Удк 004. 82 Об одном семействе интеллектуальных информационных систем, применяемых в качестве учебных сред icon

Удк 004. 82 Об одном семействе интеллектуальных информационных систем, применяемых в качестве учебных сред



Смотрите также:
Удк 004. 89: 616 принципы структурной организации информации при построении медицинских...
Исследование параметрических моделей и общих уравнений чувствительности информационных систем...
Удк 004. 838: 004. 853: 004. 855. 5 Об одном подходе к порождению гипотез в дсм-методе...
Учебная программа по дисциплине теория информационных процессов и систем клименко И. С...
Рабочая программа для студентов 1 Vкурса специальности 190701...
Рабочая программа информационные технологии в профессиональной деятельности По специальности...
Дать комплекс систематических знаний по основным понятиям интеллектуальных информационных систем...
Удк 004. 89+004. 912+004. 5+004. 93’1+519...
Учебно-методический комплекс по дисциплине Информационное обеспечение абис для студентов...
Учебная программа дисциплины сд. Ф. 01 Проектирование информационных систем...
Справка по вопросу «Об организации и проведении учебных и производственных практик на факультете...
Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений...



скачать
УДК 004.82

ОБ ОДНОМ СЕМЕЙСТВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНЫХ СРЕД

А.С.Миронов1

В работе рассматриваются вопросы организации, реализации и применения статических банков знаний – интеллектуальных информационных систем, обеспечивающих формирование ответов на запросы пользователей посредством выполнения специализированных процедур обработки знаний. Эти системы нашли свое применение в обучении в качестве учебных сред. Инструментальным средством, используемым для их создания является оболочка.

Введение

Статические банки знаний (СБЗ) могут быть определены как интеллектуальные информационные системы, реализующие запросно-ответное отношение между языком запросов Lq и языком ответов La [Цаленко, 1989] путем поиска и логической обработки знаний о моделируемых в их базах знаний статических предметных областях (ПО).

Основными компонентами СБЗ [Миронов, 2004] являются: интерфейс пользователя, механизм обработки знаний и база знаний. Запросы, поступающие на вход СБЗ, анализируются с целью запуска на выполнение специализированных процедур обработки знаний, составляющих механизм обработки знаний. В результате выполнения этих процедур над базами знаний СБЗ формируются выдаваемые пользователям ответы.

^ 1. Система представления и обработки знаний в СБЗ

Основной проблемой, решаемой в процессе создания СБЗ, является проблема разработки формальных средств представления и обработки знаний, т.е. разработки метаонтологической системы для определенного класса ПО, на представление и обработку знаний о которых, ориентированы СБЗ [Миронов, 2007].

Класс ПО, на которые ориентированы СБЗ, может быть условно назван функциональными средами (ФС). Метаонтология таких ПО определяется типами сущностей, которые характерны для этих ПО и типами возможных отношений на множестве этих сущностей. Модель O метаонтологии таких ФС может быть представлена следующим образом:

O = <E, R, F>,

где E  конечное множество типов сущностей; R  конечное множество типов отношений на E; F  конечное множество фреймов, используемых для описания различных типов сущностей из E.

Множество типов сущностей E включает в себя такие сущности, как объекты и состояния объектов (в которые объекты переходят в результате выполнения действий над ними), действия и события (определяющие выполнение действий над объектами), а также процессы решения задач.

Множество типов отношений R включает в себя характеристики сущностей того или иного типа, а также связи между сущностями как одного типа, так и между сущностями различных типов.

Метаонтологическая система , используемая для представления и обработки знаний о таких ПО, как ФС, определяется их метаонтологией и ассоциированным с ней механизмом обработки знаний:

= < O, >,

где O  модель метаонтологии;  модель механизма обработки знаний, ассоциированного с моделью метаонтологии O.

Модель метаонтологии O, в свою очередь, следует рассматривать как объединение модели метаонтологии понятий O, определяющей понятийные компоненты ПО (знания о понятиях ПО) и модели метаонтологии задач O, определяющей проблемные компоненты ПО (знания о решаемых в ПО задачах).

Модель механизма обработки знаний , таким же образом, следует рассматривать как объединение модели обработки знаний о понятиях и модели обработки знаний о решаемых задачах .

