Интеллектуальная поддержка технологии построения

УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
Г.В. РЫБИНА, М.Г. ИВАЩЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕХНОЛОГИИ
ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ЭКСПЕРТНЫХ
СИСТЕМ *
В работе рассматриваются особенности методов и технологий интеллектуальной поддержки разработки интегрированных экспертных систем. Предлагается
метод интеллектуальной поддержки разработки на основе гибридизации традиционных технологий и технологий, применяемых в области искусственного интеллекта.
Как показано в [1 - 3], начиная с середины 90-х годов в области инструментальной базы для создания экспертных систем (ЭС) усилилось
влияние CASE-технологий, KBSA-подхода (Knowledge Base Systems
Assistant), технологий реализации статических и динамических распределенных приложений (COM, DCOM, Java RMI, CORBA и др.), интеграция
которых привела к формированию нового KBSE-направления (Knowledge
Base Software Engineering), связанного с «интеллектуализацией» процессов разработки широкого класса ЭС.
Следует отметить, что в интеллектуальных системах, разработанных в
80-е годы, основой поддержки процесса разработки, как правило, являлись средства планирования действий разработчиков. Среди применяемых традиционных подходов планирования можно выделить, в частности,
классические методы планирования (общий решатель задач GPS) [4, 5],
механизмы поиска в пространстве состояний при построений планов
(STRIPS, SNLP, O-PLAN) [4, 6], построение планов на основе методов
планирования с чередованием шагов (HACKER, WARPLAN,
INTERPLAN) [7], планирование на основе поиска в процедурных сетях
(NOAH, NONLIN) [6, 7], использование расширенной классической модели планирования для работы с неопределенностями в среде посредством
введения вероятностных распределений по исходным состояниям и результатам действий (BURIDAN) [6, 7].
Позднее активно стали применяться такие подходы, как многоуровневое альтернативное немонотонное планирование (решатель геометрических задач) [7], планирование и управление проектами в условиях непол-
*
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 06-01-00242)
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 3
52
УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
ноты и неточности информации о сроках выполнения задания (Time-EX)
[8] и др.
С развитием информационных технологий на смену традиционным
(простым продукционным) ЭС пришел более сложный класс интеллектуальных систем – интегрированные экспертные системы (ИЭС), для которых проблемы, связанные с технологиями поддержки разработок, приобретают наибольшую значимость и актуальность. Это связано с тем, что
ИЭС обладают масштабируемой архитектурой, позволяющей расширять
функциональность системы с помощью дополнительных подсистем, что
приводит к возрастанию числа стадий и итераций в моделях жизненного
цикла (ЖЦ) построения отдельных компонентов ИЭС и повышению доли
недостоверной и ошибочной информации. Рассмотрение данных вопросов
напрямую связано с решением таких задач, как снижение трудозатрат на
разработку и смягчение квалификационных требований к проектировщикам (инженерам по знаниям), что на сегодняшний день является важнейшей проблемой у ведущих производителей программного обеспечения во
всем мире (фирмы IBM, Microsoft, CA и др.).
К числу других основных проблем, вызывающих ряд трудностей при
разработке ИЭС, можно отнести, в частности, высокую сложность этапов
проектирования и разработки ИЭС, реализация которых в значительной
степени зависит от специфики проблемной области (ПрО); высокое влияние «человеческого фактора» при принятии решения о дальнейших этапах
разработки; значительные отличия технологий построения ИЭС и технологий создания традиционного программного обеспечения и др.
Предложенная в середине 90-х гг. задачно-ориентированная методология (ЗОМ) построения ИЭС [9 и др.] предполагает, что разработанные на
ее основе инструментальные средства поддерживают все этапы ЖЦ в
рамках единого системного подхода, причем важная роль отводится средствам интеллектуальной поддержки разработки ИЭС, входящих в состав
«интеллектуальной среды». В основу понятия «интеллектуальной среды»,
введенного в ЗОМ, были положены некоторые базовые принципы, подходы и методы, созданные в области интеллектуальных пакетов прикладных
программ (ИППП) – широко известного класса интеллектуальных систем
типа отечественных МАВР, ПРИЗ, СПОРА, ДИСАР, РЕГЕНД и др., которые позволяли конечному пользователю решать задачи на ЭВМ, давая их
содержательные описания и определяя значения исходных данных без
непосредственного программирования процессов решения задач.
