Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время среди программных продуктов, внедряемых в сферу производства, доминируют информационные системы, в которых информационную поддержку для принятия решений обеспечивают знания о текущем состоянии предметной области, интенсивно меняющиеся на этапе эксплуатации информационной системы. В рамках диссертационной работы такие программные продукты будем называть информационными системами на основе динамических знаний. Актуальность и достоверность динамических знаний в информационных системах поддерживается массовым пользователем, не являющимся специалистом в области информационных технологий.
В современных информационных системах все большее внимание уделяется сложно формализуемым знаниям (тяжело поддающимся унификации, структуризации и динамичным). В этом случае необходим доступный массовому пользователю редактор, в котором используется язык манипуляций знаниями, приближенный к языку манипуляций знаниями концептуального уровня, применяемому в повседневной практике общения субъекта. В рамках редактора знаний, доступного массовому пользователю, необходимы автоматические преобразования знаний и операций редактирования между концептуальным и формально-логическим уровнями. Препятствием для создания такого редактора стали трудности реализации автоматических преобразований сетевых структур. Основным признаком сетевой структуры, является наличие хотя бы одного узла, имеющего более одной входящей и более одной исходящей дуг. Изменения во множестве исходящих связей такого узла могут быть необходимы в рамках некоторых входящих связей и недопустимы в рамках остальных входящих связей. Пример редактирования, не содержащий семантики предметной области, приведен на рис. 1.
До настоящего времени не получены решения вопросов автоматического контроля наличия более чем одной входящей связи для конкретного узла и реализации автоматического многовариантного редактирования во множестве исходящих связей такого узла.
Решение задачи автоматических преобразований знаний и операций редактирования между концептуальным и формально-логическим уровнями может быть получено созданием новой организации сетевых структур знаний, т.е. при новых подходах в представлении знаний, реализуемых в оболочках интеллектуальных (в т.ч. экспертных) систем.
а) диаграмма ф диаграмма фрагмента знаний
редактируемого узла (результат редактирования)
Рис. 1. Пример редактирования узла сетевой структуры, не содержащий семантики предметной области
Актуальность поиска новых подходов к решению задачи представления знаний отмечается в работах ведущих специалистов в области информационных технологий и искусственного интеллекта в частности. Так, по мнению проф. Кузина: «В настоящее время достижения в направлении представления в компьютерных системах плохо формализуемых областей знаний весьма скромны. Это объясняется тем, что разработчики ... программного обеспечения пытаются описывать сложные проблемные среды, в которых решаются информационно сложные задачи, посредством однообразных регулярных структур (реляционных таблиц, объектов, фреймов, продукций и т.п.), слишком примитивных для отображения всего многообразия смысловых оттенков проблемной среды, хотя и удобных для последующей обработки информации». Как отмечает Гаврилова Т.А.: «Необходимость создания теоретического базиса науки о методах разработки систем, основанных на знаниях, ... обосновывается в работах Поспелова Г.С, Поспелова ДА., Попова Э.В., Стефанюка В.Л., Шенка Р., Минского М. ... Немногочисленные попытки создания методологии (работы Осипова Г.С, Хорошевского В.Ф., Вилинга Б., Слэйгла Д.) ... ориентированы на определенный класс задач, моделируемый в рамках конкретного программного инструментария».
Создание доступного массовому пользователю редактора сложно формализуемых динамических знаний должно привести к получению программного инструментария инвариантного к классам задач. При этом круг проблем многоаспектной задачи представления знаний в рамках работ по созданию такого редактора может быть ограничен конкретным аспектом. Такая конкретизация аспекта задачи представления знаний может быть выполнена составлением перечня концепций представления знаний, которые принимаются априори.
Задача разработки организации сетевых структур знаний, позволяющей выполнять автоматические преобразования знаний и
операций редактирования между концептуальным и формальнологическим уровнями, является актуальной для поддержания актуальности и достоверности сложно формализуемых знаний в информационных системах на основе динамических знаний.
Объектом исследования являются информационные системы на основе динамических знаний.
Предметом исследования является сетевая структура как универсальная форма представления знаний, наполняемая содержанием (семантикой) предметной области.
Цель диссертационной работы заключается в создании новой организации сетевых структур, обеспечивающей автоматические преобразования концептуальной модели представления знаний в формально-логическую модель (первоочередное условие доступности массовому пользователю актуализации сложно формализуемых знаний).
Задачи исследования:
-
Рассматривая возможное многообразие структур знаний о реальном мире и познавательные процедуры субъекта, сформулировать концепции представления знаний, обеспечивающие выполнение требований к пользовательским характеристикам информационных систем на основе динамических знаний.
-
Предложить преобразования традиционных семантических сетей в структуры со связями, типизированными в соответствии с типами адекватностей, для фиксации которых они используются.
-
Сформировать формализованную модель представления знаний, отображаемую квазиграфом, и реализующую выявленные концепции представления знаний.
-
Формализовать представление экземпляров понятий при новой организации сетевых структур.
-
Выявить минимальный состав и способы компьютерной реализации операций по редактированию знаний на концептуальном уровне представления. Сформулировать концепцию автоматических преобразований знаний и операций редактирования между концептуальным и формально-логическим уровнями.
-
Проверить реализуемость предложенных методов путем построения редактора классификационных сетей и универсальность этого редактора путем применения его в различных областях.
Методы исследования. Для выявления концепций представления знаний (получения гносеологической модели) применено ассоциирование с процедурами реального процесса познания. Для
отображения формально-логической модели применены методы структурного синтеза и теории графов. Новая организация сетевых структур знаний основана на использовании методов организации цепных списков с двунаправленной связью и методов адресного представления имен указателей. Научная новизна:
-
Предложена организация сетевых структур, в которой предусмотрена возможность фиксации нового вида типизированных связей, соответствующих адекватностям пяти типов, являющихся основой работы редактора, доступного массовому пользователю. Показано, что наличие в сетевых структурах адекватностей 3, 4 и 5-го типов определяет их принципиальное отличие от структур дерево и лес, для описания которых достаточно адекватностей первого и второго типа.
-
Предложены преобразования традиционных семантических сетей в структуры с типизированными связями, соответствующими пяти типам адекватностей.
Практическая ценность. Применение предложенной организации сетевых структур позволило создать редактор сложно формализуемых знаний, в котором знания и команды, соответствующие операциям редактора, вводимые массовым пользователем на концептуальном уровне, автоматически преобразуются в формально-логический уровень. Результаты диссертационного исследования использованы при создании ОЭС "FICONOCS". Эта оболочка прошла государственную регистрацию и внедрение в четырех предметных областях реального производства: АРМ испытателя (ЦНИИ Монолит); АРМ патентоведа (Нижегородский машиностроительный завод); АРМ информационного обеспечения конструктора стиральных машин автоматов (НИИ машиностроения, г. Дзержинск); АРМ руководителя (фабрика первичной обработки шерсти, г. Токмак, Киргизия).
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы отражены в 19 публикациях (в т.ч. в материалах 4 семинаров и 6 конференций), а также доложены на научном семинаре и заседании кафедры информационных технологий в управлении РАНХиГС при Президенте РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 240 страниц, в том числе 104 страницы приложений.
