП как система научных знаний в современных условиях, комплексно объединяет в себе методы, модели, алгоритмы и методики таких научных дисциплин как системология, кибернетика, инженерия знаний, теория принятия решений, информатика, позволяющих обеспечить технологичность, управляемость и экономию ресурсов при построения БЗ, способствующих повышению эффективности использования автоматизированной системы управления КСС МП.

2. Обосновано применение соответствующих методов выявления и извлечения знаний, в их числе и разработанных: метода ключевых слов и образов, квалиметрического метода определения источников знаний, метода опорных концептов, учитывающих специфику формализации знаний предметной области АСУ КСС МП и улучшающих временные характеристики создания БЗ.

3. Обосновано использование средств на основе семантических графов с оболочками, позволяющих унифицировать представление знаний и манипулирование ими в БЗ для различных уровней иерархии АСУ КСС МП.

4. Разработаны метод развивающегося ядра на основе быстрого прототипа и метод сценарного проектирования оконных интерфейсов, дополняющие совокупность существующих методов реализации и верификации БЗ и обеспечивающие совершенствование контроля качества БЗ для АСУ КСС МП в целом в процессе ее создания.

IV. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные научные результаты, содержащиеся в диссертации, опубликованы в

следующих работах:

1. Искандеров Ю.М., Максимов Ю.А., Мохнобров Н.В. Способ управления процессом гередачи информации на основе ветвящихся процессов. М., ЦИВТИ МО, № 32126, выпуск 5 (186), 1985,7с.

2. Искандеров Ю.М., Фролов В.П., Колмакова Н.Ю., Белова Т.О. Устройство для управления подключением резервных блоков. Изобретение. A.C. 1263097, 1986.

3. Искандеров Ю.М., Тихонов Ю.П., Максимов Ю.А., Полянский В.В. Алгоритм принятия решения по восстановлению системы проводной связи. М., ЦИВТИ МО, № 4105, выпуск 5 (8), 1987,11с.

4. Искандеров Ю.М., Тихонов Ю.П., Полянский В.В. Использование семиотического моделирования при управлении системой проводной связи. М., ЦИВТИ МО, № 4109, выпуск 5 (8), 1987,9с.

5. Искандеров Ю.М., Баленко Ю.К., Позник В.Г. Матрично-каноническая база знаний при управлении системами "человек-техника". Труды УШ Всесоюзного симпозиума "Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника". Тбилиси, 1987,191с.

6. Искандеров Ю.М., Мохнобров Н.В., Максимов Ю.А. Устройство для моделирования систем массового обслуживания. Изобретение. A.C. 1310838,1987.

7. Искандеров Ю.М., Сеньков В.Ф. Использование временных сетей Петри для моделирования транспортных протоколов. Л., ВВМУРЭ им. А.С.Попова, Труды НТК "Моделирование процессов функциональных радиоэлектронных систем", 1989,142с.

8. Искавдчюв Ю.М., Сеньков В.Ф. Диалоговая система оптимизации радиоэлектронных средств. Л., ВВМУРЭ им. A.C. Попова, Труды НТК "Моделирование процессов функциональных радиоэлектронных систем", 1989,142с.

9. Искандеров Ю.М. Модель создания базы знаний экспертных систем некоторого класса. Л., Тезисы докладов V Ленинградского симпозиума по теории адаптивных систем, Ч. П, 1991, с.89-90.

10. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г.,Талагаев В.И. Средства интеллектуальной поддержки управления региональной сетью связи. СПб., Тезисы докладов Ш Междунар. конф. "Региональная информатика-94", Ч. П1,1994. с.59

11. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г. Базовая технология создания информационных моделей больших сложных динамических систем. СПб., Тезисы докладов IV Междунар. конф."Региональная информатика-95", Ч. 1,1995,65с.

12. Искандеров Ю.М. Методологические аспекты инженерии знаний в предметных областях с экстремальными ситуациями. СПб., Тезисы докладов IV Междунар. конф. "Региональная информатика -95", Ч. 1,1995,66 с.

13. Искандеров Ю.М, Кезлинг А.Г. Диалоговая система оптимизации сложных технических комплексов. СПб., Тезисы докладов V Междунар. конф. "Региональная информатика -96", Ч. 1,1996, с.50-51.

14. Искандеров Ю.М., Цыванюк В А., Трушников В.Р. Система интеллектуальной поддержки принятия решений по обеспечению живучести полевых умов связи. СПб., Тезисы докладов ХХХШ НТК, ВКАС, 1996,178с.

15. Искандеров Ю.М. Использование семантических графов для построения информационной модели предметной облает СПб., Тезисы докладов V Между-нар. конф. "Региональная информатака-96", Ч. 1,1996. с.51. '

16. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г. Диалоговая система оптимизации сложных технических комплексов. М., Проблемы информатизации. Теорет. и научно-практ. журнал РАН, ГК РФ по науке и технологиям, вьш.4,1996, с.58-60.

17. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г., Цыванюк В.А. Локальная вычислительная сеть группы общего планирования пункта управления связью флота. СПб., Труды XXXIV НТК, ВКАС, 1997,146с.

18. Искандеров Ю.М., Васин Ю.В., Кезлинг А.Г. Совершенствование радиоэлектронных комплексов на базе системы диалоговой оптимизации. Уч. пособие "Методы и алгоритмы оптимизации систем управления космическими аппаратами и ракетоносителями" / Под ред. А.Н. Цирикидзе. МО РФ, 1998,56с.

19. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г. Методологические аспекты создания баз знаний интегрированных динамических экспертных систем (ИДЭС). СПб., Тезисы докладов VI Междунар. конф. "Региональная информатика-98", Ч. 1,1998, с.68.

20. Искандеров Ю.М. Методы верификации систем, основанных на знаниях. СПб., Тезисы докладов VI Междунар. конф. "Региональная информатика -98", Ч. I, 1998, с.69.

21. Искандеров Ю.М., Васин Ю.В., Кезлинг А.Г. Способ определения требуемого уровня надежности управления сложным техническим комплексом. Уч. пособие "Методы и алгоритмы оптимизации систем управления космическими аппаратами и ракетоносителями". Под ред. Волошина Д.К. МО РФ, 1999,65с.

22. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г. Методологические аспекты анализа эффективности работы органов управления ВМФ. М., ЦВНИ МО РФ, № 10352, вы-пуск№48,1999,15с.

23. Искандеров Ю.М., Кезлинг А.Г. Модель распределения ресурсов при формировании программы развития системы связи ВМФ. М., ЦВНИ МО РФ, № 10350, Выпуск №48,1999,18с.

24. Искандеров Ю.М., Васин Ю.В., Кезлинг А.Г. Применение средств интеллектуальной поддержки при управлении сетью связи. Тезисы докладов НТК "Проблемные вопросы проектирования и эксплуатации бортовых и наземных систем управления объектов ракетно-космической техники РВСН". МО РФ, 1999, С26-27.

25. Искандеров Ю.М. Защита предметно-ориентированных баз знаний от преднамеренных угроз. СПб., Тезисы докладов Межрегиональной конференции "Информационная безопасность регионов России (ИБРР-99)", Ч. 1,1999, с.61.

26. Искандеров Ю.М. Интеллектуализация информационных систем правоохранительной деятельности. Материалы VI межвузовской науч.-практ. конф. Под общ. ред. Сальникова В.П. СПб., СПбУ МВД России, 2000,124с.

27. Искандеров Ю.М. Методологические аспекты интеллектуализации информационных систем. СПб.,Тезисы докладов VII Междунар. конф. "Региональная информатика -2000", Ч. 1,2000, с.53.

28. Искандеров Ю.М. Технология создания предметно-ориентированных баз знаний. Труды VTO Санкт-Петербургской междунар. конф. «Региональная инфор-матика-2002». СПб., 2003,425с.

