Метод построения иерархии критериев на основе онтологического анализа систем

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Метод построения иерархии критериев на основе онтологического анализа систем

Е.А. Цвелик

При управлении сложными системами в задачах принятия решения приходится сталкиваться с большим количеством параметров, влияющих на выбор управляющего воздействия. Для упрощения обработки значений большого количества показателей применяют процедуры комплексного оценивания на основе иерархии критериев, в которых более частные показатели объединяются в агрегированные. Варианты решения задачи автоматического построения иерархии критериев были предложены в [1, 2]. Однако данные алгоритмы построены для технических систем на основе выявленных в ходе экспериментов зависимостей. Проведение экспериментов и получения необходимых выборок для социально-экономических систем затруднено временной продолжительностью и сложностью экспериментов. В данной работе предлагается метод построения иерархий на основе онтологического анализа функциональной структуры системы.

В предлагаемом подходе используется принцип структурно-функциональной декомпозиции системы на основе ее онтологического анализа. Функциональная декомпозиция позволяет построить иерархию процессов и описать показатели качества их выполнения. Используя технологию вывода на онтологиях, формируется иерархия показателей, описывающих данные процессы.

Онтологический подход начинается с выделения инфологических и функциональных аспектов моделируемой системы в соответствующую онтологию [3]. Первым этапом построения онтологии, на основе которой возможно автоматизированное построение иерархии критериев, является выделение структурных и функциональных элементов - определений данной системы.

«Онтологический анализ - аналитическая работа с целью определения и объединения релевантных информационно-логических и функциональных аспектов исследуемой системы в соответствующей содержательной онтологии» [4]. Для выделенных аспектов, которые в онтологии будут выстроены в связанную таксономию, необходимо определить параметры или критерии их выполнения.

Основой для разработки онтологии являются результаты структурно-функционального анализа системы. На этом этапе выделяются структурные элементы системы управления, процессы, реализующие определенные виды деятельности. Кроме того, онтология описывает показатели, характеризующие качество реализации процессов. Основные элементы онтологии и взаимосвязи между ними схематично представлены на рис. 1.

Рис. 1.- Схема элементов онтологии

Онтологии, основанные на логиках, имеют формальное описание и могут применяться в алгоритмах вывода на онтологиях. Для описания формальных онтологий применяются специализированные языки, например, RDF, RDF Schema, OWL, DL и т.д. Целый класс современных формальных онтологических моделей основан на всевозможных видах дескриптивных логик. Дескриптивные логики позволяют обеспечить с одной стороны описание понятий предметной области, с другой стороны обладают хорошими вычислительными свойствами. «Они характеризуются набором конструкций, которые позволяют создавать сложные понятия и отношения из простых и при этом оставляют возможность автоматического логического вывода для решения определенных задач» [5].

Онтология в моделях, основанных на дескриптивной логике, определяются кортежем , где

С- множество классов,

- множество свойств классов,

- иерархия классов,

- иерархия отношений,

I - множество индивидов,

A - множество аксиом над классами и ограничений отношений.

Формальная онтология организационно-функциональной структуры социально-экономической системы является основой для разработки иерархии показателей, которые будут использовать в системе поддержки принятия решений.

Отличительной особенностью дескриптивных логик является упор на формальный вывод, который позволяет извлекать новые знания из тех, которые были явно заданы в базе знаний. Важнейшим свойством дескриптивных логик является их способность строить иерархии на концептах.

Метод построения иерархии критериев на основе формально онтологии функциональной структуры системы включает в себя следующие этапы (рис.2):

Структурно-функциональный анализ социально-экономической системы. Выявление организационных элементов, процессов.

Построение набора определений для выявленных элементов.

Описание неформальной онтологии из выявленных понятий.

Построение формальной онтологии на основе дескриптивной логики.

Логический анализ онтологии с помощью машины вывода. Формирование иерархии классов, проверка онтологии на выполнимость и непротиворечивость.

Выделение в иерархии классов свойств процессов, построение их в иерархию показателей.

