Введение к работе
Актуальность темы исследований. Интерес к интеллектуальным системам (компьютерным системам, способным решать сложные прикладные задачи с использованием хранящихся в их памяти знаний) в настоящее время очень высок. Данные системы используются в различных предметных областях для решения широкого круга трудноформализуемых задач, которые не могут быть эффективно решены с помощью известных математических методов. К таким задачам, в частности, относятся задачи прогнозирования, планирования и многие другие.
Основными компонентами любой интеллектуальной системы (ИС) являются база знаний (БЗ) и система управления базами знаний (СУБЗ). База знаний представляет собой совокупность знаний о предметной области, а СУБЗ – программное средство, в котором реализована совокупность алгоритмов, обеспечивающих работу со знаниями – то есть, их получение, пополнение, обработку и интерпретацию. Эффективность работы любой интеллектуальной системы напрямую зависит от эффективности выполнения каждого из этих процессов. Потому вопросам разработки математического и программного обеспечения СУБЗ в составе интеллектуальных систем традиционно уделяется много внимания.
Значительный вклад в развитие математического аппарата СУБЗ в составе интеллектуальных систем и методов построения соответствующего программного обеспечения внесли отечественные учёные Д.А. Поспелов, Т.А. Гаврилова, В.Ф. Хорошевский, Б.З. Мильнер, В.М. Вагин, А.Л. Гапоненко и другие, а также ряд зарубежных учёных: К. Вииг, С. Осуга, Ю. Саэки, М. Исидзука, У. Букович, Р. Уильямс, Л. Прусак, Т. Давенпорт и др.
В настоящее время дальнейшему расширению круга задач, решаемых интеллектуальными системами, препятствует ряд факторов как технического, так и методологического характера. К таким факторам относятся сложность описания знаний и реализации алгоритмов их обработки для решения поставленных задач с помощью существующих языковых средств и вытекающая из этого сложность построения программного обеспечения СУБЗ в условиях, когда знания описывают динамику активных систем. Примером таких систем может быть взаимодействие двух и более лиц, каждое из которых имеет свою собственную цель и стратегию поведения в той или иной ситуации. Примером задач, эффективное решение которых требует использования данного программного обеспечения, являются задачи прогнозирования действий противодействующей стороны в условиях, когда взаимодействие осуществляется относительно активных систем. При этом эффективность решения задач данного типа во многом определяет успешность работы в таких важных сферах человеческой деятельности, как экономика, бизнес, информационная безопасность и многих других.
Следовательно, разработка методов построения математического и программного обеспечения систем управления базами знаний в составе интеллектуальных систем прогнозирования действий противодействующей стороны является актуальной и востребованной в перечисленных прикладных областях.
Объектом исследования являются программные системы управления базами знаний в составе интеллектуальных систем прогнозирования.
Предметом исследования является математическое и программное обеспечение систем управления базами знаний.
Целью исследования является повышение эффективности функционирования интеллектуальных систем прогнозирования действий противодействующей стороны путем разработки математического и программного обеспечения систем управления базами знаний в их составе.
В соответствии с указанной целью в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:
1. Разработка языка представления знаний, позволяющего описывать знания о возможных стратегиях поведения противодействующей стороны (ПС) в различных ситуациях.
2. Разработка алгоритмического обеспечения интерпретатора языка представления знаний, позволяющего обрабатывать накопленные знания для получения прогноза следующих действий ПС.
3. Разработка методики построения программного обеспечения систем управления базами знаний, использующего разработанный язык представления знаний.
4. Разработка и исследование программного обеспечения интеллектуальной системы прогнозирования действий ПС, в состав которой входит система управления базами знаний, разработанная в соответствии с предложенной методикой.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы теории компиляторов, методы искусственного интеллекта и инженерии знаний, методы нечеткой логики.
Научная новизна работы заключается в разработке комплекса программных, языковых и интеллектуальных средств, с помощью которых реализуется создание и использование базы знаний, а именно:
1. Предложен язык представления знаний, отличающийся возможностью описания информации в виде последовательности пар «ситуация – действие противодействующей стороны» и позволяющий описывать стратегии ПС.
2. Разработан интерпретатор предложенного языка представления знаний, обеспечивающий операции извлечения, пополнения, модификации и обработки знаний, описанных в соответствии с синтаксисом данного языка, и позволяющий вырабатывать достоверный прогноз следующих действий ПС.
3. Предложена методика построения программного обеспечения систем управления базами знаний, основанная на использовании разработанного языка представления знаний и позволяющая создавать СУБЗ в составе интеллектуальных систем прогнозирования.
Достоверность научных результатов подтверждена результатами теоретических и экспериментальных исследований, полученными в ходе решения прикладной задачи обработки знаний для получения прогноза следующих действий противодействующей стороны с использованием разработанного в соответствии с предложенной методикой программного обеспечения систем управления базами знаний.
Практическая значимость работы заключатся в следующем:
1) Разработанный язык представления знаний позволяет в простой и понятной форме описывать процессы взаимодействия сторон и стратегии ПС, что упрощает написание, проверку и отладку программного кода.
2) Алгоритмы и методы обработки данных и знаний, лежащие в основе интерпретатора разработанного языка, обеспечивают повышение эффективности процессов обработки знаний, заключающейся в достоверности вырабатываемого прогноза следующих действий противодействующей стороны.
3) Программное обеспечение систем управления базами знаний, построенное в соответствии с предложенной методикой, может быть использовано в различных областях человеческой деятельности, в которых возможно противодействие сторон: конкурентном соперничестве коммерческих структур, обеспечении информационной безопасности и т.п.
На защиту выносятся:
-
Язык представления знаний о возможных стратегиях ПС;
-
Алгоритмическое обеспечение интерпретатора данного языка;
-
Методика построения программного обеспечения СУБЗ, использующего разработанный язык программирования.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах: 1. «Гагаринские чтения». XXXV международная молодёжная конференция, МАТИ, Москва, 2009г. 2. «Интеллектуальные и информационные системы: Материалы Всероссийской научно-технической конференции». Тульский государственный университет. – Тула, 2009 г. 3. «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий». II всероссийская заочная научно-практическая конференция, НИИРРР, Москва, 2010 г. 4. «Научное творчество XXI века». II всероссийская заочная научная конференция с международным участием, Научно-инновационный центр, Красноярск, 2010 г. 5. «Электронные средства и системы управления». VI международная научно-практическая конференция, ТУСУР, Томск, 2010 г. 6. «Актуальные проблемы аппаратно-программного и информационного обеспечения науки, образования, культуры и бизнеса». Международная научно-практическая конференция, МГУПИ, Москва, 2010 г. 7. «Актуальные вопросы современной техники и технологии». III международная заочная конференция, Липецк, 2011 г.
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 статей и 6 докладов в сборниках трудов конференций, включая 5 публикаций в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ для публикаций материалов кандидатских диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (102 наименований) и приложений. Основная часть диссертации содержит 131 страницу машинописного текста, включая 6 рисунков, 17 таблиц.
Похожие диссертации на Математическое и программное обеспечение систем управления базами знаний интеллектуальных систем прогнозирования
