СППР

Рис. 1.5 Основное содержание этапов построения СППР

32

для описания предметной области. Причём знания представляются в рамках одной из задач, сформулированных на этапе идентификации. Для этого определяются: сетевая модель целевых установок (СМЦУ) задачи; состав объектов, релевантных терминальным подцелям задачи, их классификация в принятой структуре знаний; состав первичных фактов и методы их обработки для формирования суждений в принятой системе объектов.

Трудоёмкость этапа концептуализации обусловлена следующими обстоятельствами. Во-первых, представление СМЦУ требует от эксперта достаточно строгого обоснования стратегии решения задачи и является актом перехода от неформального состояния к его формальной схеме. Вовторых, для этапа выбора первичных фактов в наибольшей мере характерно проявление таких субъективных черт эксперта, как интуиция и предвидение в условиях неполноты данных в системе. И, в-третьих, поскольку синонимические возможности русского языка исключительно велики, требуется забота когнитолога о недопущении неоправданного расширения используемых в системе терминов. Поэтому рекомендуется формировать окончательный вариант СМЦУ после построения "гипотетического" {предполагая известными требуемые исходные данные) алгоритма вывода решения задачи и выбора методов получения неизвестных данных.

Этап формализации. На данном этапе осуществляется описание компонентов знаний о рассматриваемой задаче на принятом языке представления знаний (ЯПЗ) и спецификаций на программные модули, обеспечивающие формирование первичных фактов и выполнение указанных в СМЦУ действий. При выполнении этого этапа когнитолог опирается на список событий и их отыскание.

Может оказаться, что знания, формализованные ранее, противоречат вновь вводимым и требуется их пересмотр. В такой ситуации когнитологу рекомендуется проанализировать эти противоречия и проконсультироваться у эксперта на предмет изменения содержания объектов, релевантных, в первую очередь, последней из формализованных задач.

Этап реализации. На данном этапе нет необходимости обращаться за помощью к эксперту. Основным помощником когнитолога становится программист, который по спецификациям на модули формирования первичных фактов и выполнения действий, составленным на этапе формализации, осуществляет их разработку, отладку и внесение в библиотеку программных модулей (процедурная часть базы знаний), а также согласовывает с администратором системы необходимые доработки общих.инструментальных средств в СППР.

Рис. 1.6 Организация программной поддержки процесса построения СППР

34

Наполнение декларативной части базы знаний рекомендуется проводить в следующей последовательности: формирование описания глобальной целевой установки задачи и возможного диапазона вопросов для обращения к данной целевой установке; последовательное описание целевых установок, подчинённых глобальной цели, и обуславливающих их достижение фактов; образование новых частных примеров объектов; заполнение (корректировка) описаний объектов и привязка первичных фактов к данным. При этом вводимые декларативные знания подвергаются программному контролю не только на отсутствие синтаксических ошибок в формализованных описаниях (удовлетворение правилам построения правильно построенных выражений на ЯПЗ), но и проверка на непротиворечивость и отсутствие синонимии с имеющимися в базе объектами. Параллельно с этим может наполняться процедурная часть базы знаний-

Для обеспечения оперативного удовлетворения информационных потребностей пользователей в декларативной части базы знаний следует предусматривать три уровня представления знаний (рис. 1.6): уровень знаний о составе и структуре метазнаний (каталог словарей-справочников знаний (ССЗ) и каталог атрибутов ССЗ), уровень метазнаний и уровень описания предметной области на ЯПЗ. Однако, как правило, при выполнении этапов концептуализации, формализации и реализации знаний о задачах когнитолог (эксперт) ограничивается просмотром уровня метазнания.

Этап испытания. Данный этап заключается в проверке достаточности (формальной правильности) знаний, накопленных в СППР для решения поставленной задачи и оценке качества (содержательной правильности) этого режима путём проведения с системой серии машинных экспериментов. Кроме того, если реализация знаний о новой задаче сопровождалась модификацией существующей до этого концептуальной модели предметной области, то аналогичным проверкам в новой версии базы знаний подвергаются и те задачи, которые так или иначе затронула эта модификация.

Результаты эксперимента могут быть признаны формально правильными, когда работа СППР вообще заканчивается получением какого-либо решения задачи. Это означает, что имеющихся в системе знаний достаточно для вывода решения, или, если их не хватило, то этот недостаток был устранён путём возвращения к предыдущим этапам построения СППР. Оценка формальной правильности выполняется коґнитологом и программистом. Исходя из обстановки они могут инициировать повторение экспериментов полностью или частично. При этом целесообразно вести протокол работы. Программная поддержка

35

основного содержания протокола обеспечивается подсистемой объяснения.

