автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.02, диссертация на тему:Вербапьно-семантическая информационно-аналитическая система для решения задач математического моделирования

НАЦИОНАЛЬНА АКАДЕМЫ НАУК УКРАГНИ Ф1зико-мехажчний ¡нстигут ¡м. Г. В. Карпенка

ОД

На правах рукопису

'} \ -'.А? ¡01 О

ЖУК Потро Антонович

ВЕРБАЛЬНО-СЕМАНТИЧНА 1НФОРМАЦ1ЙНО-АНАЛ1ТИЧНА СИСТЕМА ДЛЯ РОЗВ'ЯЗУВЛННП ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧНОГО М0ДЕЛ10ВАННП

Спекал ьн'ють:

05.13.02 - математичне моделговання в наукових дослщженнях 05.13.04 - автоматизоваж системи управл!ння I системи обробки (нформацИ

Автореферат дисертацЛ на здобуття наукового ступеня кандидата твхнмних наук

ЛЬВ1В - 1996

Дисертац1бю е рукопис

Робота виконана в Центр! з ¡нформац1йних проблем територ!й 1нституту прикладних проблем механ1ки i математики ¡м. Я.С.Пщстригача Нацюнально! академн наук УкраТки

Науковий керюник: Член-коресп. HAH Украши, докт.техн.наук, проф. ГРИЦИК Володимир Володимирович

Оф1ц!йн1 опоненти: професор, докт. ф1з.-мат. наук ВАЛЬКОВСЬКИЙ В.О., канд. техн. наук, ст. н. е., ДЕРКАЧ Б.Т.

Лровщна установа: 1нститут юбернетики ¡м. В.М.Глушкова HAH УкраТни

. Захист в!дбудеться * (ff/iW/^P 1996 р. о Жод. на зас'щанж спец'шйзовано! ради дЖ^1.02 при Ф1зико-механтному ¡нституп HAH УкраТни (290601, Льшв, вул. Наукова, 5).

3 дисертацгею можна ознайомитись в б^блютец!1нститугу (вул. Наукова, 5).

Автореферат роз1сланий ■ ¿.мж.бтъш р.

Вчений секретар спец)ал1зованоТ вченоТ ради, канд.техн. наук, ст.наук.сп. Р.А.Бунь

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнють роботи та стан проблемы. 3 швидким розвитком потужностей комп'ютерно! технЫи застосуванням ¡нформац'|йних систем у все бтьш р'шомамтних сферах людсько! дыльносп' суггево эростае значения математичного моделговання та створення унтерсапьних ¡нформацмно-аналн тичних систем I баз знань. Для цих систем характерними особливостями е багатотематичнють, багатоцтьовють, вщкри-т!сть, можлив1сть сприйнятгя та семантичноТ ¡нтерпретац» будь-якоТ ¡нформацп. Осюльки ун\версальним способом представления ¡нформацп, з якою оперуе людина, е природна мова, необхщною властивютю повинна бути можливють семантичноТ ¡нтерпретацн природно! мови. Можливють представления в ¡нформацмних системах алгоритмов та дов'тьних зв'язюв М1ж об'ектами засобами природно? мови робить там системи надзвичайно потужжм ¡нструментом для розв'язування задач математичного моделювання, зокрема, в економМ та гуман1тарн!й сфер].

Суттевий внесок у розвитку наукового напрямку, пов'я-заного з ¡нтерпретац!ею природно! мови та семантичним пред-ставле чням знань в ¡нформацШних системах, внесли укра!нсыа й зарубЬкн! вчеж В.М.Глуижов, Ю.В.Каппчэнова, А.О.Стоппй, Т.К.ВЫцюк, Н.Хомський, М.МЫський, Т.ВЫофад, П.ВЫсто!. Дж.СлейГал, А.С.Наршьяж, А.Е.К1брик, В.Квайн та ¡нил. Переважна «¡лью'сть роб!т у цьому напрямку присвячена теоретичному анашу проблем, яю виникають у зс'язку з семантичною ¡нтерпрвтащ'ею природно! мови, або побудов1 спещатзованих ¡нформацмних систем, що ¡нтерпретують досить вузьк! й обмежеж пщмкожини природно? мови, як

правило, в окремих галузях знань. У дан!й робот» вперше розроблено ¡ дослщжено уншерсапьне семантичнв представления украшсько! мови, що реалйоване як базове представления знань дов'шьноТ тематики в (нформацмно-аналиичжй систем'1. !

