Технология баз информации. Информационное обеспечение процессов управления в экономике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Технология баз информации. Информационное обеспечение процессов управления в экономике



План

1. АРМ -- средство автоматизации работы конечного пользователя

2.Сетевое, локальное и внемашинное обеспечение АРМ

3. Внутримашинное информационное обеспечение. Базы данных и их применение для решения экономических задач

4. Централизованные и распределённые базы данных и их применение для решения экономических задач

5. Базы знаний и их применение для формирования экономических решений

6. Хранилища данных и их применение для формирования экономических решений



1. АРМ -- средство автоматизации работы конечного пользователя

Деятельность различных категорий работников в сфере организационно-экономического управления опирается в современных условиях на широкое использование АРМ как базовых инструментов повышения эффективности их труда.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) определяют как совокупность информационно-программно-технических ресурсов, обеспечивающих пользователю обработку данных и автоматизацию управленческих функций в конкретной предметной области.

АРМ всегда имеет проблемно-профессиональную ориентацию и позволяет пользователю перенести на компьютер выполнение типовых повторяющихся операций, связанных с накоплением, систематизацией, хранением, поиском, обработкой, защитой и передачей данных.

Технологическое обеспечение АРМ включает в себя следующие виды обеспечения: организационное, техническое, информационное, математическое, программное, лингвистическое, правовое и эргономическое.

Организационное обеспечение формируется комплексом документов, регламентирующих деятельность специалистов при использовании АРМ в соответствии со своими служебными Организационное обеспечение обязанностями.

Техническое обеспечение АРМ предназначено для непосредственного выполнения всех операций в рамках используемых ИТ, гарантируя при этом обработку заданных объёмов данных к требуемому моменту времени. Кроме того, техническое обеспечение является основой реализации надёжного обмена данными как в локальных, так и в глобальных КС. Основную часть технического обеспечения АРМ составляют персональные компьютеры (ПК) универсального назначения, обладающие значительной вычислительной мощностью. В ПК типовым решением стало применение процессоров семейства Pentium 4 (тактовая частота процессоров приблизилась к 4 МГц). Усилена специализация шин, доминирующими интерфейсами становятся: PCI Express -- для связи всех, находящихся на системной плате, ключевых компонентов системы; US В 2.0 -- для подключения внешних устройств; SATA -- для обмена данными с винчестерами. Расширяется практика применения ноутбуков, в том числе мобильными пользователями. Устойчивой тенденцией развития АРМ в составе корпоративных ИС является постепенный переход от реализации рабочего места в виде "толстого" клиента к более простому решению в виде "тонкого" клиента с минимально достаточным объёмом функциональных возможностей (на базе Windows-терминалов, X-терминалов, различных Java-устройств).

Информационное обеспечение АРМ ориентировано на поддержку привычных пользователям особенностей структуризации используемых данных, позволяющих осуществлять быстрый поиск, внесение необходимых изменений, подготовку документов и отчётов. Типовым решением является обеспечение доступа пользователей с различных АРМ к информационно-справочной системе, например "Консультант Плюс".

Лингвистическое обеспечение объединяет совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц, ориентированных в целом на эффективную реализацию пользовательского интерфейса.

Математическое обеспечение представляет собой совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, обеспечивающих обработку данных с получением требуемых результатов. Математическое обеспечение включает средства моделирования процессов управления, методы оптимизации исследуемых процессов и принятия решений (методы многокритериальной оптимизации, математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.). Оно служит основой для разработки специализированного программного обеспечения.

Программное обеспечение (ПО) формируется совокупностью программ, позволяющих организовать решение задач на компьютере. Во взаимодействии с техническими средствами оно непосредственно обеспечивает решение задач того или иного класса; при этом используется как системное, так и специальное (прикладное) ПО. Основу системного ПО для АРМ различного назначения составляют обычно операционные системы (ОС) семейства (клона) Windows. В большинстве случаев конкретная специализация АРМ задаётся функционально ориентированными пакетами прикладных программ. Перепрофилирование АРМ для другой предметной области осуществляется, как правило, изменением состава прикладного ПО. Традиционно использование в качестве прикладного ПО широкого назначения интегрированного пакета программ MS Office, обычно в составе редактора Word, электронных таблиц Excel, СУБД Access, системы подготовки презентаций Power Point, почтовой программы Outlook Express.

Состав специализированного прикладного ПО АРМ определяется его предметной направленностью. Так, АРМ бухгалтера обязательно оснащён программой автоматизации бухгалтерского учёта; в последние годы в этой области доминирует сетевая версия семейства программ "1С: Предприятие" 7.7. В области финансового менеджмента, в составе АРМ находит применение программа Project Expert, ориентированная на анализ групп проектов и разработку бизнес-планов. Для работы в реальном времени (в режиме on-line) на финансовых рынках широко используют пакет технического анализа Meta Stock. В банковской практике АРМ реализованы, как правило, в составе автоматизированной банковской системы, например 5NTe BANK; входящий в неё АРМ коммуникаций поддерживает обмен данными с филиалами, системой межбанковских расчётов, клиентами (посредством системы "Клиент-Банк") и др.

Во многом состав специализированного прикладного ПО зависит от положения пользователя в иерархии управления. Так, уровень исполнителей обычно предполагает использование АРМ в составе конкретной информационной системы с обеспечением возможностей ввода в неё первичных данных, их проверки и структурирования (на основе баз данных БД), а также решения типовых регулярно возникающих задач. АРМ руководителей верхнего уровня (директоров, заместителей, главных специалистов) в значительной степени ориентированы на поддержку решения задач стратегического планирования, поиска финансовых ресурсов, формирования инвестиционной политики, организации новых направлений деятельности, предполагающих формирование оперативных аналитических отчётов, прогнозирование поведения экономических показателей, проведение многовариантного имитационного моделирования.

Актуальное значение при определении состава ПО имеет обеспечение информационной безопасности АРМ (регламентация доступа к ресурсам, антивирусная защита, резервное копирование, шифрование, электронная цифровая подпись и др.).

Правовое обеспечение представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при создании и эксплуатации ИС и ИТ.

Эргономическое обеспечение формируется совокупностью методов и средств, предназначенных для создания оптимальных условий высококачественной, высокоэффективной и безошибочной деятельности пользователей. Акцентирование внимания на вопросах соблюдения эргономических требований при проектировании АРМ и соблюдения санитарных норм при работе с ними обусловлено продолжительной работой пользователей за компьютерами, потенциально способной привести к заболеваниям глаз, нарушениям костно-мышечной системы, кожным заболеваниям, усилению аллергических реакций, возникновению стрессовых ситуаций и др.

Продаваемые компьютеры и дисплеи должны иметь гигиенический сертификат, при выдаче которого осуществляется проверка по ряду параметров: мощности рентгеновского излучения, напряженности магнитного и электрического полей, величине поверхностного электростатического потенциала, уровню звука. К наиболее строгим стандартам по безопасности компьютерного оборудования относятся международные стандарты ТСО'95 и ТСО'99 (ранее применялись стандарты для дисплеев ТСО'92 и MPR-II). Эти стандарты определяют предельно допустимые нормы по интенсивности рентгеновского и электромагнитного излучений, уровню электростатического потенциала и шума, частоте регенерации изображения, энергосбережению, используемым материалам, возможностям регулировки положения экрана и др.

Снижению утомляемости пользователя способствуют:

· использование дисплея с плоским экраном и антибликовым покрытием (предпочтительнее дисплеи на жидких кристаллах);

· правильное расположение источников света с номинальной мощностью;

· поддержание расстояния между экраном и глазами на уровне 40 - 50 см;

· перерывы на 15 - 20 минут после двух часов работы;

· регулярная протирка экрана, влажная уборка помещения и его периодическое проветривание (эффективны кондиционеры).

Большое значение имеет использование эргономических клавиатур, имеющих оптимизированную форму; они не только повышают производительность пользователей, но и снижают общее утомление в течение рабочего дня.

Огромную роль в повышении комфортности работы пользователей и, соответственно, снижении их утомляемости играет эффективное использование мультимедийных возможностей современных компьютерных технологий. Последние способствуют разработке интуитивно понятного пользовательского интерфейса как при взаимодействии с ОС, так и с прикладным ПО, дальнейшему развитию средств визуализации, облегчающих восприятие информации с экрана дисплея, а также психологической разгрузке пользователей.

Отличительными особенностями АРМ на современном этапе являются:

· использование ПК в качестве универсального устройства децентрализованной обработки и хранения данных;

· возможность работы в рамках локальных, а при необходимости и глобальных компьютерных сетей;

· гибкие адаптационные возможности, позволяющие выполнять настройку АРМ под специфические особенности конкретной организации;

· использование интегрированных пакетов прикладных программ;

· применение дружественного пользовательского интерфейса с развитыми возможностями визуализации данных и результатов обработки (WIMP- и Web-интерфейс), расширение возможностей использования в диалоговом режиме терминологии областей деятельности пользователей, использование эффективной справочной системы по работе с ПО;

· совместное использование информационных ресурсов (БД) с учётом политики разграничения прав доступа, совместная работа многих пользователей над общей задачей;

· возможность загрузки/выгрузки данных на основе широко используемых форматов представления данных;

· усиление поддержки аналитической составляющей в деятельности различных категорий пользователей.

В целом АРМ, реализуя широкие возможности современных ИТ, позволяют резко повысить эффективность деятельности различных категорий пользователей посредством расширения объёма используемых данных, увеличения скорости их обработки, повышения качества подготавливаемых управленческих решений, оперативности обмена данными и результатами их обработки.

2. Сетевое, локальное и внемашинное обеспечение АРМ

Если считать, что реально ИС является множеством взаимосвязанных АРМ, то по отношению к каждому из них все информационное обеспечение (ИО) следует разделить на локальное и сетевое (рис. 1).

Локальное ИО -- это исходные и результирующие данные и знания, непосредственно находящиеся в АРМ; сетевое ИО -- это данные и знания, поступающие в АРМ из локальной сети, другого АРМ, сети Интернет или сетей сторонних организаций.

Сетевое ИО функционирует на основе корпоративных, коммерческих и других порталов, обеспечивающих единообразный доступ к корпоративным информационным ресурсам, а также ресурсам сторонних организаций и сети Интернет. Типовой состав корпоративного портала следующий:

· поисковый механизм с единым механизмом доставки информации;

· системы управления данными;

· средства организации совместной работы пользователей с одними и теми же данными;

· обеспечение безопасности.

Сетевое ИО содержит данные, которые могут быть затребованы для решения задач в различных узлах сети. Его поддержка в рабочем состоянии осуществляется специально создаваемой централизованной службой, в функции которой входит замена устаревших данных, их корректировка или удаление. Как правило, сетевое ИО содержит нормативно-справочные данные, являющиеся едиными для всех подразделений предприятия, а также информацию из сети Интернет и информацию, поступившую от сторонних организаций (рис. 2.).

Рис. 1. Сетевое и локальное ИО АРМ

Рис. 2. Структура сетевого ИО предприятия

В свою очередь, локальное ИО АРМ делится на внемашинное и внутримашинное. Внемашинное ИО -- это множество бумажных и других управленческих документов, воспринимаемых человеком, а также методов их построения. Рассмотрим структуру внемашинного ИО, представленную на рис. 3.

Рис. 3. Структура внемашинного ИО АРМ

Экономические показатели относятся к фундаментальным понятиям экономической информатики, так как на их основе создается любая информационная система экономического профиля.

Экономический показатель -- это неделимая совокупность реквизитов-признаков и одного реквизита-основания, образующих экономический смысл.

Например: план поставок материала "Бронза" для поставщика ОАО "Горизонт" в первом квартале 2005 года равен 200 тонн. Реквизиты-признаки, указанные курсивом, предназначены для выполнения логических операций.

Будучи закодированными, они используются вначале для написания расчётных формул, а затем для выполнения в процессе решения задачи логических операций (поиск, группировка, сортировка). Реквизит-основание ("план поставок") используется для выполнения арифметических операций. Если реквизиты-признаки характеризуют качественные стороны объекта (коды, наименования, единицы измерения, время действия и т.д.), то реквизит - основание даёт его количественную характеристику (план, факт, процент, коэффициент, объём и т.д.).

Экономические показатели составляют содержание большинства управленческих документов. Под бумажным (ручным) документом понимается информационное сообщение на естественном языке, зафиксированное ручным или печатным способом на бланке. Бумажные документы, созданные на базе стандартов, называются унифицированными. В состав унифицированной документации входят финансовая, банковская, расчётно-платежная и др.

Все управленческие документы делятся на три группы:

· входные оперативные;

· нормативно-справочные (условно-постоянные)

· результирующие.

Во входных оперативных документах фиксируются факты финансово-хозяйственно-производственного характера. Наиболее объёмная нормативная документация -- та, которая содержит материальные и трудовые нормы на изготовление продукции. Меньше по объёму конструкторско-технологическая документация, содержащая состав изделий, технологию их изготовления, маршруты изготовления продукции и т.д. Справочная документация содержит расшифровки кодов материалов, табельных и инвентарных номеров и т.д. Плановые документы предназначены для фиксации плановых показателей выпуска и реализации продукции, её поставок и продаж.

Результирующие документы предназначены для конечного пользователя. Это ведомости, отчёты, таблицы, диаграммы, графики, используемые для формирования отчётности и принятия решений.

3. Внутримашинное информационное обеспечение. Базы данных и их применение для решения экономических задач

Внутримашинное информационное обеспечение АРМ -- это внемашинное ИО, которое размещается в памяти компьютера в соответствии с определённой моделью. Оно может быть организовано в форме файлов, баз данных, хранилищ данных, баз знаний (рис. 6.4.).

Поскольку внутримашинное ИО -- это внемашинное ИО, перенесённое в память компьютера, содержательно элементы этих видов ИО соответствуют друг другу. Исторически первой среди перечисленных форм появилась файловая организация данных, ориентированная на обработку с помощью языков программирования под управлением какой-либо операционной системы.

Файл -- это последовательное отображение однородных управленческих документов на машинном носителе в виде записей. Запись отражает один документ либо его строку, если документ многострочный. Запись состоит из полей, в которых находятся реквизиты документа (коды поставщиков, даты, суммы и т.д.).

Рис. 4. Структура внутримашинного ИО

Для обработки файл должен характеризоваться структурой, т.е. именем для его поиска, количеством полей в записи, последовательностью фиксации полей в записи, типом записи (постоянная или переменная длина записи), типом поля (символьное или числовое), длиной поля (количество разрядов), ключом доступа. автоматизированный информационный программный

Ключи доступа, используемые для поиска нужных записей, могут быть первичными и вторичными. Ключ называется первичным, если с его помощью отыскивается одна запись, и вторичным, если больше одной.

Для обращения каждый файл должен иметь имя (не более 8 символов) и расширение, уточняющее его назначение: ЕХЕ, СОМ-- программные файлы, готовые к использованию; DBF-- файлы базы данных; DOC, TXT-- текстовые файлы и т.д. По содержанию выделяют файлы данных и программные файлы.

Структура файла соответствует структуре управленческого документа из внемашинного ИО. Поэтому они группируются следующим образом:

· входные оперативные -- содержат переменную информацию, отражающую текущие производственно-хозяйственные факты;

· условно-постоянные -- содержат нормативно-справочные данные;

· результирующие -- содержат результаты расчётов;

· корректирующие -- содержат данные для корректировки условно-постоянных данных.

Однако файловая система обладает рядом серьёзных недостатков: во-первых, чрезмерная избыточность данных, являющаяся причиной возрастания затрат на их корректировку; во-вторых, высокая зависимость прикладных программ от изменения структуры файлов. Эти недостатки предопределили появление баз данных.

База данных -- это множество данных, структурированных в памяти компьютера таким образом, что достигаются их минимальная избыточность и максимальная независимость от прикладных программ. Данные в базе находятся в памяти в соответствии с некоторой моделью.

В процессе управления предприятиями и организациями широко используются таблицы, поэтому наиболее распространённой моделью баз данных в настоящее время является реляционная модель.

Реляционная модель -- это множество нормализованных взаимосвязанных таблиц. Связи между таблицами поддерживаются с помощью либо первичных ключей этих таблиц, либо первичного ключа одной таблицы и неключевых реквизитов другой таблицы. Нормализация таблиц позволяет производить над ними операции реляционной алгебры, т.е. операции выбора, соединения, объединения, разности, пересечения и т.д. Примером реляционной базы данных могут служить нормализованные таблицы, приведенные на рис. 7.

Для того чтобы над таблицами реляционной базы данных можно было производить перечисленные операции, они должны удовлетворять ряду правил их построения:

1. таблица должна иметь имя (например, "ДЕТАЛЬ", "ПОСТАВЩИК", "ПОСТАВКИ");

2. таблица должна быть простой, т.е. не содержать составных столбцов: например, у поставщика должен быть только один номер телефона; если таковых несколько, то заполняется несколько строк;

3. в таблице не должно быть одинаковых строк;

4. должен быть известен первичный ключ, используемый для поиска или выполнения других логических операций.

Тогда операцию выбора в базе данных "ПОСТАВКИ" можно продемонстрировать следующим образом: требуется найти поставщиков, которые поставляли деталь с кодом 101. Формально такую команду можно записать так (табл. 1.).

Выбрать из базы данных ПОСТАВКИ [код детали = 101].

В результате будет получено (табл. 1.).

Согласно приведённому определению, базы данных должны создаваться таким образом, чтобы достигался минимум затрат на корректировку данных и на перепрограммирование, необходимое в результате изменения структуры базы данных. Поэтому базы данных создаются на основе двух принципов: 1) неизбыточность и 2) независимость.



Таблица 1. Реляционная база данных "Поставщики - Детали"

Требование первого принципа означает сокращение до минимума объёма дублируемых данных. Для этого над таблицами выполняют процедуру нормализации. Пусть имеется ненормализованная таблица "СЛУЖАЩИЙ-НАЧАЛЬНИК--ТЕЛЕФОН", в которой имеются излишне дублируемые данные (рис. 5.). Чтобы их ликвидировать, требуется деление исходной таблицы на более простые.

В результате нормализации избыточные данные, отражающие номера телефонов (3051, 2222), из таблицы "НАЧАЛЬНИК" исчезли.

Реализация второго принципа, требующего от структуры базы данных максимальной независимости прикладных программ, достигается за счёт отделения её описания от прикладной программы.

Рис. 5. Ликвидация дублирования данных

Отделение происходит с помощью системы управления базами данных (СУБД). СУБД -- это комплекс программ, предназначенный для создания и хранения базы данных, обеспечения логической и физической целостности данных, предоставления к ней санкционированного доступа конечных пользователей. Отделение описания базы данных от прикладной программы представлено на рис. 6.

Рис. 6. Иллюстрация реализации второго принципа создания баз данных: а - программа на языке Pascal; б - программа в среде Access

Для решения задач с помощью реляционных баз данных, прежде всего, необходимо множество документов, используемых для решения задачи, разделить на входные оперативные, отражающие текущие финансово-хозяйственные операции, и условно-постоянные (нормативно-справочные). Затем следует определить модель БД, нормализовав, если нужно, используемые таблицы, описать их структуру и указать связи между таблицами с помощью средств СУБД. В результате получают реляционную модель БД.

Согласно полученному описанию, базу данных наполняют входной информацией, после чего она готова для решения задач: получения ведомостей, сводок, диаграмм и т.д. Пример БД приведён на рис. 7., где пунктирными стрелками показаны связи между ключевыми полями БД, устанавливаемые для поиска нужной информации, а сплошными стрелками -- направления передачи информации для получения сводки.

Рис. 7. База данных "Заказы"

Решение задач с помощью СУБД может осуществляться в двух режимах:

· режим конечного пользователя с применением конструктора баз данных и запросов;

· программный режим, предполагающий знание пользователем языка СУБД и позволяющий создавать прикладные программы.

Конечный пользователь, как правило, применяет конструктор, с помощью которого задаются структура БД, формулы для расчётов и структура отчёта. Программный режим предполагает создание программ с помощью программистов - профессионалов.

Актуальное направление в развитии БД -- разработка методов и средств интеграции их с информационными ресурсами Интернета и создание на этой основе Интранета. Как известно, с помощью Интернета можно получить неструктурированную текстовую информацию, представленную в виде HTML-страниц. Эти страницы хранятся на Web - серверах.

Применение этой информации сводится к разработке соответствующих методов построения Web - интерфейсов для взаимодействия информационных ресурсов Интернета и БД. Под таким взаимодействием понимается: 1) публикация информации из БД в сети Интернет, т.е. преобразование формата БД в формат HTML-страниц; 2) получение информации из Интернета, т.е. преобразование формата HTML - страниц в формат, воспринимаемый СУБД.

4. Централизованные и распределённые базы данных и их применение для решения экономических задач

С появлением и развитием корпоративных и иных сетей появилась возможность организации доступа к одним и тем же данным из различных структурных подразделений предприятия или из других регионов. При этом разработаны два вида баз данных -- централизованные и распределённые.

Централизованная БД характеризуется тем, что полностью находится на центральном компьютере, к которому пользователи (клиенты) обращаются за информацией с помощью своих компьютеров. Управление базой данных (её корректировка и прочие процедуры, поддерживающие её целостность, безопасность и др.) осуществляется централизованно (рис.8.).

Рис. 8. Централизованная база данных

Один компьютер, располагающий ресурсами, называется сервером. Компьютер, который обращается к серверу за данными или за требованиями решения задачи, называется клиентом.

Недостатки централизованной БД: необходимость передачи большого потока данных, низкая надёжность и низкая производительность.

Преимущества: минимальные затраты на корректировку.

Для снижения остроты перечисленных недостатков создают распределённые базы данных, т.е. БД, части которых находятся в различных узлах сети. Предприятия сами по себе имеют распределённую структуру, поэтому данные фактически распределены по структурным подразделениям. Отсюда ИС должны содержать распределённую базу данных, которая должна отражать структуру предприятия. Фактически распределенная БД есть виртуальный объект, составные части которого хранятся в разных узлах сети. Для пользователя они находятся в одной логической модели базы данных.

На рис. 9. представлена полностью распределенная БД. Стрелки указывают направление передачи данных, необходимых для решения задач в конкретном узле:

Рис. 9. Полностью распределённая база данных

· для решения задачи 1 в отделе главного бухгалтера требуются базы данных БД 1, БД З, БД 4;

· для решения задачи 2 в нормативном отделе требуются базы данных БД 2, БД З;

· для решения задачи 3 в цехе № 1 требуются базы данных БД З, БД 4;

· для решения задачи 4 на складе № 4 требуются базы данных БД 1, БД З, БД 4.

Полностью распределённая БД создается в тех случаях, когда частота решения всех задач и объёмы передаваемых данных для их решения примерно одинаковы.

