Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Повышение эффективности начальных этапов проектирования сложных технических систем, а именно - сокращение сроков проектирования и повышение качества проектируемых изделий является важной задачей, которая может быть решена путем автоматизации отдельных процедур проектирования. Информационный поиск - одна из ключевых процедур при проведении научных исследований на начальных этапах проектирования; а одним из важнейших компонентов информационного обеспечения систем автоматизированного проектирования являются физические знания.
Физические знания используются учеными (построение, проверка и прогнозирование теоретических и экспериментальных зависимостей), инженерами и изобретателями (улучшение прототипов изделий с учетом известных свойств веществ), студентами (обучение методам технического творчества). Существуют специальные базы данных -фонды физических эффектов, в которых физические знания представлены особым структурированным образом, обеспечивающим более удобный их поиск и использование. Однако, несмотря на наличие автоматизированных средств работы с такими структурированными физическими знаниями, задача их эффективного и удобного поиска для пользователя, не являющегося специалистом, по-прежнему не решена. Поэтому задача разработки новых методов поиска и способов повышения эффективности взаимодействия пользователя с базами данных физических эффектов является актуальной.
На сегодняшний день существует несколько программных средств поиска в базах данных физических эффектов. Опыт эксплуатации этих систем выявил ряд недостатков:
сложность формализации поискового запроса; чаще всего запрос пользователя представляется в неформализованном виде на естественном языке и нужна определенная подготовка его формализованного представления;
затруднения при вводе поисковых запросов в систему, вызванные сложностью используемых поисковых моделей и их визуальным представлением пользователю в виде деревьев зависимых характеристик;
сложности работы с полученными результатами, так как далеко не всегда результирующая выборка является полезной для пользователя;
отсутствие возможности воспользоваться результатами предыдущих удачных поисков.
В своей совокупности эти системы реализуют довольно широкий спектр возможностей по поиску физических эффектов. Поэтому опыт их создания и эксплуатации может послужить хорошим фундаментом при разработке новой системы, которая призвана
устранить существующие недостатки и предложить новые подходы к организации поиска физических эффектов.
Цель диссертационной работы. Целью работы является повышение эффективности поиска физических эффектов в специализированной базе данных для пользователей различного уровня квалификации за счет внедрения новых улучшенных поисковых инструментов и систем помощи. Под повышением эффективности понимается как количественное улучшение характеристик (увеличение скорости поиска), так и качественное (повышение удобства работы и релевантности результатов).
Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
произвести анализ существующих подходов к разработке пользовательских интерфейсов и информационно-поисковых систем и выделить основные преимущества данных подходов; произвести анализ методов обработки информации на естественном языке и выделить методы, применимые в предметной области данной работы;
разработать метод трансляции поисковых запросов на ограниченном русском языке в формализованные поисковые запросы;
разработать модели представления пользователей, предметной области и среды взаимодействия для пользовательского интерфейса автоматизированной информационно-поисковой системы по физическим эффектам;
разработать механизмы эффективной помощи пользователю при формировании поисковых запросов и работе с полученной информацией;
создать программную систему поиска физических эффектов и проверить ее эффективность на тестовых задачах.
Объект исследования. Пользовательский интерфейс автоматизированных систем для поиска физических эффектов; процесс поиска физических эффектов.
Предмет исследования. Методы разработки эффективных пользовательских интерфейсов и алгоритмы обработки текстов на естественном языке.
Методы исследовании. В работе использованы методы системного анализа, принятия решений в условиях неопределенности, обработки текстовой информации на естественном языке, искусственного интеллекта, объектно-ориентированного проектирования программных систем и оценки эргономичности пользовательских интерфейсов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработан метод трансляции поисковых запросов на ограниченном русском языке в
формализованные поисковые запросы; использование этого метода позволяет в
большинстве случаев избежать сложной формализации запросов и значительно
облегчить и ускорить поиск;
сформулированы эвристические правила коррекции формализованных запросов на поиск физических эффектов, дающие возможность контролировать вводимый пользователем запрос и формировать подсказки по повышению его точности;
предложен способ интерактивной подсказки близости слов при формировании полнотекстового запроса, позволяющий ускорить и сделать более эффективным полнотекстовый поиск;
разработан усовершенствованный метод распознавания жестов мыши, не требующий времени на обучение и поддерживающий распознавание непрерывных цепочек жестов различной степени сложности.
Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов системного анализа, искусственного интеллекта, компьютерной лингвистики и проектирования пользовательских интерфейсов, а также эмпирической оценкой эффективности пользовательского интерфейса по методу GOMS и закону Фитса и результатами экспериментачыюй проверки работы программной системы в процессе поиска физических эффектов различными пользователями.
Практическая значимость и внедрение. Создана новая информационно-поисковая система по физическим эффектам "Полезный Эффект", поддерживающая различные виды поиска (поиск по формализованным запросам, полнотекстовый поиск, поиск по запросам на естественном языке), а также предоставляющая возможность комбинировать их результаты. Упрощен поиск физических эффектов и повышена релевантность результатов поиска за счет внедрения эффективных поисковых инструментов и подсистем помощи пользователю.
Разработанная система может использоваться учеными и инженерами на начальных этапах проектирования технических систем. Кроме того, система может быть полезной в преподавании научных дисциплин, связанных с физикой, проектированием и методами инженерного творчества, и служить средством помощи при выполнении студеными лабораторных и курсовых работ.
Система "Полезный Эффект" зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Федерального агентства по образованию РФ и внедрена в учебный процесс ВолгГТУ и АГУ. По материалам работы получено несколько дипломов на Всероссийских и Региональных смотрах-конкурсах работ молодых ученых (Москва, 2005, 2006; Волгоград, 2005).
Положения, выносимые на защиту:
метод трансляции поисковых запросов на ограниченном русском языке в формализованные поисковые запросы;
эвристические приемы коррекции формальных поисковых запросов и методика их использования;
способ интерактивной подсказки близости слов при формировании полнотекстового запроса;
метод распознавания жестов мыши;
механизм работы адаптивного помощника на основании моделей пользователя, предметной области и среды взаимодействия;
новая автоматизированная система поиска физических эффектов.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "САПР и ПК" ВолгГ'ГУ, а также на Международных и Всероссийских научных и научно-практических конференциях: "Новые информационные технологии" (Таганрог, 2004); "Информационные технологии в обучении и производстве" (Камышин, 2005); "Технологии Microsoft в теории и практике программирования" (Москва, 2005, 2006, 2007; Нижний Новгород, 2006); "Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области" (Волгоград, 2006); "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (Волгоград. 2006): "Международная школа-конференция по приоритетным направлениям развития науки и техники с участием молодых ученых, аспирантов и студентов" (Судак, 2006, 2007); "Интеллектуальные САПР (AIS'07. CAD-2007)" (Дивноморское, 2007); "Системные проблемы надёжности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах: Инноватика-2007" (Сочи, 2007).
Публикации. Оснонные положения диссертации отражены в 28 опубликованных работах. В том числе 3 статьи напечатаны в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ; получено 2 свидетельства об официальной регистрации проіраммьі для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации - 145 страниц, включая 10 рисунков. 17 таблиц, список литературы из 126 наименований.
