Введение к работе
Автоматизированные системы научных исследований, проектирования и обучения методам моделирования реальных или гипотетических объектов широко используются в настоящее время во многих предметных областях (ПО). Неотъемлемой компонентой таких систем является интерфейс, обеспечивающий взаимодействие пользователя с подсистемами накопления и пополнения знаний. Эффективность применения систем при решении конкретных классов предметных задач во многом определяется поддерживаемым интерфейсом языком описания задач (ЯОЗ). Несоответствие понятий ЯОЗ понятиям профессионального языка, естественно сложившегося в той предметной области, которой принадлежит решаемая задача, приводит к:
трудности идентификации семантических ошибок в модели и их интерпретации в категориях предметной области,
ненадежности (неадекватности) модели,
большим срокам разработки моделей,
сложности понимания моделей исследователем, не обладающим знанием языкового интерфейса.
Кроме того, употребление ЯОЗ связано с трудностями обработки описаний исследуемых объектов. В типичных ситуациях, когда объем описаний составляет сотни и тысячи строк, ввод и редактирование текста, поиск и устранение ошибок, заключающихся в неверном употреблении терминов и синтаксических конструкций языка, занимает значителыгую часть времени решения предметных задач.
Необходимость в предоставлении исследователю средств создания и преобразования описаний задач на предметном уровне, учитывающих профессиональный кругозор и терминологию, не требующих знаний о технологических аспектах моделирования, определяет актуальность проблемы создания предметно-ориентированных интеллектуальных интерфейсов.
Рассмотрение интерфейса пользователя АСНИ как объекта исследования выделяет в его составе инкапсулирующую языковый аспект компоненту: лингвистический процессор.
Основной целью диссертационной работы является разработка методов, алгоритмов и универсальных инструментальных средств создания лингвистических процессоров, обеспечивающих эффективное использование предметно-ориентированных языков описания задач в автоматизированных системах науч-
ных исследований, а также проектирования и обучения.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи исследования:
-
Систематизация предметно-ориентированных интеллектуальных интерфейсов автоматизированных систем научных исследований, проектирования и обучения, а также методов и средств их спецификации и реализации.
-
Построение математической модели предметно-ориентированных языков описания задач.
-
Разработка методов спецификации предметно-обусловленных свойств языков описания задач.
-
Разработка универсальных структуры и алгоритмов функционирования лингвистических процессоров, обеспечивающих эффективное использование ЯОЗ.
-
Разработка алгоритмов автоматического построения лингвистических процессоров по заданным спецификациям ЯОЗ.
-
Создание системы автоматизированного построения предметно-ориентированных лингвистических процессоров, реализующей разработанные методы и алгоритмы.
-
Создание с использованием разработанных средств лингвистических процессоров для автоматизированных систем научных исследований, проектирования и обучения различной предметной направленности.
Научная новизна работы заключается в следующем:
сформулирована модель предметно-ориентированных языков описания задач, расслаивающая их свойства на шесть уровней: предметно-независимый, символьный, лексический, синтаксический, семантический, информационный;
разработаны новые методы спецификации ЯОЗ, основанные на предложенном расслоении и позволившие создать метаязык описания предметно-обусловленных свойств ЯОЗ, отличающийся от известных более высоким концептуальным уровнем, лаконичностью и надежностью;
разработаны методы интерпретации аспектов описаний предметных задач, соответствующих введенным языковым уровням, отличающиеся большей вычислительной эффективностью;
разработаны методы перманентного контроля корректности и автоматизированного преобразования описаний задач на каждом г из введенных языковых уровней.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе прове-
денных исследований разработана система автоматизированного построения лингвистических процессоров, отличающаяся от известных тем, что:
генерируемые лингвистические процессоры (ЛП) обеспечивают функционально новые возможности перманентного контроля и автоматизированного преобразования текста, снижающие трудоемкость создания корректных языковых описаний предметных задач;
используемый метаязык спецификации предметно-ориентированных ЯОЗ обладает более высоким концептуальным уровнем, чем метаязыки известных систем, что снижает сложность разработки ЛП.