Однако если частота решения одних задач очень отличается от частоты решения других и при этом объёмы передаваемых данных остаются прежними, то можно пойти на дублирование некоторых данных, тем самым сократив затраты на их передачу. Тогда получают частично распределённую базу данных.

Например, пусть задачи 1 и 4 существенно чаще решаются по сравнению с задачами 2 и 3. Такое положение дел требует создания частично распределённой БД (рис. 10.). Дублирование данных позволяет резко сократить объёмы передаваемых данных, но увеличить затраты на их корректировку.

Рис. 10. Частично распределённая база данных

Главный критерий распределения данных в сети состоит в следующем: данные должны находиться там, где существует наибольшая частота обращения к ним.

Для решения экономических задач в среде централизованной или распределённой базы данных можно воспользоваться одним из следующих методов: доступ на основе архитектуры сети видов "файл -- сервер" и "клиент -- сервер".

Доступ на основе архитектуры сети вида "файл -- сервер". Схематично такой метод доступа представлен на рис. 11.

Рис. 11. Иллюстрация технологии "файл - сервер"

В процессе решения задач пользователя, который использует доступ вида "файл -- сервер", будет передаваться, кроме необходимых данных, и сопутствующая информация.

Пример. Пусть общая база данных (БД) БУИС хранится на сетевом сервере. Тогда согласно данной технологии для запуска программы печати журнала-ордера к счету "Касса" будут передаваться все проводки, среди которых нужно будет выбрать те, что касаются счёта "Касса". Если потребуются сведения о каком-либо основном средстве, то с сервера будет передан весь файл инвентарных карточек, среди которых следует отыскать нужную информацию. Если поступит запрос о начисленной заработной плате какого-либо сотрудника, то с сервера будет передан файл со всеми сотрудниками, в котором необходимо отыскать нужную запись.

Таким образом, файл-серверная обработка -- это обработка данных преимущественно на рабочих местах клиентов. Сетевое программное обеспечение занято лишь передачей данных на рабочую станцию.

Доступ на основе архитектуры сети вида "клиент -- сервер". В данной архитектуре возможны следующие варианты доступа:

· доступ к удаленным данным (ДУД);

· доступ с помощью сервера баз данных (СБД);

· доступ с помощью сервера приложений (СП).

1. Согласно модели ДУД на компьютере клиента располагаются программа ввода исходных данных, программа, осуществляющая решение задачи на основе дополнительно поступивших с сервера данных, и программа печати результатов. Если запущена программа "Касса", то будут переданы лишь те проводки, которые необходимы для обработки и печати журнала-ордера (рис. 12.).

Рис. 12. Доступ к удалённым данным по модели ДУД

2. Согласно модели СБД на компьютере клиента находятся программы ввода исходных данных и печати. Программа решения задачи находится на сервере, где, собственно, и происходит её запуск. На компьютере клиента осуществляется лишь ввод исходных данных и печать результатов (рис. 13.).

Рис. 13. Доступ к серверу баз данных по модели СБД

3. Согласно модели СП ввод, передача, обработка и печать результатов выполняются так же, как и в модели СБД, за исключением того, что прикладная программа и исходные данные находятся на одном сервере, а БД -- на другом (рис. 14.).

Рис. 14. Доступ к серверу приложений по модели СП

5. Базы знаний и их применение для формирования экономических решений

Модели представления знаний

Знания, также как и данные, являются информационным ресурсом и хранятся в компьютере в соответствии с разработанной моделью.

База знаний - это знания человека (эксперта, специалиста), помещенные в память компьютера в соответствии с некоторой моделью.

Работа с базами знаний - это одно из направлений искусственного интеллекта, целью которого является создание инструментальных средств, позволяющих решать задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными.

Модель - это правила или соглашения, выполнение которых позволяет представить нечто в памяти компьютера в том виде, которая позволяет использовать формальные (программные) средства для их обработки (получение новых знаний).

Существуют различные модели представления баз знаний, среди которых в экономике наиболее популярными являются (рис. 15.):

Рис. 15. Модели баз знаний

· деревья (вывода, целей);

· семантические сети (ассоциативные сети);

· фреймы;

· нечёткие множества.

Так как любая модель, и в том числе модель представления знаний, формальна, поэтому могут создаваться программные средства для их обработки.

Знания, как и прочие формы представления информации, устаревают или становятся ненужными, поэтому должна быть система управления ими. Управление знаниями - это совокупность программных средств, обеспечивающих поиск, ввод, обработку, использование и корректировку знаний.

Деревья (вывода, целей)

Дерево вывода. Дерево вывода -- это множество объединённых правил, отражающих условия выполнения некоторого процесса. Правила представляют собой языковую конструкцию вида

ЕСЛИ <условие, сt(условия)>, ТО <заключение, сt(заключения)>

сt (правила),

где сt (условия), сt (заключения), сt (правила) - соответственно, коэффициенты определённости условия, заключения и правила.

Значение ct, равное 0, указывает на полную неопределённость, а 1 -- на полную определённость. В дереве указывают значения в этом диапазоне.

Множество правил объединяются в дерево вывода.

Пример. Пусть заданы два правила.

Правило 1. ЕСЛИ индекс цен возрастет не менее чем на 3% (В) ct(B)

И цены на энергоносители вырастут не более чем на 19% (С) ct(C) = 0,6,

ТО акции покупать (A) ct(A) = ?, сt (правила 1) = 0,8.

Правило 2. ЕСЛИ ВВП возрастет не менее чем на 1,5% (Д) ct (Д) = 0,4,

ИЛИ ставки Центрального банка будут в пределах 12% (Е) ct(E) = 0,7,

ИЛИ объём экспорта возрастет более чем на 5% (G) ct(G) = 0,5,

ТО индекс цен возрастёт менее чем на 3%. (В) ct(B) - ?, ct (правила 2) = 0,98.

