ТРЕХУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ НА ОСНОВЕ ГРАФОВ

  • Е.Р. Мунтян Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Нечеткий граф, модель представления знаний, сложная техническая система, данные, информация, знания

Аннотация

Данная статья посвящена решению важной и актуальной задачи представления зна-ний в сложных технических системах. Выполнен обзор существующих подходов к пред-ставлению знаний. Обосновано использование трехуровневой структуры представления знаний в заданной предметной области, выполнено ее формальное описание. Разработана трехуровневая модель представления знаний на основе графов, в которой на первом уровне формируются данные, на втором уровне – информация, а на третьем уровне производятся знания. Приведено формальное описание нечеткого графа, предназначенного для моделиро-вания сложных технических систем. В качестве сложной технической системы рассмат-ривается система охраны протяженного периметра. К объектам системы охраны пери-метра относятся стационарные объекты охраны, технические устройства, предназна-ченные для наблюдения за объектами, и потенциальные нарушители. Вершины графа со-ответствуют объектам системы охраны, а связи графа представляют собой разнотип-ные отношения между объектами. Для моделирования систем с разнотипными информа-ционными потоками обосновано использование графа, который позволяет учесть сочета-ние однотипных, разнотипных и множественных связей в виде вектора. В программном комплексе автора разработана трехуровневая модель на основе нечеткого графа, где дан-ные представлены вершинами, информация – однотипными связями, а знания представля-ют собой множество путей в графе, ведущих к некоему результату. В результате моде-лирования выполнен расчет числа технических устройств, необходимых для охраны задан-ного периметра, и решена задача распределения зон влияния технических устройств на объекты системы охраны. Результаты экспериментальных исследований продемонстри-ровали, что предложенные автором подходы позволяют снизить время получения знаний в графах до 1000 вершин на 16 ms.