29. Искандеров Ю.М., Долбня А.Г. Использование новых информационных технологий при автоматизации управления сетями связи. Труды VIII Санкт-Петербургской междунар. конф. «Региональная информатика-2002». СПб., 2003,425с.

30. Искандеров Ю.М. Создание баз знаний интеллектуальных систем. Монопифия. МО РФ, 2003,233с.

31. Искандеров Ю.М. Обеспечение безопасности баз знаний интеллектуальных систем. Труды Ш Санкт-Петербургской межрегиональной конф. «Информационная безопасность решонов России -2003». СПб., 2003,425с.

32. Искандеров Ю.М., Васин Ю.В., Каганович А.А, Кезлинг А.Г., Коваль A.A., Примакин АЛ. Устройство для аварийной связи водолаза с подводной лодкой. Патент на изобретение № 2209151. М., Бюл№ 21,2003.

33. Искандеров Ю.М., Гавриленко С.А., Долбня А.Г. Интеллектуализация автоматизированной системы управления связью ВМФ. М., Военная мысль, № 3, 2004,18-23с.

Список сокращений

АСУ - автоматизированная система управления

БЗ-база знаний

ИС - интеллектуальная система

КСС - корпоративная сеть связи

КСС МП - корпоративная сеть связи морского порта

МТТП - морской транспортно-технологический процесс

МП - морской порт

НИР - научно-исследовательская работа НИТ - новая информационная технология НИУ - научно-исследовательское учреждение ОЗПР - общая задача принятия решений ПО - предметная область

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина ТТЛ - транспортно-технологический процесс ЭВМ - электронно-вычислительная машина

124 IIb

РНБ Русский фонд

2006-4 26017

ГМА им. адмю С.О. Макарова 300 от 11.11.2005. Тираж 100 экз. Усл. печ. л. - 2, 199106, Санкт-Петербург, Косая линия, 15-а

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Искандеров, Юрий Марсович

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА.

1.1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА

1.2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИНЖЕНЕРИИ ЗНАНИЙ.

1.3. ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРИИ ЗНАНИЙ В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ

СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА.

ВЫВОДЫ.

2. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА

2.1. СОЗДАНИЕ БАЗЫ ЗНАНИЙ - СИСТЕМА ТИПА "ПРОЦЕСС".

2.2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА В ВИДЕ ОБЩЕЙ ЗАДАЧИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ.

2.3. БАЗОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ

СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА.

ВЫВОДЫ.

3. МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗНАНИЙ ДЛЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ

СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА.

3.1. ВЫЯВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ.

3.1.1. МЕТОД СОСТАВЛЕНИЯ СПИСКА ИСТОЧНИКОВ ЗНАНИЙ.

3.1.2. МЕТОД ТЕСТИРОВАНИЯ ЭКСПЕРТОВ.

3.1.3. МЕТОД КЛЮЧЕВЫХ СЛОВ И ОБРАЗОВ.

3.1.4. КВАЛИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗНАНИЙ.

3.2, ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗНАНИЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ.

3.2.1. МЕТОД НАБЛЮДЕНИЙ.

3.2.2. МЕТОДЫ " ВОПРОС-ОТВЕТ ".

3.2.3. МЕТОД ОПОРНЫХ КОНЦЕПТОВ.

ВЫВОДЫ.

4. СРЕДСТВА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ И МАНИПУЛИРОВАНИЯ ИМИ В БАЗЕ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА.

4.1. СРЕДСТВА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ В БАЗЕ ЗНАНИЙ.

4.2. СРЕДСТВА МАНИПУЛИРОВАНИЯ ЗНАНИЯМИ В БАЗЕ ЗНАНИЙ.

4.3. НАВИГАЦИЯ В БАЗЕ ЗНАНИЙ.

ВЫВОДЫ.

5. РЕАЛИЗАЦИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА НА СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВАХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЕЕ ВЕРИФИКАЦИЯ.

5.1. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ БАЗЫ ЗНАНИИ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА.

5.2. ВЕРИФИКАЦИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ.

5.3. КОМПЛЕКС ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ БАЗЫ ЗНАНИЙ.

5.4. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО

ПОРТА.

ВЫВОДЫ.

Введение 2005 год, диссертация по радиотехнике и связи, Искандеров, Юрий Марсович

Морской транспорт России, находится в состоянии преобразований в области технического оснащения и организации использования потенциальных возможностей сохранившихся средств в условиях новых форм собственности и механизмов финансирования. Учитывая это обстоятельство, чрезвычайно важное внимание уделяется проблемам совершенствования управления морским транспортно-технологическим процессом (МТТП), и в первую очередь, его автоматизации. Актуальность автоматизации управления МТТП постоянно возрастает, причем требуется автоматизация всех процессов управления, начиная от непосредственного управления судами, погрузочно-разгрузочными операциями в порту. Основой управления морского порта является обеспечивающая его функционирование корпоративная сеть связи морского порта (КСС МП). От ее состояния и функционирования существенно зависит оперативность руководства транспортно-технологическим процессом, который реализует эффективное функционирование морского порта. КСС МП обеспечивает телекоммуникациями всех участников транспортно-технологического процесса порта: морскую администрацию порта, стивидорные компании, организации морского, железнодорожного, речного, автомобильного, воздушного, трубопроводного транспорта, организации силовых ведомств и др. Они используют сети и каналы стационарной и подвижной электросвязи различных диапазонов частот. Для функционирования транспортно-технологического процесса в порту существуют различные виды связи: телефонная, телеграфная, передача данных, факсимильная, видео- и др., которые обеспечиваются различными родами связи: кабельной( в том числе подводно-кабельной), радио-, радиорелейной, спутниковой и др. Эти факторы делают управление КСС МП немыслимым без применения современных средств автоматизации.

Настоящий этап развития АСУ КСС МП характеризуется принципиально новыми требованиями к процедурам сбора, хранения, обработки и передачи информации, диктуемыми сокращением времени на принятие обоснованного решения. Это связано с появлением средств автоматизации управления на базе новых информационных технологий (НИТ), которые позволяют возложить на ЭВМ следующие функции: поддерживать общение человека с ЭВМ на привычном ему языке; распознавать те или иные ситуации; осуществлять классификацию ситуаций; находить варианты решений в соответствии с поставленными целями; выдавать рекомендации с их обоснованием и т.д. Реализация на ЭВМ указанных функций осуществляется в рамках концепции создания интеллектуальных систем (ИС). Теоретическим фундаментом создания ИС является молодое, развивающееся научное направление -иююенерия знаний (Knowledge Engineering). В последние годы, на основе принятых национальных и международных программ разработки и развития инфраструктуры НИТ, активно ведутся работы по созданию интеллектуальных систем различного назначения (ИС), которые становятся все более характерным атрибутом сложных систем управления, требующих принятая многоальтернативных решений в условиях различного рода временных, ресурсных и иных ограничений.

В 1980-1990-х годах в научно-исследовательских учреждениях и высших учебных заведениях был проведен целый ряд комплексных и специализированных НИР по оценке необходимости и возможностей использования в средствах автоматизации интеллектуальных систем, а также по их разработке. Это позволило определить роль и место ИС при автоматизации МТТП, в том числе автоматизации управления КСС МП.

Анализ результатов исследований показал, что предметная область АСУ КСС МП не может быть адекватно описана непосредственно имеемыми средствами инженерии знаний, т.к. она обладают своими характерными особенностями. Кроме этого, существует сложность в том, что информация труднодоступна для получения и изучения, в значительной степени разрознена по различным объектам и носителям, может теряться, а поскольку необходимыми знаниями обладают лишь единицы специалистов, то уникальные знания могут быть потеряны навсегда. Еще в более значительной степени осложняет ситуацию отсутствие соответствующей теоретической основы.