Эволюционное развитие базовых идей ИППП и подходов, использующихся сегодня в информационных и агентно-ориентированных технолоISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 3
53
УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
гиях управления проектами в целом, позволили разработать совокупность
моделей, методов и средств интеллектуальной поддержки процессов построения ИЭС, апробация которых проводилась при создании прикладных ИЭС для задач медицинской и технической диагностики, а также
проектирования корпоративных информационно-вычислительных сетей.
Результаты экспериментов показали, что полностью исключить участие
человека из процессов принятия решений в ходе разработки, практически,
невозможно, поэтому дальнейшие исследования были направлены на
углубление и расширение степени автоматизации процессов планирования и управления проектами создания ИЭС.
Формальное описание модели интеллектуальной среды приводится в
[3, 10]. Базовыми элементами интеллектуальной среды поддержки разработки ИЭС являются средства интеллектуального планирования действий
инженера по знаниям и исполнения построенного плана - интеллектуальный планировщик. К настоящему времени было создано несколько поколений средств интеллектуального планирования, разработанных на основе
объединения моделей и методов традиционного планирования с методами, применяемыми в области ЭС.
Подобного рода гибридизация является вполне обоснованной при решении задач, связанных с разработкой ИЭС, поскольку использование
гибких механизмов ЭС, позволяющих четко отражать логику эксперта и
декларативный способ описания знаний о ПрО при построении плана, в
сочетании с определенными традиционными методами планирования, как
показывает практика [10, 11], позволяет легко расширять области применимости данных средств (пополняя их знаниями) и тем самым обеспечивает возможность эффективного детального планирования каждого этапа
разработки ИЭС с его последующей реализацией.
В основу предлагаемого подхода организации средств интеллектуального планирования положено комбинированное применение типовых
проектных процедур (ТПП) - в качестве алгоритмической составляющей
подхода, и повторно используемых компонентов (ПИК) в качестве функциональной основы подхода [3, 10].
Как показано в [1 - 3], общая архитектура инструментального комплекса АТ-ТЕХНОЛОГИЯ третьего поколения разработана таким образом, что вся функциональность разнесена на компоненты, которые действуют под управлением интеллектуальной среды поддержки разработки.
Эти компоненты являются ПИК комплекса и реализуются по правилам,
определенным для ПИК. В зависимости от реализуемой компонентами
функциональности, они могут быть разделены на две группы:
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 3
54
УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
 компоненты, реализующие возможности процедурного ПИК;
 компоненты, реализующие возможности информационного ПИК.
Основным алгоритмическим элементом, которым оперирует интеллектуальный планировщик третьего поколения, является ТПП [1-3], под которой в соответствии с ЗОМ понимается набор элементарных ходов (инструкций), традиционно совершаемых инженером по знаниям на каждом
этапе ЖЦ разработки для решения каких-либо проектных задач. Интеллектуальный планировщик, зная, какие ТПП есть и для чего они предназначены, формирует набор задач для разработки любого прототипа ИЭС
(согласно ЖЦ разработки). Далее на основе требований к прототипу,
сформированных на этапе анализа системных требований, интеллектуальный планировщик декомпозирует план разработки на более мелкие
задачи, в том числе и посредством ТПП.
Общий алгоритм функционирования средств интеллектуального планирования приводится в [10]. Следует отметить, что в качестве мощной
составляющей процесса интеллектуального планирования использован
универсальный АТ-РЕШАТЕЛЬ комплекса АТ-ТЕХНОЛОГИЯ [1 - 3], что
позволило провести модификацию и классификацию знаний о процессах
построения ИЭС, использованных в ранних версиях средств интеллектуального планирования и накопленных позднее. В частности, удалось провести унификацию форматов всех типов знаний (технологических, знаний
о ПрО и пр.), а для определенных моделей ПрО разработаны базы метазнаний (БМЗ), используемые при настройке средств интеллектуального
поиска.