2. Представление и обработка знаний о понятийных компонентах ПО в СБЗ

Содержанием понятийных компонентов таких ПО, как ФС, являются знания об объектах и их состояниях, а также о действиях и их реализациях (выполнении над объектами), называемых событиями.

Представляются знания о понятийных компонентах таких ПО с помощью специальных фреймов, предназначенных для описания перечисленных выше сущностей.

Фрейм-прототип, используемый для описания сущностей того или иного типа, определяется совокупностью характеристик и отношений, присущих сущностям этого типа. Набор таких фреймов-прототипов позволяет моделировать понятийные компоненты ПО в виде структурированных семантических сетей, определяемых конечными множествами фреймов-экземпляров.

Фрейм-прототип, используемый для описания объектов ПО, определяется совокупностью характеристик объектов и отношений на их множестве. Основными слотами, входящими в данный фрейм, являются: определение, структура, часть, целое, экземпляр, подпонятие, надпонятие.

Фрейм-прототип, используемый для описания состояний объектов ПО, определяется совокупностью характеристик состояний объектов и отношений на их множестве. Основными слотами, входящими в данный фрейм, являются: определение, субъект, локализация, модификация.

Фрейм-прототип, используемый для описания действий ПО, определяется совокупностью характеристик действий и отношений на их множестве. Основными слотами, входящими в данный фрейм, являются: определение, подпонятие, надпонятие.

Фрейм-прототип, используемый для описания событий ПО, определяется совокупностью характеристик событий и отношений на их множестве. Основными слотами, входящими в данный фрейм, являются: определение, действие, объект, субъект, цель, условие, результат, подпонятие, надпонятие, причина, следствие, раньше, позже, одновременно, однотипно, разнотипно, эквивалентно, противоположно.

Целью обработки знаний о понятийных компонентах ПО в СБЗ является формирование ответов на запросы пользователей следующих двух видов:

- запросы, ответы на которые требуют спецификации характеристик сущностей;

- запросы, ответы на которые требуют вычисления отношений на множестве сущностей.

К первому виду запросов относятся запросы о значениях различных характеристик объектов и событий. Формирование ответов на запросы данного вида реализуется с помощью специализированной процедуры спецификации (VAL-процедуры) путем выполнения поиска значений тех или иных слотов во фреймах-экземплярах базы знаний.

Ко второму виду запросов относятся запросы о сравнении событий, о связях между событиями и об анализе событий. Такие запросы предполагают вычисление различных отношений на множестве событий, а также на множестве их субъектов. Формирование ответов на такие запросы осуществляется посредством вывода на знаниях, реализуемого путем выполнения продукционных правил вида:

A1, A2, …, An B1, B2, …, Bm

Здесь A1, A2, …, An – основания; B1, B2, …, Bm – следствия; – символ продукции.

Вывод ответов на запросы о сравнении событий осуществляется специализированной процедурой сравнения (^ CMP-процедурой) по следующим правилам:

1.Если результат реализации события Еi идентичен результату реализации события Еj, то событие Еi эквивалентно событию Еj.

2.Если цель реализации события Еi симметрична цели реализации события Еj, то событие Еi противоположно событию Еj.

3.Если действия и объекты, определяющие события Ei и Ej идентичны, то субъекты этих событий однотипны.

4.Если действия или объекты, определяющие события Еi и Еj различны, то субъекты этих событий разнотипны.

Вывод ответов на запросы о связях между событиями осуществляется специализированной процедурой ассоциирования (^ ASS-процедурой) по следующим правилам:

1.Если результат реализации события Еi согласуется с условиями реализации события Еj, то событие Еi первично и всегда предшествует событию Еj.

2.Если условия реализации события Еi согласуются с результатом реализации события Еj, то событие Еi вторично и всегда следует за событием Еj.

Вывод ответов на запросы об анализе событий осуществляется специализированной процедурой анализа (^ ANS-процедурой) по следующим правилам:

1.Если условия реализации события Еi согласуются с результатами реализации события Еj, то событию Еi должно предшествовать событие Еj.

2.Если результат реализации события Еi согласуется с условиями реализации события Еj, то за событием Еi может следовать событие Еj.