Все вышеперечисленные факторы существенным образом усложняют создание ИС для АСУ КСС МП. Ядром такой ИС является база знаний (БЗ), т.е. формализованное и организованное методами инженерии знаний представление совокупности сведений, необходимых для решения задач управления КСС МП, и реализованное на основе средств НИТ. За последние годы были сделаны существенные шаги в направлении от осознания перспективности применения инженерии знаний к созданию реальных БЗ.

Для предметной области АСУ КСС МП не существует отработанной технологии и устоявшегося комплекса средств разработки БЗ. Отсутствуют строго обоснованные методы выявления, извлечения, представления знаний и манипулирования ими. Существует неопределенность в выборе программно-технической базы создания БЗ. Отсутствуют обоснованные методы и средства реализации и верификации БЗ. На выбор инструментария значительно влияют личностные характеристики инженера по знаниям и эксперта. Дефицит требуемых ресурсов также накладывает ограничения на выбор. Особенно последнее касается возможностей использования новейших технических средств.

Таким образом, состояние научных исследований по внедрению ИС в области автоматизированного управления КСС МП позволяет сделать вывод о том, что существует актуальная научная проблема разработки технологии, обеспечивающей построение эффективной базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта.

При решении указанной проблемы цель, объект и предмет исследования целесообразно определить следующим образом.

Цель исследования - обеспечение повышения эффективности АСУ КСС МП за счет создания и внедрения БЗ.

Объект исследования - база знаний для АСУ КСС МП. Предмет исследования - принципы создания и методы разработки БЗ для АСУ КСС МП.

- какие факторы влияют или не позволяют в существутощю/ условиях разрабатывать базу знаний; как определить (сформировать) совокупность требований, предъявляемых при создании БЗ;

- каким образом построить научную основу, обеспечивающую создание БЗ для АСУ КСС МП;

Научная новизна работы.

Новизна состоит в следующем:

-в выявлении особенностей, учете современных факторов создания базы знаний для АСУ КСС МП и формировании совокупности требований, предъявляемых к ней; -в разработке принципов создания БЗ для АСУ КСС МП, позволивших, в отличие от существующих подходов, обеспечить четкость определения двух этапов, состава и структуры процесса разработки БЗ, уточнить задачи и функциональные обязанности разработчиков, обосновать выбор инструментария разработки, оптимизировать необходимые объем работ и срок создания БЗ; -в комплексном соединении методов, моделей, алгоритмов и методик таких научных дисциплин как системология, кибернетика, инженерия знаний, теория принятия решений, информатика для обеспечения технологичности, управляемости и экономии ресурсов при построении БЗ, способствующих повышению эффективности использования автоматизированной системы управления КСС МП в целом; -в разработке методов выявления и извлечения знаний, учитывающих специфику формализации знаний предметной области АСУ КСС МП и улучшающих временные характеристики создания БЗ; -в обосновании использования средств на основе семантических графов с оболочками, позволивших унифицировать представление знаний и манипулирование ими в БЗ для АСУ КСС МП;

Практическая значимость работы.

Технология создания БЗ для АСУ КСС МП содержит в себе конкретные методы, модели, алгоритмы и программные продукты, позволяющие решать проблему повышения эффективности АСУ КСС МП на основе разработки и использования средств НИТ. Предложенный подход, методы и средства могут быть использованы при построении БЗ в других предметных областях, а также в образовательном и научно-исследовательском процессах Государственной морской академии им. адмирала С. О. Макарова, Центрального научно-исследовательского и проектно-конструкторского института морского флота и других организаций, имеющих отношение к совершенствованию управления транспортно-технологическими процессами.

Достоверность исследований обеспечивается:

- корректностью постановки проблемы, определения цели, объекта и предмета исследования;

- обоснованностью и корректностью применяемых методов таких научных дисциплин, как системология, кибернетика, информатика, инженерная психология, эргономика, теория множеств, функциональный анализ, теория принятия решений, математическое программирование;

-использованием, с учетом достижений в фундаментальных и прикладных направлениях науки вообще и военной науки в частности, результатов в области искусственного интеллекта, инженерии знаний, компьютерных и информационных технологий;

-успешным применением результатов диссертационной работы в практической деятельности научно-исследовательских организаций и высших учебных заведений.

Апробация и внедрение результатов работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях НИУ и Государственной морской академии им.С.О.Макарова, Военно-морской академии им.Н.Г.Кузнецова, Военноморского института радиоэлектроники им. А.С.Попова, Военного университета связи, Военно-инженерного космического университета им.А.Ф.Можайского, Санкт-Петербургского университета МВД России, на VIII Всесоюзном симпозиуме "Эффективность, качество и надежность систем "человек-техника"(г.Тбилиси,1987), V Ленинградском симпозиуме по теории адаптивных систем (г. Ленинград, 1991), международных конференциях "Региональная информатика" (г.Санкт-Петербург, 1994-2002), межрегиональных конференциях "Информационная безопасность регионов России"(г. Санкт-Петербург,] 999-2003).

Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе по дисциплине «Системы связи» Государственной морской академии им. адмирала С.О.Макарова, по дисциплине «Новые информационные и сетевые технологии» Военного университета связи, в учебном процессе по дисциплине "Системы управления летательными аппаратами" Военно-инженерного космического университета им.А.Ф.Можайского.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в монографии, 2 учебных пособиях, патенте и 2 авторских свидетельствах на изобретение, 21 статьях, 23 отчетах о HEP, 10 методиках, 28 тезисах докладов на научно-технических конференциях различного уровня.

Структура и объем, работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, перечня использованных источников из 159 наименований и приложения. Общий объем работы составляет 243 страницы, в тексте содержится 26 страниц с рисунками и таблицами.

Заключение диссертация на тему "Технология создания базы знаний для автоматизированной системы управления корпоративной сетью связи морского порта"

ВЫВОДЫ.

1. В разделе разработаны принципы создания БЗ для АСУ КСС МП, включающие в себя представление создания БЗ в виде системы типа "процесс", формализацию процесса создания БЗ в виде общей задачи принятия решений, базовую технологию создания БЗ для АСУ КСС МП.

2. Обосновано, что создание БЗ является системой типа "процесс" и, в соответствии с положениями системологии, определяется целью, множеством процедур и множеством связей между этими процедурами. Обосновано разделение процесса создания БЗ на 2 основных этапа: подготовительный этап и этап собственно разработки БЗ.

3. Разработано теоретико-множественное представление подготовительного этапа создания БЗ, содержанием которого являются следующие процедуры:

- формулирование проблемы;

- формирование группы разработчиков;

- выбор инструментальных средств;

- оценка требуемых ресурсов;

- планирование осуществления разработки.

4. Разработано теоретико-множественное представление этапа собственно разработки БЗ, содержанием которого являются следующие процедуры:

- выявление знаний;

- извлечение знаний и их структурирование;

- представление знаний;

- реализация БЗ;

- верификация БЗ.

5. В результате проведенной декомпозиции разработаны структуры выполнения этапов создания БЗ, характеризующие множества связей между процедурами этих этапов, а также общая структура всего процесса создания БЗ, позволяющие сделать этот процесс управляемым и технологичным.

6. Обоснована интерпретация процесса создания БЗ для АСУ КСС МП как процесса принятия решения в направлении намеченной цели в виде общей задачи принятия решений. Обосновано соответствующее формальное представление ОЗПР в виде развернутого кортежа.

7. Разработано формализованное представление процесса создания БЗ с учетом кортежной записи ОЗПР. Исходя из системных представлений о составе и структуре, обосновано, что процесс создания БЗ можно рассматривать как решение множества взаимосвязанных и взаимозависимых ОЗПР. Разработана структура цикла решения ОЗПР с учетом декомпозиции процесса создания БЗ для АСУ КСС МП.

8. Для получения наилучшего решения указанной ОЗПР разработан алгоритм поливариантного параллельного функционирования с согласованием решений в условных точках.

