Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в связи с ростом количества информационных источников в гетерогенных сетях и усложнением правил работы с ними возрастает потребность в автономных интеллектуальных системах, призванных упростить работу пользователей и сократить затраты на сбор и анализ информации. Анализ работ ведущих специалистов в области информационных агентов и теории планирования Г.С.Поспелова и Д.А.Поспелова из Российской Академии Наук, С.Камбхампати из Аризонского государственного университета, Д.Велда, О.Этзиони и А.Леви из Вашингтонского университета, К.Кноблока из Университета Южной Калифорнии, Д.Ульмана и А.Келлера из Стэнфордского университета показывает, что в них не отображается специфика работы в гетерогенных сетях. Особенности построения и функционирования гетерогенных сетей проявляются в стохастическом характере описания их среды, предоставлении возможности параллельного выполнения запросов к информационным источникам и необходимости соблюдения стоимостных и временных ограничений при планировании действий по сбору информации.
Производительность интеллектуальных информационных агентов находится в непосредственной зависимости от качества планирования их действий. В известных реализациях интеллектуальных информационных агентов применяются эвристические подходы к планированию, не ориентированные на стохастический характер среды. Учет же специфических особенностей гетерогенных сетей в системе планирования действий может значительно повысить производительность работы информационных агентов. Однако оценка влияния подобных факторов на эффективность работы информационных агентов не получила научного обоснования в работах, посвященных проблемам построения и исследования информационных агентов. Поэтому для построения систем планирования действий интеллектуальных информационных агентов необходима разработка новых теоретических элементов обоснования принципов и способов их организации с учетом специфики сбора и обработки информации в гетерогенных сетях.
Цель диссертационной работы - разработка и теоретическое обоснование принципов и способов построения систем планирования действий агентов, предназначенных для выполнения запросов к множеству разнородных информационных источников в условиях параллельной обработки информации с учетом временных и стоимостных ограничений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Сформировать описание стохастической среды, включающее представления структур гетерогенных информационных источников и правил взаимодействия с ними. Разработать критерии качества функционирования агентов.
-
Формализовать процесс планирования действий агентов при сочетании процедур нахождения интерактивных частично-упорядоченных предметно-независимых планов с обратной связью и процедур коррекции планов в условиях стохастической среды.
-
Построить алгоритмы планирования действий с позиций теории принятия решений, позволяющие осуществлять деятельность агента в условиях параллельной обработки данных согласно выбранным критериям качества их функционирования.
-
Сформировать программное обеспечение для реализации интеллектуальных агентов.
-
Разработать на основе интеллектуальных агентов систему мониторинга и анализа сети передачи электронных платежей и подтвердить эффективность использования теоретически обоснованных принципов и способов планирования действий.
Предметом исследования являются интеллектуальные информационные агенты для гетерогенных сетей (ИАГС), представляемые с позиций планирования действий в искусственном интеллекте.
Основные методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы элементы теории вероятностей, теории искусственного интеллекта, теории принятия решений, теории графов и теории вычислительных систем.
Научные результаты и их новизна.
1. Разработан новый подход к планированию действий по сбору информации в
гетерогенных сетях, сочетающий генерацию множества частично-
упорядоченных планов на основе детерминированной модели среды,
коррекцию планов по расширенной стохастической модели среды,
сравнительный анализ и выбор наилучшего по заданному критерию. В отличие
от известных планировщиков предлагаемый подход учитывает характер
последовательно-параллельной обработки информации, стоимостные и
временные ограничения запросов, априорную неопределенность относительно
результатов выполнения запросов.
-
Сформирован набор типовых запросов, который позволяет представить сложный план действий по сбору реплицированной информации. Впервые систематизированы элементарные запросы с позиций описания сложных планов действий по сбору информации.
-
Разработана новая система математических моделей выполнения типовых запросов и впервые выведены аналитические соотношения для оценки временных и стоимостных характеристик достижимости цели и преодоления априорной неопределенности.