3. Представление и обработка знаний о проблемных компонентах ПО в СБЗ

Содержанием проблемных компонентов таких ПО, как ФС, являются знания о процессах, под которыми понимаются упорядоченные совокупности событий и/или других процессов, которые реализуются в целях решения тех или иных задач (проблем). Представляются знания о проблемных компонентах таких ПО с помощью специального фрейма-сценария.

Фрейм-сценарий, используемый для описания процессов решения задач (или более кратко – фрейм для описания задач (фрейм задач)), определяется совокупностью характеристик задач и отношений на множестве задач. Он включает в себя слот-определение и пронумерованные слоты редукции задачи к подзадачам. Нумерация этих слотов определяет последовательность, в которой подзадачи должны решатся для получения решения исходной задачи (исходной редуцируемой задачи).

Использование такого фрейма позволяет описывать планы решения различных задач и моделировать проблемные компоненты ПО в виде древовидных сетей редукции, определяемых конечными множествами экземпляров фреймов-сценариев.

Вершины высшего иерархического уровня таких сетей соответствуют целевым задачам, решаемым в ПО. На более низких иерархических уровнях располагаются вершины, соответствующие подзадачам, которые необходимо решить для получения решений целевых задач, включая вершины соответствующие тривиальным (элементарным) задачам, решения которых известны и сводятся к упорядоченным совокупностям событий.

Для описания планов решения целевых задач тех или иных семейств используются единые совокупности подзадач, которые совместно с целевыми задачами организуются таким образом, что любая целевая задача будет решена в том случае, если будут решены соответствующие ей подзадачи (т.е. любая целевая задача семейства, в конечном счете, будет решена в том случае, если она сводима к элементарным подзадачам).

Такой подход, в сочетании с возможностями преобразования планов решения одних подзадач в планы решения других, однотипных, позволяет достаточно эффективно решать вопросы представления и обработки знаний о проблемных компонентах ПО в СБЗ.

Основной целью обработки знаний о проблемных компонентах ПО в СБЗ является (помимо автоматической выдачи общей информации о той или иной задаче) формирование ответов на запросы пользователей, требующие синтеза планов действий для решения тех или иных задач (т.е. формирования упорядоченных совокупностей событий, обеспечивающих эти решения). Формирование ответов на запросы данного вида осуществляется посредством вывода на знаниях, реализуемого путем выполнения определяемых с помощью экземпляров фреймов задач редукционных правил вида:

P P1, P2,…, Pn

Здесь P – задача; P1, P2,…, Pn – упорядоченная совокупность подзадач, к решению которых сводится решение задачи P; – символ редукции.

Синтез плана действий для решения некоторой задачи осуществляется процедурой планирования (SLV-процедурой) путем редуцирования всех необходимых для этого подзадач вплоть до уровня элементарных, которым соответствуют упорядоченные совокупности событий. Сами синтезируемые планы представляют собой упорядоченные композиции таких совокупностей.

Выполняемые в ходе редуцирования преобразования планов решения одних подзадач в другие (если это предусмотрено) реализуются путем выполнения трансформационных правил вида:

C  [C,]C1, C2,…, Ck

Здесь C – элемент плана решения задачи; C1, C2,…, Ck – упорядоченная совокупность элементов, которыми дополняется или на которые заменяется элемент C (квадратные скобки указывают на отсутствие, в случае замены, элемента, в них заключенного);  – символ трансформации.

Для пояснения вышеизложенного рассмотрим пример выполнения синтеза планов действий для решения задач P1, P2, P3, семейство которых описывается следующей системой редукционных и продукционных правил:

P1 P11, P12, P13

P2 P 21, P12, P13

P3 P21, P12, P33

P11 E1, E2

P12 E3

P13 E4, E5

P21 P11 { E2  E2, E6 }

P33 P13 { E4  E4, E7 }


Здесь маркер “”, фигурирующий в правых частях двух последних выражений, указывает на необходимость преобразования планов решения задачи P11 и задачи P13 путем выполнения трансформационных правил, определенных в фигурных скобках.