9. Опираясь на полученные в разделе результаты, разработана базовая технология создания БЗ для АСУ КСС МП, обеспечивающая обязательное получение требуемого конечного результата, т.е соответствующей БЗ.

3. МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗНАНИЙ ДЛЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ

МОРСКОГО ПОРТА.

3.1. ВЫЯВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ.

Выявление знаний для выделенного фрагмента (объекта, процесса) предметной области АСУ КСС МП заключается в определении и выборе соответствующих источников знаний. Этот выбор играет очень важную роль, поскольку заказчику требуется чтобы в БЗ присутствовала достоверная информация, а разработчику необходимо это требование обеспечить, т.к. он несет ответственность за качество создаваемой БЗ.

В зависимости от целей и задач по разработке БЗ организацию подбора источников знаний, как одушевленных, так и неодушевленных, определения их состава и количества, осуществляет руководитель разработки или специально назначенная им группа специалистов.

Вопрос определения количества источников знаний для каждой задачи решается, как правило, отдельно. Минимальное их число определяется возможностью покрыть все аспекты, подлежащие рассмотрению при создании БЗ, т.е. источников знаний должно быть достаточно для того, чтобы в совокупности можно было бы учесть существенные свойства задач и чтобы получить соответствующие решения.

Как было указано ранее, выбранные источники знаний должны удовлетворять следующим условиям:

- источник знаний должен обладать, по возможности, максимумом, степени доверия к себе;

- источник знаний должен обладать релевантной информацией о предметной области БЗ;

- должна иметься возможность доступа к источнику знаний;

-должна существовать возможность извлечения знаний из источника знаний.

Рассмотрим методы выявления знаний, которые необходимо использовать для создания БЗ в ПО АСУ КСС МП.

3.1.1. МЕТОД СОСТАВЛЕНИЯ СПИСКА ИСТОЧНИКОВ ЗНАНИЙ.

Содержание данного метода заключается в том, что специалисту или группе таковых поручается сформировать список источников знаний (одушевленных и неодушевленных отдельно) на основе собственной шкалы предпочтений.

Из состава участников сформированной группы по разработке БЗ выделяется один специалист (или более), наиболее подготовленный и авторитетный в предметной области АСУ КСС МП, в части выделенного фрагмента. Этот специалист, опираясь на исходный документ и свои знания, формирует список источников знаний и фиксирует его на бумажном или каком-либо другом носителе. Затем проводится обсуждение этого списка в группе разработчиков. Если в процессе обсуждения появились реальные дополнения к списку, то они включаются в его состав. Если дополнений не выявлено, то список считается сформированным, и далее подлежит утверждению для использования в процессе создания БЗ.

Библиография Искандеров, Юрий Марсович, диссертация по теме Системы, сети и устройства телекоммуникаций

1. Письменная часть тестирования осуществляется с помощью анкет. В анкете содержатся вопросы, которые классифицируются по содержанию и по типу.

2. По типу вопросы классифицируются на открытые, закрытые и с перечнем ответов.

3. Закрытые вопросы применяются в случае рассмотрения четко определенных двух альтернативных вариантов, когда требуется по существу определить степень большинства мнений по этим альтернативам. Обработка закрытых вопросов не вызывает каких-либо трудностей.

4. Проведение тестирования и организация обработки результатов можно организовать различными способами в зависимости от конкретных условий и наличия необходимых ресурсов.

5. Тестирование осуществляется в очной или очно-заочной форме, в различных комбинациях письменного и устного опросов. Процесс тестирования и полученные результаты в обязательном порядке документируются.

6. Обработка результатов тестирования осуществляется с целью получения оценки, характеризующей эксперта, в качестве которой выступает его ранг или вес 66,82,94.

7. Очевидно, что чем выше ранг или больше вес эксперта, тем целесообразнее его привлечение к разработке БЗ для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП.

8. Рассмотренный метод более трудоемок по сравнению с методом составления списка, но обладает более высокой точностью выявления экспертов.31.3. МЕТОД КЛЮЧЕВЫХ СЛОВ И ОБРАЗОВ.

9. Метод ключевых слов и образов.имеющих отношение к выделенному фрагменту предметной области АСУ КСС МП.

10. Содержанием данного метода является проведение оценки релевантности неодушевленного источника знаний для создания БЗ. Реализуется этот метод рабочей группой, состоящей из системных аналитиков и инженеров по знаниям, следующим образом.

11. Определяется наличие элементов эталонной совокупности в содержании неодушевленного источника знаний с использованием поиска по образцу.

12. В зависимости от наличия ресурсов процедура поиска по образцу организуется следующими способами: последовательным, параллельным или комбинированным.

13. В результате для каждого неодушевленного источника знаний накапливается свое число пометок, характеризующее количество найденных по образцу ключевых слов и образов.

14. Осуществляется непосредственная оценка релевантности неодушевленного источника знаний для создания БЗ.

15. Показателем оценки является степень релевантности источника знаний. Определим ее.

16. Пусть N количество элементов эталонной совокупности; М -количество источников знаний; щ - число пометок для i-ro источника знаний, где i=l, М .

17. Тогда степень релевантности а; 1-го источника знаний может быть получена:а;= rii / N, i=l,M.

18. Как правило, источники знаний, у которых а; <0.15, использовать для извлечения знаний нецелесообразно.

19. Рассмотренный метод также более трудоемок по сравнению с методом составления списка, но существенно превосходит его по точности и достоверности.31.4. КВАЛИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗНАНИЙ.

20. К = f ( С., ., cn, vb ., v„), где К качество источника знаний; f - функция интегральной оценки;

21. С.,., сп свойства, составляющие качество источника знаний; V),., vn - веса свойств С|, ., сп, соответственно; п - количество указанных свойств.

22. Следует отметить, что в соответствии с принципами квалиметрии сумма весов свойств, составляющих качество, есть величина постоянная и, как правило, принимается равной единице:п2vi=l.

23. Тогда вес любого свойства заключен в интервале: 0 < Vj < 1. При оценке качества веса выделенных свойств оцениваемого источника знаний и эталона должны быть равны: ^ =Vi3, i=l,n.

24. Исходя из сказанного, алгоритм оценки качества источника знаний будет в общем виде выглядеть следующим образом (рис.21):

25. Выделяются соответствующие свойства Cj, i=1 ,n.

26. Задаются веса Vj, i=l,n выделенных свойств.

27. Задаются наилучшие значения выделенных свойств.

28. Определяется качество эталона с учетом функции интегральной оценки.

29. Определяются значения выделенных свойств для рассматриваемого источника знаний.

30. Определяется качество рассматриваемого источника знаний.

31. С учетом функции соотношения осуществляется оценка качества источника знаний.

32. При задании значений свойств и оценке качества используются различные шкалы, например, балльных оценок или оценочных коэффициентов 49,50.

33. Оценка качества экспертов.

34. Пользуясь методом экспертных оценок установим выделенным свойствам следующие веса:

35. V. = 0.2 , V2 = 0.05 , v3 = 0.1 , v4 = 0.1 ,v5 = 0.05, v6 = 0,15, v7 = 0.1, Vg = 0,15 , Vg = 0.1 .

36. Значения выделенных свойств определяем на основе шкалы оценочных коэффициентов из интервала 0;1. Следовательно, наилучшие значения свойств : с1Э =1 , i=l,9 .

37. При интегральной оценке качества эксперта воспользуемся функцией следующего вида:п ■ К = £ ViCi. i=l9

38. Тогда качество эталонного эксперта: fC, = Е VjC^ = 1 .1=1

39. Пользуясь шкалой оценочных коэффициентов из интервала 0,1., с помощью метода экспертных оценок определяем значениясвойств Ci, i=l,9 конкретного рассматриваемого эксперта. Очевидно, что чем сильнее проявляется свойство, тем больше значение коэффициента.

