Основные правила разработки систем

В процессе разработки диалоговых систем следует учитывать множество требований, которые условно можно подразделить на требования, определяющие принципы проектирования систем, и требования к эксплуатационным характеристикам диалоговых, систем.

Принципы проектирования диалоговых систем. К ним относятся следующие правила

1. Прежде чем перейти к обсуждению достоинств и недостатков некоторой существующей системы или выдвижению требований к разработке системы с заданными свойствами, пользователь должен познакомиться с какой-либо моделью системы практически.

2. Разработка конкретных диалоговых систем, как правило, нацелена на автоматизацию процедур решения задач определенного класса. Поэтому проектировщику следует максимально использовать опыт работы и методологию, которые применялись пользователями создаваемой системы на практике, а не навязывать новую технологию решения задач.

3. Следует предусмотреть адаптивную обратную связь между пользователем и системой, позволяющую разработчику в интерактивном режиме приспособить систему к реальным условиям решения задачи. Наличие обратной связи дает возможность модифицировать систему с учетом новых требований ЛПР и новых задач.

4. При проектировании систем необходимо предусмотреть методы контроля и защиты информации, включающие следующие процедуры:

• синтаксический, логический и численный контроль информации;

• коррекцию ранее полученной информации;

• прерывание процедуры выполнения с возвратом в подходящую точку алгоритма с восстановлением исходных состояний файлов экспертной информации.

5. В процессе работы системы необходима фиксация ее деятельности с помощью ЭВМ для обеспечения накопления протоколов работы, последующий анализ которых позволяет интерпретировать и аргументировать решения, а также выявить ошибки, подразделяя их на ошибки пользователя и системы.

Требования к эксплуатационным характеристикам диалоговых систем. К этим требованиям можно отнести следующие.

1. Правила адаптации субъекта к диалоговым системам предназначены для разработки систем, действующих на естественном языке, что является целью большинства исследований по искусственному интеллекту. При этом требование соблюдения таких условий, как участие пользователя в создании системы и обоснованность любых действий системы, определяется в зависимости от ранее указанных особенностей класса решаемых задач и типа предпочтений ЛПР. Эти условия предполагают, что пользователь не является пассивным элементом в системе и все действия разрабатываемой системы необходимо оценивать относительно их воздействия на активно изменяющегося пользователя, пытающегося понять и познать систему.

2. Условия проектирования диалоговых систем, диктующие необходимость снижения умственной нагрузки на пользователя-непрофессионала, предполагают выполнение следующих требований:

• единообразие вычислительных и опросных процедур и терминологии: желательно пользоваться привычной лексикой пользователя, т.е. система должна либо проектироваться для конкретной задачи, либо иметь возможность настраиваться на специфическую терминологию конкретной пользовательской области;

• определение последовательности предоставления информации и возможность получения углубленной информации по мере необходимости;

• обучение, основанное на опыте работы пользователя; предлагается снабдить пользователя подсказками с помощью ЭВМ и обеспечить возможность накопления опыта путем тренировочных просчетов;

• обозримость состояния диалога, которая предполагает использование кратких форм диалога (вопрос — ответ, выбор из меню) либо ответов на ограниченном естественном языке, не допускающем неоднозначное трактование требуемых в конкретной ситуации действий.

Дополнительно необходимо отметить, что помощь, предоставляемая пользователю со стороны системы, должна быть благожелательной, обеспечивать всестороннюю поддержку, выдачу справочной информации любой степени детализации в любой момент по требованию, своевременную ясную и точную диагностику ошибок пользователя с указанием способов их преодоления. Однако эта помощь системы не должна быть избыточной. Таким образом, одновременно с адаптацией пользователя к системе должен происходить и обратный процесс адаптации системы, который позволяет учесть уровень обучения пользователя и тем самым минимизировать его умственную нагрузку путем снижения числа вопросов, сокращения их формулировок и т. п.

