Засоби побудови прикладної експертної системи на базі трикомпонентної моделі знань - Автореферат

Основною вимогою до моделі подання знань є можливість адекватного подання тих знань, з якими працює інтелектуальна система. На поточний момент більшість розроблювачів використовують принцип уніфікації знань - всі знання, використовані в процесі висновку, представлені в однаковій формі, наприклад, предикатами або фреймами. Тут необхідно акумулювати знання, що відносяться до аналізу мови, на якій формулюються завдання для ЕС, і виявлення семантики мовних конструкцій, знання для прийняття рішень ЕС за сформульованими правилами і виявленою семантикою. Ціль роботи складається в дослідженні й подальшому удосконаленні нової комплексної моделі подання знань, що базується на таких моделях, як граматика і числення предикатів, удосконаленні механізму логічного висновку, висновку в граматиці й механізму керування цими висновками; методики побудови баз знань і застосуванні цих баз знань при проектуванні експертних систем в області планування програмних компонент і їх взаємодії. удосконалити комплексну модель подання знань, що складається із граматики, числення предикатів, розробити методику використання цієї моделі при проектуванні інтелектуальних систем з мовним процессором у сфері проектування, розробити методику придбання знань у побудованій моделі для вирішення задач у сфері планування;Проведено огляд існуючих моделей подання знань, таких як логічна, продукційна, мережна, обєктна (фреймова), визначені їх переваги та недоліки; розглянуто місце та значення комплексних моделей подання знань, зроблено висновок про необхідність розробки та використання комплексних моделей. дослідити процес придбання знань у експертній системі та розробити уніфіковану структуру хорнівських дизюнктів, котра зведе придбання знань до створення бібліотеки регламентованих процедур; Далі, використовуючи знання про предметну область, приймається рішення про вибір стратегії розвязання і виконується саме розвязання. Знання про предметну область та правила прийняття рішень подаються за допомогою числення предикатів. Таким чином, у правилах зявляються такі елементи: літерали, змінні, константи, функціональні символи як структури даних, функціональні символи з алгоритмом обчислення їх значення.У дисертації наведені теоретичні узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в: - удосконаленні комплексної трикомпонентної моделі подання знань, шляхом введення більш досконалої граматичної компоненти у вигляді синтаксично керованого визначення; При цьому автоматична генерація коду використовується не тільки для програмних систем, але і для інших інженерних проектів (наприклад, цифрових пристроїв), де за високорівневим поданням проекту на мові проектувальника генерується програмна модель для тотального тестування проектованої системи. Побудовано основні засоби реалізації ЕС, показана можливість побудови експертної системи, що автоматично генерує код за описанням проекту, на основі трикомпонентної моделі знань (граматика, числення предикатів, продукційна система). Застосування трикомпонентної моделі знань дозволяє гнучко й адекватно описувати знання різної природи і добре структурувати програмну реалізацію експертної системи: граматика описує синтаксично і семантично мову проектування, числення предикатів - правила прийняття рішень при формуванні програмного компонента і його інтерфейсів, продукційна система трансформує семантичні відношення мови проектувальника у формули числення предикатів для одержання коду як результату логічного висновку. Досліджено задачі виведення в СКВ і логічній базі знань: для висновку в СКВ запропоновано використовувати безтупиковий висновок, керований характеристичним кінцевим автоматом, що будується методом анотування; висновок у логічній базі знань, керований стратегією, заданою таблицями рішень, доповнений керуванням, що визначається структуризацією і лексичними перетвореннями імен предикатів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації наведені теоретичні узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в: - удосконаленні комплексної трикомпонентної моделі подання знань, шляхом введення більш досконалої граматичної компоненти у вигляді синтаксично керованого визначення;

- подальшому розвитку процесу логічного виведення з використанням функцій у якості термів предикатів;

- введенні графових продукцій для подання знань про ієрархію і структуру проекту;

- розробці засобів адаптації експертної системи до використання у сфері проектування цифрових пристроїв.

Розроблені прикладні інтелектуальні системи використовуються в багатьох застосуваннях. Існує значна кількість експертних систем, що у різних областях: медицина, математика, геологія, військова галузь і т.д. Не втрачає своєї актуальності задача генерації програмного коду, виходячи з високорівневого подання проекту. При цьому автоматична генерація коду використовується не тільки для програмних систем, але і для інших інженерних проектів (наприклад, цифрових пристроїв), де за високорівневим поданням проекту на мові проектувальника генерується програмна модель для тотального тестування проектованої системи. Використання для автоматичної генерації коду CASE-засобів, побудованих на традиційних обчислювальних підходах не дало бажаних результатів, тому що різні аспекти системи автоматичної генерації коду потребують застосування інтелектуальних здібностей. Тому виникає потреба дослідження можливості побудови і реалізації експертної системи, що генерує код у заданій мові програмування, виходячи з високоуровневого подання проекту на мові проектувальника.

Побудовано основні засоби реалізації ЕС, показана можливість побудови експертної системи, що автоматично генерує код за описанням проекту, на основі трикомпонентної моделі знань (граматика, числення предикатів, продукційна система). Застосування трикомпонентної моделі знань дозволяє гнучко й адекватно описувати знання різної природи і добре структурувати програмну реалізацію експертної системи: граматика описує синтаксично і семантично мову проектування, числення предикатів - правила прийняття рішень при формуванні програмного компонента і його інтерфейсів, продукційна система трансформує семантичні відношення мови проектувальника у формули числення предикатів для одержання коду як результату логічного висновку.

Удосконалено трикомпонентну модель представлення знань шляхом використання синтаксично керованого висновку замість граматики. Використання граматики вимагає застосування схем трансляції, які при розробці граматики зобовязують розроблювача створювати деталі реалізації такої граматики, що приведе до додаткових трудозатратат і помилок. СКВ, будучи високорівневими специфікаціями правил обробки лінгвістичної інформації (лінгвістичних знань), ховає множину деталей реалізації і звільняє розроблювача від явної вказівки цих деталей. Застосування СКВ в трикомпонентній моделі знань значно полегшує побудова лінгвістичної бази знань та її реалізацію у вигляді програмного продукту.

Одержало подальший розвиток удосконалення процесу виведення у формальних системах, відображаючих базу знань та обробку знань. Досліджено задачі виведення в СКВ і логічній базі знань: для висновку в СКВ запропоновано використовувати безтупиковий висновок, керований характеристичним кінцевим автоматом, що будується методом анотування; висновок у логічній базі знань, керований стратегією, заданою таблицями рішень, доповнений керуванням, що визначається структуризацією і лексичними перетвореннями імен предикатів. Реалізація систем, що виводять, програмними компонентами дозволяє їхнє безпосереднє використання в структурі експертної системи.

Побудовано форму для представлення знань (фактів і ступеня вкладеності ієрархічних рівнів проекту) про проект у виді графової продукції. Графова продукція дозволяє уніфікацію мовного представлення проекту для різних предметних областей і, будучи структурованою, дозволяє швидкий доступ до різних своїх частин. Крім того, графова продукція може бути використана як правило в системі висновку, результатом роботи якої можуть бути різні властивості проекту. При реалізації експертної системи графова продукція обробляється уніфікованим програмним блоком загальним для всіх областей застосування.

Побудовано комплекс алгоритмів, що здійснюють обробку знань у СКВ, а так же саме синтаксично кероване визначення для графової продукції. Вираховано характеристичний автомат для безтупикового аналізу графової продукції.

Створено правила для логічної бази знань у вигляді хорнівських дизюнктів, що здійснюють генерацію програмного коду в процесі логічного висновку. Зазначено спосіб придбання знань для бази знань, у якій присутні такі правила. Правила універсальні для різних областей застосування.

Побудовані СКВ, фрагменти логічних баз знань, алгоритми, що генерують код, для моделювання мовою VHDL комбінаційної і послідовної логіки при проектуванні цифрових пристроїв, що демонструє життєвість запропонованих у роботі рішень.

Зроблено оцінку ресурсних характеристик алгоритмів, що підтверджує їхню ефективність.

СПИСОК ОПУБЛІКАЦІЇ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Дюбко Г.Ф., Фуджу Халид Исса Мохамед. Застосування граматик у базах знань експертних систем // Проблеми біоніки. Всеукраїнський міжвідомчий науково-технічний збірник.- 2003.- Вып. 59.- С. 19-26.

Дюбко Г.Ф., Фуджу Халид Исса Мохамед. Розробка експертних систем для рішення завдань планування й проектування // Радіоелектроніка й інформатика. Науково-технічний журнал.- 2004.- №1(26).- C. 141-146.

Дюбко Г.Ф., Фуджу Халид Исса Мохамед. Синтаксичний аналіз язикових конструкцій, що описують цифрові пристрої // Радіотехніка. Всеукраїнський міжвідомчий науково-технічний збірник.- 2004.- Вип. 137. - C. 60-66.

Дюбко Г.Ф., Харченко С.Л., Фуджу Халид Исса Мохамед. Проектування програмних моделей цифрових пристроїв // Автоматизовані системи керування й прилади автоматики. Всеукраїнський міжвідомчий науково-технічний збірник.- 2004.- - Вип. 126.- C. 37-47.

Фуджу Халид Исса Мохамед. Компонентна технологія програмування для опису моделей цифрових пристроїв // Матеріали 7-го міжнародного молодіжного форуму "Радіоелектроніка й молодь у ХХ1 столітті".- Харків: ХНУРЕ.- 2003.- С. 630.

Дюбко Г.Ф., Харченко С.Л., Фуджу Халид Исса Мохамед. Методи штучного інтелекту в проектуванні й реалізації програмного забезпечення // Збірник тез доповідей за матеріалами Міжнародної наукової конференції "Теорія й техніка передачі, прийому й обробки інформації".- Харків-Туапсе: ХНУРЕ.- 2003.- С. 254-255.

Фуджу Халид Исса Мохамед. Подання знань грамматиками // Матеріали 8-го міжнародного молодіжного форуму "Радіоелектроніка й молодь у ХХ1 столітті". Частина 2.- Харків: ХНУРЕ.- 2004. С. 63.