Цепочка вывода, выполняемого в целях синтеза плана действий для решения задачи P1, выглядит следующим образом:

P1 (P11, P12, P13) (E1, E2, P12, P13) (E1, E2, E3, P13) (E1, E2, P13, E4, E5)

Цепочка вывода, выполняемого в целях синтеза плана действий для решения задачи P2, будет выглядеть следующим образом:

P2 (P21, P12, P13) (P11 , P12, P13) (P11 , E3, P13) (P11 , E3, E4, E5) (E1, E2, E6, E3, E4, E5)

И, наконец, цепочка вывода, выполняемого в целях синтеза плана действий для решения задачи P3, будет выглядеть так:

P3 (P21, P12, P33) (P11 , P12, P33) (P11 , E3, P33) (P11 , E3, P13 ) (E1, E2, E6, E3, P13 ) (E1, E2, E6, E3, E4, E7, E5)

Элементы в заключительных выражениях цепочек, как можно видеть, представляют собой упорядоченные совокупности событий, вошедшие в синтезированные планы действий.

^ 4. Практическое применение СБЗ

СБЗ нашли свое применение в обучении в качестве учебных сред. Организация процесса изучения той или иной ПО, с помощью СБЗ, базируется на применении подхода, сущность которого состоит в том, что вся информация об изучаемой ПО "привязывается" к специально выделенным в ней "базовым" объектам (сущностям, определяющим основное содержание этой ПО). О каждом из таких объектов в базе знаний системы организуется необходимая информация, представляемая с помощью соответствующих фреймов-экземпляров.

В процессе изучения ПО пользователь обращается к системе за этой, а также за логически выводимой из нее информацией, путем формулировки различных запросов относительно базовых объектов ПО. Ответы на эти запросы формируются в результате выполнения соответствующих процедур механизма обработки знаний.

Если такой ПО является, например, язык процедурного программирования, то на начальный момент его изучения, пользователь, естественно, интересуется общими сведениями о языке, сведениями о его алфавите, константах, переменных, и т.п.. Он, в соответствии с этим, в ходе диалога с системой, формулирует запросы относительно этих объектов. Ответы на такие запросы формируются системой в результате поиска информации в соответствующих фреймах-экземплярах базы знаний.

Далее пользователь начинает изучать операторы языка программирования и здесь у него, кроме потребности ознакомления с операторами, появляется необходимость в их сравнении, выявлении связей между их выполнением, анализе их выполнения. Пользователь формулирует запросы о вычислении интересующих его отношений между теми или иными операторами. Система, в ответ на такие запросы, выдаёт искомую информацию в результате выполнения специализированных процедур вычисления различных отношений.

При переходе к изучению программ, позволяющих решать те или иные задачи, пользователь формулирует запросы, касающиеся реализации этих программ на изучаемом языке программирования. Ответы на такие запросы формируются системой в результате выполнения процедуры планирования решения задач, обеспечивающей синтез текстов интересующих пользователя программ.

^ 5. Инструментальные средства создания СБЗ

Инструментальные средства, используемые для создания СБЗ, представляют собой оболочку, основными компонентами которой являются: пользовательский интерфейс, механизм обработки знаний, пустая база знаний и редактор базы знаний. Создание приложения заключается в формировании базы знаний и настройке интерфейса.

Заключение

В работе описан подход к организации, представлению и обработке знаний, реализации и применению СБЗ – семейства интеллектуальных информационных систем, нашедших свое практическое применение в обучении в качестве учебных сред. Дано краткое описание инструментальных средств и технологии создания этих систем.

^ Список литературы

[Цаленко, 1989] Цаленко М.Ш. Моделирование семантики в базах данных. – М.: Наука, 1989.

[Миронов, 2004] Миронов А.С. Статические банки знаний: организация, реализация и применение. Труды 9-й национальной конференции по искусственному интеллекту с международным участием “КИИ-2004”. М.: Физматлит . 2004. Т.2.

[Миронов, 2007] Миронов А.С. Представление и обработка знаний в статических банках знаний (онтологический подход) // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2007. №1.

Заявка на участие

1.Миронов Александр Сергеевич

2.Московский государственный университет приборостроения и информатики

3.к.т.н., проф. каф. ИТ-4, член РАИИ

4.E-mail: Mironov123@yandex.ru

5.Участие с докладом на секции «Прикладные, инструментальные и обучающие системы»

1 107846, Москва,ул. Стромынка 20, МГУПИ, Mironov123@yandex.ru




Скачать 247,8 Kb.
оставить комментарий
Дата16.10.2011
Размер247,8 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх