1.4. Інтелектуальні інформаційні системи

Одним із напрямів подальшого розвитку АІС є створення персональних автоматизованих інформаційних систем, які забезпечують комплексну підтримку управлінської діяльності.

Основою діяльності керівника будь-якого рівня є знання про об'єкти і суб'єкти управління. З огляду на це функція підтримки його діяльності зводиться до підтримки знань. У свою чергу, знання, по-перше, як об'єкт підтримки мають бути виражені у певній формі, по-друге, ставши об'єктом, який має певну форму, знання є об'єктом взаємодії з ними самого керівника, а в загаль­ному випадку — й інших користувачів АІС.

Отже, функціональне призначення персональних автоматизованих інформаційних систем як засобу підтримки управлінсь­кої діяльності керівників зводиться до вирішення двох проблем: формалізація знань та організація взаємодії між формалізовани­ми знаннями і керівниками — користувачами АІС.

Ці проблеми вирішуються шляхом авто-формалізації професій-знань керівників та інтелектуалізації взаємодії з авто-формалізованими професійними знаннями. Необхідні умови авто-формалізації знань: наявність конкретного носія знань — це може бути одна людина або група людей; наявність у цих людей необхідних знань; існування деякої наперед заданої форми подання знань; передача в користування людям — носіям знань — інструмента, який надає знанням потрібної форми, тобто виконує формалізацію.

Форма подання знань визначається можливостями середовища, в якому вони можуть існувати. Середовищем для існування формалізованих знань є обчислювальне середовище, а тому вони можуть бути подані у формі інформаційно-програмних виробів, Необхідною умовою формалізації знань є також створення інструментальних засобів їх формалізації в обчислювальному сере­довищі. Ці засоби, з одного боку, є компонентами засобів з під­тримки знань користувачів, а з другого — результатом про­фесійної діяльності спеціалістів — інженерів знань. Змістом професійної діяльності цих спеціалістів є розробка інструментальних інформаційно-програмних продуктів формалізації знань в обчислювальному середовищі, організація і ведення (підтримка в актуальному стані) їх.

Проблема інтелектуалізації взаємодії з авто-формалізованими знаннями полягає в тому, що взаємодії з інформаційно-програмними виробами надаються деякі риси, характерні для спілкування між людьми. Для реалізації цих рис інформаційно-програмні виро­би мають виконувати такі три основних види робіт.

1. Подавати та обробляти знання — нагромаджувати відомості про реальний світ, класифікувати та оцінювати їх у прагматичному плані (щодо корисності) та щодо несуперечливості, ініціювати процеси здобування нових знань, зіставляти щойно здобуті знання з тими, що вже зберігаються.

2. Провадити міркування — поповнювати знання, що надходять, за допомогою логічних умовиводів, відображати закономірності реального світу або нагромаджених раніше знань, здобувати узагальнені знання на підставі частинних знань і логічно пла­нувати свою діяльність.

3. Забезпечувати спілкування — передавати інформацію людині у зручній для неї формі і діставати інформацію по каналах зв'язку, аналогічних тим, які використовує людина, сприймаючи навколишній світ, вміти формувати «для себе» або за запитом людини пояснення власної діяльності, вміти взаємодіяти з інши­ми інформаційно-програмними виробами.

Етапи взаємодії (як з боку людини, так і з боку інтелектуальної системи) такі: сприйняття — розуміння — дія. Розглядаючи сприйняття як процес приймання або реєстрації інформації, що надходить, а дію — як процес її обробки та видавання, можна зробити висновок: ступінь інтелектуальності інформаційно-програмного виробу визначається рівнем розуміння вхідної інформації, який приводить до адекватних дій.

Розрізняють три рівні розуміння в інтелектуальних автоматизованих інформаційних системах: синтаксичний, семантичний, прагматичний.