Эти правила объединяются в дерево (рис. 16.).

Рис. 16. Дерево выводов

Рассмотрим, как знания такого рода представляются графически, а также как рассчитывается коэффициент определённости выводов. Правило с одним условием вида ЕСЛИ А, ТО В графически представляется следующим образом:

Здесь А -- это условие, В -- заключение. Далее условимся заключение, получаемое с помощью правила, изображать сверху, а условия -- снизу. Число рядом с условием указывает на его определённость, а число рядом с линией -- на определённость самого правила.

В правиле может быть несколько условий, связанных между собой союзами И или ИЛИ. Например,

ЕСЛИ А и В и С, ТО Е;

ЕСЛИ А или В или С, ТО Е.

Графически эти правила представлены на рис. 17.

Сплошная или пунктирная дуга указывает на вид объединения условий: союзом И или союзом ИЛИ, соответственно. Число, указанное рядом с дугой (сплошной или пунктирной), указывает на определённость правила, а числа рядом с условиями -- на определённость условий. Лицо, принимающее решение, присваивает условиям (А, В, С) и правилу некоторый коэффициент определённости от 0 до 1.

С помощью специальных формул рассчитывается коэффициент определённости для заключения. Для простого правила, содержащего лишь одно условие, например ЕСЛИ Е, ТО С, коэффициент определённости для заключения С рассчитывается так:

где ct (C), ct (E) и ct (правила) -- коэффициенты определённости, соответственно, заключения С, условия Е и правила.

Например, при ct (E) = 0,4; ct (правила) = 0,2 коэффициент определённости заключения равен ct (C) = 0,08.

Если в правиле несколько условий, связанных союзом И, то для расчёта коэффициента определённости заключения применяется следующая операция:

ЕСЛИ (Е1 и Е2), ТО С.

Для правила, в котором присутствует несколько условий, связанных связкой ИЛИ, применяется операция вида:

ЕСЛИ (Е1 или Е2), ТО С.

ct(C) = max(ct(E1), ct(E2)) ct (правила).

Например, ЕСЛИ (El и Е2),ТО С. При ct(El) = 0,7; ct(E2) = 0,6; ct(npaвилa) = 0,8; ct (условия) = min(0,7; 0,6) = 0,6 коэффициент определённости заключения равен ct(C) = 0,6 * 0,8 = 0,48.

Для заключения А, вывод которого представлен на рис. 15., при ct (Д) = 0,8; ct(E) = 0,5; ct(G) = 0,6; ct(npl) = 0,7; ct(C) = 0,4; ct(np2) = 0,3 его коэффициент определённости А равен ct(A) = = 0,12.

Рис. 17. Графическое представление правил: а - условия связаны союзом И; б - условия связаны союзом ИЛИ

Дерево целей. Дерево целей и задач -- развёрнутая, распределённая по уровням совокупность целей и задач экономической программы, построенная по логической схеме:

"цели -- программы -- задачи, которые надо решить для достижения этих целей, - мероприятия, обеспечивающие решение задач, -- ресурсы, необходимые для проведения мероприятий".

Дерево целей и задач используется в программно-целевом планировании и управлении при разработке целевых комплексных программ.

Дерево целей является дальнейшим совершенствованием целевого управления, известного в настоящее время как Goal-управление.

В основу его построения положено понятие цели, измерение достижения которой осуществляется с помощью значений соответствующих экономических показателей.

Например, уровень достижения цели "Увеличить рентабельность предприятия" можно измерить показателем "Рентабельность" в числовом диапазоне от 0 до 1.

Представление знаний в виде дерева целей возможно, если известны цель управления и формулы, по которым можно рассчитать уровень достижения каждой подцели. Допустим, целью является увеличение прибыли, которая может быть достигнута за счёт увеличения выручки и снижения затрат, что можно представить графически (рис. 18.).

На рис. 18. с помощью знаков "+" и "-" показаны желаемые направления изменения подцелей: В -- выручка: увеличение; 3-- затраты: снижение; П-- прибыль: увеличение. Если В = 20, 3= 15, то по формуле В = П-- 3 получим П= 5.

Рис. 18. Графическая иллюстрация достижения цели "увеличить прибыль"

Используется дерево целей следующим образом: допустим, необходимо поднять прибыль до 7 ед. Для этого нужно установить приоритеты в достижении данной цели, чему служат коэффициенты и . Сумма этих коэффициентов всегда равна 1.

Дерево целей можно продолжить, если указать, из чего состоят выручка и затраты. Это позволит рассчитать управляющие воздействия более детального характера.

Семантические сети представления знаний

Это ориентированный граф, в узлах которого находятся имена объектов, а стрелки указывают на отношения между ними (рис. 19.). Из неизмеримого множества отношений часто используются часть-целое, свойства и функциональные связи (производит, находится и т.д.).

При этом если представить семантическую сеть как граф, выражающий семантические отношения (дуги) между понятиями (вершины), то можно утверждать, что различные сочетания входящих и исходящих дуг, присутствующих в цепях различной длины в значительной степени влияют на сложность рассматриваемой структуры.

Семантические сети содержат описание связей в явной форме, указанных с помощью синтаксических, семантических и прагматических отношений.

Наиболее часто в них используется следующие отношения:

· целое-часть (класс - подкласс, элемент - множество и т.д.);

· функциональная связь, определяемая глаголом (производит, находится, поставляет … и т.д.);

· атрибутивные (иметь значение, иметь свойство);

· логические (И, ИЛИ, НЕТ);

· временные (в течение, раньше, позже…).

Семантическая сеть обрабатывается на основе принципа сопоставления объекта и отношения, которые указаны в запросе, с объектами и отношениями, имеющимися в семантической сети. Например, если запрос имеет вид: "Что производит ОАО "Горизонт?"", будет выделен тот фрагмент сети, где фигурируют указанный объект ("Горизонт") и отношение "производит". Ответом будет: "ОАО "Горизонт" производит кинескопы".

