Министерство образования и науки Украины
Харьковская национальная академия городского хозяйства
В.А. ЛЕЛЮК
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
С БАЗАМИ ЗНАНИЙ
Учебно-методическое пособие для студентов последипломного обучения
по специальности 7.050201 "Менеджмент организаций" специализации "Информационные системы в менеджменте"
· Моделирование знаний в информационных системах
· Интеллектуальные расчетно-логические и экспертные системы
· Математические концептуальные методологии проектирования систем
· Базовые модели математической теории систем
· Архитектура интегрированных информационных систем
· Инструментальные системы для реинжиниринга бизнес-процессов
и создания интегрированных информационных систем
· Модели онтологий, онтологические и многоагентные системы
· Генезис методологий информационных систем с базами знаний
Харьков – ХНАГХ - 2005
УДК 681.3:51
Лелюк В.А.
Информационные системы с базами знаний: Учебно-методическое пособие.- Харьков: ХНАГХ, 2005. – 60 с. ил.
Анализируется процесс возникновения и развития методологий и инструментария проектирования информационных систем, начиная от первых разработок по искусственному интеллекту и программ расчетов, использующих вычислительные схемы, до интегрированных информационных систем предприятий и инструментальных систем поддержки инжиниринга и реинжиниринга бизнес-процессов и автоматизации создания информационных систем. Большое внимание уделено концептуальным методологиям моделирования и проектирования систем, использующим базы знаний в виде метамоделей, в том числе математических метамоделей. Рассмотрены онтологические и многоагентные системы, извлекающие знания из текстов на естественных языках.
Предназначено для студентов специальности 7.050201 «Менеджмент организаций» специализации «Информационные системы в менеджменте» при изучении интеллектуальных систем и систем поддержки принятия решений, экспертных систем, информационных систем и их проектирования, теории систем и системного анализа.
Может быть также полезным для преподавателей и аспирантов, специалистов по информационным системам.
Рецензент: зав. кафедрой информатики и компьютерных технологий, д-р техн. наук,
проф., академик Международной академии информатизации А.Т. Ашеров
Рекомендовано: кафедрой менеджмента и маркетинга в городском хозяйстве,
протокол № 7 от 13. 04.2005г.;
кафедрой информационных систем и технологий в городском хозяйстве.
протокол № 19 от 25. 03.2005г.
ISBN 966-695-060-Х Ó В.А. Лелюк, ХНАГХ, 2005
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...4
1. Развитие моделирования знаний в интеллектуальных системах……………5
1.1. Предыстория моделирования знаний……………………………………….5
1.2. Концептуальные модели в интеллектуальных системах…………………10
Контрольные вопросы……………………………………………………...14
2. Первые подходы к созданию информационных систем с базами знаний...15
2.1. Использование моделей предметной области в программировании........15
2.2. Индустриализация создания автоматизированных систем ……………..16
Контрольные вопросы…………………………………………………… 18
3. Математические концептуальные методы проектирования систем………18
3.1. Автоматизированная система проектирования систем
организационного управления (АСПСОУ)………………………………… 18
Контрольные вопросы и задания…………………………………………..23
3.2. Система концептуального проектирования автоматизированных
систем (КОПАС)…….……..………..…………………………………….…23
Контрольные вопросы и задания…………………………………………..33
4. Новые направления развития методологий проектирования систем……...33
4.1. Общая характеристика направлений совершенствования систем……….33
Контрольные вопросы и задания…………………………………………..39
4.2. Методология ARIS ………………………………………………………....39
Контрольные вопросы и задания………………………………………......45
4.3. Другие методологии………………………………………………………...45
5. Модели онтологий, онтологические и многоагентные системы…………..48
Контрольные вопросы и задания…………………………………………..51
6. Итоговый анализ проблем и перспектив развития концептуальных методологий……………..……………………………………………………….51
6.1.Проблемы универсальности………………………………………………...51
6.2.Проблемы применяемости…………………………………………………..53
Литература………………………………………………………………………..56
Введение
Системы, в которых осуществляется логическая обработка хранимых в их памяти знаний, называют интеллектуальными системами. Традиционно к знаниям в них относили закономерности предметных областей, полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие ставить и решать определенные задачи. Предыстория и развитие моделирования знаний в интеллектуальных системах рассмотрены в разделе1. Использование моделей предметной области при программировании вычислительных задач описано в разделе 2.