40. Определяется качество рассматриваемого эксперта:91. К = I VjCj. i=l

41. Оцениваем качество эксперта, используя функцию соотношения следующего вида:g (К, Кэ) = Кэ / К .

42. Тогда оценка качества осуществляется на основе неравенства:1 < Кэ / К < е , где е > 1 некоторое заданное число.

43. Оценка качества неодушевленных источников знаний.

44. На основе метода экспертных оценок установим выделенным свойствам следующие веса:

45. V.* = 0.5 , v2* = 0.2 , v3* = 0.1 , V4* = 0.1 , v5* = 0.1 .

46. Значения выделенных свойств определяем на основе пятибалльной шкалы. Следовательно, наилучшие значения свойств:сЛ =5,1=1,5.

47. При интегральной оценке качества источника знаний используем функцию вида:п1. К = X Vj*Cj* . i=l5

48. Тогда качество эталона: Кэ = S Vi*C.*3 =5.i = l

49. Пользуясь пятибалльной шкалой, с помощью метода экспертных оценок определяем значения свойств с,*, i=l ,5 конкретного рассматриваемого неодушевленного источника знаний. Очевидно, что чем полнее выражено свойство, тем выше балльная оценка.

50. Определяется качество рассматриваемого источника знаний:51. К= ZviV. i = 1

51. Оцениваем качество неодушевленного источника знаний, используя функцию соотношения вида:g(K,K3) = K3-K.

52. Тогда оценка качества осуществляется на основе неравенства: 0 < (Кэ- К) < е* , где е* >0 некоторое заданное число.

53. Для нашего случая установим е* = 2.5 , следовательно, получим : О <(КЭ-К)< 2.5 .

54. Таким образом, для создания БЗ для выделенного фрагмента ПО АСУ КСС МП целесообразно выбирать такие неодушевленные источники знаний, качество которых отличается от значения качества эталона не более чем на 2.5 балла.

55. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗНАНИЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ЗНАНИЙ.

56. Извлечение знаний для выделенного фрагмента (объекта, процесса) предметной области АСУ КСС МП заключается в получении состава концептов и определении структурных связей между ними.

57. Осуществляют извлечение знаний инженеры по знаниям и системные аналитики, исходя из наличия ресурсов и инструментальных средств.

58. То, что знания это некоторые связные структуры, а не отдельные фрагменты сами по себе, очевидно и известно.

59. Количество признаков, выделенных для характеристики концептов, определяет размерность семантического пространства.

60. В основе построения семантического пространства лежит классификационная процедура психблингвистического шкалирования 13,24,75,78., позволяющая оценить связность и " сходство" знаний с помощью определенных шкал.

61. Такой подход позволяет выявлять структуры знаний, например, путем получения ответов от экспертов на довольно простые вопросы, такие как " Насколько близки понятия XI и Х2 ?".

62. Результирующее представление структуры знаний зависит от метода шкалирования 13,24.:- кластерный анализ порождает древовидную структуру;многомерное шкалирование и факторный анализ пространственную;- алгоритм MDS сетевую.

63. Достоинством метода структуризации знаний на основе семантического пространства является использование формальных процедур шкалирования, что позволяет автоматизировать процесс структуризации.

64. Для каждого выбранного источника знаний при создании БЗ используется свой наиболее подходящий метод извлечения знаний. В настоящий время существует целый ряд методов извлечения знаний 24,66,68.

65. Рассмотрим методы извлечения знаний, которые целесообразно применить для создания БЗ для АСУ КСС МП.32.1. МЕТОД НАБЛЮДЕНИЙ.

66. Метод наблюдений предназначен для извлечения знаний из одушевленного источника знаний (эксперта).

67. Данный метод относится к так называемым пассивным методам, т.е. к таким, когда ведущую роль в процессе взаимодействия играет сам эксперт.

68. Таким образом, метод наблюдений один из наиболее распространенных методов извлечения знаний при создании БЗ. Обычно, он применяется в совокупности с другими методами.32.2. МЕТОДЫ " ВОПРОС ОТВЕТ "

69. Методы " вопрос ответ" используются при извлечении знаний из экспертов. Эти методы относятся к активным методам, т.е. к методам, когда ведущую роль в процессе взаимодействия играет инженер по знаниям.

70. Основными методами "вопрос ответ" являются:- анкетирование;- интервью;- свободный диалог.

71. Указанные методы схожи между собой и отличаются лишь степенью свободы, которую допускает инженер по знаниям при проведении процедуры извлечения знаний.

72. Свободный диалог. беседа инженера по знаниям и эксперта, в которой нет жесткого регламентированного плана и вопросника.

73. Метод опорных концептов (рис.22) предназначен для извлечения знаний из неодушевленных источников знаний (книг, документов, карт, распоряжений, магнитных носителей различного рода).

74. Сущностью данного метода является формирование вербального списка концептов, имеющих реальное значения для решения конкретных задач выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП, на основе семиотического анализа содержания источников знаний.

75. Рис.22. Метод опорных концептов.

76. Фактически, список опорных концептов будет состоять из шести подсписков, соответствующих указанным категориям. Концепты в списках не должны повторяться.

77. Эксплицитные связи выражаются во внешнем дроблении содержания источника знаний на предложения, абзацы, параграфы, главы, рисунки, таблицы и т.д.

78. Имплицитные связи характеризуют смысловую структуру содержания источника знаний.

79. Исходя из вышесказанного опишем общий алгоритм метода опорных концептов. Реализация этого алгоритма осуществляется на основе 4-х макропроцедур:

80. Декомпозиция содержания источника знаний на фрагменты, удобные для проведения анализа.

81. С практической точки зрения, наиболее целесообразно текст разбивать на абзацы, а графические материалы на автономные блоки и образы.

82. Анализ фрагментов с целью поиска элементов эталонной совокупности.

83. В зависимости от количества выделенных фрагментов в источнике знаний анализ может осуществляться последовательным или параллельным способами, а также в их комбинации.

84. Определение концепта, в составе которого содержится элемент эталонной совокупности.

85. Включение концепта в список по категориям.

86. Отклассифицированный концепт заносится в соответствующийсписок. В том случае, если такой концепт уже имеется в составе списка, то вновь полученный концепт в список не включается.

87. В разделе разработаны методы выявления и извлечения знаний, которые необходимо использовать в процессе создания БЗ для АСУ КСС МП.

88. Обосновано, что извлечение знаний заключается в получении состава концептов предметной области АСУ КСС МП и определении структурных связей между ними.

89. СРЕДСТВА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ И

90. МАНИПУЛИРОВАНИЯ ИМИ В БАЗЕ ЗНАНИЙ ДЛЯ АСУ

91. КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА.

92. СРЕДСТВА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ В БАЗЕ ЗНАНИЙ.

93. Семантический граф G представляет собой совокупность вида: G=<V,S>, где

94. V= {Vj} г1= з -множество вершин графа G;

95. S= {Sj}Jj=i -множество дуг (связей между вершинами) графа G.

96. Назовем выделенный подграф оболочкой Q. В силу построения граф G можно представить в виде: GG = {Gik}kk=i , а следовательно, и GG = {Qk}kk=i

97. Получили два представления семантического графа G: G = <V,S> и GG = {Qk}kk=i.

98. С формальной (конструктивной) точки зрения, эти представления адекватны, но с точки зрения семантической интерпретации адекватность пропадает. В связи с этим, введем новый семантический граф следующего вида:1. GRO = <V,S,Q>, где

99. V= {VijVi множество вершин графа GRO;

100. S= {Sj}Jj=i множество дуг (связей) графа GRO;

101. Q = {Qk}kk=i множество оболочек графа GRO.

102. Назовем новый граф GRO семантическим графом с оболочкой (рис.23). Этот граф GRO является основным носителем информации в базе знаний. Покажем, каким образом граф GRO представляет семантику предметной области.

103. Рассмотрим множество вершин V.