Проверка содержательной правильности может быть выполнена лишь экспертом. Только он в состоянии определить, можно ли полученные результаты интерпретировать как его решение задачи или их нельзя признать приемлемыми с точки зрения некоторых побочных практических критериев. И здесь может оказаться необходимым повторение эксперимента, причём имеющаяся под рукой протокольная информация может пригодиться для оценки качества решения задачи. Для того, чтобы ускорить этот процесс и глубже вникнуть в предметную область, когнитолог должен не только консультироваться с экспертом, HO и наблюдать за его работой над конкретными задачами, выясняя, почему эксперт выполнил (не выполнил) тот или иной результат её решения.

Этап эксплуатации. На данном этапе проверяется пригодность СППР для конечных пользователей. Здесь система занимается решением всех возможных задач при взаимодействии с пользователями непосредственно на месте их работы. К этому этапу следует переходить лишь после того, как система, по мнению эксперта, будет решать практически все требуемые задачи, чтобы ошибки в решениях не создавали у пользователей отрицательное представление о системе.

Пригодность СППР для пользователей определяется в основном удобством работы с ней и её полезностью. Под полезностью системы понимается способность в ходе диалога определить потребности пользователя, выявить и устранить причины неудач в работе и удовлетворить потребностипользователя.

В процессе эксплуатации, особенно в течение его первоначального этапа - опытной эксплуатации, может потребоваться как доопределение, так и переопределение знаний.

Необходимость доопределения знаний возникает в условиях, когда имеющегося в СППР состава знаний оказывается недостаточно для решения вновь возникающих задач. В этом случае когнитолог уясняет непосредственно на рабочем месте пользователей их понимание сути потребностей задачи, а также формирует списки возможных событий, отражающих динамику развития формализуемого процесса. Полученные при этом документы носят характер рабочих и уточняются в ходе последующего приобретения знаний от эксперта путём возврата к этапу концептуализации.

Изменения во взглядах на содержание предметной области обуславливает необходимость частичного или полного переопределения знаний путём возврата к этапу идентификации. В ходе переопределения знаний проявляется одно из главных преимуществ применения интеллектуальных систем - способность к оперативной адаптации в

36

условиях изменения содержания предметной области, так как эти изменения затрагивают только описание некоторых свойств и закономерностей и не распространяются на общие программные средства манипулирования знаниями.

Таким образом, процесс построения СППР имеет итеративный характер по причине недостаточного уровня его автоматизации. Более радикальным решением проблемы приобретения знаний было бы создание программной системы, способной путём индуктивного вывода из тех же источников, что и эксперт, т.е. из прошлого опыта и специальной литературы, автоматачески наполнять базу знаний. Однако, хота первые подобные программы и существуют, тем не менее решение задачи индуктивного вывода для общего случая автоматического формирования баз знаний даже теоретически пока не найдено. Следует ожидать, что по мере накопления Практического опыта формализации знаний станет возможным создание программных систем, базирующихся на правдоподобном выводе и способных автоматизировать процесс первоначального (для последующей корректировки экспертом) наполнения базы знаний.

1.5.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЁННОЙ СППР

1.5.2.1. Постановка задачи синтеза оптимальной структуры распределённой СППР. Распределённая СППР представляет собой сложную систему с комплексным взаимодействием территориально рассредоточенных локальных СППР и оттого, как эта система организована, в значительной степени зависит её эффективность.

При определении структуры системы производится обоснование решаемых ею задач, выбор алгоритмов их реализации, выбор числа уровней и узлов в системе, распределение задач по узлам (уровням), определение комплекса технических средств [18].

Пусть P - множество возможных принципов π є P построения системы и её элементов; F - множество взаимосвязанных функций, выполняемых системой; А - множество возможных взаимосвязанных элементов системы (локальных СППР).

Тогда, согласно [10], задача синтеза оптимальной (рациональной) структуры распределённой СППР состоит в определении множества принципов построения (π є Р), множества функций, выполняемых системой( f є F(π ), множества элементов, способных реализовать выбранные принципы и выполнить функции (А е А), а также в определении оптимального отображения элементов множества f на

элементы множества А , обеспечивающего требуемые характеристики функционирования системы.

37

При выборе варианта структуры сложной системы возможны два

вида отображения f -> А: первый, когда каждая задача выполняется лишь одним из нескольких возможных узлов системы, и второй, когда задача выполняется несколькими узлами системы. Нас будет интересовать второй случай, так как в распределённой СППР производится декомпозиция исходной задачи на подзадачи, параллельное их решение локальными СППР с последующим агрегированием результатов решения подзадач в общее решение исходной задачи.

