Методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки решений по созданию баз знаний в составе информационно-коммуникационных систем

Актуальность темы

Текущий период времени характеризуется тотальным внедрением компьютерных технологий управления и обработки информации практически во все сферы человеческой деятельности. Ожидается, что такая тенденция будет прогрессировать. На практике эти технологии реализуются в виде информационно-коммуникационных систем (ИКС), типичным представителем которых является Государственная автоматизированная система Российской Федерации (ГАС РФ) «Правосудие». Неотъемлемой составной частью систем этого типа являются базы знаний (БЗ). В настоящее время, для их построения используются готовые программные продукты типа Oracle, MSSQL, DB2 и другие, дополняемые различными программными модулями, в которые по схеме «естественный язык —> компьютерная программа» закладываются знания о проблемной области. В результате первичной выступает программная среда, а знания пользователя отражаются постольку, поскольку это допускают возможности данного программного продукта. Если исключить из рассмотрения многочисленные подробности «технического» плана, то смысл и сущность традиционной технологии заключается в непосредственном переводе описаний предметной области с естественного языка на математико-программный язык, «понятный» компьютеру. Ограниченность используемых языковых средств обусловливает все те трудности, которые приходится преодолевать разработчикам проектов по созданию баз знаний. В результате на выходе проекта он получает не то, что ему нужно для обеспечения профессиональной деятельности, а то, что могут сделать программисты-разработчики, используя имеющиеся программные платформы.

Таким образом, в настоящее время существует противоречие между потребностью широкого внедрения и использования БЗ и применяемыми технологиями поддержки проектных решений. Главная причина этого противоречия состоит в том, что в рамках традиционной технологии для представления знаний используются два типа языков: естественный язык, которым оперирует конечный пользователь и математико-программный язык, который используют разработчики баз знаний. Именно ограниченность палитры используемых языковых средств и бессистемный взгляд на проектирование БЗ обусловливает трудности, которые приходится преодолевать разработчикам проектов по созданию БЗ. Вместе с тем, в современной теории искусственного интеллекта интенсивно развиваются новые языковые средства, в частности, реляционного и ролевого типов. Их использование открывает новые возможности по описанию фактов и закономерностей предметной области, и позволяет предложить более совершенный алгоритм поддержки проектных решений по созданию БЗ, свободный от указанного выше недостатка.

Исследования, получившие отражение в диссертации, выполнены в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) в рамках Федеральной целевой программы развития ГАС РФ «Правосудие».

Цель диссертационного исследования заключается в повышении качества разработки и поддержки решений по созданию баз знаний в составе крупномасштабных ИКС систем за счет разработанных алгоритмов и методов интеллектуальной поддержки и их практической реализации применительно к управлению проектом ГАС РФ «Правосудие». Таким образом, объектом исследования является процесс создания базы знании, предметом — методы, обеспечивающие поддержку этого процесса.

Задачи исследования:

1. Исследование принципов организации общения между пользователем и БЗ, выбор модели машинного понимания входных текстов.

2. Анализ существующих и перспективных языков и методов представления знаний при выборе проектных решений по созданию БЗ.

3. Разработка общего и частных алгоритмов интеллектуальной поддержки проектных решений по созданию баз знаний на основе логико-лингвистического подхода.

4. Определение критериев оценки качества баз знаний и выбор методов оценки качества проектных решений по созданию баз знаний.

5. Реализация теоретических положений применительно к поддержке проектных решений при создании базы знаний для подсистемы «Банк судебных решений» (судебной практики) в составе ГАС РФ «Правосудие».

Методологическую базу исследования составляют положения теории системного анализа, искусственного интеллекта, а также методы логико-лингвистического моделирования и экспертных оценок.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

1) Предложена концептуальная модель машинного понимания входных текстов, направленная на активный поиск в тексте ключевых объектов, стимулирующих базу знаний к реакции, в отличие от традиционной ненаправленной лингвистической обработки текстовых предложений, ориентированной на пассивную регистрацию того, «что есть в предложении».

2) Исследованы языковые средства с учетом особенностей крупномасштабных ИКС. Рекомендован перечень языковых средств для представления знаний о предметной области при реализации баз знаний в составе ИКС.

3) Разработаны алгоритмы интеллектуальной поддержки решений по созданию баз знаний, которые позволяют формализовать знания о предметной области с использованием методов задания единиц знаний.

4) Решена проблема оценки качества проектных решений по созданию баз знаний путем комплексной оценки базы знаний по показателям качества, учитывающим социальную, функциональную, эргономическую, прагматическую, техническую и технологическую составляющие.