104. Вершиной Vi eV называется конструктивный элемент графа GRO, соответствующий понятиям предметной области, описываемой этим GRO.

105. Каждая вершина Vi может иметь соответствующий тип:

106. V={V1=<Vk|V1|Vp|Vz>}Ii=1, где1. Ук-корневая вершина;1. V1-лист-вершина;-промежуточная вершина;1. Vz-изолированная вершина.

107. Корневой вершиной VkeV называется вершина верхнего уровня Lk семантической интерпретации, существующей в базе знаний.

108. Лист -вершиной V1 е V называется вершина нижнего уровня L1 семантической интерпретации, существующей в базе знаний.

109. Промежуточной вершиной VpeV называется вершина, уровень Lp семантической интерпретации которой удовлетворяет условию: L1 < Lp <Lk.

110. Изолированной вершиной, VzeV называется вершина, для которой не установлены взаимосвязи с другими вершинами из V.

111. Уровень L семантической интерпретации, существующей в базе знаний, представляет собой показатель глубины родо-видового отношения, введенного в базу знаний.

112. Vi= < Wo ,Wi ,W2 W3, W4 ,W5 ,W6, W7 ,W8 ,W9 Wio >, где1. Wo признак вершины,1. Wi имя вершины,1. W2 тип вершины,

113. W3 признак важности вершины,

114. W4 номер словарного толкователя вершины,

115. W5 признак способа задания вершины,

116. W6 описание способа задания вершины,

117. W7 список пар имен, инцидентных вершине дуг и направлений этих дуг,

118. Wg уровень семантической интерпретации вершины,

119. W9 имя непосредственно охватывающих оболочек,

120. Wio признак логического значения вершины.

121. Раскроем указанный список для вершины Vi, воспользовавшись нотацией Бэкуса-Науэра.1. Wo признак вершины.

122. Признак Wo показывает, что конструктивный элемент есть вершина и всегда принимает значение равное V1. W0 > :: = V2. Wi имя вершины

123. Wi > :: = < идентификатор > | < натуральное число.3. W2 тип вершины

124. Тип вершины определяет к какому классу относится вершина:1. W2 > :: = k |l| р| z, гдеk указатель корневой вершины;1 указатель лист-вершины;р указатель промежуточной вершины;z указатель изолированной вершины.

125. W3 признак важности вершины

126. Ключевые вершины составляют множества вершин V.

127. Признак важности представим следующим образом:1. W3 > :: = 110, где1 указатель ключевой вершины;0 указатель вспомогательной вершины.

128. W4 номер словарного толкователя вершины

129. W4> :: = < идентификатор > | < натуральное число

130. W5 признак способа задания вершины1. W5 > :: = 011, где0 признак явного способа задания;1 признак неявного способа задания.

131. Явный способ задания означает, что вершина описывается как таковая, т.е. в ее определении не задействованы другие вершины из множества V. При явном способе задания в толковом тезаурусе для заданной вершины обязательно существует словарный толкователь.

132. W6 описание способа задания вершины,

133. Играет большое значение при неявном способе задания вершины. В этом случае, используя W6 , можно создать в тезаурусе словарный толкователь этой вершины.

134. We> :: = < список имен вершин >;список имен вершин>::=< список идентификаторов > | < список натуральных чисел >.

135. При явном способе задания: <We> :: =<Wj>.

136. W7 список пар гимен, инцидентных вершине дуг и направлений этих дуг.

137. С помощью W7 описывается совокупность дуг и их направлений, инцидентных данной вершине.

138. Wg уровень семантической интерпретации вершины

139. Wg > :: = 0 | < натуральное число >.

140. Wg имя непосредственно охватывающей оболочки

141. При определении семантического графа с оболочками указывалось о том, что для вершины существует возможность построения оболочки. Непосредственно охватывающая оболочка содержит вершины, связанные инцидентными данной вершине дугами.

142. Wg > :: = < имя оболочки >;имя оболочки > :: = < идентификатор > | < натуральное число.

143. Wio признак логического значения вершины.

144. Признак Wio характеризует уверенность в содержащейся информации относительно вершины и вводится для возможности осуществления в БЗ логического вывода. Этот признак может иметь следующие значения:

145. Wio > :: = Т | F| n| Р , где

146. Т признак истинности значения;

147. F признак ложности значения;

148. N признак неопределенности значения;

149. Р признак противоречивости значения.

150. Построенное таким образом множество вершины V и представленное в виде таблицы, позволяет осуществлять описание понятий предметной области.

151. Рассмотрим следующий компонент графа GRO множество дуг1. S.

152. Дугой SjgS называется конструктивный элемент графа GRO, соответствующий отношениям, в которых находятся понятия предметной области, описываемой этим GRO .

153. Дуги из множества S являются направленными. Направление дуги показывает, в каком порядке устанавливаются отношения между понятиями.

154. Однонаправленной дугой называется дуга SjeS, устанавливающая связь между вершинами Vi и Vi+i только в одном направлении:

155. Либо 3Vi—Sj-> Vi+ь (Sj(Vb V1+i)),

156. Либо 3V*i—si->Vi, (SjO/^VO).

157. На первом месте в указанной паре в скобках стоит вершина, от которой идет направление связи.

158. Двунаправленной дугой или ребром называется дуга S,eS, устанавливающая связь между вершинами V; и Vi+i в обоих направлениях, т.е.3V, —S-W Vi+ь V1+1 —Vi, и выполняется S.T(VbVi+.) = Sj(Vi+I,1. Vi).

159. Необходимо отметить, что в общем случае:

160. Sj(VbVi+1) ф Sj(V1+1, Vi). (*)

161. Дуги из множества S обеспечивают также установление связей между вершинами из множества V и оболочками из множества Q.

162. В связи с этим можно выделить 4 класса дуг:51 дуги, обеспечивающие связь между вершинами, т.е.

163. Для указанных классов определения однонаправленной и2 3двунаправленной дуг также справедливы. Классы S и S" не совпадают, поскольку неравенство (*) справедливо не только для дуг внутри какого-либо одного класса, но и для дуг различных классов.

164. Таким образом, множество дуг S представляет собой объединение указанных классов: S=U4 , Sm, и также может бытьпредставлено в виде определенной таблицы, но заголовок которой будетявляться списком свойств и характеристик дуг.

165. Покажем структуру списка, с помощью которого можно описать любую дугу S,eS.

166. Sj = < Со ,СьС2,Сз,С4А,С6,С7,С8,С9,С1о,С11>, где Со признак дуги, С. - имя дуги, С2 - класс дуги, С3 - направление дуги I С4 - тип дуги,

167. Раскроем указанный список для дуги Sj.1. С0 признак дуги

168. Признак Со показывает, что данный конструктивный элемент есть дуга и всегда принимает значение, равное S: < Со > :: =S.2. Ci -имя дуги.

169. Имя дуги играет роль, аналогичную роли имени вершины в таблице вершин. А именно, это ключ, по которому определяется вся информация в БЗ, характеризующая данную дугу.

170. Ci > :: = < идентификатор > | < натуральное число >.3. С2 класс дуги.

171. В соответствии с введенными классами дуг признак. С2 принимает следующие значения:

172. С2 > :: = 1 I 2 | 3 | 4 , где1 значение, определяющее класс S1;2 значение, определяющее класс S2;3 значение, определяющее класс S3;4 значение, определяющее класс S4.4. С3 направление дуги.

173. Тип дуги определяется типом отношения, связывающего те или иные понятия предметной области. Тип отношения играет чрезвычайно важную роль в описании отношения. Рассмотрим более подробно признак С4.

174. Следующий тип отношений это признаковые отношения, характеризующие различные свойства, присущие понятиям предметной области. С помощью отношения "быть признаком" описывается совокупность атрибутов, определяющих качество понятия.

175. Существует также такой тип как количественные отношения. Эти отношения обеспечивают представление связей между понятиями в смысле возможности использования различных шкал измерений.