Як показуе досвщ, розвитку сучасноТ науки, дуже часто важлив! hobí результати виникають на стику р1зних галузей дослщжень. При цьому необхщний одночасний розгляд 1 анал1з великого обсягу р&нотематичних знань, що без використання _потужн1х ¡нформацмних систем у багатьох випадках е практично неможливим. TaKi системи повинн! забезпвчувати збереження ¡ сум ¡сну обробку ¡нформацн, що стосуеться р!зних галузей, и ефективне тематичне структу-рування, можливосп розширення та поглиблення тематики. Повинна бути забезпечена мьжливють використання оджеИ й п'еТ ж (нформацн для розв'язування велико! юлькосп цшком р1эних за типом i складнютю задач: в1д довщок до реашзацн потужних математичних моделей i керування складними техжчними системами. Тому все . частше ¡нформац|'йн|' системи створюються не для розв'язування конкретних актуальних на даний час задач, а для комплексного збору й обробки ¡нформаци про об'ект у цтому. Представления знань засобами природно? мови найкраще забезпечуе Гх повне та багатоц!льове використання, осюльки саме природна мова в'щображае модель св'ггу, систему позйачень i домовленостей, яка об'еднуе pi3H¡ теми та галузк

Мета ооботи i задач1 досл1дження. Метою роботи е розроб-лення вербально-семантично? ¡нформацмно-аналггично! системи, яка би дозволяла виконувати семантичну ¡нтерпретацю та оброблення довшьно? багатотематичноТ вербальноТ ¡нформацй

Ч

для цшей математичного моделювання.

Для досягнення мети виконувалися наступи! завдання: -формулюваннп й обфунтування концептуальних положень, яю лежать в основ! ¡нформацмно? технологи, що створюеться;

-формулювання вимог до мови семантичного представления вербально? ¡нформаци, побудова формально? граматики, що породжуе мову, яка задовольняе цим умовам, досл'щження властивостей такоТ граматики;

-побудова та дослщження властивостей формально! семантично? модел!, яка дае споаб ¡нтерпретацн вербальних знань в ¡нформацмжй систем^

•створення та дослщження системи базових функц1й, яка забеэпвчуе семантичну мтерпретацЬо та оброблення ¡нформа-цп в ¡нформацЮжй систем!;

-створення алгоритма вербально-семантично? ¡нформа-ц!йно-анал!тично1 системи та 1х комп'ютерна реал(зац1я;

-розв'язування засобами створено! системи конкретних комплексних задач наукових дослщжень у суттево р1зних галузях: когнтолопчт дослщження територм УкраТни' та дослщження в1троенергегичного потенциалу в репонах УкраТни.

Методи дослшжень. При виконанм роботи використовува-лися летоди та апарат теорп множин, теорн формальних гра-матик, теор» дедуктивного виведення, загальноТ теори систем, теорн алгоритма, математично! лжгвютики, теори граф1 , математичноТ лоНки, семантики, математично! статистики, програмування.

Теоретичний анал!з поеднуеться з розробленням с тгорит-мю I створенням програмного забезпечення, яке використо-вуеться для розв'язування прикладних задач.

Наукова новизна. Запропонований пщхщ до семантично! 1нтерпретаци природно! мови дозволив вперше реалкзувати комп'ютерну ¡нформацшну систему, в яюй може бути представлена та семантично ¡нтерпретована ¡нформаф, виражена засовами природно! укра!нсько! мови. Запропоновано та дослщжа-но безконтекстну граматику семантичного представления вербально! ¡нформацн та семантичну модель предметно! сфери ¡нформацмно! системи у форм! узагальненого п'перграфа. Доведенр ¡нтерпретовнють семантичного представления, тобто однозначну вщповщж'сть будь-якого речения, породженого граматикою семантичного представления, пщграфу узагальненого пперграфа, який реатзуе семантичну модель. Сформульо-вано критерн якост» семантичного представлання вербально! ¡нформацН. Розроблено алгоритми семантично! ¡нтерпретацц вербально! ¡нформацн, генерацГ нових зиань шляхом дедуктивного виведення на узагальненому пперграфк Запропоновано технолопю реал!эаци матоматичних моделей на основ! вербального представления активиих I ласивних знань в ¡нформацм-н)й систем!.

На захист виносяться наступи! основы положения:

- концепция побудови ун'шерсально! !нформац!йно-аиал!тич-но! системи з базовим вербально-семантичним представлениям ¡нформацн;

- безконтекстна граматика семантичного представления знань, виражених природною укра!нською мовою;

„ - семантична 1нформацШна модель, яка забезпечуе ¡нтер-претацю речень вербально-семаитичного представления в ¡нформац!йн|'й систем«;

- формулювання та доведения -верджень, яю виражають основн! властивост| граматики семантичного представления

б

та семантичноГ ¡нформацшно? модел!, зокрема, семантичну ¡нтерпретовнють;

- базова система функц1й на семантичжй ¡нформацмнм модели яка реал1зуе представления, ¡нтерпретац|'ю I повну множину операц!й над вербально-семантичною ¡нформацюю;

- апгоритми та д1гача програмна реалшцЫ вербапьно-семантично! ¡нформац1йно-анал1тично! системи "Поступ", яка реалиуе семантичну ¡нтерпретацш й оброблення довтьно? багаютематично? вербально! ¡нформаци для ц!лей математич-ного моделювання;

- науков! досл'щження в двох р1зних галузях знань на осно-в1 математичних моделей, реал1зованих засобами системи "Поступ".

Достов1рн1оть основних наукових положень I отриманих результат ¡в забезпечуеться застосуванням математичних методе I викладок, безпосередньою перев1ркою придатносп запропо-нованих формапьних структур для опису вдаповщних класш об'ектю, ствпаджням результата у вщомих часткових випад-ках. Отримаж результати використаж для розв'язуван'ня конкретних задач математичного моделювання. Достов1рнють отриманих даних тдтверджно практикою.

