Файл: Разновидности интеллектуальных информационных систем (Разработка и проектирование интеллектуальных информационных систем).pdf

1.2 Особенности и признаки интеллектуальности информационных систем

Любая информационная система (ИС) выполняет следующие функции: воспринимает вводимые пользователем информационные запросы и необходимые исходные данные, обрабатывает введенные и хранимые в системе данные в соответствии с известным алгоритмом и формирует требуемую выходную информацию. С точки зрения реализации перечисленных функций ИС можно рассматривать как фабрику, производящую информацию, в которой заказом является информационный запрос, сырьем - исходные данные, продуктом - требуемая информация, а инструментом (оборудованием) - знание, с помощью которого данные преобразуются в информацию.

Знание имеет двоякую природу: фактуальную и операционную.

Фактуальное знание - это осмысленные и понятые данные. Данные сами по себе - это специально организованные знаки на каком-либо носителе.

Операционное знание - это те общие зависимости между фактами, которые позволяют интерпретировать данные или извлекать из них информацию. Информация по сути - это новое и полезное знание для решения каких-либо задач.

Часто фактуальное знание называют экстенсиональным oc (детализированным), oc а oc операционное oc знание oc – oc интенсиональным oc (обобщенным).

Процесс oc извлечения oc информации oc из oc данных oc сводится oc к oc адекватному oc соединению oc операционного oc и oc фактуального oc знаний oc и oc в oc различных oc типах oc ИС oc выполняется oc по-разному. oc Самый oc простой oc путь oc их oc соединения oc заключается oc в oc рамках oc одной oc прикладной oc программы:

Программа oc = oc Алгоритм oc (Правила oc преобразования oc данных oc + oc Управляющая oc структура) oc + oc Структура oc данных. oc [3, oc стр. oc 18]

Таким oc образом, oc операционное oc знание oc (алгоритм) oc и oc фактуальное oc знание oc (структура oc данных) oc неотделимы oc друг oc от oc друга. oc Однако, oc если oc в oc ходе oc эксплуатации oc ИС oc выяснится oc потребность oc в oc модификации oc одного oc из oc двух oc компонентов oc программы, oc то oc возникнет oc необходимость oc ее oc переписывания. oc Это oc объясняется oc тем, oc что oc полным oc знанием oc проблемной oc области oc обладает oc только oc разработчик oc ИС, oc а oc программа oc служит oc «недумающим oc исполнителем» oc знания oc разработчика. oc Конечный oc же oc пользователь oc вследствие oc процедурности oc и oc машинной oc ориентированности oc представления oc знаний oc понимает oc лишь oc внешнюю oc сторону oc процесса oc обработки oc данных oc и oc никак oc не oc может oc на oc него oc влиять.

Следствием oc перечисленных oc недостатков oc является oc плохая oc жизнеспособность oc ИС oc или oc неадаптивность oc к oc изменениям oc информационных oc потребностей. oc Кроме oc того, oc в oc силу oc детерминированности oc алгоритмов oc решаемых oc задач oc ИС oc не oc способна oc к oc формированию oc у oc пользователя oc знания oc о oc действиях oc в oc не oc полностью oc определенных oc ситуациях.

В oc системах, oc основанных oc на oc обработке oc баз oc данных oc (СБД oc - oc Data oc Base oc Systems), oc происходит oc отделение oc фактуального oc и oc операционного oc знаний oc друг oc от oc друга. oc Первое oc организуется oc в oc виде oc базы oc данных, oc второе oc - oc в oc виде oc программ. oc Причем oc программа oc может oc автоматически oc генерироваться oc по oc запросу oc пользователя oc (например, oc реализация oc SQL oc или oc QBE oc запросов). oc В oc качестве oc посредника oc между oc программой oc и oc базой oc данных oc выступает oc программный oc инструмент oc доступа oc к oc данным oc - oc система oc управления oc базой oc данных oc (СУБД): oc СБД oc = oc Программа oc <=> oc СУБД oc <=> oc База oc данных.

Концепция oc независимости oc программ oc от oc данных oc позволяет oc повысить oc гибкость oc ИС oc по oc выполнению oc произвольных oc информационных oc запросов. oc Однако, oc эта oc гибкость oc в oc силу oc процедурности oc представления oc операционного oc знания oc имеет oc четко oc определенные oc границы. oc Для oc формулирования oc информационного oc запроса oc пользователь oc должен oc ясно oc представлять oc себе oc структуру oc базы oc данных oc и oc до oc определенной oc степени oc алгоритм oc решения oc задачи. oc Следовательно, oc пользователь oc должен oc достаточно oc хорошо oc разбираться oc в oc проблемной oc области, oc в oc логической oc структуре oc базы oc данных oc и oc алгоритме oc программы. oc Концептуальная oc схема oc базы oc данных oc выступает oc в oc основном oc только oc в oc роли oc промежуточного oc звена oc в oc процессе oc отображения oc логической oc структуры oc данных oc на oc структуру oc данных oc прикладной oc программы.

Общие oc недостатки oc традиционных oc информационных oc систем, oc к oc которым oc относятся oc системы oc первых oc двух oc типов, oc заключаются oc в oc слабой oc адаптивности oc к oc изменениям oc в oc предметной oc области oc и oc информационным oc потребностям oc пользователей, oc в oc невозможности oc решать oc плохо oc формализуемые oc задачи, oc с oc которыми oc управленческие oc работники oc постоянно oc имеют oc дело. oc Перечисленные oc недостатки oc устраняются oc в oc интеллектуальных oc информационных oc системах oc (ИИС).

Анализ oc структуры oc программы oc показывает oc возможность oc выделения oc из oc программы oc операционного oc знания oc (правил oc преобразования oc данных) oc в oc так oc называемую oc базу oc знаний, oc которая oc в oc декларативной oc форме oc хранит oc общие oc для oc различных oc задач oc единицы oc знаний. oc При oc этом oc управляющая oc структура oc приобретает oc характер oc универсального oc механизма oc решения oc задач oc (механизма oc вывода), oc который oc связывает oc единицы oc знаний oc в oc исполняемые oc цепочки oc (генерируемые oc алгоритмы) oc в oc зависимости oc от oc конкретной oc постановки oc задачи oc (сформулированной oc в oc запросе oc цели oc и oc исходных oc условий). oc Такие oc ИС oc становятся oc системами, oc основанными oc на oc обработке oc знаний oc (СБЗ oc - oc Knowledge oc Base oc (Based) oc Systems): oc СБЗ oc = oc База oc знаний oc <=> oc Управляющая oc структура oc <=> oc База oc данных. oc [2, oc стр. oc 24]

Следующим шагом в развитии интеллектуальных информационных систем является выделение в самостоятельную подсистему или репозиторий метазнания, описывающего структуру операционного и фактуального знания и отражающего модель проблемной области. В таких системах и программы, и структуры данных генерируются или компонуются из единиц знаний, описанных в репозитории, каждый раз при изменении модели проблемной области.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2.1 Этапы проектирования интеллектуальных систем

Проектирование интеллектуальных систем oc – oc это oc итеративный oc и oc эволюционный oc процесс, oc в oc котором oc участвуют oc несколько oc специалистов: oc эксперт, oc обладающий oc знаниями oc о oc предметной oc области oc и oc желающий oc помочь oc работе oc по oc созданию oc системы, oc а oc также oc специалисты oc в oc области oc искусственного oc интеллекта oc — oc инженеры oc знаний, oc аналитики oc и oc программисты. oc В oc зависимости oc от oc объема oc и oc трудоемкости oc работ oc группа oc может oc состоять oc из oc трех oc — oc шести oc человек.

При oc оценке oc проблемной oc области oc на oc этапе oc проектирования oc интеллектуальных oc систем oc необходимо oc учитывать oc следующие oc факторы: oc легкость oc сбора oc данных, oc представимость oc данных, oc оправданность oc затрат oc на oc разработку oc интеллектуальных oc систем, oc наличие oc экспертов, oc наличие oc необходимых oc ресурсов oc (компьютеров, oc программистов, oc программного oc обеспечения oc и oc т. oc д.).

После oc анализа oc проблемной oc области oc и oc определения oc целесообразности oc внедрения oc интеллектуальной oc системы oc в oc этой oc сфере oc приступают oc непосредственно oc к oc проектированию oc системы.

Существуют oc различные oc взгляды oc на oc определение oc числа oc этапов oc проектирования oc интеллектуальных oc систем. oc Это oc зависит oc от oc многих oc факторов, oc в oc частности oc от oc характера oc функций oc будущей oc интеллектуальной oc системы, oc области oc использования, oc наличия oc развитых oc инструментальных oc средств oc и oc т. oc д.

Процесс oc построения oc систем oc разделяется oc на oc пять oc этапов oc (рис. oc 2):

1. oc Идентификация oc определения oc задач oc и oc идентификация oc их oc характеристик. oc На oc этом oc этапе oc устанавливаются oc задачи, oc которые oc предполагается oc решать, oc их oc характеристики oc и oc особенности. oc Разрабатывается oc техническое oc задание oc на oc проектируемую oc систему. oc Далее oc очерчивается oc круг oc пользователей oc системы. oc Эти oc сведения oc помогут oc в oc дальнейшем oc правильно oc определить oc область oc знаний oc эксперта, oc определить oc функции oc системы oc и, oc как oc следствие, oc уровень oc необходимых oc знаний. oc В oc результате oc вырабатываются oc определенные oc требования.

2. oc Выделение oc главных oc концепций oc предметной oc области, oc которые oc отражают oc знания oc круга oc экспертов. oc Это oc дает oc возможность oc анализировать oc тип oc знаний, oc которыми oc оперирует oc эксперт oc в oc процессе oc принятия oc решений. oc Инженер oc знаний oc определяет oc формальные oc средства oc представления oc знаний oc и oc процедуры oc получения oc решений, oc в oc наибольшей oc степени oc соответствующие oc характеру oc рассуждений oc эксперта oc при oc выводе oc решения.

Таким oc образом, oc в oc результате oc выполнения oc этого oc этапа oc выявляется oc и oc формулируются oc понятия, oc определяющие oc выбор oc характерной oc схемы oc представления oc знаний oc эксперта oc о oc предметной oc области.

3. oc Выбор oc формализма oc представления oc знаний oc и oc определение oc механизма oc вывода oc решений. oc Эти oc компоненты oc моделирования oc в oc значительной oc степени oc влияют oc на oc успешное oc решение oc поставленной oc задачи oc по oc проектированию oc системы.

Разработанная oc структура oc для oc представления oc знаний oc является oc основой oc для oc реализации oc следующего oc этапа oc — oc непосредственного oc построения oc базы oc знаний oc системы.

4. oc Выбор oc или oc разработка oc языка oc представления oc знаний. oc После oc того oc как oc правила oc сформулированы oc и oc представлены oc на oc выбранном oc языке oc представления, oc они oc заносятся oc инженером oc знаний oc в oc БЗ.

5. oc Тестирование oc системы.

Работоспособность oc системы oc определяется oc путем oc решения oc конкретных oc проверочных oc задач. oc При oc выявлении oc различных oc недостатков oc происходит oc обращение oc к oc тому oc или oc иному oc этапу oc разработки oc в oc зависимости oc от oc характера oc недостатков. oc При oc отсутствии oc каких-либо oc знаний oc в oc системе oc или oc их oc недостаточной oc определенности oc возвращаются oc к oc этапу oc 4 oc и oc по oc возможности oc вносят oc поправки. oc В oc случае oc если oc какие-либо oc знания, oc представленные oc экспертом oc практически oc невозможно oc представить oc в oc пределах oc формализма oc выбранной oc модели oc представления oc знаний, oc то oc возвращаются oc к oc этапу oc 3 oc и oc выбирают oc альтернативные oc модели oc или oc схемы oc представления oc знаний. oc Возможно, oc что oc причиной oc возврата oc может oc служить oc недостаточно oc адекватный oc базовый oc механизм oc логического oc вывода. oc Возникают oc ситуации, oc когда oc требуется oc переформулирование oc проблемы, oc так oc как oc исходная oc постановка oc задачи oc была oc неправильной. oc [1, oc стр. oc 73]

Рисунок 2 - Этапы проектирования ИИ [1, стр. 74]

Приведенная схема последовательности работ, на наш взгляд, достаточно полно и подробно раскрывает процесс проектирования ИИ, но некоторые важные этапы, связанные с созданием ряда функциональных модулей систем ИИ, не рассмотрены. Более подробный перечень работ при проектировании интеллектуальных систем:

• извлечение знаний из эксперта и передача их системе;
• выбор способа представления знаний в системе;
• выбор стратегии вывода (управления);
• выбор подсистемы объяснения;
• выбор подсистемы взаимодействия с пользователем;
• выбор адекватных средств реализации системы. Однако здесь, уже отсутствуют некоторые важные этапы, описанные выше.

Как уже отмечалось, содержание работ, число этапов проектирования интеллектуальных систем, последовательность их выполнения зависят от целого ряда объективных и субъективных факторов. Однако многие этапы и содержание работ являются общими и необходимыми для интеллектуальных систем практически всех типов. Ниже приводится перечень таких этапов и их составляющих:

1. Описание проблемной области: определение проблемной области, показывающее важность проблемы для всей организации; определение проблемных экспертов, желающих передать экспертизы (знания) базе знаний; подготовка и объявление плана развития.

2. Персонал: определение группы проектировщиков и соответствующих заданий; назначение квалифицированного руководителя проекта; установление и проведение в жизнь твердой линии управления.

3. Принятие проекта: проведение организационного заседания; обсуждение основного подхода к проблеме; подготовка специального плана развития; подготовка к монтажу необходимых технических средств и инструментария.

4. Прототип системы: развитие системного прототипа: тестирование; получение дополнительной информации о проблемной области по результатам тестирования.

5. Развитие полной системы: расширение базы знаний прототипа; оценивание структуры интерфейса пользователя; объединение средств обучения пользователей и документации.

6. Верификация системы: вовлечение в процесс проверки экспертов и потенциальных пользователей; обеспечение функционирования системы в соответствии с проектом.

7. Интеграция системы: выполнение полной системы, как планировалось; обеспечение совместимости и взаимодействия системы с уже действующими.