4.2. Подход к интеллектуализации case-средств

4.2.1. Гибридная модель проблемной области case-системы

Центральным звеном CASE-средств 2-го поколения (CASE Workbench) является репозиторий или информационная база проекта. Репозиторий, построенный на основе традиционного подхода, представляет собой базу данных (БД) и ее систему управления (СУБД), используемые для хранения в CASE-системе необходимой информации о создаваемой информационной системе.

В настоящее время возникла необходимость в создании интеллектального репозитория, который облегчит разработчикам процесс создания в CASE-системе информационной системы, отвечающей современному уровню. Создание интеллектуального репозитория имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным подходом к его разработке, как БД и СУБД, среди которых можно выделить следующие:

 возможность представления знаний, которые являются обобщением накопленного опыта о процессе проектирования информационной системы, и предоставление доступа к этим знаниям при разработке информационной системы;

 моделирование проблемной области, т.е. выделение классов объектов, атрибутов и представителей классов объектов, отношений между классами объектов, а также статических и динамических закономерностей проблемной области;

 получение новых знаний о разрабатываемой информационной системе из знаний, представленных в репозитории;

 возможность контроля непротиворечивости знаний;

 возможность прогнозирования результатов проектных операций;

 возможность сократить объем информации, представленной в репозитории, благодаря ее получению с помощью логического вывода и вычислительных процедур.

Компонентами интеллектуального репозитория являются база знаний (БЗ), интеллектуальная информационно-поисковая система, подсистема помощи при проектировании информационной системы, вспомогательные компоненты.

Вся информация о разрабатываемой информационной системе, которая может быть формализована, представляется в модели проблемной области CASE-системы. Например, модель проблемной области CASE-системы для создания информационной системы может состоять из следующих подмоделей: модели проектируемой информационной системы, модели организации пользователя, модели наблюдаемого (внешнего) объекта и системы наблюдения (контроля).

Рассмотрим метод построения модели проблемной области CASE-системы, поскольку она лежит в основе базы знаний интеллектуального репозитория. В качестве модели проблемной области выбираем гибридную модель, объединяющую парадигмы «программная инженерия» и «инженерия знаний»: объектно-ориентированный подход, процедуры и модель представления знаний проблемной области.

В качестве формализма представления знаний проблемной области CASE-системы используем логическую модель, основанную на многоуровневой логике^[6] (Multi-layer logic или коротко MLL), разработанную Setsuo Ohsuga и Hiroyuki Yamauchi, которая является удобным аппаратом для формализации сложноструктурированной информации, выделяемой в процессе проектирования информационной системы. MLL является интеграцией логического подхода и подхода, основанного на семантической сети, к построению языка представления знаний. Процедуры вызываются в процессе дедуктивного вывода. Они используются, например, для определения экстенсионалов отношений, нахождения значений атрибутов, реализации операций над объектами.

Приведем описание MLL и предложим модификацию ее синтаксиса, позволяющую повысить эффективность процедуры дедуктивного вывода.

Объекты в MLL классифицируются на примитивные объекты и множества (классы) объектов. Приведем базисные отношения, которые используются в MLL. Фигурные скобки будем использовать как метасимволы для представления множества объектов. Так, d={b₁,b₂,...,b_n} является множеством, где b_i={a_1i,a_2i,...,a_mi}, i=1.. n, является подмножеством множества d.

(1) «Element of», которое обозначается х  Х.

(2) «Power set of», которое обозначается Y=*X и используется для отражения того, что Y является множеством, состоящим из всех подмножеств множества Х (не включая пустое множество). Мощность |*Х| = 2^N - 1, где |Х| =N. *Х является множеством подмножеств 1-го порядка. Можно определить множество подмножеств 2-го порядка на Х, как *(*Х). Это обозначается как *²Х. Таким образом, множество подмножеств n-го порядка, обозначаемое *ⁿХ, определяется как *(*^(n-1)Х).

(3) «Product set of», которое обозначается Y=X₁ x X₂ x...x X_m.

(4) «Component of», которое обозначается YX и задает, что Х является компонентом Y. Если Y содержит несколько компонентов, т.е. YX₁, YX₂,..., YX_S, то специальный метасимвол «< >» используется для обозначения этого: <Y>={X₁,X₂,...,X_S}.

Приведем отношения, которые определяются через композицию базисных отношений.

(1’) «Subset of», которое обозначается X  Y. Это отношение является композицией двух отношений: Z=*Y и X  Z, т.е.  = *.

(2') «Part of», которое обозначается Yx и определяет, что х является частью Y. Это отношение является композицией двух отношений:

=  .

Приведем определения:

1) x y [ yx↔  z [xz & yz]];

2) x y [xy ↔z [zx → zy]];

3) x y [ x∩y≠ ↔ z [zx & zy]];

4) x y [ x∩y= ↔ z [zx→  (zy)]];

5) x y [ <x><y> ↔ z [ xz → yz]];

6) x y [ <x>∩<y>≠ ↔ z [ xz & yz]];

7) x y [ <x>∩<y>= ↔ z [xz → (yz)]];

8) x Level(x)  0, при равенстве х находится на базовом уровне.

10) x y [xy → Level(y)= Level(x)+1];

11) x y [xy → Level(y)= Level(x)];

12) x y [yx→ Level(y)= Level(x)].

Приведем теоремы:

1) x y [x{y} ↔ x=y];

2) x y [yx ↔ x<y>];

3) x y [xy→[u [uy→P(u)]→v[vx→P(v)]]];

4) x y [x∩y≠→[u [ux→P(u)]→v[vy&P(v)]]];

5) x y [yx→[u [uy&P(u)]→v[vx&P(v)]]];

6) x P(x,x) ↔yz[y=z→P(y,z)];

7) x P(x,x) ↔yz[y=z & P(y,z)];

8) *^m(*ⁿX) ↔ *^m+nX;

9) *^mX *ⁿY ↔ *^m+kX*^n+kY;

10) *^mX *ⁿY ↔ *^mX*^n-1Y, n1;

11) *^mX *ⁿY ↔ X *^n-mY, nm;

12) *^mX *ⁿY ↔ *^m-nY Y, mn.

В MLL определены две структуры: иерархическая абстракция и иерархическая структура.

Определение 1. Иерархической абстракцией называется семантическая сеть, вершинами которой являются объекты, ребрами – базисные отношения и отношения «Part of» и «Subset of».

Определение 2. Иерархической структурой называется семантическая сеть, вершинами которой являются объекты, ребрами – отношения «Component of» и «Element of».

Отношения «Part of» и «Subset of» выбраны для построения иерархической структуры, поскольку они являются основополагающими в объектно-ориентированной методологии проектирования программных средств, предложенной Г.Бучем. Иерархическая структура строится с учетом того, что отношения «Part of» и «Subset of» являются композициями базисных отношений. Иерархическая структура является стандартной формой в MLL. Она состоит из уровней, которые в ней выделяются в соответствии с принципом наследования свойств. Объекты, находящиеся в отношении «Element of», располагаются в иерархической структуре на различных уровнях. Пример графического изображения иерархической структуры приведен на рис. 19.