Практична Ынжсть. Одержан! результати закладають основу для повно? семантичио! ¡нтерпретаци знань, виражених природ-ною украТнською мовою, що дозволить перейти до створенкл комп'ютерних ¡нформащйних систем яюсно нового р!вня, яю характеризуються ужверсальшстю, простотою введеня ¡нформаци, зокрема алгоритм^, повнотою використання ¡нф-рмаци, широкими можливостями П аналЬу та одержання нових знань. На основ1 проведених дослщжень розроблено структуру та алгоритми вербально-семамтично? ¡нформац1йно-анап!тичноТ

системи "Поступ", яка програшо реализована ! апробозана. Система "Поступ" е потужим ¡нструментом для реагизацП математичних моделей I наукоаих дослщжень у рЬних галузях. Особливо ефективним виявилось застосування системи для розв'язування задач в економ1чних гуман'иарних науках, оскшьки вона забезпечуе семаитичне представления й ефек-' тивне використання довшьно! вербально! ¡нформацП. Доцтьно застосовувати систему для дослщжень на стику рюних наук, зокрема для комплексных дослщжень територшьних об'екта, а також для побудови математичних моделей на основ! велико! шькост! емп!ричних !теоретичних законсжфностей, р!зно-планових ! рЬних за достошршстю вхщиих даних.

Реал!заи!я результата роботи. На баз! системи "Поступ", яка е основним практичным результатом дано? роботи, реал!зовано комп'ютерну ¡нфопмац!йно-анал!тичну систему Дьешсько!' облает!, ¡нформац^йну систему для ц!лай землекори-стування 1вано-Франк!вськоТ облает!, на замовлення Ради з вивчення продуктивних сил створено комп'ютерну ¡нформац!й-но-картографтну систему Житомирсько! облает!, ор!ентовану на ¡нформац!га про динам1ку .змЫи стану рад!оактивного забруднення територи внаслщок аварп на ЧАЕС. Здйснено розроблення !нформац'1Йно-анал'|тично| системи Зах'щного реп-ону Украши для потреб альтернативно? енергетики. Найповжше використан'| _ можливост! системи "Поступ" при створенн! багатотематичноТ комп'ютерно! ¡нформацмно! . системи об'ектно-ор!ентованого типу з укра!нознавства для наукових до-слуркёнь, прийняття р!шень та забезпечення навчального про-цесу в рамках Державно! науково-техн'нно! програми 8.3.1. На основ! и>еТ системи проведено ряд комплексних соц!олог!ч-

них дослщжень ! прогноз!в, виконано аналп-ичж досл'щження сошально-полггично!, демограф1чно! й еколопчноТ ситуацП в територых УкраТни, розроблено та передано в Адмжютрацто Президента проект нового адмМстративного подту УкраТни. Результат досящжень, виконаних на основ! жформацмноТ системи з украТнознавства, використовувались АдмМстрацгёю Президента УкраТни, Верховною Радою, Нацюнальним ¡нститутом стратепчних дослщжень.

Апробашя роботи.

Основн! результат були викладеж та обговорен!:

- на Третм М!жнародн!й науково-практичжй конференцм "Проблеми украТжзацн комп'ютерт",Льв!в, 1993р.,

- на мЬкнароджй науково-практичж'й конференцн "Карпа-ти - украшський м!ст в ввропу: проблеми ! перспективи", Льв1в,1993р.,

- на Друпй украТнсьюй конференцп з автоматичного керування, Льв!в, 1995р.,

- на семинарах у Державному комтел з питань науки 1 технолога УкраТни, Нацюнальному ¡нституп стратепчних дос-л'щжень, 1нститут1 психологи НАНУ, 1ППММ НАНУ, ФМ1 НАНУ, Секци ¡нформатики ЗНЦ НАНУ, 1991-1995рр.

Пуил!каии. За темою дисертат'йноТ робот опублжовано дев'ять наукових роб1т.

Структура й об'ем ооботи. Дисерташ'я складаеться : вступу, чотирьох роздтю, висновюа I викладена на 148 сторжках включно з переярком лгсератури та додатюв.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! окреслюеться коло питань, якг е предметом досл1-дження, показуеться актуальнють напряму роботи, вводяться

основы поняття I коротко описуеться змют дисертацн.

Завданням пеошого роздшу е опис концепци системи "Поступ", формальна представления основних структур, що задають семантику ¡нформацп 1 досл'щження зв'язку мЬк ними.

Концепц'ю системи "Поступ" задае наступи! основа Т? влас-тивостк об'ектнють, природну ерархЫнють ¡нформаии'йних структур, суб'ектну розпод!лен!сть, паспортизованють ¡нформацп, вербальнють, семантинну ¡итерпретовнють ¡нформацп, вербальне представления активних знань.

Базовим концептуальним постулатом, на якому Грунтуеться система, е принцип первинност! слова, природноТ мови, як осноаи форм ! змюту ¡нформацп. Модель свггу та ¡нфор-мац'|йж структури системи будуються, виходячи з 1х в'щпов'щ-ност| модел1 та структур! знань, вщображен!й у ипнродий моа1. Звичайно, це не виключае можливосл спецшнзованих форм введения та вщображення ¡нформацп (таблиц, граф!ки тощо), яю широко використовуються в математичному моделюванж, однак ц! форми е похщними вщ вербального представления.