Синтаксичний рівень характерний тим, що для розуміння зареєстрованої інформації достатньо лише знати форму, в якій вона надійшла. При цьому дія можлива лише в тому разі, коли форма інформації, яка надходить, відповідає знанням системи про допустимі форми. Наприклад, мета взаємодії людини з інтелектуальною автоматизованою системою — це обмін з нею текстами (сторони по черзі подають одна одній тексти), тому процес розуміння здійснюється синтаксичними моделями типу: ТЕКСТ— ТЕКСТ, сутність яких полягає в тому, що прийнятому і допустимому тексту ставиться у відповідність деякий інший текст.

На семантичному рівні для розуміння зареєстрованої інформації недостатньо мати знання про форми. Необхідні знання ще й про зміст, які являють собою відомі закономірності у вигляді часових, просторових, причинно-наслідкових або асоціативних структур. У такому разі обмін текстами описується семантичними моделями типу ТЕКСТ—ЗМІСТ—ТЕКСТ, сутність яких полягає в тому, що допустимому тексту ставиться у відповідність інший текст, для якого справджуються закономірності, відомі системі.

Для розуміння зареєстрованої інформації (прагматичний рівень) недостатньо знати форми та закономірності. Необхідні знання про мету взаємодії, а вони передбачають самонавчання та нагромадження досвіду, планування й прогнозування можливих наслідків дій. Отже, додаткові знання інтелектуальних АІС такі: знання про попереднє своє існування, про саму себе та реальний світ, про можливі шляхи розвитку себе і реального світу. Обмін текстами між людиною та АІС у такому разі можна описати у вигляді прагматичної моделі ТЕКСТ—ЗМІСТ— МЕТА—ТЕКСТ. За такої взаємодії допустимому тексту ста­виться у відповідність деякий інший текст, якщо немає порушень закономірностей, відомих системі і визначено мету, для Досягнення якої відбувається взаємодія.

Кожний із зазначених рівнів розуміння можна розбити на підрівні, етапи, підетапи тощо.

Отже, інтелектуальними автоматизованими інформаційними системами (ІАІC) називаються інформаційно-програмні вироби, які тією чи іншою мірою виконують три основні функції інтелектуальності: подання та обробку знань, міркування, спілкування.

Кожна з ІАІС зорієнтована на реалізацію деякого набору інтелектуальних функцій, причому ці функції система виконує разом із користувачем для досягнення певних локальних цілей. Останні мають зміст і виражені у конкретній формі, що не змінюється протягом деякого часу.

Розрізняють два типи інтелектуальних АІС: інструментальні та користувацькі. Користувацькі ІАІС на відміну від інструментальних мають професійні бази знань користувача, і це їх найсуттєвіша різниця. Інструментальні ІАІС призначені для формалізації професійних знань користувачів, а тому основний зміст їх баз знань становлять інформаційні технології формалізації знань, які через інтерфейс стають доступними для користувачів.

Гіпотетична ІАІС складається з трьох частин — машини знань, вирішувача та інтерфейсу взаємодії.

Першою складовою ІАІС є машина знань, що утворюється з блоків, призначених для подання й обробки знань різного типу.

У базі фактів зберігаються поодинокі факти, які мають конкретне значення, у базі правил — елементарні правила виводу, що мають різний вигляд залежно від того, які моделі використовуються для формалізації знань. База процедур являє собою сукупність прикладних програм, за допомогою яких виконуються всі обчислення, перетворення та інші потрібні системі послідовності дій. База закономірностей містить різноманітні відомості опису зовнішнього світу, які моделює автоматизована інформаційна система. База знань про себе містить опис інших баз знань системи та правил їх взаємодії між собою і зовнішніми щодо системи об'єктами. База цілей містить сценарії, які дають змогу організувати процес руху від певних фактів, правил і процедур до стану, розглядуваного як результат запиту, що надійшов до системи, або до внутрішньої її зміни, яку називають кінцевою метою.

Монітор машини знань — управляючий орган, призначений для організації взаємодії між базами знань. За допомогою монітора відбувається взаємодія всієї системи баз знань з іншими компонентами ІАІС.