Требования к методам защиты информации

Выбор решений в реальных ситуациях часто базируется на конфиденциальной информации, доступ к которой возможен лишь при получении санкций на использование либо на корректировку ранее накопленной информации. Настоящее условие предусматривает контроль и защиту информации в базе данных, причем данная проблема должна быть решена на этапе проектирования системы.

Различают два вида средств защиты экспертной информации: средства защиты, предоставляемые операционной системой, и программные средства защиты информации.

К средствам защиты экспертной информации, предоставляемым операционной системой независимо от типа используемой ЭВМ, относятся:

• шифры, пароли, идентификаторы области каждого пользователя, где хранятся его программы и наборы данных;

• идентификаторы магнитных дисков, на которых расположены пользовательские области, откуда пользователь может считывать информацию.

Значения идентификаторов магнитного диска и пользовательской области, а также пароли известны только системному программисту, ответственному за эксплуатацию операционной системы, и непосредственному пользователю.

К числу программных средств защиты информации можно отнести шифры задач синтеза и принятия решений. Введение шифра задачи обеспечивает конфиденциальность информации по следующим причинам:

• он известен только пользователю и не должен сообщаться системному программисту;

• без ввода шифра невозможен запуск ни одной из программ для соответствующей задачи, а также исключен несанкционированный доступ к экспертной информации, накопленной в системе, стандартными средствами операционной системы.

7.7. Функции и структура автоматизированной системы принятия, планирования и синтеза решений

Структура системы принятия, планирования и синтеза рациональных решений в области экономики и управления приведена на рис. 7.1. Система включает три функциональные подсистемы: принятия решений, аналитического планирования и комбинаторно-морфологического синтеза.

Диалоговый монитор системы организует в соответствии с выбранной пользователем задачей работу всех трех подсистем и их компонентов, в частности: изменение порядка взаимодействия компонентов, добавление новых схем решения функциональных задач, диалоговое управление вызовом очередных компонентов систем. В целом диалоговый интерфейс построен на принципах функционирования экспертной системы, использующей знания о процедурах решения выбранного класса задач.

В рамках данной системы автоматизируются следующие функции экономиста (управленца) — аналитика:

• хранение информации;

• поиск информации по запросам в базах данных и знаний для анализа взаимосвязей объектов, изучения состава объектов, анализа значений характеристик, уточнения функций и условий функционирования исследуемых объектов;

• формирование социально-экономических и технологических требований и критериев качества к исследуемой системе;

• генерация вариантов сложных многокомпонентных систем;

• многокритериальный анализ вариантов и выбор лучшего из них;

• построение планов вычислений и проведение расчетов;

• логический вывод информации на основе имеющихся знаний.

Функциональная подсистема принятия решений [4, 5]. Она включает в себя компонент математических методов ранжирования альтернатив и распределения ресурсов с учетом многокритериальности, базу данных критериев качества, базу знаний иерархий критериев качества и функций принадлежности, базу знаний решенных задач по принятию решений.

Компонент математических методов реализует методы многокритериального анализа и выбора вариантов, в основе которых лежат методы анализа иерархий и принятия решений на нечетких множествах, а также методы комбинаторики для решения задач оптимального распределения ресурсов.

База данных критериев качества содержит информацию о различных социально-экономических, технологических, экологических, антропогенных и других критериях, которые классифицированы по различным экономическим, управленческим и организационным проблемам. База данных критериев постоянно пополняется новой информацией.

База знаний иерархий критериев качества и функций принадлежности накапливает и хранит знания о наиболее типовых иерархиях и функциях из различных отраслей экономики. Она строится на основе знаний высококвалифицированных специалистов предметных областей и может быть использована при решении типовых задач без существенной корректировки значений функций принадлежности и иерархических структур критериев.

База знаний решенных задач хранит и накапливает информацию о компонентах решенных практических задач по принятию решений. К таким компонентам причислены функции принадлежности по различным критериям; иерархические структуры критериев, экспертные оценки степени предпочтительности исследуемых альтернатив и относительной важности критериев, векторы приоритетов альтернатив по всем рассматриваемым в задаче критериям и для каждого эксперта, участвовавшего в решении задач принятия и обоснования рациональных решений.

Компонент математических методов для поддержки динамических процессов в иерархических системах имеет ряд особенностей, не рассматриваемых ранее. Данный компонент расширен следующими процедурами:

• процедурой подбора функций и построения полиномов, аппроксимирующих динамику изменения предпочтений на основе информации, хранящейся в базе данных;

• процедурой численного решения уравнения (2.4) для матриц произвольной размерности, элементы которых заданы функциями из табл. 2.2;

• процедурой построения регрессионных зависимостей приоритетов от времени на основе информации, содержащейся в базе данных.

Задача прогнозирования решается в системе двумя способами: путем построения аппроксимирующих зависимостей на основе имеющейся в базе данных информации с последующим их использованием для построения динамических матриц парных сравнений на определенном отрезке времени, а также путем экспертной оценки вероятного изменения предпочтений с помощью функциональной шкалы (см. табл. 2.2) и последующего численного решения уравнения вида (2.4).

Получение динамических приоритетов также возможно путем аппроксимации информации, хранящейся в базе данных, или в результате решения уравнения (2.4).

База данных системы для поддержки динамических процессов принятия решений выполняет две основные функции. Она используется для информационной поддержки пользователя при формировании новых задач в данной предметной области, а также в процессах анализа при извлечении знаний. Представление информации о целях, критериях, альтернативах, экспертах и, наконец, предпочтениях сопряжено со сложностями, поскольку между элементами данных существует множество связей различного характера. В соответствии с основными функциями данные можно разделить на две категории, одна из которых, наиболее общая, обеспечивает информационную поддержку пользователя, а другая, более конкретная, используется в процессах извлечения знаний. К первой категории относится информация об альтернативах, критериях и экспертах. Данные об этих объектах можно организовать в виде пополняемых списков и таблиц. Вторая категория данных содержит ссылки на конкретные альтернативы, критерии и экспертов, участвовавших в решении определенной задачи, а также включает информацию обо всех предпочтениях и приоритетах. Для представления данных первой категории хорошо подходит любая модель, данные второй категории плохо вписываются во все модели. Поэтому для их представления используется собственный формат, названный "файл задачи".

Сравнение реляционной и файловой моделей показало явные преимущества последней по возможностям представления сложных данных, при этом трудоемкость реализации такой системы значительно выше.

Функциональная подсистема аналитического планирования. Она включает в себя компонент формирования процессов планирования в прямом и обратном направлениях; базу данных наименований сил, акторов, целей акторов, критериев качества, политик, сценариев; базу знаний прямых и обратных иерархических процессов планирования; базу знаний решенных задач. Подсистема аналитического планирования взаимодействует с компонентом математических методов многокритериального выбора альтернатив на иерархических структурах.

Формирование прямого и обратного процессов планирования обеспечивается средствами графического интерфейса и математическим компонентом подсистемы принятия решений. В частности, для этой цели используется метод анализа иерархий. Этот компонент позволяет пользователю формировать процессы планирования и проводить сравнительную оценку обобщенных сценариев, осуществлять калибровку переменных состояний и оценку последствий принимаемых решений.

База данных содержит систематизированную по различным ситуациям планирования развития экономических отраслей информацию: о политических, экономических и социальных силах, действующих в обществе; об акторах, т. е. социальных группах, влияющих на процесс планирования и исходы; о целях акторов, критериях качества, конкретизирующих цели, и о политиках, которые предпринимаются акторами для достижения целей; о вероятных сценариях развития исследуемого процесса.

База знаний иерархий содержит знания о прямых и обратных процессах планирования в виде иерархических систем и векторов . приоритетов элементов, расположенных на иерархических уровнях. Иерархические системы классифицированы по отраслям экономики.

База знаний решенных задач хранит и накапливает всю информацию о каждой задаче планирования, просчитанной данной подсистемой. Накопление подобных знаний позволяет прослеживать динамику планирования близких по содержанию задач планирования и накапливать знания для последующих обобщений в целях создания самообучающейся системы.

Функциональная подсистема комбинаторно-морфологического синтеза [6]. Она содержит компонент формирования морфологических таблиц; компонент математических методов комбинаторно-морфологического синтеза, распределения ресурсов и подсистем; базу данных критериев качества; базу данных классификационных признаков; базу знаний решенных задач.

Компонент формирования морфологических таблиц обеспечивает ввод в систему таблиц различной структуры и размерности в графическом режиме. Сформированная таким образом морфологическая таблица содержит для решения конкретной задачивсюнеобходимую информацию о функциональных подсистемах, альтернативах, критериях качества, предпочтениях, параметрах.

Формирование морфологических таблиц для решения задач осуществляется двумя способами: непосредственным вводом новой таблицы пользователем в диалоговом режиме; с использованием базы знаний решенных аналогичных задач и баз данных критериев качества, функциональных подсистем и классификационных признаков. Для оценки альтернатив, систематизированных морфологической таблицей, привлекается подсистема принятия решений.

Компонент математических методов содержит все рассмотренные в предыдущих разделах комбинаторно-морфологические методы синтеза рационального распределения ресурсов между альтернативами и кластерного анализа морфологических множеств.

База данных функциональных подсистем содержит информацию об основных характеристиках элементов, из которых синтезируются сложные экономические, управленческие или организационные системы.

База данных критериев качества позволяет накапливать и отбирать из нее критерии, наиболее важные для решения конкретной задачи. При этом главные критерии не ускользают из поля деятельности исследователя.

База данных классификационных признаков содержит информацию о качественных функциональных, структурных и параметрических признаках и их значениях. Признаки и их значения образуют родовидовые классификации и сгруппированы с учетом различных функциональных подсистем.

База знаний решенных задач накапливает и хранит знания о практически решенных задачах для использования накопленного опыта в типовых ситуациях синтеза рациональных систем. База знаний хранит всю входную и выходную информацию.

Основные понятия

1. Автоматизация процессов принятия, планирования и синтеза экономических решений.

2. Диалоговые компьютерные системы.

3. Классификация компьютерных систем принятия и синтеза экономических решений.

4. Принципы разработки компьютерных систем.

5. Методы защиты информации.

6. Функции и структура автоматизированной системы принятия и синтеза решений.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте обоснование необходимости автоматизации процессов принятия, планирования и синтеза экономических решений.

2. По каким основным признакам классифицируются компьютерные системы принятия и синтеза решений?

3. Каковы правила и принципы разработки программных средств?

4. Приведите основные требования, предъявляемые к методам защиты информации.

5. Предложите новую концептуальную структуру и набор функций автоматизированной системы принятия и синтеза решений для выбранной вами конкретной экономической области.

6. Проведите научное исследование по выявлению процедур эвристических методов, которые целесообразно формализовать в ближайшем будущем и в перспективе (первое десятилетие XXI в.).

Литература

1. Довгяло А. М. Диалог пользователя с ЭВМ: Основы проектирования и реализации. — Киев: Наукова думка, 1981. — 232 с.

2. Сакман Г. Решение задач в системе человек — ЭВМ. — М.: Мир, 1973.—351 с.

3. Мишенин А. И. Теория экономических информационных систем. — М.: Финансы и статистика, 1999. — 243 с.

4. Андрейчиков А. В., Андрейчикова О.Н., Джабер Ф.Ф. Автоматизированное принятие решений в иерархических системах // Программные продукты и системы. — 1993. — № 3. — С.23 — 29.

5. Андрейчикова О. Н. Интеллектуальные системы для поддержки процессов принятия решений: Учеб. пособие. — Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 1996. — 93 с.

6. Андрейчиков А. В. Анорейчикова О. Н. Компьютерная поддержка изобретательства. — М.: Машиностроение, 1998. — 476 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Фонд эвристических приемов

1. Преобразование структуры.

1.1. Исключить наиболее напряженный элемент.

1.2. Исключить элемент при сохранении объектом всех прежних функций.

1.3. Убрать лишние структурные элементы, даже если будет потерян один процент эффекта.

1.4. Обеспечить выполнение одним элементом нескольких функций, благодаря чему отпадет необходимость в других элементах.

1.5. Присоединить к базовой системе дополнительный специализированный элемент.

1.6. Заменить связи между элементами систем.

1.7. Заменить источник финансирования, кредитования и т. д.

1.8. Существенно изменить компоновку системы.

1.9. Сосредоточить органы управления и контроля в одном месте.

1.10. Ввести единую систему управления или финансирования, кредитования и т. д.

1.11. Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.

1.12. Объединить в единое целое объекты, имеющие самостоятельное назначение, которое сохраняется после объединения в новом комплексе.

1.13. Использовать принцип агрегирования. Создать базовую систему, на которую можно "навесить" различные (в различных комбинациях) новые функциональные подсистемы.

1.14. Совместить или объединить явно или традиционно несовместимые системы, устранив возникающие противоречия.

1.15. Найти глобально оптимальную структуру.

1.16. Выбрать (придумать) наиболее красивую структуру.

2. Преобразование в пространстве (при проектировании офисов, маркетов и т. п.).

2.1. Изменить традиционнуюориентацию в пространстве (положить набок, повернуть низомвверх. Повернуть путем вращения и т. д.).

2.2. Использовать "пустое пространство" между элементами системы (один элемент системы может проходить сквозь полость в другом элементе системы).

2.3. Объединить известные порознь элементы системы с размещением одного внутри другого по принципу "матрешки".

2.4. Заменить размещение по одной линии размещением по нескольким линиям или плоскостям. Инверсия приема.

2.5. Заменить размещение на плоскости размещением по нескольким плоскостям или в трехмерном пространстве. Инверсия приема.

2.6. Изменить направление действия силы.

2.7. Приблизить рабочие органы системы к месту выполнения ими своих функций без передвижения самой системы.

2.8. Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку.

2.9. Перейти от последовательного соединения элементов к параллельному или смешанному. Инверсия приема.

2.10. Разделить объект на части так, чтобы приблизитькаждуюиз них к тому месту, где она работает.

2.11. Разделить систему на две части: объемную и необъемную, вынести объемную часть за пределы, ограничивающие объем.

2.12. Вынести элементы, подверженные действию вредных факторов, за пределы их действия.

2.13. Перенести (поместить) систему или ее элемент в другую среду, исключающую действие вредных факторов. Выйти за традиционные пространственные ограничения.

3. Преобразования во времени.

3.1. Перенести выполнение действия на другое время. Выполнить требуемое действие до начала работы или после ее окончания.

3.2. Перейти от непрерывного действия (процесса) к периодическому, или импульсному. Инверсия приема.

3.3. Перейти от стационарного во времени режима к изменяющемуся.

3.4. Исключить бесполезные (вредные) интервалывремени. Использовать паузу между периодическимидействиями для осуществления другого действия.

3.5. По принципу непрерывного полезного действия осуществлять работу системы непрерывно, без холостых ходов. Все элементы системы должны работать с полной нагрузкой все время.

3.6. Изменить последовательность выполнения операций.

3.7. Перейти от последовательного осуществления операций к параллельному (одновременному). Инверсия приема.

3.8. Совместить экономические (технологические, организационные) процессы или операции. Объединить однородные или смежные операции. Инверсия приема.

4. Приемы дифференциации.

4.1. Разделить движущийся поток информации на два или несколько.

4.2. Разделить систему на части.

4.3. Дифференцировать экономические и другие источники; приблизить их к исполнительным органам.

4.4. Сделать автономным управление каждого элемента системы.

4.5. Провести дробление традиционной целостной системынамелкие однородные элементы, выполняющие однородные функции. Инверсия приема.

4.6. Придать системе блочную структуру, при которой каждый блок выполняет самостоятельную функцию.

4.7. Выделить в системе самый нужный элемент (нужное свойство) и усилить его, улучшить условия его работы.

5. Количественные изменения.

5.1. Резко изменить (в несколько раз) параметры или показатели системы (ее элементов, окружающей среды).

5.2. Увеличить (или уменьшить) в системе число одинаковых или подобных друг другу элементов. Изменить число одновременно действующих или обрабатываемых элементов системы.

5.3. Увеличить (или уменьшить) степень дробления системы.

5.4. Допустить незначительное уменьшение требуемого эффекта.

5.5. Использовать идею избыточного решения (если трудно получить 100 % требуемого эффекта, задаться целью получить несколько больше имеющегося).

5.6. Изменить вредные факторы так, чтобы они перестали быть вредными.

5.7. Уменьшить число функций системы с тем, чтобы она была более специализированной, соответствующей только оставшимся функциям и требованиям.

5.8. Гиперболизировать, значительно увеличить размеры системы и найти ей применение. Инверсия приема.

5.9. Создать местное локальное качество; осуществить локальную концентрацию усилий.

5.10. Найти глобально оптимальные параметры экономической (управленческой, организационной и т. д.) системы по различным критериям качества.

6. Использование профилактических мер.

6.1. Предусмотреть прикрытие и защиту легко повреждающихся элементов.

6.2. Ввести предохранительные устройства или блокировку.

6.3. Выполнить систему модульной, так чтобы можно было заменять отдельные поврежденные части.

6.4. Для сокращения времени простоев и повышения надежности создать легко используемый запас рабочих элементов. Предусмотреть в ответственных частях системы дублирующие элементы.

6.5. Заранее придать системе качества сопротивления нежелательным воздействиям окружающей среды.

6.6. Заранее придать объекту изменения, противоположные недопустимым или нежелательным изменениям, возникающим в процессе работы.

6.7. Придать системе новоесвойство, например обеспечить его самовосстановление.

6.8. Выполнить элементы системы взаимозаменяемыми.

6.9. Разделить систему на части так, чтобы при выходе из строя одного элемента система в целом сохраняла работоспособность.

6.10. Для повышения надежности заранее подготовить аварийные средства.

6.11. Обеспечить уменьшение или устранение колебательных и инерционных процессов.

6.12. Использовать объекты живой и неживой природы при формировании зоны эстетического воздействия (создание зеленой изгороди из деревьев и кустарников, маскировка и т. д.).

6.13. Исключить из окружающей предметной среды объекты, вызывающие отрицательные эмоции.

6.14. Осуществить разработку новых технологий, обеспечивающих резкое уменьшение финансовых нарушений в различных сферах деятельности.

7. Использование резервов.

7.1. Использовать периодически возникающие доходы для получения дополнительного эффекта.

7.2. Компенсировать чрезмерный расход прибыли получением какого-либо дополнительного положительного эффекта.

7.3. Устранить вредный фактор (например, за счет компенсации его другим вредным фактором).

7.4. Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить противоположное по эффекту действие.

7.5. Выполнивший свое назначение или ставший ненужным элемент использовать для других целей.

7.6. Использовать вредные факторы для получения положительного эффекта.

7.7. Выбрать и обеспечить оптимальные параметры (себестоимость, процентные ставки и др.).

7.8. Уточнить расчетные параметры на основе использования более точных математических моделей и ЭВМ.

7.9. После улучшения какого-либо элемента системы определить, как должны быть изменены другие элементы, чтобы эффективность системы в целом еще более повысилась.

8. Преобразование по аналогии.

8.1. Применить объект, предназначенный для выполнения аналогичной функции, в другой отрасли экономики.

8.2. Использовать в качестве прототипа искомого экономического (управленческого, организационного и т. п.) решения аналогиииз близких или отдаленных областей экономики.

8.3. Применить решение, аналогичное имеющемуся в наиболее развитых экономических странах, в научно-фантастической литературе и т. д.

8.4. Использовать аналогии свойств других систем; использовать свойства без самой системы.

8.5. Использовать принцип имитации, заключающийся в создании таких систем, которые по своим свойствам аналогичны другой системе.

8.6. Использовать эмпатию: мысленно превратить себя в систему, с помощью своих ощущений найти наиболее целесообразное решение.

8.7. Вместо недоступной, сложной, дорогостоящей системы использовать ее упрощенные копии, модели, макеты.