Курсовая работа: Структура и функции интеллектуальных информационных систем

Программные средства, применяемые в экономических информационных системах, можно разделить на следующие группы:

1. Проблемно-ориентированные пакеты экономико-математического моделирования.
2. Пакеты программ статистического анализа данных.
3. Программные средства интеллектуализации доступа к базе данных.
4. Средства эвристического решения задач анализа диагностики и прогнозирования на основе применения экспертных систем (ЭС).
5. Программы анализа и прогнозирования управленческой деятельности на основе использования аппарата нейронных сетей, а также баз знаний (БЗ) прецедентов.
6. Программные средства динамического планирования на основе использования Сase-технологий.

ИИС могут быть размещены на каком-либо сайте, где пользователь задает системе вопросы на естественном языке (если это вопросно-ответная система) или, отвечая на вопросы системы, находит необходимую информацию (если это экспертная система). Но, как правило, ЭС в интернете выполняют рекламно-информационные функции (интерактивные баннеры), а серьезные системы (такие, как, например, ЭС диагностики оборудования) используются локально, так как выполняют конкретные специфические задачи.

Интеллектуальные поисковики отличаются от виртуальных собеседников тем, что они достаточно безлики и в ответ на вопрос выдают некоторую выжимку из источников знаний (иногда достаточно большого объема), а собеседники обладают «характером», особой манерой общения (могут использовать сленг, ненормативную лексику), и их ответы должны быть предельно лаконичными (иногда даже просто в форме смайликов, если это соответствует контексту).

ИИС:

• Экспертные системы
• Собственно экспертные системы (ЭС)
• Интерактивные баннеры (web + ЭС)
• Вопросно-ответные системы (в некоторых источниках «системы общения»)
• Интеллектуальные поисковики (например, система Старт)
• Виртуальные собеседники
• Виртуальные цифровые помощники^[9]

2 Структура и функции интеллектуальных информационных систем

2.1 Структура интеллектуальных информационных систем

На сегодняшний день развитие интеллектуальных систем достигло достаточно высокого уровня. Следовательно, с развитием, модернизацией и усложнением информационных интеллектуальных систем, усложнялась и их структура.

Интеллектуальные информационные системы, как и обычные информационные системы, работают с информацией, организованной в базы данных – основной структурный элемент любой информационной системы. Разница между интеллектуальными базами данных и обычными базами данных состоит в наличии у первых возможности выборки информации по запросу и выводу информации, которая является неявной – она не хранится в базе в чистом, привычном для пользователя вида, а извлекается из имеющихся данных^[10].

Вывод подобной неявной информации реализуется посредством интерпретации следующих зависимостей:

• вычислительных зависимостей атрибутов, например, «вывести список товаров, цена которых выше среднеотраслевой»,
• структурных отношений объектов, например, «вывести список товаров-заменителей некоторой продукции»,
• логических зависимостей факторов принятия решений, например, «вывести список потенциальных покупателей некоторого товара».

Для выполнения первого типа запроса необходимо сначала проведение статистического расчета среднеотраслевой цены по всей базе данных, а уже после этого собственно отбор данных.

Для выполнения второго типа запроса необходимо вывести значения характерных признаков объекта, а затем поиск по ним аналогичных объектов.

Для третьего типа запроса требуется сначала определить список посредников-продавцов, выполняющих продажу данного товара, а затем провести поиск связанных с ними покупателей.

Во всех перечисленных типах запросов необходимо реализовать поиск по условию, которое должно быть доопределено в ходе решения задачи. Особенность интеллектуальной базы данных состоит в том, что она самостоятельно, без участия пользователя, осуществляет постройку пути доступа к данным. При этом запрос, который необходимо выполнить, формулируется при помощи диалога с пользователем, комфортного и дружественного. Кроме того, формулирование запроса к базе данных может также быть реализовано при помощи естественно-языкового интерфейса^[11].

Естественно-языковой интерфейс осуществляет трансляцию естественно-языковых конструкций на внутримашинный уровень представления знаний. Для выполнения данного процесса необходимо решение задач морфологического, синтаксического и семантического анализа и синтеза высказываний на естественном языке. Так, морфологический анализ осуществляет распознавание и проверку корректности написания слов по встроенным словарям, синтаксический контроль – разложение входных сообщений на отдельные компоненты (определение структуры) с проверкой соответствия грамматическим правилам внутреннего представления знаний и выявления недостающих частей и, наконец, семантический анализ – установление смысловой правильности синтаксических конструкций. Синтез высказываний решает обратную задачу преобразования внутреннего представления информации в естественно-языковое.

Естественно-языковый интерфейс используется для:

• доступа к интеллектуальным базам данных;
• контекстного поиска документальной текстовой информации;
• голосового ввода команд в системах управления;
• машинного перевода с иностранных языков.

Гипертекстовые системы, также являющиеся структурным элементом интеллектуальных информационных систем, выполняют реализацию поиска по ключевым словам в базах текстовых данных. Интеллектуальные гипертекстовые системы отличаются возможностью более сложной семантической организации ключевых слов, которая отражает различные смысловые отношения терминов. Таким образом, механизм поиска работает прежде всего с базой знаний ключевых слов, а уже затем непосредственно с текстом. В более широком плане сказанное распространяется и на поиск мультимедийной информации, включающей помимо текстовой и цифровой информации графические, аудио и видео-образы.