Інструментальні та користувацькі автоматизовані інформаційні інтелектуальні системи різняться між собою складом і змістом баз знань. Професійна база знань може містити всі описані компоненти знань, а також свій монітор, тобто є по суті машиною професійних знань. Взаємодію баз знань між собою можна організувати через спільний монітор або монітор однієї з машин знань.

Ще однією складовою ІАІС є блок, який приймає рішення. Він має функції розмірковування, тобто є машиною, що виконує розумові дії, і складається, як і машина знань, з кількох блоків.

Блок дедуктивного висновку реалізує дедуктивні міркування. За допомогою цих міркувань на підставі загальних закономірностей (із бази закономірностей), конкретних фактів і правил висновку (із бази правил) виводяться нові факти. За допомогою цього блока провадиться пошук шляху у сценаріях, коли задано кінцеву мету. При цьому використовуються різноманітні процедури, наприклад метод прямої або зворотної хвилі руху за сценарієм, метод резолюцій тощо. Блок індуктивного висновку дає змогу скоротити кількість фактів, що зберігаються у відповідній базі та потребують аналізу у процесі дедуктивного висновку шляхом їх узагальнення. При індуктивних розмірковуваннях міркування про конкретні факти замінюються міркуваннями про деяку їх множину і серед цієї множини фактів відшукуються відомі й встановлюються правила та закономірності, що пов'язують ці факти один з одним. Блок правдоподібного висновку призначе­ний для виконання розмірковувань з використанням правил виводу, які мають правдоподібний характер. Цей блок дає змогу моделювати міркування за аналогією та асоціацією. Під час роботи функціонального блока виконуються операції перетворення чисел та їх символічних записів.

Монітор машини розмірковувань пов'язує різні блоки висновку між собою та з іншими частинами інтелектуальної автоматизованої системи. Одним із завдань монітора є планування процесу розмірковування, внесення до нього корективів, визначення рівнів деталізації.

Третя складова ІАІC — інтерфейс взаємодії, що містить такі компоненти: сенсорні канали взаємодії з людиною, технічні канали взаємодії з іншими ІАІС, монітор каналів.

Сукупність сенсорних каналів взаємодії ІАІС з людиною утворює так званий інтелектуальний інтерфейс, а сукупність технічних каналів взаємодії інтелектуальної АІС з іншими аналогічними системами — міжсистемний інтерфейс.

До інтелектуального інтерфейсу належать зоровий, слуховий, дотиковий канали. Кожний із каналів має свою складну структуру, яка в кожному конкретному випадку складається з різноманітних блоків. Проте загалом можна вирізнити блоки, що виконують такі функції: приймання, видавання та аналіз інформації, а також перетворення її на різноманітні форми внутрішнього для ІАІС подання.

Міжсистемний інтерфейс складається із сукупності технічних каналів, по яких відбувається обмін інформацією між ІАІС у вигляді повідомлень Кожний із технічних каналів складається з блока формування вихідних повідомлень (формувач) і блока адаптації вхідних повідомлень (адаптер).

Монітор каналів керує прийманням-видаванням інформації по багатьох каналах, а також здійснює зв'язок з монітором машин знань і міркувань.

Інтелектуальні автоматизовані інформаційні системи за сферами функціонування поділяються на такі групи:

інтелектуальні автоматизовані інформаційно-пошукові системи (системи типу «запитання—відповідь»), які у процесі діалогу дають змогу кінцевим користувачам-непрограмістам працювати з базами даних і знань засобами професійних мов користувачів, близьких до природних;

розрахунково-логічні системи, що дають змогу кінцевим користувачам, які не є програмістами та фахівцями в галузі прикладної математики, розв'язувати в режимі діалогу свої задачі на ЕОМ з використанням складних математичних методів і сукупності прикладних програм;

експертні системи, які дають змогу здійснювати ефективну комп’ютеризацію галузей, де знання можна подати в експертній описовій формі, але використати математичні моделі, характерні для точних наук, важко або й зовсім неможливо. Особливо важливого значення набувають так звані гібридні експертні системи — об'єднання традиційних експертних систем з розрахунково-логічними. В гібридних експертних системах логіко-лінгвістичні мо­делі використовуються разом із математичними.