Вербальне представления виконуе в систем! три основж функци: сприйнятгя ¡нформацИ, внутр'шне представления для. збервження й оперування ¡нформац'/ею, вщображення ¡нформацп для користувача. Кожна з цих функц!й вимагае вщ вербального представления певних специф!чних апастивостей.

Отже, в робот! ¡нформашйноТ системи з природною мовою видИяються 3 блоки. Гзрменввтичний блок - перетво-рення вх!дно! ¡нформацп у внугршне (семантичне) представления, в'щд!ляючи зм'ют ¡нформаци вщ особливостей стану суб'ект та д!алогу. Семантичний блок - збер!гання, допов-нення, пошук, групування, перетворення семантичноТ ¡нформа-цП, генерування ново! семантично! ¡нформацп засобами дедук-

тивного еиведення та математмчного моделювання. Риторичней блок - перетворення вербапьно! ¡нформацй з семантич-ного представления й форму, яка найкраще вщловщае конк-ретним потребам користувача, його особливостям I стану.

Пщхщ, запропонований в датй робот!, передбачае першо-чергову побудову та розвиток семантичного блоку. У цьому ва-р1ант! !нформац!йна система створюеться, функцюнуе й апро-буеться для розв'язування задач математмчного моделювання й анал!зу складних систем, використовуючи семантичне представления ! як внутр|"шне, I як вхщне, I як вихщне.

Отже, першочерговим завданням е побудова семантичного представления вербальноТ ¡нформаци для природноТ укражсь-коТ мови, яке повинно задовольнята наступним умовам.

А.1. Будь-який ¡нформативний текст, написаний украГнсь-кою мовою, може бути без втрати ¡нформацй про об'екти, ¡мена яких е в текст!, представлений у форм! посл'довностс речеиь семантичного представления.

А.2. Кожне речения семантичного представления повинно бути семантично ¡нтерпротовним, тобто задавати певне ств-в!дношення чи стан об'екп'в, якому можуть бути однозначно приписан! певж властивосл, яке може бути за наявност! вщ-пов('дних засобт змодельовано чи перев!рена його ¡стиннють.

Д ч генерац!Т мови семантичного представления пропонуеться безконтекстна формальна граматика в.

й = <Р-, \/м ,УТ , <речення О», де - множина нетерминальна символщ, \/т - множина терм'жальних символ!в (сл!в), Р - множина правил постановки.

^N0 = { <речення 0>, <речення>, <уточнення>, <питання речення>) и { <речення присудка р | р <=В > } и {<група

{<питальне речення> " <питальне речення^ <група

присудка р> |реВ') {<реая|'зац1я абстракта к >-»к , <питальне речення> , | кеК} {<питальне речення> -> <питальне речення> <уточнення>

Примггка. У опис! Р вс) нетермжальн! та термжальж симво-ли в правих частинах продукцм роздшеш пробтами. {,},-> , ... , | , вирази пюля | I позначення змжних е символами метамови опису Р.

У опис| Р використан! наступи! позначення: р) - змют )-го члена речення присудка р, V (р) - кмькють ф!ксованих член!а речень присудка р, ц (г) - множина сл1в, що можуть бути значениями змюту, який вщображаеться нетермЫальним символом г, 2'- множина зм'ют'ш, що можуть бути вщображеш цши-ми речениями, а (г) - множина абстрактш, що можуть мати змют, який задаеться г; а (г) с К , С(у ) - змют уточнения сенсу 7 (уточнения певного сенсу задають умови, для яких формулюеться основний змют речення, й жил необов'язков! для основного змюту осо5ливост1), В' - множина присудив, пщметами в речениях яких можуть бути цМ речення.

Розглядаеться питания вщповщност мови, згенерованоТ граматикою 6, умовам А.1 I А.2. Семантична ¡нтерпретовшсть розглядаеться як в'щповщн'ють м'ск речениями семантичного представления й елементами певно? семантичноГ модели св^ту, що описуе вщношення та властивост! об'ектт, яю становлять змют вщповщних речень. Така семантична модель представлена в форм) узагальненого пперграфа Н.

Н=<У, N. Я>,

де V - множина вершин, N - базова множина нав'язок (уза-гальнених кольорш) на дугипперграфа, Я - множина дуг {ор1-ентованих) пперграфа, позначених нав'язками. Вершинами

присудка р | р ¿8} и {<реал1зац1я абстракта к >|к еК}, дв В -множина веж присудив, К - множина вс1х абстракте (загаль-них назв об'еюпв, ям можугь мати р!зж конкретш реал1зацм), нвтерммальна множина зм|Чл1в окремих члетв речень.

д9 Ут0 - множина вах спю природно! мови, ям ¡нтерпретуються системою, тобто простых ¡мен об'екп'в I чисел,

Ут ={ . , , , який , " } - множина службових (системних) термЫальних символш (тут одним з символ|'в е кома (,), яка. в ц5й: формул! е ще й роздшювачем метамови).

