Fs knowledge base

Модель иерархической функциональной системы

динамической предметной областимоделирование функциональных систем

динамические базы знаний предметной области

Бурдаев Владимир Петрович Харьковский национальный экономический университет

к.ф.- м.н., с.н.с., доцент кафедры информатики и компьютерной техники

агентный подбор адаптивной стратегии принятия решения

[email protected] http://www.it-karkas.com.ua

• Функциональная система (ФС) по П.К.Анохину ─ это система, сформированная для достижения заданного полезного результата (целевой функции) в процессе своего функционирования

• Системообразующим фактором функционирования системы является конкретный результат.

Проблема Построение математической и компьютерной

модели (ФС) и ее техническая реализация.

Функциональная система


• Отличительной особенностью ФС – в их открытости, не автономности, не изолированности от внешней среды

• Математической моделью описывающей эволюцию таких систем служат неавтономные дифференциальные уравнения

• Для изучения топологических свойств неавтономных уравнений применяются математический аппарат расширений динамических систем основанный на понятии расслоения (глобальный анализ)

Модели открытых (“живых”) систем


• Представление динамической предметной области в виде иерархической ФС, в которой база знаний ассоциируется с цепочкой расслоений для эволюции главной ее цели

• На каждом уровне иерархии ФС слои цепочки расслоения баз знаний содержат знания для управления ее с целью достижения конкретного результата

• В предметной области выделяются классы и отношения между ними, которые формируют структуру иерархической ФС

• Для функционирования иерархической ФС в автоматическом режиме отключается интерактивный блок связи с пользователем

• ФС позволяет генерировать в дискретные моменты времени изменения объектов предметной области

Собственный оригинальный подход


• Представление предметной области в динамике с помощью иерархической модели ФС в виде цепочки расслоений баз знаний

• Математическая модель иерархической ФС представляет собой сечение цепочки расслоений баз знаний

• Компьютерная модель иерархической ФС является формализованным отражением предметной области в виде иерархической структуры набора управляющих компонент (агентов), которые взаимодействуют между собой для достижения конкретной цели

Новые принципы


• Не вполне строгое определение расширения динамических систем представлена моделью (1)

dx/dt = f(x,y)(1)

dy/dt = g(y)• Приведем описание модели (1) в терминах глобального

анализа. Тройка объектов (M, p, B) образует расслоение, где p: M → B непрерывное отображение (проекция), B – база расслоения, Mb ≡ p-1 (b) – слой расслоения.

• Кроме двухуровневых существуют и более сложные многоуровневые системы

Математическая модель ФС


• Пусть (M, p, B) – гладкое расслоение и X: M → TM и Y : B → TB - два векторных поля, причем Tp(X(m)) = Y(p(m)) (m ∈ M). В локальных координатах поле X задается системой вида (1), поле Y – вторым уравнением этой системы

• Пусть (M, R, π) и (B, R, ρ) – фазовые потоки векторных полей X и Y соответственно. Тогда отображение p: M → B является гомоморфизмом потока (M, R, π) на (B, R, ρ), т.е.

p(πt(m)) = ρt(p(m)) (m ∈ M, t ∈ R )

• В таком случае говорят, что поток (M, R, π) является расширением потока (B, R, ρ)



• Часто само отображение p:(M, R, π) → (B, R, ρ) называют расширением динамических систем

• При этом база B интерпретируется как фазовое пространство среды, а фазовые состояния изучаемого объекта при фиксированном состоянии b ∈ B внешней среды изображаются точками слоя Mb ≡ p-1 (b)

• Пусть задано гладкое расширение p:(M, R, π) → (B, R, ρ) разлагающееся в цепочку расширений pi:(Xi, R, πi) → (Xi+1, R, πi+1) (i=0,1,...,n-1) т.е. (X0, R, π0)=(M, R, π), (Xn, R, πn)= (B, R, ρ) и pn-1 o…o p1 o p0=p

• Задание этой цепочки можно интерпретировать как выделение в системе (M, R, π) иерархии уровней (Xi, R, πi) (i=0,1,...,n-1)



Математическая модель иерархической ФС представлена сечениями прообразов цепочки расслоений в следующей коммутативной диаграмме pоπ = ρоp


X0 –уровень π

P0 . .

.Xn-1 уровень Pn-1

Xn урівень ρ


• Для компьютерного моделирования открытой системы строится иерархическая ФС, которая во время своего функционирования достигает заданного полезного результата

• На каждом уровни иерархии системы функционируют агенты, имеющие свои локальные базы знаний с определенными подцелями, которые предназначены для достижения основного результата

• Техническая реализация выполнена в виде инструментальной среды для создания расслоений баз знаний – система "КАРКАС"

• Демонстрационная версия системы для OC WinXP (возможно подключить MS agent) и Win7 доступна на электронном ресурсе: http://it-karkas.com.ua

Компьютерная модель ФС


• ФС в динамике. Изменение сечения прообразов цепочки расслоения базы знаний (иерархической ФС) при обработки их агентом вывода

• t0 – зеленый цвет ФСt0 , t1 – желтый цвет ФСt1 , t2 – красный цвет ФСt3 и т.д.


2 уровень

0 уровень

1 уровень


• Идея воплощена в виде инструментальной среды "КАРКАС", которая, используя агентов для принятия решения в цепочки расслоения базы знаний обеспечивает функционирование ФС

• Система используется в ряде прототипов интеллектуальных систем в следующих предметных областях: медицина, экономика, мобильная связь и кластерный анализ многомерных данных.

• Система "КАРКАС" может быть адаптирована для создания интеллектуальной системы для управления сложными объектами как, например, энергетический блок при динамическом изменении параметров предметной области.



КАРКАС 2013 подготовка модели функциональной системы

визуальный редактор

атрибуты

правила

фреймы

иерархия ФС

сечения прообразов

КАРКАС 2013 режим консультации

модели баз знаний

агент вывода

диалог пользователя

объяснение КАК

объяснение ПОЧЕМУ

доска объявлений


КАРКАС 2013 режим тестирования пользователя

выбор теста

динамическое

генерирование теста диалог

лица “Чернова”

аргументация оценки теста

настройка теста


КАРКАС 2013 клиент/сервер

Монитор

преподавателя удаленный компьютер

формирование отчета

результат теста


• Проект “Мозг Анимата” (Анохин К.В.)

• Использование темпоральных знаний в интегрированных экспертных системах (Рыбина Г.В.)

• Моделирование динамической интеллектуальной системы (Осипов Г.С)

• Использование нечеткого темпорального графа (Берштейн Л.С.)

• Открытые многоагентные системы с самоорганизацией (Городецкий В.И.)

Другие подходы к моделированию ФС и динамических знаний


СИСТЕМА КАРКАС 2013

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ

Модель иерархической функциональной системы динамической предметной области основанная на понятии цепочки расслоений баз знаний

Построение онтологии предметной области: классов, их экземпляров (объектов), атрибутов

Частично-упорядочивание классов и их визуализация в виде сечения прообразов цепочки расслоении баз знаний

Генерирование уровней иерархии ФС и обработка баз знаний на этих уровнях

Использование технологии Microsoft Agent для сопровождения пользователя во время диалога с ним

Бурдаев Владимир Петрович к.ф.- м.н., с.н.с., доцент кафедры ИКТ ХНЭУ

E-mail: [email protected] http://www.it-karkas.com.ua

Education

Fs knowledge base