Концепция и архитектура средств управления интеллектуальными системами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Концепция и архитектура средств управления интеллектуальными системами

Исследования в области интеллектуальных систем продолжаются уже более сорока лет, но до сих пор не наблюдается их ожидаемого широкого практического использования. Причины этого, лежащие на поверхности, можно видеть в том, что пользовательские свойства таких систем не соответствуют современным требованиям к ним: базы знаний чаще всего представлены в форме правил, которые непонятны экспертам предметной области, объяснения, как правило, отображают трассировку логического вывода, форма диалога и представления входных / выходных данных неудобна специалистам предметной области и не предназначена для пользователей с разным опытом работы и требованиями к системе. В результате доверие к ним остается очень низким, использование вызывает массу трудностей и специалисты предпочитают ими не пользоваться.

При этом создание и сопровождение интеллектуальных систем является очень трудоемким процессом. Для решения проблемы увеличения продолжительности периода эксплуатации программных средств в целом в работе [Norvig, 1997] предложена идея замены сопровождения программных средств их управлением в процессе разработки и эксплуатации. Под управлением понимается решение задач сопровождения программного средства с помощью специальных высокоуровневых механизмов управления, сводящих к минимуму изменение его кода.

Традиционный подход к сопровождению программных средств в процессе их жизненного цикла, при котором версия системы передается конечному пользователю не предусматривает управления этим программным средством. Вместе с тем активно развиваемая в настоящее время технология облачных вычислений (cloud computing) [Концер, 2008], основная идея которой заключается в предоставлении услуг по использованию программного средства вместо его версий, может быть применена для управления программными средствами и интеллектуальными системами в том числе. Более того, только управление интеллектуальными системами может поддерживать их в конкурентоспособном состоянии длительное время. Однако среды, предложенные в рамках технологии облачных вычислений Amazon AWS, Microsoft Azure, Google App Engine, Stax, 10gen, Google Wave, Force.com и др. [Крупин, 2009], [SaaS, 2010], [Калькуль, 2009], не учитывают специфику интеллектуальных систем и не предлагают услуг по управлению программными средствами.

Целью настоящей работы является обсуждение возможности использования новых идей, связанных с управлением программными средствами при разработке практически полезных интеллектуальных систем, обсуждение общей архитектуры Интернет-комплекса для разработки, использования и управления интеллектуальными системами.

Концепция управления интеллектуальными системами и задачи управления

Архитектуру интеллектуальных систем, как класса программных средств, содержащих базу знаний, можно представлять себе как взаимосвязанную тройку, состоящую из базы знаний (и других информационных ресурсов - баз данных, онтологий, метаонтологий и т.п.), решателя задач и пользовательского интерфейса. Частные цели управления этими тремя компонентами интеллектуальной системы в общем случае различны и в значительной степени независимы. В соответствии с этим средства управления интеллектуальной системой должны иметь подсистемы, управляющие информационными ресурсами, решателем задач и пользовательским интерфейсом.

Анализ задач управления каждым компонентом интеллектуальной системы позволил выделить четыре типа подсистем управления - мониторинга, т.е. регулярного сбора информации, необходимой для управления; ручного (интерактивного) управления для осуществления управляющих воздействий (изменения свойств программного средства) управляющими программным средством; автоматического управления, т.е. изменения свойств программного средства без участия управляющих; автоматизированного управления, реализующего сочетание ручного и автоматического управления (в частности, ручного управления параметрами средства автоматического управления) [Грибова и др., 2010].

Исходя из того, что в архитектуре интеллектуальной системы можно выделить три самостоятельных компонента (информационные ресурсы, решатель задач и пользовательский интерфейс), а в системе, управляющей программным средством, - четыре типа подсистем (мониторинга, ручного управления, автоматического управления и автоматизированного управления), задачи управления интеллектуальными системами можно разделить на двенадцать классов (Рис. 1).

Классификация задач управления интеллектуальными системами

информационный программный управление интеллектуальный

Управление информационными ресурсами

В информационном ресурсе важно содержание информации и ее удобное представление для управляющих, а не способ ее компьютерного представления. Поэтому будем рассматривать только задачи управления концептуальными информационными ресурсами - такими ресурсами, которые могут обрабатываться интеллектуальными системами, которые представлены в терминах некоторой онтологии, структура и содержание которых понятны управляющим лицам.

Поскольку концептуальный информационный ресурс представляется в терминах соответствующей онтологии, он является неразрывной парой, состоящей из этой онтологии и собственно содержания этого ресурса, которые находятся между собой в определенном соответствии.

Мониторинг информационных ресурсов направлен на получение неявной информации, содержащейся в них, например, определение структурных свойств этих ресурсов и выявление дефектов, недостатков, неудобств и особенностей этих ресурсов.

Ручное управление информационными ресурсами может осуществляться на основе результатов их мониторинга. В этом случае задачей ручного управления информационными ресурсами является устранение выявленных в них дефектов, недостатков и неудобств.

Автоматическое управление информационными ресурсами, как и ручное, также может осуществляться на основе результатов их мониторинга. В этом случае задачами являются автоматическое устранение выявленных в них дефектов, недостатков, неудобств и особенностей.

Комбинирование возможностей мониторинга, ручного и автоматического управления базой знаний в соответствии с входным потоком данных приводит к задачам автоматизированного управления.

Управление решателями задач

Если база знаний интеллектуальной системы является концептуальной, то самостоятельным компонентом интеллектуальной системы становится решатель задач - специализированный интерпретатор концептуальных баз знаний, в котором зафиксированы онтология базы знаний и алгоритмы решения задач.

Управляемость программы в процессе ее жизненного цикла может быть повышена за счет разделения декларативного и процедурного компонентов представления программы. В этом случае декларативный компонент программы становится объектом мониторинга и ручного управления, а процедурный - объектом сопровождения и управления. Достижение управляемости программы в процессе ее жизненного цикла состоит в сведении к некоему разумному минимуму ее процедурного компонента за счет представления как можно большей информации в ее декларативном компоненте, что близко идеям интеграции отдельных программ в программные системы с использованием декларативного представления схемы интеграции [Пелц, 2004].

Мониторинг решателя задач, выполняемый в соответствии с априорными знаниями управленцев, направлен на получение неявной информации о декларативном компоненте этого решателя. Примерами таких задач мониторинга являются оценивание программ и поиск в них дефектов в соответствии с заданными метриками и определениями дефектов.

Ручное управление решателем задач направлено на изменение его декларативного компонента лицами, управляющими этим решателем, с учетом результатов его мониторинга. Примерами могут служить задачи устранения с помощью интерактивных средств выявленных дефектов в декларативной компоненте решателя, задачи изменения схемы распараллеливания решателя задач с учетом информации о степени его реального параллелизма при работе на различных данных и т.п.

Автоматическое управление решателем задач направлено на автоматическое изменение его свойств с учетом результатов мониторинга обрабатываемых им информационных ресурсов, либо результатов мониторинга самого решателя задач (адаптацию к результатам мониторинга). Если некоторая подсистема управления решателем задач является интеллектуальной системой, то управление ее базой знаний может рассматриваться как задача автоматизированного управления информационными ресурсами.

Управление пользовательским интерфейсом

Управляемость в процессе жизненного цикла пользовательского интерфейса может быть достигнута, если его проект представлять декларативно в виде концептуального информационного ресурса, а функционирующий интерфейс получать из этого представления проекта с помощью генератора кода или интерпретатора проекта. В этом случае проект становится объектом управления в процессе жизненного цикла.

Мониторинг пользовательского интерфейса направлен на получение неявной информации о нем, например, выявление дефектов юзабилити в проекте интерфейса.

Ручное управление пользовательским интерфейсом направлено на изменение его свойств с учетом результатов его мониторинга (задачи устранения дефектов, нарушений целостности проекта, задачи изменения состава интерфейсных задач и др.).

Задачи автоматического управления пользовательским интерфейсом состоят: в фиксированной адаптации интерфейса, когда задачи автоматического управления жестко связаны с типами пользователей; в косметической адаптации, например, использовании умолчаний, многоуровневой помощи, многоязыковости и т.п.; в адаптации, основанной на модели пользователя и учитывающей его статические и динамические характеристики (возраст, время ответа).

