От моделирования класса устройств к моделированию предметной области знаний

Модель уровня реализации называют моделью М3.

Модель М3 позволяет провести всесторонний анализ любого устройства принадлежащего рассматриваемому классу, заданное значениями классификационных признаков. Поэтому эта модель является моделью уровня анализа. На такой модели, возможно проводить структурно-параметрический синтез при помощи модуля, реализующего алгоритмы такого синтеза.

Но в настоящий момент, отсутствуют универсальные алгоритмы, позволяющие проводить структурно-параметрический синтез за приемлемое время. Поэтому используются различные эвристики, взятые из конкретных предметных областей. Если мы для данного класса объектов помимо знаний их моделирования приведем формализованные знания задания на синтез и эвристики, применяемые при проектировании, то получим модель предметной области или модель, соответствующая уровню интеграции.

Модель уровня интеграции называют моделью М4.

Интегративная модель М4 является моделью М3 дополненной знаниями, необходимыми для синтеза объектов данного класса.

Иными словами, модель предметной области представляет собой модель класса устройств дополненную алгоритмами синтеза этих устройств по техническому заданию. Поэтому модель уровня интеграции М4 является моделью уровня синтеза, так как она интегрирует в себя все типы знаний предметной области, то такую модель называют моделью уровня интеграции.

Интегративная модель – это наиболее полная системологическая модель класса объектов, содержащая знания, как об анализе, так и о синтезе объектов, принадлежащих рассматриваемым классам.

Частным случаем интегративных моделей является 4-уровневая интегративная модель (рис.2.4), состоящая из четырех слоев (уровней): уровень идентификации М1 (модель морфологического множества уровня идентификации), уровень спецификации М2 (модель морфологического множества уровня спецификации), уровень симуляции М3 (модель уровня симуляции; универсальная модель) и уровень интеграции М4 (модель уровня интеграции). Вышеперечисленные четыре уровня в совокупности позволяют смоделировать знания о каком-либо классе объектов, причем как уровня анализа (модели М1 – М3), так и уровня синтеза (модель М4).

Интегративная модель может быть использована по двум основным направлениям:

В качестве унифицированной концептуальной схемы формального гармоничного представления различных видов знаний о классах исследуемых объектов. В данном качестве интегративные модели могут быть использованы:

в исследовательской деятельности;

при тиражировании знаний;

в учебном процессе.

Будучи программно реализованной, интегративные модели могут быть использованы в качестве ядра перспективных систем автоматизированного проектирования (САПР), ориентированных на структурно-параметрический синтез систем и объектов, а также в CASE-системах.

Для решения последней проблемы необходимы программные средства, позволяющие создавать интегративные модели предметных областей знаний, инвариантные конкретному классу предметных областей. Сейчас ведутся интенсивные исследования, как по первому, так и второму направлению.

Рис.2.4. Структура четырехуровневой интегративной модели

В частности, на кафедре Автоматизации предприятий связи Санкт-Петербургского Государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, при сотрудничестве с представителями других вузов (Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-петербургский государственный Электротехнический университет (ЛЭТИ), Санкт-петербургский государственный политехнический университет).

Интегративная модель может быть положена в архитектуру агента мультиагентных интеллектуальных систем автоматизированного проектирования (САПР), ориентированных на структурно-параметрический синтез сложных объектов. Такой агент будет содержать всесторонние знания об объектах рассматриваемого класса. Сама же САПР должна строиться на основе мультиагентных технологий.

Интегративные модели могут использоваться при автоматизации создания программных систем, в частности, при разработке теории и создании инструментальных средств порождающего программирования ( generative programming ).

Понятие интегративной модели введено в [52]. Теория и методология интегративных моделей подробно описаны в [91]. Возможность использование интегративных моделей в архитектуре агентов мультиагентной системы (МАС) автоматизированного структурного синтеза, являющейся ядром перспективных САПР, рассмотрена в [53,54].

Таким образом, имеется четыре класса моделей:

Модель М1 соответствует уровню идентификации.

Модель М2 соответствует уровню спецификации.

Модель М3 соответствует уровню реализации.

Модель М4 соответствует уровню интеграции.

Эти модели представляют собой систему. Особенностью такой системы является то, что модели верхних уровней иерархии включают в себя модели нижних уровней (рис. 3). С другой стороны они представляют разные виды знаний, для формализации которых требуются различные способы представления. Информацию о таком представлении можно заключить в отдельные модули, что ведет к разделению знаний по слоям, что является положительным с точки зрения современных методологий инженерии знаний.

Выводы.Морфологические методы являются мощным аппаратом исследования в различных областях знаний. Сущность морфологических методов заключается в следующем: сначала в результате морфологического анализа мы определяем пространство поиска, называемое морфологическим множеством, которое обязательно должно включать в себя искомое решение (структуру объекта), а затем сужаем это пространство, осуществляя поиск этого решения, которое является элементом морфологического множества.