4. Предложен оригинальный алгоритм планирования действий
интеллектуальных информационных агентов для гетерогенных сетей, который
реализует генерацию множества частично-упорядоченных планов с обратной
связью; расширение планов с учетом возможной реплицированности
информации; вычисление оценок характеристик планов на основе полученных
аналитических выражений; свертку планов согласно предложенному базовому набору типовых запросов; отбор допустимых планов в соответствии с заданными временными и стоимостными ограничениями, выбор наилучшего плана. Алгоритм оригинален по составу и характеру реализуемых процедур. 5. Разработана функциональная спецификация и архитектура интеллектуального агента для гетерогенных сетей, которые в отличие от известных реализаций обеспечивают адаптируемость, переносимость, и масштабируемость решения задач сбора информации.
Практическая значимость и результаты внедрения. Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты служат теоретической основой при построении программ-планировщиков для информационно-поисковых систем, ориентированных на работу с разнородными информационными источниками. Причем наибольшую практическую ценность представляют:
-
Сформированные функциональные спецификации, базовая архитектура и рекомендации по выбору инструментария, позволяющие построить надежный, масштабируемый и переносимый комплекс программных средств с интегрированным планировщиком сбора информации.
-
Разработанный комплекс информационных агентов, реализованный с учетом специфики гетерогенных сетей и позволяющий применить предложенные аналитические модели, архитектурные решения и алгоритмы для решения практических задач по организации унифицированных систем сбора информации. Созданный комплекс целесообразно использовать для построения разноплановых информационно-поисковых систем для корпоративных сетей и сети Internet.
Реализация работы выразилась в использовании алгоритмов и программных средств, основанных на научных выводах, моделях, спецификациях и рекомендациях для:
- создания комплекса интеллектуальных информационных агентов и его
успешной адаптации для обеспечения мониторинга сервисов сети передачи
электронных платежей Северо-Западного региона России. В ходе опытной
эксплуатации выявлено повышение эффективности мониторинга с
применением комплекса интеллектуальных информационных агентов в
сравнении со стандартными средствами мониторинга;
- обучения студентов по направлению 552800 - Информатика и вычислительная
техника.
Результаты проведенных исследований использованы при разработке системы мониторинга сети передачи электронных платежей Северо-Западного региона России. В условиях реального сопровождения с помощью ИАГС удалось существенно повысить качество сервисов сети по сравнению с мониторингом на основе стандартных средств Nortel.
Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры автоматики и вычислительной техники СПбГТУ.
Представленные внедрения подтверждены актами.
Апробация работы. Основные положения и научные результаты работы докладывались и обсуждались на 9 конференциях:
на научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность-98" (СПбГЭТУ, г.Санкт-Петербург, 1998); -на III Международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии и системы" (Пензенский государственный университет, г.Пенза, 1998);
- на Третьей Санкт-Петербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов
(г.Санкт-Петербург, 1998);
- на межвузовской научной конференции "XXVII неделя науки СПбГТУ"
(СПбГТУ, г.Санкт-Петербург, 1998);
на Третьей Финско-Русской зимней школе-семинаре "Организмы, информация и технология - от данных к пониманию" (Университет Хельсинки, Биологическая станция Университета Хельсинки Тварминне, Финляндия, 1999);
на VI Международной научно-методической конференции "Высокие интеллектуальные технологии образования и науки" (г.Санкт-Петербург, 1999);
на межвузовской научной конференции "XXVIII неделя науки СПбГТУ" (СПбГТУ, г.Санкт-Петербург, 2000);
на Международной научно-технической научной конференции "Пятьдесят лет развития кибернетики"(СПбГТУ, г.Санкт-Петербург, 1999);
на Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям (СПбГЭТУ, г.Санкт-Петербург, 2000).
Публикации. Основные результаты работы представлены в 16 публикациях, в том числе в девяти статьях, включая пять статей в иностранных источниках.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 68 наименований, и приложений. Материал работы изложен на 184 страницах машинописного текста, основное содержание - на 170 страницах. Работа содержит 44 рисунка и 22 таблицы.