С помощью приведенной на рис. 19. семантической сети можно получить ответы на следующие вопросы:

1. Какие предприятия производят кинескопы?

2. В каком регионе находится город Тула?

3. Кто является поставщиком кинескопов?

4. Какие кинескопы производит ОАО "Горизонт"?

Рис. 19. Семантическая сеть

Пояснить базу знаний легче в сравнении с базой данных, так как различия между ними нечёткие (размытые).

На рис. 20. представлена информация о поставках, поставщиках и прочее с помощью реляционной базы данных и базы знаний в виде семантической сети.

Сравнивая базу данных и базу знаний, видим, что в базе данных информация более скудная и поэтому с уверенностью трудно ответить на вопрос: Делал ли ООО "Восход" заказ ООО "Рассвет" на арматуру, которую тот производит или ООО "Восход" поставил арматуру, которую произвел ООО "Рассвет"?

Отличие баз знаний от баз данных состоит в том, что первые содержат связи между объектами в явной форме.

Рис. 20. Иллюстрация отличий базы данных от базы знаний в виде семантической сети

Обрабатывается семантическая сеть на основе принципа сопоставления объекта и отношений, указанных в запросе, с объектами и отношениями, имеющимися в семантической сети.

Фреймы в представлении знаний

Теория фреймов - это парадигма для представления знаний с целью использования этих знаний компьютером. Впервые была представлена Минским, как попытка построить фреймовую сеть, или парадигму с целью достижения большего эффекта понимания. С одной стороны Минский пытался сконструировать базу данных, содержащую энциклопедические знания, но с другой стороны, он хотел создать наиболее описывающую базу, содержащую информацию в структурированной и упорядоченной форме. Эта структура позволила бы компьютеру вводить информацию в более гибкой форме, имея доступ к тому разделу, который требуется в данный момент. Минский разработал такую схему, в которой информация содержится в специальных ячейках, называемых фреймами, объединенными в сеть, называемую системой фреймов. Новый фрейм активизируется с наступлением новой ситуации. Отличительной его чертой является то, что он одновременно содержит большой объем знаний и в то же время является достаточно гибким для того, чтобы быть использованным как отдельный элемент БД. Термин "фрейм" был наиболее популярен в середине семидесятых годов, когда существовало много его толкований, отличных от интерпретации Минского.

Итак, как было сказано выше, фреймы - это фрагменты знания, предназначенные для представления стандартных ситуаций. Термин "фрейм" (Frame - рамка) был предложен Минским. Фреймы имеют вид структурированных компонентов ситуаций, называемых слотами. Слот может указывать на другой фрейм, устанавливая, таким образом, связь между двумя фреймами. Могут устанавливаться общие связи типа связи по общению. С каждым фреймом ассоциируется разнообразная информация ( в том числе и процедуры), например ожидаемые процедуры ситуации, способы получения информации о слотах, значение принимаемые по умолчанию, правила вывода.

Формальная структура фрейма имеет вид:

где f - имя фрейма; пара <Ni, Vi> - i-ый слот, Ni - имя слота и Vi - его значение.

Значение слота может быть представлено последовательностью

где Ki - имена атрибутов, характерных для данного слота; Li - значение этих атрибутов, характерных для данного слота; Rj - различные ссылки на другие слоты.

Каждый фрейм, как структура хранит знания о предметной области (фрейм-прототип), а при заполнении слотов знаниями превращается в конкретный фрейм события или явления.

Фреймы можно разделить на две группы: фреймы-описания; ролевые фреймы.

Рассмотрим пример.

фрейм описание: [<программное обеспечение>, <программа 1С бухгалтерия, версия 7.5>, <программа 1С торговля, версия 7.5>, <правовая программа "Консультант +" проф.>].

Ролевой фрейм: [<заявка на продажу>, <что, установка и покупка программы 1С торговля, версия 7.5>, <откуда, фирма ВМИ>, <куда, фирма "Лукойл">, <кто, курьер Иванова>, <когда, 27 октября 1998г.>].

Во фрейме-описании в качестве имен слотов задан вид программного обеспечения, а значение слота характеризует массу и производителя конкретного вида продукции. В ролевом фрейме в качестве имен слотов выступают вопросительные слова, ответы на которые являются значениями слотов. Для данного примера представлены уже описания конкретных фреймов, которые могут называться либо фреймами - примерами, либо фреймами - экземплярами. Если в приведенном примере убрать значения слотов, оставив только имена, то получим так называемый фрейм - прототип.

Достоинство фрейма - представления во многом основываются на включении в него предположений и ожиданий. Это достигается за счет присвоения по умолчанию слотам фрейма стандартных ситуаций. В процессе поиска решений эти значения могут быть заменены более достоверными. Некоторые переменные выделены таким образом, что об их значениях система должна спросить пользователя. Часть переменных определяется посредством встроенных процедур, называемых внутренними. По мере присвоения переменным определенных значений осуществляется вызов других процедур. Этот тип представления комбинирует декларативные и процедурные знания.

Фреймовые модели обеспечивают требования структурированности и связанности. Это достигается за счет свойств наследования и вложенности, которыми обладают фреймы, т.е. в качестве слотов может выступать система имен слотов более низкого уровня, а также слоты могут быть использованы как вызовы каких-либо процедур для выполнения.

Для многих предметных областей фреймовые модели являются основным способом формализации знаний.

Чтобы лучше понять эту теорию, рассмотрим один из примеров Минского, основанный на связи между ожиданием, ощущением и чувством человека, когда он открывает дверь и входит в комнату. Предположим, что вы собираетесь открыть дверь и зайти в комнату незнакомого вам дома. Находясь в доме, перед тем как открыть дверь, у вас имеются определенные представления о том, что вы увидите, войдя в комнату. Например, если вы увидите какой-либо пейзаж или морской берег, поначалу вы с трудом узнаете их. Затем вы будете удивлены, и в конце концов дезориентированы, так как вы не сможете объяснить поступившую информацию и связать ее с теми представлениями, которые у вас имелись до того. Также у вас возникнут затруднения с тем, чтобы предсказать дальнейший ход событий. С аналитической точки зрения это можно объяснить как активизацию фреймакомнаты в момент открывания двери и его ведущую роль в интерпретации, поступающей информации. Если бы вы увидели за дверью кровать, то фрейм комнаты приобрел бы более узкую форму, и превратился бы во фрейм кровати. Другими словами, вы бы имели доступ к наиболее специфичному фрейма из всех доступных. Возможно, что вы используете информацию, содержащуюся в вашем фрейме комнаты для того чтобы распознать мебель, что называется процессом сверху вниз, или в контексте теории фреймов фреймодвижущим распознаванием. Если бы вы увидели пожарный гидрант, то ваши ощущения были бы аналогичны первому случаю. Психологи утверждают, что распознавание объектов легче проходит в обычном контексте, чем в нестандартной обстановке. Из этого примера мы видим, что фрейм - это модель знаний, которая активизируется в определенной ситуации и служит для ее объяснения и предсказания. У Минского имелись достаточно расплывчатые идеи о самой структуре такой БД, которая могла бы выполнять подобные вещи. Он предложил систему, состоящую из связанных между собой фреймов, многие из которых состоят из одинаковых подкомпонентов, объединенных в сеть. Таким образом, в случае, когда кто-либо входит в дом, его ожидания контролируются операциями, входящими в сеть системы фреймов. В рассмотренном выше случае мы имеем дело с фреймовой системой для дома, и с подсистемами для двери и комнаты. Активизированные фреймы с дополнительной информацией в БД о том, что вы открываете дверь, будут служить переходом от активизированного фрейма двери к фреймакомнаты. При этом фреймы двери и комнаты будут иметь одинаковую подструктуру. Минский назвал это явление разделом терминалов и считал его важной частью теории фреймов.

Минский также ввёл терминологию, которая могла бы использоваться при изучении этой теории (фреймы, слоты, терминалы и т.д.). Хотя примеры этой теории были разделены на языковые и перцептуальные, и Минский рассматривал их как имеющих общую природу, в языке имеется более широкая сфера её применения. В основном большинство исследований было сделано в контексте общеупотребительной лексики и литературного языка.

Одной из трудностей представления знаний и языка фреймов является отсутствие формальной семантики. Это затрудняет сравнение свойств представления знаний различных языков фреймов, а также полное логическое объяснение языка фреймов.

Фреймы используются в системах искусственного интеллекта (например, в экспертных системах) как одна из распространенных форм представления знаний.

Фреймы предназначены для представления стереотипных ситуаций. Они объединяют декларативные и процедурные знания. Фреймы объединяются в сеть. В них указывается: каким образом фрейм реагирует на изменение ситуации, что следует делать далее.

Фрейм состоит из слотов - перечня характеристик объекта.

Основная идея фрейма - сосредоточение всей информации об объекте в одной структуре данных.

Рассмотрим пример фрейма "Руководитель" (рис. 21.).

Реквизиты, указывающие характеристики объекта, называются слотами.

С некоторыми слотами фрейма связаны процедуры, автоматически выполняемые при определенных условиях.

Условия (реакции на события) могут быть следующими:

· реакция на событие "если добавлено";

· реакция на событие "если удалено";

· реакция на событие "если изменено".

Во фрейме "Руководитель" указанные процедуры 1, 2, 3, 4 активизируются при изменении значений слотов.

Слот "Заработная плата" связан с фреймом "Зарплата", который активизируется с помощью процедуры 4. Она включается при изменения слота "Заработная плата". Процедура 4 включается при изменении значения слота "Заработная плата", после включается процедура 5, так изменился слот "Почасовая заработная плата".

Рис. 21. Фрейм "Руководитель"

Нечёткие множества в моделях баз знаний

В процессе создания моделей баз знаний специалисты сталкиваются с проблемой отражения и использования нечеткой, то есть неопределенной информации.

Представление таких знаний "как высокий человек", "добросовестный поставщик", "надежный партнёр" и т.д., потребовали нового взгляда на методы их формализации.

Задачи, решаемые человеком, в большинстве случаев опираются именно на нечёткие, размытые и неопределённые знания о процессах или событиях. Знания человека в большинстве случаев нечёткие. Он оперирует такими понятиями как высокий, низкий, горячее, холодное, бедный, богатый и т.д. в повседневной производственной практике и быту.

Лотфи Заде в 1965 г. расширил классическое понятие множества, допустив, что характеристическая функция (функция принадлежности элемента множеству) может принимать любые значения в интервале [0,1], а не только значения 0 или 1.

В основе данной теории лежит понятие функции принадлежности, которая указывает степень принадлежности какого-либо элемента некоторому множеству элементов.

Данная функция является субъективной и строится на основании знаний, опыта или ощущений некоторого субъекта к какому-либо объекту, процессу, явлению и т.д.

Степень принадлежности элементов множества Е множеству А можно однозначно представить как:

На рис. 22. иллюстрируется чёткая (однозначная) принадлежность элементов одного множества другому.

Рис. 22. Иллюстрация принадлежности элементов одного множества другому

Но принадлежность элементов может характеризоваться и приблизительно, например:

· более или менее принадлежит;

· скорее принадлежит;

· возможно, принадлежит и т.д.

Функция принадлежности нечёткого множества -- обобщение индикаторной функции классического множества. В нечёткой логике она представляет степень принадлежности каждого члена к данному нечёткому множеству. Степени принадлежности часто смешивают с вероятностями, хотя они принципиально отличны.

...