Результаты экспериментального моделирования позволили выявить
ряд недостатков подхода, в частности, невысокую производительность
при поддержке разработки ИЭС для произвольных ПрО, недостаточную
полноту знаний средств интеллектуального планирования для поддержки
разработки произвольного типа ИЭС и др. Тем не менее полученные результаты позволяют с уверенностью утверждать, что использование описанного механизма позволяет существенно сократить время разработки и
нагрузку на инженера по знаниям при принятии решения о ходе разработки прикладных ИЭС.
Среди основных направлений дальнейших исследований в данной области следует выделить пополнение БЗ интеллектуального планировщика,
разработку БМЗ для настройки средств вывода с целью повышения эффективности интеллектуальной поддержки разработки ИЭС для конкретных типов ПрО, создание информационно-процедурных механизмов (БЗ,
БМЗ и пр.) для организации интеллектуальной поддержки, используя разISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 3
55
УДК 004.896(06) Интеллектуальные системы и технологии
личные модели ЖЦ, а также разработку процедурно-информационных
механизмов (ПИК, БЗ, БМЗ и пр.) для применения механизмов адаптивного планирования при интеллектуальной поддержке процессов разработки
ИЭС.
Список литературы
1. Рыбина Г.В. Инструментальные средства нового поколения для построения прикладных интеллектуальных систем// Авиакосмическое приборостроение. 2004. № 10. С. 14-23.
2. Рыбина Г.В. Инструментарий нового поколения для построения интегрированных
экспертных систем// Девятая национальная конференция по искусственному интеллекту с
международным участием КИИ-2004. Труды конференции. В 3-х т. Т.2. М.: Физматлит,
2004. С. 621-629.
3. Рыбина Г.В. Автоматизированное рабочее место для построения интегрированных
экспертных систем: комплекс АТ-ТЕХНОЛОГИЯ // Новости искусственного интеллекта.
2005. № 3. С. 69-87.
4. Искусственный интеллект: Справочник. В 3-х кн. Кн. 2. Модели и методы / Под редакцией Поспелова Д.А. М.: Радио и связь, 1990. 304 с.
5. Добрецов С.В., Шестаков С.М. Планирование действий в искусственном интеллекте// ВАТТ СПбГТУ. 1998. № 2.
6. Люгер Дж. Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных
проблем, 4-е издание: пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильямс", 2003. 864 с.
7. Корухова Л.С., Любимский Э.З., Малышко В.В. Программные средства реализации
ассоциативного планирования. М.: Препринт Института прикладной математики им.
М.В.Келдыша РАН. 2002. № 10.
8. Нариньяни А.С., Гофман И.Д., Инишев Д.А., Банасюкевич Д.В. Развитие интеллектуальной технологии недоопределенного планирования и управления проектами Time-EX //
Труды 7-й национальной конференции по искусственному интеллекту КИИ-2000. М.: Физматлит, 2000.
9. Рыбина Г.В. Задачно-ориентированная методология автоматизированного построения интегрированных экспертных систем для статических проблемных областей // Известия
РАН. Теория и системы управления. 1997. № 5. C. 129-137.
10. Рыбина Г.В., Иващенко М.Г. Методы и программные средства интеллектуальной
поддержки разработки интегрированных экспертных систем//Программные продукты и
системы. 2006. №6. С. 21-27.
11. Рыбина Г.В., Иващенко М.Г. Использование методов ресурсно-календарного планирования для интеллектуальной поддержки построения интегрированных экспертных систем// Десятая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным
участием КИИ-2006. Труды конференции. В 3-т. Т.1. М.: Физматлит, 2006. С. 167-174.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 3
56