Системы контекстной помощи можно рассматривать, как частный случай интеллектуальных гипертекстовых и естественноязыковых систем. В отличие от обычных систем помощи, навязывающих пользователю схему поиска требуемой информации, в системах контекстной помощи пользователь описывает проблему (ситуацию), а система с помощью дополнительного диалога ее конкретизирует и сама выполняет поиск относящихся к ситуации рекомендаций. Такие системы относятся к классу систем распространения знаний (Knowledge Publishing) и создаются как приложение к системам документации (например, технической документации по эксплуатации товаров).

Системы когнитивной графики позволяют осуществлять интерфейс пользователя с ИИС с помощью графических образов, которые генерируются в соответствии с происходящими событиями. Такие системы используются в мониторинге и управлении оперативными процессами. Графические образы в наглядном и интегрированном виде описывают множество параметров изучаемой ситуации. Например, состояние сложного управляемого объекта отображается в виде человеческого лица, на котором каждая черта отвечает за какой-либо параметр, а общее выражение лица дает интегрированную характеристику ситуации.

Системы когнитивной графики широко используются также в обучающих и тренажерных системах на основе использования принципов виртуальной реальности, когда графические образы моделируют ситуации, в которых обучающемуся необходимо принимать решения и выполнять определенные действия^[12].

Естественно, что работа ни одного современного пользовательского приложения невозможна без пользовательского интерфейса. В контексте интеллектуальных информационных систем термин «пользовательский интерфейс» очень многогранен – он охватывает все стороны и нюансы взаимодействия пользователя и ИИС. Помимо технического и программного обеспечения сюда включаются аспекты, связанные с обеспечением применения, доступности и человеко-машинного взаимодействия.

О корректно построенном интеллектуальном интерфейсе можно говорить в том случае, когда имеет место развитие способностей и возможностей комфортного и качественного взаимодействия пользователя с системой, которая организует, предоставляет необходимые данные и обрабатывает их. Управление подсистемой интеллектуального интерфейса происходит посредством программного обеспечения, которое называется «управляющая система интеллектуального интерфейса»^[13].

На сегодняшний день развития интеллектуальных информационных систем и технологий можно выделить следующие виды интерфейса:

Взаимодействие на основе меню. В данном случае пользователем осуществляется выбор позиции или пункта из перечня возможных выборов. После выбора необходимая функция выполняется. Меню также имеют свою структуру: они должны быть логически упорядочены и появляться соответственно от главного меню к локальным. При этом для упрощения навигации и наиболее конкретной работы пользователя может быть реализовано включение в пункты меню команд, которые появляются в отдельных локальных меню или в меню с не командными пунктами. Меню может оказаться утомительным и продолжительным по времени, когда анализируются сложные ситуации, что объясняется тем, что это может потребовать несколько меню для построения или использования системы и пользователь должен перемещаться назад и вперед меню.

Командный язык. При это виде пользователь вводит команды. Многие команды включают комбинации глагол-существительное. Некоторые команды могут исполняться с функциональными ключами. Другим способом упрощения команд является использование макросов. Команды могут также вводиться голосом.

Вопросно-ответный вид интерфейса начинается с вопросов компьютера пользователю. Пользователь отвечает на вопросы фразой или предложением (или выбором пункта меню). Компьютер может подсказывать пользователю для прояснения или дополнительного ввода информации. В некоторых применениях порядок вопросов может быть обратным: пользователь задает вопросы, а компьютер дает ответы.

Формирование взаимодействия. Пользователь вводит данные или команды в обозначенные формы (поля). Заголовки формы (или отчета, или таблицы) служат подсказками для входа. Компьютер может представлять какой-то выход как результат, и пользователь может быть спрошен о продолжении интерактивного процесса^[14].

Естественный язык. Взаимодействие человек – компьютер, которое подобно диалогу человека с человеком называется естественным языком. Сегодня диалог на естественном языке выполняется главным образом посредством клавиатуры. Такой диалог будет проводиться в будущем с использованием голоса для ввода и вывода информации. Главным ограничением использования естественного языка является по существу неспособность компьютера понимать естественный язык. Однако, достижения ИИ все больше повышают уровень диалога на естественном языке.

Графический пользовательский интерфейс. В графическом пользовательском интерфейсе объекты обычно представляются как пиктограммы (или символы) и пользователь непосредственно ими манипулирует. Новейшие операционные системы компьютеров и их приложения исключительно основаны на графике^[15].

Основными методами обработки знаний и вывода решений в ИИС являются:

1. Методы вывода и поиска решений в продукционных системах
2. Методы вывода на основе прямой и обратной цепочек
3. Общие методы поиска решений в пространстве состояний

• Методы перебора
• Поиск в глубину
• Поиск в ширину
• Поиск на основе стоимости дуг (Нахождение пути минимальной стоимости)
• Поиск с возвратом (бэктрекинг)

1. Эвристические методы поиска (для определения направления поиска используется оценочная функция)
2. Методы редукции
3. Методы поиска решений в больших пространствах состояний

• Методы порождения и проверки
• Методы последовательного уточнения сверху и др.

1. Выводы на фреймах и в семантических сетях
2. Дедуктивные методы поиска решений
3. Поиск решений в условиях неопределенности
4. Вероятностный вывод
5. Вывод на основе теории уверенности
6. Нечеткая логика и приближенные рассуждения
7. Вывод в нейронных сетях^[16]

2.2 Функции интеллектуальных информационных систем