Для формализации многокритериальной задачи синтеза оптимальной структуры распределённой СППР введём следующие обозначения:

Ni- множество возможных алгоритмов решения і-й задачи в системе,

| aij |- матрица связи между задачами (задачи і и i" считаются

связанными, если для решения i-й задачи используется информация, являющаяся выходной для i -й задачи, при этом а ii имеет смысл среднего

потока информации от i-й задачи к задаче i"-й; если задачи не связаны, то

a ij= 0);

y j j - матрица затрат на передачу единицы информации изj-ro узла

в j -й; для несвязанных узлов у=∞ ; затраты на передачу информации

между узлами определяются при заданной структуре системы связи;

ml - величина, отражающая характеристики l-го технического средства (например, временные ресурсы, объём памяти и др.);

αijk - эксплуатационные затрата на решения i-й задачи k-м способом

вJ-м узле;

miк - потребность ί-й задачи, решаемой k-м способам в ресурсах

технических средств;

Cljзатраты на эксплуатацию l-го технического средства в j-м узле;

Kl - капитальные затраты на технические средства;

Kjk - затраты на разработку и внедрение i-й задачи в к-м варианте.

Тогда математическую задачу выбора структуры распределённой СППР, минимизирующую затраты на систему с учётом затрат на обмен информацией между задачами, решаемыми на разных уровнях, и затрат на эксплуатацию системы, можно записать следующим образом [18]:

mm

( 1.2)

38

Величина критерия (1.2) определяет эксплуатационные затрата на функционирование системы. Ограничение (1.3) допускает решение i-й задачи в различных узлах системы. Ограничение (1.4) учитывает тот факт, что ресурсы на разработку не должны превышать заданной величины к. Ограничение (1.5) указывает на то, что потребность узлов в ресурсах технических средств для решения задач не должно превышать заданные ресурсы.

Задача в постановке (1.2) - (1.5) является нелинейной задачей математического программирования, решение которой весьма трудоёмкое. Поэтому на практике для решения задачи широко применяется агрегативно-декомпозиционный подход [18], который включает два взаимосвязанных этапа: декомпозицию задачи на ряд частных задач (этапов) и агрегирование (объединение, согласование) частных результатов.

Таким образом, под проектированием оптимальной структуры распределённой СППР будем понимать процесс последовательного решения задач синтеза основных элементов и частей системы (рис. 1.7). Приведённые на этом рисунке задачи решаются итерационно в силу их взаимосвязанности, неполноты исходных данных и необходимости корректировки получаемых решений.

На первом этапе определяется организационная структура системы посредством экспертного оценивания, исходя из целей и стратегий функционирования органа управления. В результате определяется число уровней иерархии и узлов системы, т.е. определяется топологическая структура распределённой СППР.

39

Задача 1

Рис. 1.7. Последовательность задач синтеза структуры распределённой СППР

На втором этапе оптимизируется распределение выполняемых функций (задач) по уровням и узлам системы (локальным СППР). И на последнем этапе выбирается комплекс технических средств для реализации СППР. При этом учитываются затраты на оснащение узла техническими средствами и их эксплуатацию, а также учитываются

40

ограничения на оперативную и внешнюю память, быстродействие этих средств.

Структура распределённой СППР должна, как правило, соответствовать организационной структуре системы управления, в интересах которой разрабатывается СППР. Такая организация распределённой СППР позволяет адекватно представлять как функциональное взаимодействие должностных лиц системы управления, так и их знания о процессе управления.

Задачи распределения функций между локальными СППР и рационального выбора технических средств рассмотрим более подробно.

1.5.2.2. Распределение функций между локальными СППР.

Распределение функций между элементами иерархической системы является достаточно типичной задачей проектирования сложных технических систем [18]. С целью минимизации временных затрат, связанных с обменом информацией между уровнями системы, и стоимости аппаратуры обычно стремятся сконцентрировать на каждом уровне функции, имеющие максимальную взаимосвязь в процессе функционирования ,системы. Наиболее распространёнными методами решения подобных задач являются методы, базирующиеся на разрезании графов [19].

Постановка задачи может варьироваться в зависимости от свойств графов, которые определяются структурой и функциями проектируемой системы. Например, в работе [20] решается задача разрезания простого линейного неориентированного графа, рёбра которого имеют одинаковый вес, равный единице; в [21] рассматривается задача о разрезании неориентированного графа во взвешенными рёбрами и весами вершин, равными единице; в [22] описывается алгоритм разрезания бисвязного орографа со взвешенными дугами и т.п.

Актуальность постановки задачи в различных областях техники вызвала большое число попыток её решения. По точности решения все методы делятся на точные и приближённые. К точным относится метод полного перебора [19], а из методов упорядоченного перебора - метод "ветвей и границ" [22]. Остальные методы являются, как правило, приближёнными, эвристическими.

Применение того или иного метода во многом зависит от числа вepшин графа и насыщенности матрицы смежности графа. Размерность графа условно определяется как малая часть (число вершин n≤6), средняя

(6<π≤30) и большая (π>30) [19].

Алгоритм полного перебора целесообразно использовать для графов с малой размерностью. Метод "ветвей и границ" применим для графов со средней размерностью. Для графов с более высокой размерностью эти