176. Временные отношения обеспечивают возможность учета в БЗ динамики предметной области.

177. Пространственные отношения осуществляют фиксацию места пребывания некоторого объекта предметной области или взаимоотношения объектов между собой в некотором пространстве.

178. Важную роль играют причинно-следственные отношения, отражающие связь причины и следствия, а также связи, с помощью которых определяется цель, мотивация, предпочтение в процессе осуществления какого-либо действия, например, при принятии решения.

179. И наконец, прагматический аспект деятельности отражается так называемыми инструментальными отношениями. К ним относятся также отношения, как например, отношение "быть средством для чего-либо".

180. Указанные типы отношений не исчерпывают всего многообразия отношений в предметной области АСУ КСС МП, но они являются решающими, без которых построить БЗ не представляется возможным.

181. Итак, С4 может принимать следующие значения:

182. С5 имя вершины, из которой направлена дуга.

183. Cs> :: = < идентификатор > | < натуральное число >.

184. Сб имя вершины, в которую направлена дуга.

185. Св> :: = < идентификатор > | < натуральное число.

186. С7 имя оболочки, из которой направлена дуга.

187. С7 > :: = < идентификатор > | < натуральное число.

188. Cg имя оболочки, в которую направлена дуга,

189. С8 > :: = < идентификатор > | < натуральное число.

190. C9 номер словарного толкователя дуги.

191. В словарном толкователе дуги в явном виде на естественном языке содержится описание данной дуги. Признак С9 аналогичен признаку W4 для вершин.

192. С9 > :: = < идентификатор > | < натуральное число.

193. Сю- имя непосредственно охватывающей оболочки, в которую входит дуга.

194. Любая дуга SjeS может входить в состав некоторой непосредственно охватывающей оболочки Q^. Признак Сю аналогичен признаку W9 для вершин.

195. Сю > :: = < имя оболочки >;имя оболочки > :: = < идентификатор > | < натуральное число.

196. Сц. признак логического значения дуги.

197. Признак Си введен в список характеристик дуги Sj по аналогии с признаком Wio для вершины.1. Сц > :: = t|f|n|p, где

198. Т признак истинности значения;

199. F признак лоэ/сности значения;

200. N признак неопределенности значения;

201. Р признак противоречивости значения.

202. Введенное с помощью таблицы множество дуг S обеспечивает возможность описания любого отношения между понятиями предметной области.

203. И наконец, рассмотрим множество оболочек Q графа GRO.

204. Это множество представляет собой совокупность наиболее сложных, по сравнению с вершинами и дугами, конструктивных элементов графа GRO. Сложность прежде всего заключается в том, что оболочки Qk можно рассматривать с двух позиций.

205. Итак, оболочка Qk^Q это конструктивный элемент графа GRO, соответствующий сложным понятиям, описываемым через другие понятия и отношения между ними.

206. Непосредственно охватывающей оболочкой вершины Vj называется оболочка Qk , состоящая из этой вершины и вершин, связанных с Vi инцидентными ей дугами.

207. Понятие оболочки Qk тесно связано с понятием уровня семантической интерпретации L в БЗ, т.к. в значительной степени представление того или иного понятия зависит от системы интерпретации, принятой в БЗ.

208. С учетом свойства двойственного представления оболочек, множество Q молено описать с помощью табличной формы, заголовок которой представляется следующим списком:

209. Гб признак способа задания оболочки;

210. Г7 список имен вершин, входящих в состав оболочки;г8 список имен дуг, входящих в состав оболочки;г9 признак логического значения оболочки.

211. Раскроем содержание элементов списка.1. г0 признак оболочки.

212. Признак . го аналогичен признакам W0 и С0 для вершин и дуг, соответственно. Значение признака оболочки всегда равно Q.r0>:: = Q.2. ri имя оболочки.

213. Имя оболочки играет роль ключа в БЗ для определения информации о данной оболочке.rj > :; = < идентификатор > | < натуральное число.

214. Г2 признак важности оболочки. Аналогичен признаку важности W3 вершины.г2> :: = 1 |0 ,где 1 указатель ключевой оболочки; О - указатель вспомогательной оболочки.

215. Г4 номер словарного толков.ателя.

216. Этот признак аналогичен признакам W4 и Сд для вершин и дуг, соответственно.ц >:: = < идентификатор > | < натуральное число.6.is список пар имен инцидентных оболочке дуг и их направлений.

217. Аналогичен признаку важности W7 для вершин.

218. Гб признак способа задания оболочки; <гб >:: = 0 | 1, где0 явный способ задания;1 неявный способ задания;

219. Аналогичен признаку W5 для вершин.

220. Г7 список имен вершин, входящих в состав оболочки.

221. Аналогичен признакам Wio и Ci 1 для вершин и дуг,соответственно:r9> :: = Т |F |N |Р, где

222. Т признак истинности значения;

223. F признак ложности значения;

224. N- признак неопределенности значения;

225. Р признак противоречивости значения.

226. Итак, определены табличные формы представления сопоставляющих граф GRO множества V вершин, множества S дуг и множества Q оболочек.

227. СРЕДСТВ А МАНИПУЛИРОВАНИЯ ЗНАНИЯМИ В БАЗЕ ЗНАНИЙ.

228. Средствами манипулирования знаниями является совокупность операций на семантических графах с оболочками, поскольку они являются основным формализмом представления знаний в БЗ для АСУ КСС МП.

229. Следуя табличному представлению конструктивных элементов семантического графа с оболочками, совокупность указанных операций будут составлять операции на таблицах вершин, дуг и оболочек.

230. Рассмотрим предлагаемые операции.

231. Операции на таблице вершин.1. Введение новой вершины.

232. В процессе выполнения этой операции осуществляется добавление строки о новой вершине в таблицу вершин. Причем, добавление осуществляется в конец таблицы.2. Удаление вершины.

233. Выполнение этой операции заключается в выведении (вычеркивании) из таблицы вершин строки, содержащей информацию об удаляемой вершине.3. Поиск вершины.

234. Поиск вершины в таблице осуществляется по ее имени, т.е. по первому элементу строки.4. Сортировка вершин.

235. Эта операция осуществляется в том случае, если вершины были именованы натуральными числами. При сортировке происходитперемещение строк таблицы таким образом, что они располагаются в порядке возрастания их номеров.5. Корректировка вершины.

236. При этой операции производятся изменения того или иного признака в строке, содержащей информацию о вершине.6. Блокирование вершины.

237. В результате этого действия осуществляется "закрытие" вершины. После блокировки, с вершиной осуществление других операций недопустимо.7. Разблокирование вершины.

238. При этом происходит "раскрытие" заблокированной вершины. Появляется возможность осуществлять другие операции над вершиной.8. Сэ/сатие таблицы вершин.

239. В результате этой операции требуется найти вершину, у которой значение всех признаков будут совпадать со значением признаков заданной вершины.

240. Операции на таблице дуг вводятся аналогично операциям, введенным на таблице вершин, поскольку эти таблицы, с формальной точки зрения, одинаковы.

241. Операции на таблице оболочек.

242. При удалении оболочки осуществляется вывод соответствующей строки из таблицы оболочек. Удаление вершин и дуг, составляющих эту оболочку, не производится.3. Поиск оболочки.

243. В этом случае происходит "раскрытие" заблокированной оболочки, а также вершин и дуг, составляющих ее. После разблокирования появляется возможность применения других операций к оболочке, вершинам и дугам.8. Сжатие таблицы оболочек.

244. Выполнение этой операции необходимо для устранения пустых строк в таблице оболочек, образующихся после выполнения операции удаления. Сжатие таблиц вершин и дуг при этом не производится.9. Проекция таблицы оболочек

245. Для осуществления сравнения оболочек, заданных разными способами, необходимо приведение их задания к какому-либо одному из этих способов. Такое приведение осуществимо вследствие двойственного представления оболочки в БЗ.12. Поиск оболочки по образцу

246. Кроме указанных на таблицах вершин, дуг и оболочек вводятся следующие операции:1 Пересечение таблиц.