Реализация результатов. Разработанные в диссертации методы и алгоритмы внедрены в учебный процесс специальностей 22.02 и 01.02 Самарского государственного аэрокосмического университета, специальности 23.05 Поволжского института информатики, радиотехники и связи, специальности 01.02 Самарского муниципального комплекса непрерывного образования "Университет Наяновой".
Работа выполнялась по программам:
российская научно-техническая программа «Перспективные информационные технологии в высшей школе», целевая подпрограмма «Автоматизация научных исследований» (1992-94 гг.),
по гранту, выданному на тему «Предметно-ориентированное конструирование языков моделирования для компьютерных исследований сложных систем» (1994-95 гг.).
Основные положения, выносимые на защиту и развиваемые в диссертационной работе:
-
С ростом сложности задач исследования повышение уровня предметной ориентации интерфейса пользователя АСНИ является единственным способом, позволяющим обеспечить качественно новый уровень исследования, не требующий от пользователя специальной квалификации в области инструментальных средств программирования и моделирования.
-
Лингвистический процессор АСНИ, обеспечивающий использование предметно-ориентированного языка, должен предоставлять комплекс средств автоматизированного контроля корректности, создания и преобразования описаний задач.
-
Потребность в эволюционном развитии предметно-ориентированных ЯОЗ должна удовлетворяться развитием методов и средств их послойной спецификации и интерпретации.
-
В работах по созданию предметно-ориентированных языковых интерфей-
сов ЯОЗ должен рассматриваться как совокупность следующих слоев свойств: предметно-независимых, символьных, лексических, синтаксических, семантических, "информационных. Такая структура предоставляет необходимую основу для спецификации языка, осуществления перманентного контроля и автоматизированного преобразования описаний предметных задач.
5) Лингвистические процессоры должны создаваться автоматически по заданной спецификации предметно-обусловленных свойств ЯОЗ. Метаязык системы автоматизированного построения ЛП должен обладать высоким концептуальным уровнем и обеспечивать на этой основе сокращение сложности создания надежного программного продукта, а также возможность его эволюционного развития.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1-ой Поволжской научно-технической конференции «Научно-исследовательские разработки и высокие технологии двойного применения» (г. Самара, 1995 г.), IV Всероссийской конференции «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования» (г. Тамбов, 1995 г.), Международной научно-технической конференции «Интерактивные системы: проблемы человеко-компьютерного взаимодействия» (г. Ульяновск, 1995 г.), выставке «Интеллектуальные информационные системы» при Международной научно-технической конференции (г. Ульяновск, 1995 г.), Международной научно-технической конференции «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники» (г. Егорьевск, 1995 г.), научно-технической конференции «Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении» (г. Самара, 1995 г.), 3-ей Международной конференции «Математика, компьютер, образование» (г. Дубна, 1996 г.), 4-ой Международной конференции «Математика, компьютер, образование» (г. Пущино, 1997 г.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем» (г. Пенза, 1996 г.), научно-технической конференции «Автоматизированные информационные системы при строительстве и эксплуатации зданий, сооружений и объектов жизнеобеспечения» (г. Самара, 1996 г.), научно-методической конференции «Интенсивные технологии обучения в подготовке специалистов» (г. Самара, 1996 г.), Всероссийской конференции молодых ученых «Математическое моделирование физико-механических процессов» (г.Пермь, 1996 г.), Всероссийской студенческой научной конференции «Королевские чтения» (г. Самара, 1995 г.), научно-методической конференции
«Формы и методы организации учебного процесса в современных условиях» (г. Сызрань, 1996 г.), XXII молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (г. Москва, 1996 г.), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (г. Таганрог, 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатных работ, в том числе 5 статей, 15 тезисов докладов, 2 научно-технических отчета, 1 учебное пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Объем работы 143 страниц основного текста, включая 20 рисунков и 4 таблиц. Список литературы содержит 158 наименований.