онтология логика класс

Рис. 2. - Процесс построения иерархии показателей на основе формальной онтологии

В организационно - функциональной онтологии системы иерархия классов представляет собой иерархию организационных элементов (служб, отделов и т.п.) и подчиненных им функций, процессов и подпроцессов. Каждому процессу соответствуют показатели качества, результативности их выполнения. Таким образом, если представить таксономию понятий онтологии - показатели не будут иметь подчиненных элементов. В иерархии же показателей - критериев их индекс будет соответствовать индексу родительского элемента - процесса в иерархии функций.

Примерная схема элементов онтологии представлена на рис.3, которая представляет собой граф таксономии сущностей онтологии. Показатели выполнения процессов, подпроцессов, работы отдельных структурных элементов обозначены Kij, где i - номер процесса на данном уровне иерархии, j- номер показателя процесса. N - количество уровней иерархии в организационно-функциональной модели. Столько же уровней иерархии будет и в структуре показателей.

Рис. 3. - Примерная схема элементов онтологии

В таксономии сущностей всей онтологии нам необходимо выделить сущности, которые связаны с процессами ролью - «есть характеристика для».

Если R - роль «есть характеристика для», С - множество процессов, то нам необходимо определить множество элементов , которые будут являться критериями.

Множество сущностей K выстроено в иерархию согласно тому уровню, на котором находился характеризуемый процесс, в соответствующем процессу подчинении. То есть,

если , то , где

C1,C2 - процессы, R - роль «есть характеристика для», K1,K2 - критерии.

Таким образом, для решения проблемы построения иерархии критериев предложен метод анализа онтологии, в котором перечень сущностей онтологии формируется на основе функциональной декомпозиции системы. Онтология строится на основе дескриптивных логик. В этом случае обеспечивается автоматическое построение иерархии с помощью машины вывода. Из построенной иерархии автоматически в иерархию выстраиваются элементы, являющиеся критериями выполнения описанных функций.

Предложенный метод может быть использован в задачах управления сложными социально-экономическими системами, в которых требуется обработка и анализ большого числа параметров.

Литература

Y. Chen, B.Yang, A.Abraham and L.Peng Evolutionary Design of Hierarchical TS Fuzzy Models using Evolutionary Algorithms [Текст]//IEEE Trans. on Fuzzy Systems, 2006. - №10 - С.130-137

Синюк В.Г. Поляков В.М., Кузубова А.А. Алгоритм построения иерархических систем нечеткого вывода Такаги-Сугено [Текст]// Тринадцатая национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2012 (16-20 октября 2012 г., г. Белгород, Россия): труды конференции. Т. 2. -- Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. -- С.223-229

С.В. Смирнов Онтологический анализ предметных областей моделирования [текст]// Известия Самарского научного центра РАН. 2001. - Т. 3. № 1. С. 62-70.

Базы знаний интеллектуальных систем / Т.А.Гаврилова, В.Ф.Хорошевский - СПб: Питер,2000. - 384 с.: ил.

Вахитов А. Р., Новосельцев В. Б. Преимущества дескриптивной логии при проектировании знаний [Электронный ресурс] // Известия ТПУ, 2008. - №5. - Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/preimuschestva-deskriptivnoy-logiki-pri-obrabotke-znaniy (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

Лаптев П.В. Моделирование системы контроллинга на промышленном предприятии[Электронный ресурс]/ П.В. Лаптев // «Инженерный вестник Дона», 2012, №2. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/854(доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

Бутенко Д.В. Свойство целостности при построении функциональных структур технических систем [Электронный ресурс]/ Д.В. Бутенко // «Инженерный вестник Дона», 2013, №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1526 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.

Берёза А.Н., Цвелик Е.А.. Применение метода интегральных нечетких взвешенных оценок при принятии решения [Текст] // Известия ЮФУ. Технические науки, 2012. - №7 (132). - С.119-125

Берёза А.Н., Ершова Е.А. Применение онтологического подхода для повышения качества управленческих решений в вузе [Текст] // Труды конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям «AIS-IT''10»/Научное издание в 4-х томах. - М.Физматлит, 2010.-Т.2. - С.354-360

Размещено на Allbest.ru