247. В результате выполнения этой операции получается таблица, состоящая из вершин (дуг или оболочек), которые одновременно входят в состав пересекаемых таблиц.2. Объединение таблиц.

248. В результате осуществления этой операции получается таблица, состоящая из вершин (дуг или оболочек) объединяемых таблиц.3. Дополнение таблиц

249. В результате выполнения образуется таблица, получаемая путем выделения и отбрасывания повторных вершин (дуг и оболочек) из их объединенной совокупности дополняемых таблиц.4. Конкатенация таблиц

250. Введенные операции на таблицах вершин, дуг и оболочек не исчерпывают всего многообразия действий с ними. Однако, они образуют тот фундамент, на основе которого можно стремиться к достижению этого многообразия.43. НАВИГАЦИЯ В БАЗЕ ЗНАНИЙ.

251. Реализуется эта идея с помощью внутренней навигации в БЗ.

252. Таким образом, ссылка имеет три формы, взаимосвязанные между собой, и представляет собой тройку :

253. TREV = ( TRSN, TRSM, TRPR ), где1. TREV обозначение ссылки;

254. TRSN признак, отражающий синтаксис БЗ;

255. TRSM признак, отражающий семантику БЗ;

256. TRPR признак, отражающий прагматику БЗ.

257. TRSN > = < TRSM > = < TRPR >:: = 0 11.

258. АСУ КСС МП. Функционирование аппарата ссылок зависит от запроса пользователя кБЗ.

259. Охарактеризуем кратко процедуру функционирования БЗ при различных категориях запросов.

260. При поступлении запроса первой категории необходимо в соответствии с введенной информацией выдать ответ.

261. В предложенном подходе ссылки и действия с ними организуются следующим образом. Ссылка имеет вид:

262. TREV= < TRSN, TRSM, TRPR, PRE1, El, PRE2, E2 >, где

263. TRSN признак, отражающий синтаксический уровень навигации1. TRSN>:-0 11;

264. TRSM признак, отражающий семантический уровень навигации1. TRSM>::=0|1;

265. TRPR признак, отражающий прагматический уровень навигации1. TRPR>::=0 11;

266. PRE1, PRE2 параметры, характеризующие признаки конструктивных элементов графа GRO, т.е. признаки вершин, дуг и оболочек;

267. PRE1>= < PRE2>=::V | S | Q;

268. El, Е2 параметры, характеризующие имена соответствующих конструктивных элементов графа GRO.

269. Например: TREV = < 0, 1, О, V,25,Q,3 >.

270. Эта ссылка означает, что в БЗ существует навигация на семантическом уровне, связывающая вершину с номером 25 и оболочку с номером 3.

271. Рассмотренная выше внутренняя навигация играет важную роль для обеспечения целостности и управляемости знаний в БЗ.1. ВЫВОДЫ.

272. В разделе разработаны средства представления знаний и манипулирования ими, необходимые для использования в процессе создания БЗ для АСУ КСС МП.

273. РЕАЛИЗАЦИЯ БАЗЫ ЗНАНИИ ДЛЯ АСУ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТЬЮ СВЯЗИ МОРСКОГО ПОРТА НА СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВАХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЕЕ1. ВЕРИФИКАЦИЯ.

274. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ БАЗЫ ЗНАНИЙ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА.

275. Реализация БЗ осуществляется поэтапно, т.е. создание ее программного прототипа проходит ряд стадий, соответствующих степени полноты и тщательности выполнения требуемых функций.

276. Рассмотрим этапы реализации БЗ для АСУ КСС МП.

277. Этап демонстрационного прототипа.

278. Основные усилия программистов и инженеров по знаниям направлены на проверку проектных концепций относительно определения задачи, ее постановки и представления знаний выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП.

279. На разработку демоверсии не должно тратиться времени более 3-4 недель, поскольку вполне достаточно будет убедиться в реальной возможности функционирования БЗ на упрощенных примерах.

280. При положительном результате можно будет переходить к следующему этапу реализации, в противном случае, возникаетнеобходимость определения изъянов предлагаемой концепции и оперативного внесения соответствующих изменений.

281. При наличии достаточного объема ресурсов может быть создано несколько демонстрационных прототипов.

282. Демонстрационный прототип разрабатывается в автономном режиме.

283. Этап исследовательского прототипа.

284. Исследовательский прототип разрабатывается на основе демонстрационного прототипа.

285. На его создание выделяется значительная доля временного ресурса (до 8 10 месяцев), поскольку на этом этапе полностью воплощается в жизнь замысел разработчиков на создание БЗ выделенного фрагмента предметной области АСУ КСС МП.

286. Фактически, исследовательский прототип является основным инструментом для определения наиболее подходящих механизмов, обеспечивающих наилучшее выполнение системных и пользовательских требований, предъявляемых к создаваемой БЗ.

287. По результатам проведенных экспериментов происходит фиксация указанных механизмов и осуществляется переход к следующему этапу.

288. Исследовательский прототип БЗ также создается в автономном режиме.

289. Этап действующего прототипа.

290. Действующий прототип создается на основе исследовательского прототипа. По результатам разработки действующего прототипа становится совершенно ясно, удалось ли достичь целей разработки БЗ или нет.

291. Действующий прототип является уже откорректированным и отлаженным, программным средством и служит для отработки функционирования БЗ с учетом реальных условий использования в соответствии с целевым назначением.

292. Фактически, действующий прототип это полный функциональный аналог разрабатываемой базы знаний, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к БЗ и служащий образцом для ее изготовления в виде программного изделия.

293. На этом этапе БЗ уже полностью дееспособна, с ней можно работать, хотя пока и не в реальных условиях АСУ КСС МП, и получать практические ценные результаты.

294. Как правило, действующий прототип разрабатывается в автономном режиме. Время, отводимое на его разработку, составляет до 6 месяцев.

295. Этап программного изделия.

296. Основой создания программного изделия БЗ является ее действующий прототип.

297. Программное изделие создается уже не в автономном режиме, а как элемент конкретной системы средств АСУ КСС МП. В связи с этим, программное изделие оснащается соответствующими средствами сопряжения, обеспечивающими ее встраиваемость в систему.

298. Этап программного изделия является завершающим этапом не только цикла реализации, но всего цикла создания БЗ.

299. На этап реализации выделяется промежуток времени до 6 месяцев.

300. Метод, воплощающий указанную этапность реализации БЗ, является основным методом реализации и называется методом развивающегося ядра на основе быстрого прототипа 138,143,152.

301. Указанный метод позволяет сделать реализацию БЗ для АСУ КСС МП целенаправленным, управляемым и технологичным процессом.

302. Для создания такого интерфейса целесообразно использовать метод, который называется методом сценарного проектирования оконных интерфейсов (экранных форм).

303. В основе предлагаемого метода лежит использование соответствующего кода визуальной и слуховой информации и реализация его с помощью гипертекста 95,143,152.

304. Существует несколько различных способов кодирования информации:- алфавитно-цифровыми знаками;- цветом;- геометрической формой;- углом наклона;- размером;- формой;- яркостью;- частотой мелькания.

305. Следует отметить, что существенны не только удобочитаемость и видимость информации на дисплее сам используемый текст (образ) должен быть составлен так, чтобы его легко можно было понять, а время распознавания и число ошибок было бы минимальными.

306. В таблице 1 представлена характеристика способов кодирования визуальной информации 95. Во многих случаях, для передачи информации пользователю, можно эффективно использовать условные обозначения, принятые в предметной области АСУ КСС МП.

307. Рассмотрим более подробно цветовой код, как наиболее распространенный.

Похожие работы

Радиотехника и связь
05.12.00