Представление знаний в информационных системах

 

В результате изучения дисциплины «Представление знаний в информационных системах» студенты должны:

знать:

· базовые понятия в области представления знаний;

· основные модели представления знаний и правила вывода в рамках этих моделей;

· методы использования нечетких знаний;

· назначение, структуру и правила функционирования экспертных систем;

· примеры реализации экспертных систем в среде Windows.

уметь:

· ориентироваться в различных типах интеллектуальных систем, в различных методах представления знаний, переходить от одного метода к другому;

· формализовать знания экспертов с применением различных методов представления знаний,

· ставить задачу построения экспертной системы для решения задачи выбора вариантов в плохо формализуемой предметной области;

иметь представление:

· о методах разработки продукционных баз знаний для решения задачи выбора вариантов в плохо формализуемой предметной области;

· о возможностях языка логического программирования Пролог для построения простейших экспертных систем.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ИТОГОВОГО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ЭКЗАМЕНА

 

Раздел 1. Теория информационных процессов и систем

 

Основные понятия и определения

Понятия информационных процессов и систем. Основные задачи теории информационных систем (ИС). Краткая историческая справка. Предмет изучения дисциплины; ее связь с другими дисциплинами учебного плана. Терминология теории систем. Система, элемент, подсистема. Структура и связь. Иерархия; состояние, поведение. Равновесие, гомеостаз и гомеокинез. Внешняя среда, открытые и закрытые системы. Модель и цель системы. Управление. Информационные динамические системы и системы управления.

Виды информационных систем. Понятие ИС. Классификация ИС: по виду формализованного аппарата представления (детерминированные, стохастические); по сложности структуры и поведения; по степени организованности («хорошо» и «плохо» организованные, самоорганизующиеся).

Системообразующие свойства информационных систем. Системный подход и системный анализ. Целостность и интегративность. Иерархичность. Эквифинальность (предельные возможности). Закономерности целеобразования и осуществимости ИС. Системный подход и системные исследования. Системный анализ.

Моделирование информационных систем

Основы моделирования системы. Общие свойства моделей. Роль моделирования в деятельности человека. Типы моделей систем: модель "черный ящик", модель состава, модель структуры. Структурная и функциональная схемы. Количественное описание моделей - шкалирование, вероятностное и нечеткое описание. Энтропия и информационные характеристики источника сообщений. Количество и скорость передачи информации: по дискретному и по непрерывному каналам. Пропускная способность канала.

Уровни представления информационных систем

Характеристики уровней представления ИС: лингвистический, теоретико-множественный, абстрактно-алгебраический, динамический, логико-математический. Кибернетический подход к описанию ИС. Процесс управления как информационный процесс.

Теоретико-множественное описание информационных систем. Система как отношение на множествах. Временные и алгебраические системы.

Динамическое описание информационных систем. Модели ИС «вход-выход» и «вход-состояние-выход». Детерминированные ИС без последействия и с последействием. Стохастические системы.

Агрегативное описание информационных систем. Понятие агрегата. Операторы выходов и переходов агрегата. Агрегат как случайный информационный процесс. Кусочно-непрерывные и кусочно-линейные агрегаты. Виды связей между агрегатами системы. Принцип минимальности информационных связей агрегатов.

Принципы построения иерархических информационных систем

Основные типы иерархии. Стратифицированное описание. Многослойные ИС. Координация.

Введение в теорию принятия решений

Основные понятия теории принятия решений. Информационные модели принятия решений. Критериальный метод, бинарные отношения, функции выбора. Современные вычислительные методы теории принятия решений. Принятие решения в условиях неопределенности (игровые методы, статистические методы, методы нечеткой логики). Групповые и экспертные методы принятия решения.

Декомпозиция и синтез информационных систем

Анализ и синтез в информационных системах. Модели систем как основания декомпозиции. Алгоритмизация процесса декомпозиции. Процедуры синтеза информационных систем. Формулирование проблемы, выявление целей, формирование критериев, генерирование альтернатив.

Информационные динамические системы

Особенности динамики нелинейных ИС. Странные аттракторы. Элементы теории бифуркаций. Математические модели теории катастроф. Динамический хаос. Фрактальные структуры. Самоорганизация в распределенных ИС. Потенциальные возможности динамического хаоса при передаче информации.

Перспективы развития информационных систем

Возможность использования теории систем в практике проектирования информационных систем. Тенденции и перспективы развития информационных процессов и систем.

Раздел 2. Моделирование систем

Общие вопросы теории моделирования

Основные понятия моделирования. Аналогия. Подобие. Модель. Модель как способ существования знаний. Модель как целевое отображение оригинала, действительности. Гносеологическая и прагматическая функции моделей. Условия реализации свойств моделей. Соответствие между моделью и действительностью: сходство и различия.

Множественность моделей. Классификация моделей по способу воплощения и способу реализации моделирования, по степени отражения времени и неопределенности. Модели физические, абстрактные, имитационные; аналитические и статистические. Модели статические и динамические; детерминированные, вероятностные и игровые. Непрерывные, дискретные и непрерывно-дискретные модели.

Организация процесса моделирования. Основные этапы моделирования. Постановка задачи исследования объекта, процесса или явления. Параметры и характеристики исследуемых объектов. Установление причинно-следственных связей между ними. Концептуальная модель. Математическое описание модели. Выбор типа модели, средств и языков моделирования. Реализация модели. Планирование и организация модельного эксперимента. Интерпретация результатов моделирования. Оценка достоверности модели.

Математическое моделирование

Вычислительная система (ВС) как объект моделирования. Основные подсистемы ВС, их функции. Взаимодействие подсистем. Стохастическая природа функционирования ВС. Особенности моделирования ВС на программном, микропрограммном и схемотехническом уровнях. Лингвистические, программные и технические средства моделирования ВС.

Стохастические модели ВС. Системы с дискретными состояниями. Дискретное и непрерывное время. Графовые модели алгоритмов и программ и их использование для оценки вычислительных ресурсов при решении задачи. Эквивалентные преобразования графовых моделей.

Марковский случайный процесс. Дискретные и непрерывные марковские цепи. Потоки событий. Простейший поток событий. Типовые графы состояний. Сведение немарковского процесса к марковскому. Методы псевдосостояний и вложенных цепей.

Системы массового обслуживания (СМО). Параметры и характеристики СМО. СМО с простейшими и произвольными потоками событий. Сети массового обслуживания с простейшими потоками событий.

Имитационное моделирование

Основные понятия имитационного моделирования. Активности, события, процессы. Взаимосвязь физического, модельного и машинного времени. Организация псевдопараллелизма в имитационных моделях. Механизмы системного времени. Календарь событий. Планирование событий.

Системный уровень моделирования ВС. Цели и задачи моделирования ВС на системном уровне. Языки моделирования, ориентированные на события. Основные операторы и возможности языка SIMSCRIPT. Языки моделирования, ориентированные на транзакты. Основные операторы и возможности языка GPSS. Языки моделирования, ориентированные на процессы. Основные операторы и возможности языка SIMULA. Примеры имитационных моделей, использующих возможности языков различного типа.

Микропрограммный уровень моделирования ВС. Цели и задачи моделирования ВС на микропрограммном уровне. Способы формального описания структуры и функционирования дискретных устройств. Средства и возможности языка описания (моделирования) и синтезирования аппаратных средств высокого уровня VHDL. Способность описания объектов на различных уровнях абстракции: параллельных процессов, межрегистровых передач, конечных автоматов. Поведенческие и структурные имитационные модели.

Схемотехнический уровень моделирования ВС. Цели и задачи моделирования ВС на схемотехническом уровне. Модели сигналов и функциональных элементов. Функции программ моделирования на логическом уровне PC-LOGS и на электрическом уровне Pspice, совместимых с системой автоматизированного проектирования P-CAD.