Особливості експертних систем для обробки даних

 Cтруктура експертної системи визначається наступними модулями:

1. Тимчасові бази даних, призначені для зберігання вихідних і проміжних даних поточного завдання;

2. Бази знань, призначені для зберігання довгострокових відомостей /фактів/ і правил маніпулювання даними;

3. Вирішатель /база програм/, що реалізує послідовність правил для рішення конкретного завдання на основі інформації, що зберігається в базах знань і базах даних;

4. Компонент придбання знань, що автоматизує процес наповнення бази знань;

5. Пояснювальний компонент, що формує пояснення про те, як система вирішувала поставлене завдання.

Експертні системи для обробки даних прийнято називати статистичними експертними системами. Такі системи за рахунок спільного користувальницького інтерфейсу повинні мати можливість допомогти починаючому користувачеві не тільки ввести результати спостережень, але й уточнити завдання обробки й, при необхідності, спланувати експеримент, що дозволяє вирішити поставлене завдання. У базі знань експертної системи повинне зберігатися досить велика й постійно поповнювана кількість відомостей і правил, для того щоб забезпечити можливість рішення різноманітних завдань обробки даних. Пояснення про тім як система вирішувала поставлене завдання повинні бути зрозумілі фахівцеві в предметній області й, у теж самий час, містити досить інформації для аналізу вірогідності результатів обробки фахівцем з математичної статистики. Розробка експертних систем, призначених для обробки даних, натрапляє на величезні труднощі. «Інтелектуалізація» комп'ютерної обробки первинної інформації про навколишнє середовище ґрунтується, з одного боку, на ідеях і методах конкретної області знання, для якої створюється система обробки даних. З іншого боку, у комп'ютерній системі обробки використовуються різноманітні методи прикладної математики - математичної статистики, теорії рішення зворотних завдань і т.п. Відповідно, при створенні експертних систем обробки даних, з одного боку, доводиться враховувати методичні й метрологічні особливості методик виконання виміру, а з іншого боку - апріорні припущення й обмеження математичних алгоритмів обробки, що допускає участь досить великого колективу професіоналів - фахівців у предметній області, математиків, програмістів і фахівців з розробки експертних систем і високу вартість розробки. Тому при наявності величезного числа систем загального призначення - пакетів для статистичної обробки даних, електронних таблиць і т.п., існує невелике число експертних систем, здатних автоматично провести весь цикл аналізу даних [3].

Геоінформаційні системи забезпечують створення нових програмних модулів, які розширюють можливості ПІК та урізноманітнюють ступінь деталізації інформації відповідно до завдань, що вирішуються, та рівнів їхньої ієрархії. Особливістю геоінформаційних систем є наявність у їхньому складі специфічних методів аналізу просторової мінливості даних, які у сукупності із засобами вводу, зберігання, маніпулювання та представлення просторово координованої інформації (картографічної, атрибутивної) становлять основу ГІС-технологій. ГІС включає чотири основні підсистеми:

• збору даних, що вибирає, формує та здійснює попередню обробку інформації із різних джерел; ця підсистема також відповідає за перетворення різних типів просторової інформації (її збір та складання карт);

• збереження та вибірки даних, що забезпечує організацію просторової інформації з метою її компонування, оновлення та редагування відповідно до конкретних запитів користувача;

• маніпулювання даними, їхніх аналізу та оцінки, що вирішує алгоритми різних завдань на основі цієї інформації, згруповує та розділяє її, установлює параметри та обмеження, виконує функції моделювання;

• виведення, що відображає всю інформаційну базу даних, або частину її в табличній, графічній (діаграмній), картографічній формах залежно від функціональних завдань ГІС.

Інформацію до бази подають у вигляді тематично (або предметно) та системно організованих даних.

Організація тематичних відомостей передбачає формування наборів галузевих даних, що характеризують, насамперед, природне середовище як природно-ресурсну основу об'єктів і виробничо-технологічну структуру території з виділенням базових і функціональних модулів.

У базових модулях концентрується інформація, що характеризує параметри природного середовища та господарської діяльності. Основним базовим модулем природно-ресурсної основи є географічна мо дель території, яка описує основні компоненти геологічного середовища, природні чинники зовнішньої дії на нього, динаміку їхнього розвитку у просторі — часі.

Системна диференціація тематичних даних реалізується організацією спеціалізованих модулів бази знань (БЗ) і бази даних (БД), які становлять основу інформаційної бази ПІК об'єкту. Це, насамперед, блоки інформаційно-довідкової та нормативно-регламентуючої систем, локальної інформаційно-довідкової бази об'єкта досліджень, спеціалі­зованого тематичного картографічного фонду, банків даних оператив­ної, довгострокової та результуючої інформації.

За цільовим призначенням СППР ПІК об'єкту інформація в рамках бази знань і бази даних має низку певних особливостей і формується за суто адресними вимогами структурної організації даних в експертних і геоінформаційних системах.

Наповнення бази знань відбувається на основі узагальнення та си­стематизації досвіду досліджень з оцінювання природно-агромеліоративних об'єктів, організації контролю за їхнім станом, водогосподарських умов та ін.

База даних має забезпечити систему підтримки рішень базовою, довгостроковою, оперативною, а також результуючою інформацією для вибору сценаріїв та рекомендацій. Бази даних ГІС акумулюють інформацію у вигляді відповідним чином закодованих шарів однорідних картографічних даних і просторово прив'язаної до конкретної території або точки спостереження атрибутивної інформації.

Накопичення матеріалів у базах даних здійснюється покомпонентно відповідно до програм моніторингу, спеціальних обстежень та ви­пробувань, що підпорядковані різним організаціям з наступною адаптацією інформації до завдань ПІК об'єкту.

База даних формується на рівні об'єкта досліджень (регіональний, локальний чи детальний) з урахуванням певних вимог до наповнення залежно від показників, що фіксуються, та методів 'їхнього одержання.

До складу БД входить локальна інформаційно-довідкова база об'єк­та досліджень (регіональний та локальний рівень узагальнення інформації), спеціалізований тематичний картографічний фонд (банки даних картографічної інформації) та банк відповідних атрибутів до карт, банки даних точкової інформації — оперативної, довгострокової і ре­зультуючої.

Наповнення бази знань та бази даних відбувається у декілька етапів. На першому етапі виконується упорядкування наявної, одержаної з різних джерел, інформації щодо території, у часі, за конкретним змістом, тематикою тощо. Другий етап включає узгодження упо­рядкованої інформації та її оптимізацію. На третьому етапі інформація інтегрується — вирішуються завдання більш високих рівнів складності та комплексності, тобто завдання з вибору і прийняття рішень.

Інформаційні бази мають залишатися відкритими, здатними до трансформації, забезпечуючи легкість модифікації системи як в еволюційному плані, так і для вирішення нових завдань, супроводжува­тись гнучкими СУБД, системою SQL-запитань та розвинутим інтерфейсом.

СУБД являє собою сукупність програмних і технічних засобів, що забезпечують функціонування геоінформаційних та експертних систем, а саме — введення інформації, її накопичення й оновлення, засобів збереження, пошуку та перетворення інформації, видачі матеріа­лів користувачу.

Відношення між окремими підсистемами, модулями та блоками інформаційної бази встановлюють формуванням файлів зв'язку (система SQL-запитань). При цьому стійкі відношення між об'єктами у підсистемах фіксуються сукупністю ієрархічних класифікаційних графів природних, природно-господарських об'єктів, адміністративно-територіальних та природно-територіальних одиниць, а підсистеми предметних даних вміщують файли, що описують у вигляді таблиць-відношень самі об'єкти та їхній стан.

Вимоги до інформаційної бази ПІК об'єкту можуть змінюватись, розширюватись або звужуватись залежно від конкретного призначення ГІС та ЕС, складу завдань, що вирішуються, та особливостей об'єкта досліджень [8].

 

Поняття бази даних

Мета будь-якої інформаційної системи — обробка даних про об'єкти реального миру. У широкому змісті слова база даних — це сукупність відомостей про конкретні об'єкти реального миру в якій-небудь предметній області. Під предметною областю прийнято розуміти частину реального миру, що підлягає вивченню для організації управління й в остаточному підсумку автоматизації, наприклад, підприємство, вуз і т буд.

Створюючи базу даних, користувач прагне впорядкувати інформацію з різними ознаками і швидко робити вибірку з довільним сполученням ознак. Зробити це можливо, тільки якщо дані структуровані.

Структурування — це введення угод про способи подання даних.

Неструктурованими називають дані, записані, наприклад, у текстовому файлі.

Користувачами бази даних можуть бути різні прикладні програми, програмні комплекси, а також фахівці предметної області, що виступають у ролі споживачів або джерел даних, називані кінцевими користувачами.

У сучасній технології баз даних передбачається, що створення бази даних, її підтримка й забезпечення доступу користувачів до неї здійснюються централізовано за допомогою спеціального програмного інструментарію — системи управління базами даних.

База даних (БД) — це пойменована сукупність структурованих даних, що ставляться до певної предметної області.

Система управління базами даних (СУБД) — це комплекс програмних і мовних засобів, необхідних для створення баз даних, підтримки їх в актуальному стані й організації пошуку в них необхідної інформації.

Централізований характер управління даними в базі даних допускає необхідність існування деякої особи (групи осіб), на яку покладають функції адміністрування даними, збереженими в базі.

За технологією обробки дані бази даних підрозділяються на централізовані й розподілені.

Централізована база даних зберігається в пам'яті однієї обчислювальної системи. Якщо ця обчислювальна система є компонентом мережі ЕОМ, можливий розподілений доступ до такої бази. Такий спосіб використання баз даних часто застосовують у локальних мережах ПК.

Розподілена база даних складається з декількох, можливо пересічних або навіть дублюючих одну одну частин, збережених у різних ЕОМ обчислювальній мережі. Робота з такою базою здійснюється за допомогою системи управління розподіленою базою даних (СУРБД).

За способом доступу до даних бази даних розділяються на бази даних з локальним доступом і бази даних з вилученим (мережним) доступом.

Система баз даних (database system) — це, по суті, не що інше, як комп'ютеризована система зберігання записів. Користувачеві цієї системи надається можливість виконувати безліч різних операцій над такими файлами, наприклад:

• додавати нові порожні файли в базу даних;

• додавати нові дані в існуючі файли;

• вести пошук даних в існуючих файлах;

• змінювати дані в існуючих файлах;

• видаляти дані з існуючих файлів;

• видаляти існуючі файли з бази даних, тобто позбуватися від їхнього вмісту.

Система баз даних - це комп'ютеризована система зберігання записів; тобто це комп'ютеризована система, основна мета якої – зберігати інформацію й надавати її на вимогу. До інформації може відноситися все, що заслуговує на увагу окремого користувача або підприємства, що використовує систему.

Однокористувальницька система (single-user system) — це система, у якій у те саме час до бази даних може одержати доступ не більше одного користувача; багатокористувальницька система (multi-user system) — це система, у якій до бази даних можуть одержати доступ відразу кілька користувачів.

У загальному випадку дані в базі даних (принаймні в більших системах) є інтегрованими й загальними. Ці два аспекти, інтеграція й дозвіл загального доступу, являють собою найбільш важливу перевагу використання систем баз даних на "великому" устаткуванні; і щонайменше один з них - інтеграція - є перевагою їхнього використання на "малому" устаткуванні.

• Під поняттям інтегровані дані мається на увазі можливість представити базу даних як об'єднання декількох окремих файлів даних, повністю або частково, що перекриваються.

Під поняттям загальні дані мається на увазі можливість використання окремих областей даних у базі даних декількома різними користувачами, тобто кожний із цих користувачів може мати доступ до однієї й тій же області даних (причому різні користувачі можуть використовувати ці дані для різних цілей). Як уже згадувалося, різні користувачі можуть мати доступ навіть до однієї й тій же області даних у той саме час (одночасний доступ) [10].

• Вхідні дані — це інформація, передана системі (звичайно з термінала або робочої станції). Така інформація може стати причиною змін у постійних даних (вона може стати частиною постійних даних), але не є частиною бази даних як такої.

• Вихідні дані — це повідомлення й результати, видавані системою (звичайно видаються на печатку або відображаються на екрані). І знову ж цю інформацію можна брати з постійних даних, але її не можна розглядати як частину бази даних.

Розходження між постійними й транзитними даними не можна назвати чітким - воно в деякій мері залежить від контексту (наприклад, від того, як використовуються дані). Однак допускаючи, що це розходження доступно принаймні на інтуїтивному рівні, можна дати більше точне визначення терміна "база даних":

Переваги системи баз даних у порівнянні із традиційним паперовим методом змісту записів наступні.

• Компактність. Немає необхідності в багатотомних паперових картотеках.

• Швидкість. Комп'ютер може вести пошук і змінювати дані набагато швидше людини. Зокрема, на спеціальні питання, що виникають у процесі роботи (наприклад: "Яких труб в нас зараз більше – ВТ-12 або ВТ-15?"), можна одержати відповідь швидко, не затрачаючи часу на візуальний пошук.

• Низькі трудовитрати. Немає необхідності в стомлюючій ручній роботі над картотекою. Механічну роботу машини завжди виконують краще.

• Застосовність. Точна, свіжа інформація в будь-який момент під рукою.

Ці переваги здобувають ще більше значення в багатокористувальницькому середовищі, де база даних, імовірно, більше й складніше однокористувальницької. Крім того, багатокористувальницьке середовище має додаткову перевагу: система баз даних надає об'єкту централізоване управління його даними (а таке управління є найціннішою властивістю бази даних). Уявіть собі протилежну ситуацію – об'єкт, що не використовує систему баз даних: для кожного

окремого додатка створюються свої файли, найчастіше розташовувані на окремих магнітних стрічках або дисках, у результаті чого дані виявляються розрізненими. Систематично управляти такими даними дуже складно[10].