(мена об'ектш (елементи Ут0) у семантичному представлен-н! вживаються в осиовних (Ыфжгтивних) граматичних формах, чи в формах, як! вщображають специф|'ку Тх використання та розумЫня тексту,

Р: <речення 0> <речеиня> . <рочення> -> <речення> <уточнення> {<реченння> -* <речення присудка р > | реВ } {<речення присудка р >-* г^р) <група присудка р > | РеВ) {<група присудка р>р гг{р)...7у((5)(р)|реВ}

{г -* и | <оец(г)>

{г-*" <речення> " | ге2')

{г -» <реал!зац!я абстракта к > | геЁ, кеа (2)}

{<угочнення>-+ у с(у )|7еГ}

{<реал!зац|'я абстракта к > <реал1зац1я абстракта к > ,

Спитальнв речеиня> кеК} {<питальне речення> -+ якйй <група присудка р> | ре4} {<питальне речення> -><речення> у який|у£Г} {<питальне речення>г^р) р який г3ф)..2у(|5)(р)|(р€В)

& V <р)й2}

пперграфа е вс'| предмете) члени речень, ! т| речения, як1 е частиками складних речень. Дугам Нперграфа вщповдають речення, а нав'язки вщображають ¡нтерпретац!й-ний сенс речень, тобто суть актуально! властивост! чи зв'язку, який задаеться речениям.

Таким чином,

иОиНт,

де \/т0 - множина об'екта, ¡мена яких е неслужбовими терм!-иальними символами граматики Э, О - множина об'ект!в ¡з складними ¡менами (¡мена яких задаються речениями чи озна-ченнями), йт - множина дуг, що можуть трактуватися, як вер-шини; !м вщпов!дають речення граматики й, що виступають як члени складних речень, N задае множини сл'щ, як» внкористо-вуються при побудов! нав'язок для коикретних речень.

М=< В, Г, А, М >, де В - множина можливих прису; ,юа з 6; Г - множина сенс!в уточнень з 6; А ■ множина об'ект!в з атрибутивним викорис-танням, тобто таких, ям можуть описувати певн! властивост? ¡нших об'ектш, при цьому деяю речения, в яю входять ¡мена цих об'екттв, описують властивост! чи зв'язки не цих об'ектш, а ¡нших предметних член!в речення,- в цьому випадку дуга, яка в!дображае речення, не ¡нцидентна вершин), яка в!дповщае атрибутному об'екту; М - множина чисел, яка використовуеть-ся для воображения юльк'юних властивостей об'ект!в.

У робоп показано достатнють Н для семантично! ¡нтерпре-то8ност1 будь-яко! множини речень, породжених в. Вказуеться спос!б побудови кожного речення певного п!дграфа Н, що однозначно вщображае його зм'ют Iне залежить в!д ¡нших речень.

Другий роэд!д м!стить досл!дження властивостей семантично! модел) Н, зокрема, зв'язаиих ¡з трактуванням П елемент'ш у

систем! понять природноТ мови, а також реал1зац1ею в обчис-лювальн!й систем!. Представлено трактування основних кои-цептуальних положень !нформац!йно? системи "Поступ" у тер-мЫах семантичноТ модел! св!ту Н. Так, будуеться тематично-множинна ерархж вершин Н. Ця ерархш эадаеться множиною тем 0сК, множиною тип!в об'ект!в ТсУ, сукупн!стю множин I, цшком й однозначно заданими на V функциями 8 (га) ! т(ш) та частковою на 0 хТфункц!ею щ(Э,т). При цьому 3(<о)- тема об'екта иеУ; Э(ш)е0, т(со) - тип об'екта соеГ; т(са)еТ, рт(Э,т) - множина з I, що м'ютитъ об'екти типут теми 9. Мно-жина 0 частково впорядкована вщношенням "надтема" <т. Для такоТ ерархи повинн! виконуватися наступи! умови: УюеКЗце1 (<аец)

УхеТУЭ,Э2е© (Ц1(Э„Т)сй,(»3Л)=»Э| < тЭ2) Уце1 (Уюец (цт(9(ш),т(ш)) = р) УцеШе©ЭтеТ(ц = цт(Э,т))

Розглядаються зв'изки м!ж моделями св!ту, як! реашзують-;я в р|'зних локальних базах. Дослщження зв'язностей р|'зних 1|дграф!в Н можуть дати висновки про повноту представления нформацн в темах I дозволяють формулювати запити на цтьо-ю введения ¡нформацн, яко! бракуе.

Для деяких присудив наявж певн|' лопчнг умови, що зв'язу-эть коректнють речень з цими присудками з коректстю ювних ¡нших речень. При лриеднанш до Н дуг, що в'щповща-)ть таким речениям, виникае задача несуперечливост! ¡нфор-юцй в Н, яка вимагав ефективного алгоритму виявлення !н->ормац!йних конфл1к"пв I формулювання правил зм!ни модаль-остей речень у цих випадках. Так1 алгоритми пропонуються в загальненому виглядг як алгоритми для розв'язування задач

дедуктивного виведення нових знань на семантичнШ модель Доводиться теореми про коректн!сть пропонованих алгоритм'!».

Ряд задач виникае у зв'язку з тематичною структурою ¡нформац». Кожна тема утворюе в Н певний подграф. Такий пщграф може бути видалений з Н (знищення в баз1 ¡нформаци, яка стосуеться певноТ теми), приеднаний до ¡ншого семантич-ного плерграфа (¡мпорт тематично!. ¡нформаци ¡ншою локальною базою). Теми можуть також задавати обмеження на пошук чи виведення. Осмльки об'екти в тем! зв'язан! з ¡ншими темами (зокрема, частини нав'язок - вщнощення, уточнения,- часто маютъ значно ширшу сферу використання, нЬк тема), при роз-дженн! та злитт! тематичних пщграф^в виникае ряд проблем з» зовжшн!ми зв'язками. Об'екти, яю використовуються в р!зиих темах, доцьльно групувати в теми, як! е перетинами тем, I ма-. ють вищий пр!орггет збереження та ерархиний р1вень. Таким чином, виникае задача поржняння. природно! ерархн тем з ерарх!чною структурою, яка виходить з будови Н .

Вводиться ряд !нформац!йних структур, що необх!дн! для програмноТ реал!зацн системи оперування з! сукупнйгтю знань, представлених у вигляд) Н. Вся ¡нформац)я, яка представлена в г!перграф| Н збергаеться з об'ектами, що в^дповюаютъ його вершинам, у структурах, як! назван) фреймами. При цьому обов'язковою I регламентованою е лише невелика частина !н-формацн, переважно, для об'ектга спекальних титв. 1нша час-тина ¡нформаци довшьна ¡ для не? у фреймах нема специально видтеного мюця, що вщр1зняе даний способ представления ¡н-формаци в фреймах ад класичного. Речешя в фреймах представлен! у вигляд! посл'щовностей лог!чних зносок 1х член!в ! впорядкован! лексографгчно вщповщно до порядку логзносок. При цьэму, присудок, як структурно $ семантично визначаль-

ний член речения, ставиться на перше мюце. Речения, яке в'щпов'щае певжй дуз'| Н, збер'таеться в фреймах уах об'екпв, пю вщповщають ¡нциндентним до ц1еТ дуги вершинам. 3 кож-ним речениям у фреймах збер1гаеться деяка службова ¡нформацн, зокрема верифжацмний показник, який вказуе на походження речения, та його модальнють.

Формулюеться ряд задач над введеними структурами, як1 зв'язаж з оптимальною програмною реал!зац1ею системи, 1 пропонуються шляхи Тх розв'язку.

У третьому роза'л1 описан! засоби обробки ¡нформацн ! ма-тематичного моделювання, яю реал^оваж в систем! "Поступ".

Завданням ¡нформац!йно! системи е реал!зац!я на семан-тичн!й модел|' св1ту Н наступних основних функц!й: доповнення Н (вершинами, дугами, темами-пщграфами задано? структу-ри); вив|'д на засоби вщображення ¡нформацн частин ппергра-фа Н, представлених у р!зних формах, зокрема, у вигля/у се-мантичного тексту; пошук об'екта (вершини Н) з заданими властивостями; пошук речения заданого зм1сту; видалення частин Н; видтення пщграфа Н, що вщображае сукупн!сть ¡н-формаци певного тематичного напрямку; дедуктивна виведен-ня речения заданого змюту; перевфка ¡стинносп твердження, заданого певним речениям; виконання ди, задано! речениям (зокрема, кроку алгоритма, який реа/изуе математичну модель). Виконуючи основн! функцй, можна створювати приклад-н! процедури оброблення та воображения ¡нформац!! в ргёних тематичних галузях. 3 ¡ншого боку, ц! функц!! сам! е достатньо складними, можуть бути реал1зован! в р1зних вар!антах, !х без-посередня програмна реал!зац!я м1стила б багато груп опера-тор1в, яю повторюютъся в р1зних функц!ях. Тому видшяеться множина Р0 базових елементарних функц!й, як! реап!зуються на

базовм унтерсальжй мов! програмувания, а вс) ¡ниш можуть бути побудован! з них засобами системи. Множима Р0 включае наступж функцП: створення вершини (об'екта); сгворення дуги (речення); текстове вщображення ¡меж об'екта; текстове воображения речения; переб!р (цикл) об'еств множини; пошук речення. заданого його частиною; знйщення дуги; знищення вершини; змЫа ¡мен! об'екта; постановка в реченж (змЫа члена речення); вйд!лення частини складного речения; арифметичн!, символьн! та лопчж операцп.

Показано, що вс! основж функц!? реал!зуються через сукуп-жсть Р0 базових функцм (повнота Р0), ! що жодна з базових функц)й не може бути реал!зоаана через сукупшсть ¡нших (нвзв'|дн1сть Я0).

Функцн реал1зуютъся наказовими речениями. Послщовност! наказових речень, тобто певж алгоритми, становлять активн! знания,. як'| в систем'1 "Постул" збер1гаються, як ! пасивн'|, у вербально-семантичному представленн!. При цьому, однак, кр1м вербально-!мперативного Ъпособу представления (наказов! речення в граматиц! в), використовуеться також звичний для запису алгоритмю операторний спос!б представления ак* тивних знань, в якому виклик функцн представляеться П ¡ме-нем з взятими а дужки I роздшеиими комами параметрами. Вводяться додатков) множини терм!нальних сим80Л1В Ут I нетермЫальних символ!в та правил постановки Р\ яю до-повнюють граматику в до граматики 62, що включае опера-торне представления. При цьому

У'ы — { <оператор>, ( <функцж типу £ > | £,еН )} ^ Ъв, — да Е- множима р'оних шп'т функцм, 2„- нетерм!нальна мно-жина операторних зм!с-пв парамефю,

= { виконати, 1,1,1,1} и о и ф,

де о - множина ¡мен опэраторш, <р - множима ¡мен функцм, ) - функцмно-операторн! роздтювач! (дужки), 1,1- коментар-н! дужки. , • .

Р': <речення> -» виконати <оператор> . <оператор> -*■ <оператор> <оператор> { <оператор> -+cr (z,(o), ..., z^^a» | о ео}

{ z ->■ <функц'1Я типу ^ > I 4 е Е, z е 2Ч(Ъ,))

{<функц1я типу 4 > <р (г,(ф).....z»,,,^) I 4 е Н, (pe }

{ z -> <оператор> | z е 2„} { z i <олератор> I | ze \ } де 2j(a) - 3m¡ct j -го параметра оператора , гу(а) v(o) - apnicTb оператора, Z, (§) - нетерм!нальна множина функции их smíctíb типу \ , Zf- нетерм|'нальна множина функц!йних 3míctíb параметр1в, г^ф)- зм!ст j-ro параметра функци , v(q>>-apniCTb функци, ф(0 - множина функ^й типу-4 •

Показуеться еквшалентнють вербапьночмперативного та операторного представления активних знань.

Описуються особливост! реалЬацй основних функцм у eepcií 3.1 системи "Поступ", зокрема представления вивщноТ ¡нформацн в рйних формах i способи оргажзаци Залогу системи з користувачем. В к!нцГ третього роздшу формулю-ються ochobhí задач! герменевтичного та риторичного блоюв, як: передбдчаеться реал13увати в настулних вераях системи.

Четвеотий ооздт метить опис застосування системи "Поступ" у двох суттево р'яних галузях наукових дослщжень. КогнЬолопчж дослщження територм УкраТни, проведен! з до-помогою системи, за'язаж з необх)дн1Стю оброблення велико! юлькосп вербальноТ ¡нформацн, яка узагальнюеться, групуеть-ся i представляеться в часовому та просторовому вим!рах.

Досл!дження в1троонвргетичного потенциалу в репонах УкраТни зв'язане з! зиачною базою активних знань, яка мютить метео-ролопчн! та географЫж законом1рност1, емЫричн! залежност!, корекц1йж та ¡нтерполяцмж алгоритми. Часто ц! знания с аль-тернатмвними м1ж собою 11х застосувания зв'язане з певними умовами. Тому в такому дослщженн! важливою е можливють оперативного автоматизованого комбЫування рюних вар!ант1в та швидко! апробацн р'оних схем моделювання, що забезпечу-еться системою. Для кожного з приклада наводяться фраг-менти моделей св!ту, ерарх!чн1 структури тематично! ¡нформацн, зразки тематичних активних энань. Вказуються основы тех-№чн! характеристики системи при реал!зацн цих задач. Видтя-ються основа проблеми й альтернатива вар1анти рниень, як) виникли при апробацн системи. Розв'язування задач з допомогою системи "Поступ" поршнюеться з можливим розв'язуванням ¡ншими методами.

Узагальненням досвщу використання системи "Поступ" е перетк основних переваг ц!еТ оистеми поршняно з ¡ншими за-собами. а також основних налрямш п вдосконалення. Даеться також характеристика класш задач, для яких використання системи найефективнше.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТА РОБОТИ

1. Сформульовано й обгрунтовано концепцию ужеерсально? вербально-семантичноТ ¡нформацтно-аналпичио! системи для наукових дослщжень з представлениям знань природного мовою.

2. Запропоновано безконтекстну граматику, яка описуе семантичне представления будь-яко! ¡нформацн, виражено! природною украТиською мовою, I дослщжено П властивосл.

3. Запропоновано способ представления семантичноТ модел! довтьних энань у форм1 узагапьненого пперграфа та дослщжено властивос™ такого представления.

4. Доведено семантичну ¡нтерпратовигсть мови, породже-но! граматикою сэмантичного представления, як однозначну В1'дп0В!дн1Сть мюс речениями ц1е» мови 1 гидграфами узагальненого пперграфа.

5. Побудовано ¡нформацмж структури, що необхщн! для реал1зацн семантичного представления природнс? мови й семантичноТ моде.™ знань в ¡нформацмнм систем!, дослщжено □ластивост! цих структур, розо'язамо ряд задач Тх оптим1зацн.

6. Побудовано базопу систему функций вербально-сгман-тичноТ ¡нформац1йно-анап1ТичноТ системи, дослщжено й влас-тивост!, сформульовано ряд задач на семантичнм модел! знань, що виникають при побудоЕн та реал'!зацП математичних моделей з допомогою такоТ системи, I запропоновано сар!анти Тх розв'язування.

7. Розроблено алгоритми, програмно реал1зовано I апро-бовано еербально-семантичну ¡нформацмно-аналничну систему "Поступ" \ на прикладах конкретних задач показано П при-датнють як основи для створення багатотематичних семантич-них ¡нформацмно-аналггичних систем з широкими можливос-тями для розв'язування задач математичного моделювання в р1зних галузях знань.

Основн1 результати дисертацмноГ роботи викпадено в наступних публикациях:

1. Жук П.А., Комиссарчук А.А. Моделирование сложных гидрологических систем с использованием данных дистанционного зондирования/ Информационные системи исследова-

ния природних ресурсов.- Киее:Ин-т кибернетики АН УССР, 1982.- С. 3-8.

2. Жук П.А. Метод виделения структуры для моделирования непреривных систем/Теоретико-системные методы и их использование в автоматизированных системах.- Киев:Ин-т кибернетики АН УССР,1983.- С. 65-76.

3. Гера Б.В.. Жук П.А., Починайко P.C., Чапля Е.Я. Принципы построения и перспективы развития геоинформационных систем для мониторинга природных ресурсов/ Прикладные проблемы моделирования и оптимизации (тез. докладов).-Москва:ВНИИ Системных исследований, 1991.- С. 14-15.

4. Жук П.А., Кравець B.C. Концепция створення географнно! ¡нформацмноТ системи Карпатського репону/ Карпати -украТнський м!ст в Европу: проблеми 1 перспективи (тези доп. м!жн. наук.-прак. конф.).- Львт:1н-т економ!ки АН УкраТни, 1993,- С. 78-79.

5. Жук П.А., Кравець B.C. Дослщження еколопчно чистих джерел енерлТ в Карпатському perkMi/ Карпати -украТнський MicT в бвропу: проблеми i перспективи (тези доп. М1жн. наук.-прак. конф.).- Льв'т:1н-т економки АН УкраТни, 1993,- С. 177-178.

6. Жук П.А. Вербально-семантична ¡нформац!йно-анал1тична система "Поступ": концепц1я i застосування/ Друга украТнська конференц!Я з автоматичного керування "Автоматика-95": пращ,- Львщ:ФМ1 HAH УкраТни, 1995.-Т.З.- С. 22.

7. Жук П.А. Семантична ¡нтерпретац!я природно? украТнськоТ мови в ¡нформацмнй систем'!/ Друга украТнська конференция з автоматичного керування "Автоматика-95": пращ.- Львт.ФМ! HAH УкраТни, 1995.- Т.З.- С. 23-24.

8. Жук П.А. Використання вербально-семантичноТ ¡нформацм-но-анаштично! системи для психошформацШно? класифкацП periOHie Украши/ Друга укражська конференцш з автоматичного керування "Автоматика-95": npaui.- Льв!в: ФМ1 HAH УкраТни.1995.- J.3.- С. 24-25.

9. Жук П.А. Картографування ефективносп в!троанергвтичних пристроТв з допомогою аналтччночнформацмно! системи/ Перша мЬхнародна науково-технмна конференц!я матема-тичного моделювання в електротехнвд й електроенергетиц! (тези доп.}.- Львиз: Державний Уж'зерситет "Львшська Полпгехн'жа,1995.- С. 72-73.

Особистий вклад. Bei результата, що складають основний змют дисортацмноТ роботи, отриман! автором самостийно. В публшац1ях, написаних у cnisasTopcTGi, дисертантов'| належать: в роботах [1,3] - концеп^я ¡нформацмних систем, а роботах [4,5] - постановка задач, системна концепцт та каукове кер!вництво.

Жук.П.А. Вербально-сомантическая информационно-аналитическая система для решения задач математического моделирования.

Дисертация на соискания ученой степени кандидата технических наук по специальностям 05.13.02 - математическое моделирование в научных исследованиях, 05.13.04 - автоматизированные системы управления и системы обработки информации. Физико-мехрнический институт им.Г.В.Карпенко HAH Украины,Львов,1996.

В диссертационной работе разработана новая концепция вербально-семантической информационной системы, обеспе-

чивающей семантическую интерпретацию и обработку произвольной многотематической вербальной информации для целей математического моделирования. Предложена и исследована грамматика описания знаний и метод ее семантической интерпретации. Разработаны алгоритмы семантической обработки знаний в информационной системе, которые программно реализованы и апробированы для решения задач математического моделирования.

ZhukP.A. Verbally-semantic Informativ-Analytic System for Mathematical Modelling Problems Solutions.

Dissertation for obtaining of scientific degree of candidate of sciences (engineering) on the specialities 05.13.04 - the mathematical modelling in scientific research, 05.13.04 - the automated control systems and information processing systems. Physical and Mechanical Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Lvtv, 1996. • ^

New verbally-semantic informativ system's conception which has ability to support semantic interpretation and processing of multithematic verbal information for mathematical modelling purposes is performed in dissertation. Knowledges description • grammar and its semantic interpretation method was proposed and . investigated. Knowledges semantic processing algorithms for informativ system are performed corresponding software was used for solution of the mathematical modelling problems.

KnKwoei слова: математичне моделювання, 1формац«йна система, семанткчний анал!3, программе эабезпечення, природна мова, база знань, формальна граматикэ, математич-на л1нгв!стика.