Достоверность выводов и положений диссертационной работы определяется комплексным подходом к постановке задач исследования, а также 6 подтверждается положительными результатами практического применения разработанных алгоритмов и методов.

Практическая значимость работы. Разработанные и реализованные алгоритмы и методы поддержки решений при создании БЗ целесообразно использовать при решении проблем для интеллектуальных экспертных систем социально-экономического профиля. Кроме того, материалы диссертации могут быть использованы магистрами ВУЗов в учебном процессе для выполнения курсовых и магистерских диссертаций.

Результаты внедрения. Алгоритмы, методы, выводы и положения, обоснованные в диссертации, использованы во ФГУП НИИ «Восход» при проведении плановых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию БЗ подсистемы «Банк судебных решений» ГАС РФ «Правосудие». При рассмотрении и оценке технических заданий на развитие ГАС РФ «Правосудие» подход, основанный на использовании методов экспертных оценок, позволил обосновать параметры проекта и наиболее точно оценить затраты на проведение работ в Судебном департаменте при Верховном Суде Российской Федерации, что подтверждено соответствующим актом.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: научн.-практ. конф. «Современные информационные алгоритмы в управлении и образовании» (Москва, 2001) — выездном заседании совета судей (Астрахань, 2009) — первой Всеросс. научн.-техн. конф. «Системы организационного поведения» (Воронеж, 2009) — межрегион, научн.-технич. конф. «Модели и алгоритмы интеллектуальной поддержки решений при управлении проектами» (Москва, 2009) — межрегион, научн.-технич. конф. «Проблемы управления в социальных и экономических системах» (Москва, 2010) — Всеросс. научн.-технич. конф. «Управление в системах организационного поведения» (Москва, 2010) — научн.-практ. конф. «Современные информационные технологии в управлении и образовании» (Москва, 2011) — научн.-практ. конф. «Электронное законодательство: доступ к нормативно-правовой информации в электронной среде» (Санкт-Петербург, 2011) — заседание научн.-технич. совета ФГУП «НИИ «Восход» (Москва, 2012).

Публикации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 2 работы в издании, включенном в перечень ВАК РФ и в одной монографии. В работах, написанных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: в [48] алгоритмическая реализации базы знаний, в [50]- критерии и методы оценки проектных решений в [51] модели машинного понимания входных текстов, в [52] - состав и алгоритм функционирования модели, в [56] - языки представления знаний, в [53,54] -схема и содержание этапов алгоритмов, в [59] - математические алгоритмы оптимизации, в [61] - алгоритм обезличивания и публикации текстов, в том числе алгоритм обезличивания подтвержден патентом № 119 485 от 03.05.2012.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения (акты реализации и внедрения результатов работы) и списка литературы из 81 наименования. Материал диссертации изложен на 126 страницах машинописного текста, включая 40 иллюстраций и 10 таблиц.

Результаты исследования нашли применение в ФГУП НИИ «Восход» при проведении плановых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, и применялись для поддержки решений на всех этапах создания БЗ по судебной практике и судебным решениям в составе ГАС РФ «Правосудие».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация посвящена разработке методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки проектных решений по созданию БЗ в составе крупномасштабных ИКС и их практической реализации применительно к проекту ГАС РФ «Правосудие», что соответствует паспорту специальности 05.13.11 — Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей.

Исследования, получившие отражение в диссертации, выполнены в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) в рамках Федеральной целевой программы развития судебной системы.

Лично автором получены следующие научные результаты.

Определены принципы построения БЗ в составе ИКС типа ГАС РФ «Правосудие» в части организации общения между пользователем и БЗ, модели машинного понимания входных текстов.

Исследованы языковые средства с учетом особенностей крупномасштабных ИКС. Рекомендован перечень языковых средств для реализации БЗ в составе ИКС.

Разработаны алгоритмы интеллектуальной поддержки решений по созданию баз знаний, которые позволяют формализовать знания о предметной области с использованием методов задания единиц знаний.

Решена проблема оценки качества проектных решений по созданию БЗ путем оценки по показателям, учитывающим социальную, функциональную, эргономическую, прагматическую, техническую и технологическую составляющие;

Реализованы теоретические положения исследования применительно к проектированию БЗ в составе ГАС РФ «Правосудие». По качеству своих параметров предлагаемый автором проект по созданию БЗ СПиСР в структуре.

ГАС РФ «Правосудие» на 84% соответствует эталонным требованиям и может быть реализован с вероятностью не менее 94%.