Теоретические положения. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева»

Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления

 

В.А.СУЗДАЛЬЦЕВ

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

 

Методические указания к лабораторной

Работе № 1

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

 

 

Казань – 2013

Цель проведения лабораторной работы привить практические навыки в проведении этапа идентификации интеллектуальной информационной системы и ознакомится с формами документирования результатов идентификации.

Теоретические положения

На этапе идентификации анализируется класс проблем, которые предполагается решать с помощью проектируемой системы, включая данные, которыми нужно оперировать, и критерии оценки качества решений. Определяются ресурсы, доступные при разработке проекта, — источники экспертных знаний, трудоемкость, ограничения по времени, стоимости и вычислительным ресурсам.

При идентификации ИИС выявляются цели разработки, определяются задачи, которые подлежат решению, определяются пользователи интеллектуальной информационной системы.

Идентификация проводится для каждой задачи и заключается в составлении неформального (вербального) описания. В этом описании указываются общие характеристики задачи; ее подзадач, выделяемых внутри данной задачи; ключевые понятия (объекты), характеристики и отношения; входные и выходные данные; предположительный метод решения; знания, соответствующие решаемой задаче; примеры (тесты) решения задачи.

Цель этапа идентификации задачи состоит в том, чтобы характеризовать задачу и структуру поддерживающих ее знаний и приступить к работе по созданию базы знаний. Если исходная задача оказывается слишком сложной с учетом имеющихся ресурсов, то этап идентификации может потребовать нескольких итераций.

Во-первых, на этапе идентификации разработчики должны ответить на основной вопрос: «Подходят ли методы искусственного интеллекта для решения предложенной задачи?». Для положительного ответа на данный вопрос необходимо, чтобы задача относилась к достаточно узкой, специальной области знаний и не имела для своего решения точных формальных методов.

В ходе идентификации необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Кто является пользователем, лицом, принимающим решение (ЛПР), интеллектуальной информационной системы (ИИС)?

2. Какого назначение ИИС, и какие решения будет принимать ЛПР?

3. Какие задачи предлагается решать ИИС?

4. На какие подзадачи разбивается каждая задача.

5. Какие данные являются результатом решения задачи и как они будут использованы ЛПР.

6. Какие входные данные используются при решении задач и могут ли они быть получены?

7. Какие методы и правила (знания) используются при решении задач и могут ли они быть получены.

При идентификации также устанавливается состав и функции компонентов ИИС, которые определяются задачами ИИС.

ИИС включает следующие компоненты: базу знаний, формирования решений, объяснения результатов решения, приобретения знаний и взаимодействия с пользователями (рис. 1.).

 

Рис 1.

 

База знаний ИИС должна включать знания о проблемной области и методах принятия решений, языке общения и организации взаимодействия с пользователями, для объяснения решений и приобретения знаний.

При формировании решений в ИИС могут использоваться различные методы.: информационный поиск, интеллектуальный анализ данных, поиск знаний в базах данных, рассуждение на основе прецедентов, имитационное моделирование, эволюционные вычисления и генетические алгоритмы, нейронные сети, ситуационный анализ, когнитивное моделирование и др.

Компонент объяснения позволяет обосновать предложенные конечному пользователю решения. Целью объяснения является обоснование целесообразности определенных действий в создавшейся ситуации. Объяснения могут быть направлены на обучение, обеспечение взаимопонимания и доверия пользователей.

Компонент«Приобретение знаний» обеспечивает передачу потенциального опыта решения проблемы от некоторого источника знаний и преобразование его в вид, который позволяет использовать эти знания в ИИС. В настоящее время могут использоваться методы, основанные на автоматизированном извлечение знаний (automated knowledge elicitation) от эксперта или машинного обучения (machine learning).

Приобретение знаний осуществляется не только на этапе создания базы знаний, но и на этапе эксплуатации ИИС.

Компонент взаимодействия обеспечивает функции пользовательского интерфейса, под которым понимают совокупность информационных моделей проблемной области, средств и способов взаимодействия пользователя с информационной моделью, а также обеспечивающих формирование информационной модели.

 

Следует подчеркнуть, что в настоящее время при разработке применяется принцип кооперативного проектирования, заключающийся в участии конечных пользователей системы в процессе разработки. Пользователи обладают неформальным пониманием прикладных задач, которые должна решать разрабатываемая ИИС. Хотя системные аналитики и программисты могут изучить этот класс прикладных задач, затраты на обучение (прежде всего время) будут высоки, а их компетентность все равно останется более низкой, чем у опытных пользователей. Поэтому включение конечных пользователей в группу разработчиков обычно более эффективно и позволяет более качественно анализировать автоматизируемые операции. Эти преимущества усиливаются по мере усложнения решаемой задачи.

Порядок выполнения лабораторной работы

 

1. Сформулировать название ИИС (в соответствие с темой магистерской диссертации) подлежащей разработке. Согласовать название с преподавателем. Допускается одно задание на группу из двух студентов.

Провести идентификацию ИИС. Определить задачи ИИС и ее компонент. Для документирования использовать модели потоковых диаграмм (см. приложение) (имя файла: ТРИИС_Лаб1_<Фамилии студентов>). Построить требуемые модели с помощью доступных CASE- средств. Продемонстрировать и утвердить построенные модели.

Подготовить отчет в электронной форме в формате текстового редактора WORD 2003 (полтора интервала, шрифт Times New Roman, 14 пт) (имя файла с отчетом: ТРИИС_Лаб1_<Фамилии студентов>). В отчет включить логическую модель, модель окружения и модель поведения системы с пояснениями.

2. Ответить на вопросы контролирующей системы.

3. Защитить отчет лабораторной работы. При защите отчета необходимо иметь для проверки файл с диаграммами и файл с отчетом по лабораторной работе.

Своевременное выполнение каждого задания и качество отчета оценивается преподавателем согласно табл. 1.