В настоящее время при инжиниринге и реинжиниринге бизнес-процессов, а также при создании интегрированных информационных систем широко используются инструментальные информационные системы, оперирующие моделями бизнес-процессов. Эти системы рассмотрены в разделе 4. Модели бизнес-процессов хранятся в памяти систем в так называемых репозиториях и являются знаниями о процессах, осуществляемых в конкретных организациях. Для поддержки их формирования используются метамодели, описывающие классы процессов и систем. Их называют также концептуальными моделями, так как они являются понятийными знаниями.
В информационных системах могут выполняться логические операции также и над хранимыми в базе знаний математическими моделями, описывающими конкретные элементы систем или процессы. Для поддержки математического моделирования создаются и хранятся в базе знаний концептуальные модели, описывающие соответствующие математические теории. Наиболее обобщенными являются математические концептуальные модели, которые описывают классы систем с использованием абстрактных теоретических конструкций. Рассмотрению этого направления, возникшего в начале 70-х годов, посвящен раздел 3.
В данном пособии основное внимание уделено концептуальным методологиям моделирования и проектирования систем. Они основаны на использовании хранящихся в памяти проектирующих систем метамоделей, описывающих понятийные знания о проектируемых системах и о той части внешнего мира, к которой имеют отношения эти системы и их входные и выходные объекты. Особенностью этих метамоделей является то, что они описывают не отдельные конкретные системы, а теории систем для охватываемой области знаний, в рамках которых формируются модели этих систем. Ряд представительных методологий и реализующих их систем анализируется в разделах 3,4, в частности, рассматриваются проблемы обеспечения их универсальности и применяемости. Под универсальностью понимается возможный масштаб охвата проектируемых типов систем, объектов, процессов и ситуаций. Применяемость может быть охарактеризована количеством созданных с ее помощью информационных систем и количеством смоделированных и усовершенствованных с ее помощью бизнес-процессов.
Внимание к концептуальным методам усилилось также в связи с созданием рассмотренных в разделе 5 систем автоматизированного извлечения знаний из текстов, накапливаемых во всемирном хранилище информации. Для этого потребовалась разработка операционных моделей таких общих понятий, как сущность, явление и т.п., названных разработчиками этих систем онтологиями. Общепринятого понимания этого термина у них пока еще нет. Оно зависит от контекста и целей его использования. Считается, что впервые его ввел в начале 17-го века немецкий философ Р. Гоклениус, назвав термином «онтология» область знаний, в которой указанные понятия являются объектом изучения.
При анализе путей развития методологий создания информационных систем, - от методологий, использующих вычислительные схемы, до методологий, использующих модели онтологий, стояла задача ответить на такие основные вопросы:
Как соотносятся современные методологии моделирования процессов друг с другом и с ранее разработанными методологиями?
Как шел процесс их развития?
Каковы судьбы глобальных методологий проектирования систем, целостно охватывающих предметную и проблемную области, но возникающих раньше созревания условий их применения и массового осознания их необходимости?
Почему для их реализации не были созданы промышленные инструментальные системы?
Каковы возможные перспективы применения и развития математических концептуальных методов?
Для того чтобы сделать прозрачной хронологию развития методологий проектирования и создания систем, в ссылках на литературу указывается год ее публикации. Для переводной литературы указывается год издания оригинала и год публикации на русском языке.
1. Развитие моделирования знаний в интеллектуальных системах
1.1. Предыстория моделирования знаний
На первых шагах развития программирования, знания об объекте фиксировались процедурно, т.е. в виде команд машинной программы, реализующих определенный алгоритм. Здесь программа является некоторой формой хранения знаний о решаемой задаче. Если эти знания изменялись, то требовалась соответствующая корректировка программы. Одной из первых фиксаций знаний в виде структур данных, описывающих среду, и выполнение их логической обработки было осуществлено в программе GPS («Общий решатель проблем») [1:1959], которая использовала знаковые объекты, описывающие среду. После этого началась активная разработка интеллектуальных систем, использующих семантические модели окружающей среды. В библиографии [2:1963,1967] содержалось описание более тысячи подобных разработок по искусственному интеллекту.