К задачам автоматизированного управления пользовательским интерфейсом относится управление его мониторингом, которое состоит в управлении базой метрик юзабилити, модификации советов разработчику по устранению дефектов, в управлении параметрами внутренних механизмов адаптации к особенностям конкретных пользователей.

Архитектура программно-информационного комплекса для разработки и управления интеллектуальными системами

Для решения задач управления интеллектуальными системами, авторы выдвигают следующие основные идеи, которые лежат в основе разработки программно-информационного комплекса для управления и использования интеллектуальных систем:

· Обеспечение доступа пользователям через Интернет к функциональности интеллектуальных систем вместо предоставления им непосредственно версий программных систем для установки на их компьютерах (использование технологии облачных вычислений). Эта идея является одной из основополагающих для технологии облачных вычислений. Преимущества данного подхода широко обсуждаются в литературе [Калькуль, 2009], [Крупин, 2009]; дополнительное преимущество от использования данной технологии - возможность управления интеллектуальными системами в процессе их жизненного цикла.

· Создание единой среды для функционирования интеллектуальных систем, инструментальных средств для их разработки и управления ими. Многолетний опыт авторов показал, что: во-первых, средства разработки интеллектуальных систем и управления ими, как правило, также являются интеллектуальными системами; во-вторых, прикладные и инструментальные интеллектуальные системы в ряде случаев используют одни и те же общие информационные ресурсы, а значит, с точки зрения функционирования, между ними нет различия. Поэтому прикладные и инструментальные интеллектуальные системы могут функционировать в единой среде.

· Поддержка контролируемого доступа к функциональным возможностям программно-информационного комплекса и единой системы администрирования правами на использование прикладных и инструментальных систем для предотвращения несанкционированного доступа к интеллектуальным системам, средствам их разработки и управления ими. Контролируемый доступ к функциональным возможностям программно-информационного комплекса и единая система администрирования, прежде всего, подразумевает предотвращение несанкционированного доступа к интеллектуальным системам, средствам их разработки и управления ими. Разработка новых интеллектуальных систем в рамках программно-информационного комплекса должна соответствовать политике, поддерживаемой ее администраторами, что предполагает контроль за использованием средств разработки. Очевидно, что такой контроль необходим и по отношению к средствам управления интеллектуальными системами.

· Поддержка идеологии накопления и развития как интеллектуальных и инструментальных систем в целом, так и отдельных их компонентов. «Отдельными» компонентами, прежде всего, являются информационные ресурсы различных уровней общности (базы знаний и данных, онтологии и метаонтологии); агенты, являющиеся составной частью решателей задач и выполняющие общие, независимые от конкретной системы вычисления над данными; операции над информационными ресурсами, сохраняющие их целостность; шаблонные компоненты пользовательского интерфейса, которые могут быть как проблемно-зависимыми, так и не зависеть от специфики задачи, а определяться требованиями удобства использования (юзабилити).

· Создание условий для кооперативной деятельности пользователей интеллектуальных систем, экспертов, специалистов предметных областей, управляющих интеллектуальными системами, и программистов. Одним из важнейших аспектов жизни людей являются попытки разрешения противоречия между индивидуальным и коллективным. Облачные вычисления являются еще одной попыткой разрешения этого противоречия. Дальнейшим развитием этой концепции является поддержка кооперативной деятельности всех ее участников, которая может проявляться не только в создании повторно используемых программных и информационных компонентов, но и управлении уже находящимися в эксплуатации программными средствами на основе результатов мониторинга процесса их использования.

Основные архитектурные компоненты программного обеспечения проекта IACPaaS - веб-сайт, виртуальная машина и фонд.

Веб-сайт проекта логически состоит из непосредственно веб-сайта проекта и административной системы, которая является его функциональной подсистемой. Административная система осуществляет управление ресурсами фонда посредством заявок на модификацию фонда, обработку заявок на получение полномочий для зарегистрированных пользователей, а также регистрацию гостей в качестве пользователей. Полномочия зарегистрированного пользователя могут относиться к следующим возможным классам: пользователь интеллектуальной системы, разработчик и сопровождающий кода программных компонентов, управляющий декларативной компонентой агента, информационными ресурсами, шаблонными компонентами интерфейса, коллектив управляющих прикладным или инструментальным средством, а также администратор проекта IACPaaS и администратор предметной области.

Основными функциями фонда программно-информационного комплекса является аккумулирование в едином информационном пространстве различных единиц хранения - программных и информационных ресурсов различных типов, а также поддержка их коллективного развития в различных предметных областях для решения задач в практической, научной и образовательной деятельности.

Виртуальная машина проекта IACPaaS состоит из процессора информационных ресурсов, процессора решателей задач и процессора пользовательских интерфейсов, каждый из которых представляет собой набор функций для поддержки соответствующих компонентов интеллектуальных систем.

Обсуждение

В работе обсуждается применимость идей об управлении программными средствами к интеллектуальным системам. Выделены основные подсистемы системы, управляющей программным средством - мониторинга, ручного, автоматического и автоматизированного управления.

Управление интеллектуальными системами можно рассматривать как новое научное направление в области искусственного интеллекта. В его задачи входит изучение самого процесса управления и его организации, исследование возможностей перехода от проблемно-ориентированных механизмов управления к проблемно-независимым, от механизмов ручного управления к механизмам автоматического управления, от механизмов управления одной общей версией интеллектуальной системы к механизмам управления многими индивидуальными ее версиями, развитие механизмов связи интеллектуальных систем с внешним миром для сбора информации для управления и совершенствование пользовательских интерфейсов, в том числе естественно-языковых и основанных на виртуальной реальности.

При сравнении классического подхода к разработке интеллектуальных систем с помощью оболочек и предлагаемого подхода можно отметить различия в их целях - первый из них направлен на быстрое создание демонстрационных прототипов, второй же - на продление сроков эксплуатации интеллектуальных систем и расширение круга их пользователей.

К настоящему времени разработана прототипная версия программно-информационного комплекса с ограниченным набором функций, продолжается разработка его полнофункциональной версии.

Программно-информационный комплекс, специально ориентированный на интеллектуальные системы, нацелен на накопление и коллективное развитие информационных и программных компонентов интеллектуальных систем; предоставление доступа к интеллектуальным системам как к сервисам, позволяющее значительно продлевать жизненный цикл интеллектуальной системы, обеспечивать предоставление сервиса пользователю в соответствии с его потребностями.

Единая среда для создания и использования интеллектуальных систем позволит применить все указанные выше преимущества не только к прикладным интеллектуальным системам, но и к средствам их разработки, что является очень значимым критерием развития искусственного интеллекта в целом.

Список литературы

1. Грибова В.В., Клещев А.С., Шалфеева Е.А. Системы управления интеллектуальными интернет-приложениями. - Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2010.

2. Калькуль М. Ясное небо до самого горизонта: «облачные» вычисления и безопасность «из облака» // http://www.securelist.com/ru/analysis/204007652/Yasnoe_nebo_do_samogo_gorizonta_oblachnye_vychisleniya_i_bezopasnost_iz_oblaka.

3. Концер N. Т. Облачные вычисления: всё как сервис // PC Week/RE №32 (638). 2008. - http://www.pcweek.ru/themes/detail.php? ID=112879

4. Крупин А. Cloud Computing: высокая облачность // Компьютер Online. 2009. - http://www.computerra.ru/interactive/461761/

5. Пелц К. Оркестровка и хореография Web-сервисов // Открытые системы. 2004. - http://www.osp.ru/os/2004/11/184785/

6. Черняк Л. Адаптируемость и адаптивность // Открытые системы, 2004. №9. - http://www.osp.ru/os/2004/09/184560/

7. Платформа Force.com от CT Consulting с уникальной системой облачных вычислений // http://www.ctconsult.ru/products/force-platform/

8. Norvig P., Cohn D. Adaptive software // http://norvig.com/adapaper-pcai.html.

9. SAAS платформы - обзор на LiveBusiness, 2010. - http://www.livebusiness.ru/tags/SAAS_platformy.

Размещено на Allbest.ru