Но морфологические методы оперируют лишь понятиями структур объектов, следовательно, они моделируют только часть знаний предметной области, относящуюся к морфологии. Поэтому для моделирования знаний предметной области морфологические методы должны быть дополнены методами математического моделирования рассматриваемых объектов, а также методами инженерии знаний. Для моделирования знаний предметной области используются модели четырех уровней М1 – М4, соответствующих уровням идентификации, спецификации, симуляции и интеграции.

Модель М1, или модель морфологического множества уровня идентификации – это модель, которая однозначно идентифицирует устройство, не давая его спецификации.

Эта модель соответствует морфологическому И/ИЛИ-дереву для случая морфологического множества и морфологическому И-дереву с вырожденными ИЛИ-вершинами для элемента морфологического множества (конкретно взятого устройства). Ключевое слово – идентификация. А следовательно, это модель уровня идентификации.

Модель М2, или модель морфологического множества это – модель, которая позволяет получить спецификацию, однозначно описывающую любое устройство, принадлежащее рассматриваемому классу.

В этой модели ключевое слово – спецификация, поэтому и модель будет уровня спецификации.

Модель М3, модель класса устройств или универсальная модель – модель всего класса устройств, позволяющая анализировать любое конкретно взятое устройство, принадлежащее классу рассматриваемых устройств.

В этой модели ключевое слово – реализация, поэтому и модель будет уровня реализации.

Модель М4, модель знаний предметной области интегрирует знания рассматриваемой предметной области. Она является моделью класса устройств М3, дополненную экспертными знаниями из предметной области, позволяющими проводить синтез.

Если модели М1 – М3 являются моделями уровня анализа, то М4 является моделью уровня синтеза. Ключевое слово в этой модели интеграция, поэтому и модель будет уровня интеграции.

Применение моделей четырех указанных типов позволяет смоделировать предметную область, формализовано представить знания. Кроме того, такие модели допускает компьютерную реализацию на всех иерархических уровнях, позволяя интегрировать широко используемые пакеты моделирования. В этих моделях осуществляется разделение различных видов знаний: морфологических (структурных) знаний, знаний о математическом моделировании и знаний, представленных эвристиками, применяемыми разработчиками при проектировании устройств.

Методика системного анализа. Методики, реализующие при­нципы системного анализа в конкретных условиях, направлены на то, чтобы формализовать процесс исследования системы, про­цесс поставки и решения проблемы. Методика системного анали­за разрабатывается и применяется в тех случаях, когда у ис­следователя нет достаточных сведений о системе, которые позво­лили бы выбрать адекватный метод формализованного представ­ления системы.

Общим для всех методик системного анализа является фор­мирование вариантов представления системы (процесса решения задачи) и выбор наилучшего варианта.

Положив в основу мето­дики системного анализа эти два этапа, их затем можно раз­делить на подэтапы.

Первый этап можно разделить следующим образом:

1. Отделение (или ограничение) системы от среды.

2. Выбор подхода к представлению системы.

3. Формирование вариантов (или одного варианта — что ча­сто делают, если система отображена в виде иерархической стру­ктуры) представления системы.

Второй этап можно представить следующими подэтапами:

1. Выбор подхода к оценке вариантов.

2. Выбор критериев оценки и ограничений.

3. Проведение оценки.

4. Обработка результатов оценки.

5. Анализ полученных результатов и выбор наилучшего вари­анта (или корректировка варианта, если он был один).

В настоящее время трудно привести примеры методик, в ко­торых все этапы были бы проработаны равноценно. Например, в зарубежных методиках (ПАТТЕРН, ПРОФИЛЕ, ППБ и др.), предназначенных, как правило, для анализа относительно хоро­шо структурированных военно-технических проблем, обычно бо­лее детально проработаны методы проведения одного этапа — этапа оценки и анализа структуры. Принятый обычно за основу при проведении второго этапа метод экспертных оценок не всегда (например, в области образования, медицины и других проблем, связанных с человеком) удается реализовать на практике. Поэто­му перспективным представляется сочетание экспертных оценок с количественными.

В принципе за основу при разработке методики системного анализа можно взять этапы проведения любого научного ис­следования или этапы исследования и разработки, принятые в теории автоматического управления. Однако специфической особенностью любой методики системного анализа является то, что она должна опираться на понятие системы и использовать закономерности построения, функционирования и развития си­стем. Здесь необходимо подчеркнуть, что при практическом при­менении методик системного анализа рассматривается следу­ющее: часто после выполнения того или иного этапа (подэтапа) возникает необходимость возвратиться к предыдущему или еще более раннему этапу, а иногда и повторить процедуру системного анализа полностью. Это проявление закономерности саморегу­лирования, самоорганизации, которую при разработке методики можно учитывать сознательно, ввести правила, определяющие, в каких случаях необходим возврат к предыдущим этапам.

Дата добавления: 2015-07-20