Литература

1. Lederberg J., Sutherland G.L., Buchanan B.C., Feigenbaum E.A., Robertson A.V., Duffield A.M. and Djerassi C. Applications of artificial intelligence for chemical inference. 1. The number of possible organic compounds. Acyclic structures containing C, H, O and N, Journal of American Chemical Society, 1969.
2. Bronfel'd G.B. Nekotorye vozmozhnosti formal'nogo predstavleniya struktury znaniy [Some possibilities of formal representation of knowledge structure], Tr. Nizhegorodskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. R.E. Alekseeva [Proc. of the Nizhny Nov-gorod state technical University named after R.E. Alekseev], 2012, No. 4 (97), pp. 91-100.
3. Vagin V.N. Znanie v intellektual'nykh sistemakh [Knowledge in intelligent system], Novosti iskusstvennogo intellekta [Artificial intelligence news], 2002, No. 6 (54), pp. 8-18.
4. Kondrashina E.Yu., Litvintseva L.V., Pospelov D.A. Predstavlenie znaniy o vremeni i prostranstve v intellektual'nykh sistemakh [Representation of knowledge about time and space in intellectual systems], ed. by D.A. Pospelova. Moscow: Nauka, 1989, 328 p.
5. Tuomi I. Data is more than knowledge: implications of the reversed knowledge hierarchy for knowledge management and organizational memory, Journal of Management Information Sys-tems, 1999, No 16 (3), pp. 103-107.
6. Zeleny M. Human systems management: integrating knowledge, Management and Systems, World Scientific, 2005, pp. 15-16.
7. Cleveland H. Information as a resource, The Futurist, December 1982, pp. 34-39.
8. Ackoff R. From data to wisdom, Journal of Applied Systems Analysis, 1989, No.o 16, pp. 3-9.
9. Carpenter, S.A. and Cannady J. Tool for sharing and assessing models of fusion-based space transportation systems, Proc. of the 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Fort Lauderdale, Florida, 2004.
10. Minsky M. A Framework for representing knowledge, Patrick Henry Winston (ed.), The Psy-chology of Computer Vision, New York, 1975.
11. Ueno Kh., Koyamo T., Okamoto T., Isidzuka M. Predstavlenie i ispol'zovanie znaniy [Presenta-tion and use of knowledge], ed. by Kh. Ueno, M. Isidzuka. Moscow: Mir, 1989, 220 p.
12. Avdeenko T.V., Makarova E.S. Sistema podderzhki prinyatiya resheniy v IT-podrazdeleniyakh na osnove integratsii pretsedentnogo podkhoda i ontologii [Decision support system in IT de-partments based on integration of case-based approach and ontology], Vestnik AGTU [Vestnik ASTU], 2017, No. 3, pp. 85-99.
13. Wanga H., Kwonga S., Jinb Y., Wei W., Man K.F. Multiobjective hierarchical genetic algo-rithm for interpretable fuzzy rule-based knowledge extraction, Fuzzy Sets and System, 2005, No. 149.
14. Muntyan E.R. Ispol'zovanie gibridnykh podkhodov dlya predstavleniya znaniy [Using hybrid approaches for knowledge representation], Gibridnye i sinergeticheskie intellektual'nye sistemy: Mater. IV Vserossiyskoy Pospelovskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Hybrid and synergetic intellectual systems, Proc. of the IV all-Russian Pospelov conference with international participation]. Kaliningrad, Izd-vo BFU im. I. Kanta, 2018, pp. 199-203.
15. Bashlykov A.A., Eremeev A.P. Osnovy konstruirovaniya intellektual'nykh sistem podderzhki prinyatiya resheniy v atomnoy energetike: uchebnik [. Fundamentals of designing intelligent decision support systems in nuclear power: textbook]. Moscow: INFRA-M, 2017, 351 p.
16. Eremeev A., Varshavskiy P., Alekhin R. Case-based reasoning module for intelligent decision sup-port systems, Proc. of the First International Scientific Conference «Intelligent Information Tech-nologies for Industry» (IITI’16), Vol. 1, Pt. 3. Springer International Publ., 2016, pp. 207-216.
17. Kolodenkova A.E., Vereshchagina S.S., Muntyan E.R. Razrabotka edinoy intellektual'noy sistemy podderzhki prinyatiya resheniy dlya diagnostirovaniya elektrotekhnicheskogo oborudovaniya promyshlennosti [Development of a unified intelligent decision support system for diagnosing electrical equipment in the industry], Tr. XIII Vserossiyskogo soveshchaniya po problemam upravleniya VSPU-2019 [Proc. of the XIII all-Russian conference on control prob-lems VCPU-2019]. Moscow: IPU RAN, 2019, pp. 1874-1878.
18. Semenov D.A. Modelirovanie strukturirovannogo obsuzhdeniya zadachi na osnove ekspertnykh grafov [Modeling of structured problem discussion based on expert graphs], Sovremennye informatsionnye tekhnologii i IT-obrazovanie [Modern information technologies and IT-education], 2011, pp. 746-756.
19. Muntyan E.R. Realizatsiya nechetkoy modeli vzaimodeystviya ob"ektov slozhnykh tekhnicheskikh sistem na osnove grafov [Realization of fuzzy model of objects interaction in-side a complex technical systems based on graphs], Programmnye produkty i sistemy [Soft-ware & Systems], 2019, Vol. 32, No. 3, pp. 411-418. DOI:10.15827/0236-235X.127.411-418.
20. Ore O. Teoriya grafov [Theory of graphs]. Moscow: Nauka, 1980, 336 p.
21. Gladkov L.A., Kureychik V.V., Kureychik V.M. Diskretnaya matematika: uchebnik [Discrete mathematics: textbook]. Moscow: Fizmatlit, 2014, 496 p.
22. Averkin A.N., Batyrshin I.Z. i dr. Nechetkie mnozhestva v modelyakh upravleniya iskusstvennogo intellekta [Fuzzy sets in control models of artificial intelligence], ed. by D.A. Pospelova. Moscow: Nauka, 1986.
23. Yarushkina N.G. Osnovy teorii nechetkikh i gibridnykh system [Fundamentals of the theory of fuzzy and hybrid systems]. Moscow: Finansy i statistika, 2004, 320 p.
24. Latour B. Politics of nature. How to bring the sciences into democracy. Cambridge, Harvard University Press, 2004, 320 p.
25. Muntyan E.R. Programmnyy modul' dlya predstavleniya aktorov i otnosheniy mezhdu aktorami na osnove grafov. Svid. o gos. registr. progr. dlya EVM № 2018665499; zaregistr. 05.12.2018 [Certificate of official registration of a computer program No. 2018665499, “A software module for representing actors and relationships between actors based on graphs”, registered 05.12.2018]. Moscow: Rospatent, 2018.
26. Muntyan E.R. Razrabotka programmnogo kompleksa dlya modelirovaniya vzaimodeystviya aktorov i ikh grupp na osnove grafov [Development of a software complex for modeling inter-action of actors and their groups on the basis of graphs], Innovatsionnye tekhnologii i didaktika v obuchenii: Cb. statey mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Innovative technologies and didactics in teaching: Collection of articles of the international scientific and practical conferenceъ. Taganrog: Izd-vo YuFU, 2018, T. 1, pp. 74-78.
27. Sergeev N.E., Muntyan E.R. Primenenie algoritma svertki dlya razdeleniya grafa na proportsional'nye podgrafy [Application of the convolution algorithm to separate a graph into pro-portional subgraphs], Vestnik UGATU [Vestnik USATU], 2018, Vol. 22, No. 1 (79), pp. 121-130.
28. Kolodenkova A.E., Muntyan E.R., Korobkin V.V. Modern approaches to modeling of risk situa-tions during creation complex technical systems, Advances in Intelligent Systems and Computting, 2019, Vol. 875, pp. 209-217. DOI: 10.1007/978-3-030-01821-4_22.
29. Muntyan E.R. Programmnyy modul' dlya modelirovaniya vzaimodeystviya aktorov i grupp aktorov na osnove grafov. Svid. o gos. registr. progr. dlya EVM № 2018665593; zareg. 06.12.2018 [Certificate of official registration of a computer program No. 2018665593, “Soft-ware module for modeling interaction between actors and groups of actors based on graphs”, registered 06.12.2018]. Moscow: Rospatent, 2018.
Опубликован
2020-01-23
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ.