Название: Вопросно-ответное программирование человеко-компьютерной деятельности( Соснин П.И.)

Жанр: Информационные системы и технологии

Просмотров: 1878


3.3. многоагентные приложения на базе системы wiqa

3.3.1. Запрограммированные задачиПродолжим представление полезного для QA-программирования опыта, накопленного в разработке версий системы WIQA и приложений на основе этой системы.В версию QA-процессора WIQA.Net как в его серверной части, так и на уровне клиентов с различными целями встроены программные агенты. Разработка полезных агентов и включение их в состав средств системы WIQA активно используется как средство её развития.Авторский опыт разработки и использования агентов постоянно развивается   как   при   расширении   инструментария   WIQA.Net,   так и в разработках очередных приложений, создаваемых в вопросно- ответной среде моделирования. К числу уже созданных приложений относятся «Система экспертного мониторинга окружающей обстановки морского судна» [29] и «Система многоагентного моделирования окружающей обстановки судна» [32].Создание системы экспертного мониторинга, получившей мнемоническое  название  EmWIQA,  было  связано  с  решением следующей задачи.

Z*(EmWIQA):           Для      снижения       негативных    проявлений«человеческого фактора» в условиях потенциального столкновения судов разработать систему мониторинга ближней надводной обстановки судна V0, обслуживающей решение задач предупреждения столкновения судов (судна V0 с другими кораблями) по образцу экспертных систем.Система экспертного мониторинга должна предоставлять её пользователям единообразные механизмы для решения любых задач, к которым приводит развитие событий, имеющих отношение к Международным Правилам Предупреждения Столкновения Судов (МППСС-72).В материализованное решение задачи вложены:1. Активная агентная модель судна, находящегося в границах ближней надводной обстановки, использующая навигационную информацию о судне и надводной обстановке, в которой оно находится, для автоматической оценки соответствия поведения судна правилам МППСС-72, что используется в системе экспертного мониторинга для прогнозирования   развития   событий   и   планировании   расхождений с другими судами с учётом прогнозов.2. Модель экспертной системы, базовые функции которой реализованы   в   виде   вопросно-ответных   программ,   что   приводит к      единообразным      механизмам      создания      ЭС      разработчикам и использования функций ЭС пользователями.3. Модель базы опыта, интегрирующая текстовую, вопросно- ответную, предикатную и программную реализации продукций в виде, обеспечивающем  их  автоматизированное  и  автоматическое использование,  что  открывает  возможность  дифференцированного доступа к базе опыта, настроенного на классы задач, обслуживающих мониторинг ближней надводной обстановки своего судна.4.   Открытая система прецедентов, извлечённая из международных правил предупреждения столкновения судов МППСС-72, позволяющая

уточнять вложенные в неё продукции за счёт опыта «хорошей морской практики», что повышает их профессиональную ценность и адекватность типовым ситуациям в предметной области предупреждения столкновения судов.Разработка  системы  многоагентного  моделирования  окружающей обстановки  судна,   получившей  мнемоническое  название  СММООС,была связана со следующей задачей:Z*(СММООС): Разработать комплекс средств многоагентного моделирования окружающей обстановки морского судна, в котором снижена зависимость процессов обработки первичной информации от ограничений реального времени за счёт распараллеливания общей работы между программными агентами разных типов.Агентная   обработка   первичной   информации   должна быть нацелена на формирование единого источника данных, значения которых адекватны текущему моменту времени, результативно обслуживают геоинформатику мореплавания судна   и   доступны   для   интерактивного   взаимодействияв задачах его управления.Комплекс должен быть подготовлен к его реинжинерингу.В результате решения задачи Z*(СММООС) создана интегрированная система сбора, обработки и представления первичной идентификационно- измерительной информации об окружающей обстановке морского судна (ООС).В  разработанном  программном  комплексе  СММООС, представленном на рис. 3.14, используются четыре слоя программных агентов А1, А2, А3 и А4, связанных единое целое системой задач существования агентов, в которой действует система транспортировки данных.

Агенты объектов Агенты_Ch Ch_Агенты ИС_Агенты Измерительные системы (ИС)

A

 

1

 
4    V_1 3  Ch1_V1

 

 

 

 

A

 
13 2   Ch1

A

 
1

 

 

.

 
…2 1

A

 
1   Ob1_ РЛС_1 0

A

 
ИС_1            1

A

 
4    V_2

…..

 
2

 

 

 

A

 
4   V_MS…

 

 

 
….. A2 Ch2_V1

…..

 
.

A

 
.

.

 
3 ChM_V1N.

 

 

 

 
. A1i

A

 
221 Ch1Ch2… 1  Ob1_ РЛС_2

A

 
2

A

 

1

 
1  Ob _ РЛС_33

.

.

.

 
.     … ИС_2  A2

0

 

A

 
0ИС_3       3

A4     P_1 3   Ch1_P1     . 2          Ch2     1          0

…..

 
t4    P_Q AN 1

 

…..

 

 

 

 

 

3

 
3 A2 j2 …

A

 

J

 
….. Ch A j     Ob1_ ИС_j… …        A j

AT……..4 AQ    ChN_P3 AM 1   K

…..

…..

 
… 1    Ob1_ ИС_J 0

A

 
ИС_J J

СAv

…..

 

V

 
CA4 G_1… G_R AQ 1Ch1_GR……..AR  ChP_G 2          ChK

A

 
Mk

ИнтерфейсРис. 3.14. Многоагентная система моделирования ООСПредложенное многоагентное решение задачи интеграции обеспечивает событийное управление информационными процессами как на уровне динамических (надводных и воздушных) объектов в зоне наблюдения, так и на уровне информационных объектов, структурирующих  входные  информационные  потоки  о  происходящем в окружении судна.Основным механизмом взаимодействия задач в процессе их согласованного  решения  является  обмен  данными,  представление которых унифицировано и визуально доступно лицам, принимающим управляющие решения.

Со слоями агентов связано следующее содержание:

  слой           агентов A0       представляет  идентификационно-

измерительные средства (ИС), в частности радиолокационные станции(РЛС_p),  направляющие  потоки  первичной  информации  в  комплексСММООС;

  слой           агентов A1 ,     названный     на        рис.     3.14     «ИС-агенты»,

обеспечивает преобразование входных потоков первичной информации в унифицированный для СММООС формат с учётом привязки данныхк системному времени;

  слой агентов A2 , состоящий из  Ch-агентов, отвечает за выборку

в реальном времени из информации, поступившей в СММООС, значений определённых характеристик динамических объектов, используемых  для  третичной  обработки  данных  и  их  регистрациив Едином Информационном Источнике Данных (ЕИИД);

  слой  агентов A3 ,   объединяющий  агентов_  Ch,  нацелен  на

определение интегральных (результирующих) значений характеристик с учётом отождествлений и группирования, о которых будет сказанониже;

  слой агентов A4 , названный «Агенты объектов», представляет

динамические  объекты,  обнаруженные  в  ООС  в  течение  временинахождения этих объектов в границах ООС;

  агенты

v

 
GA4 слоя A4       представляют            в          СММООС

идентифицированные группы надводных или воздушных объектовс учётом характеристик групп Gr.В  число  задач  обработки  информации  введены  и  решены  задача отождествления  информации  (проверка            статистических         гипотез,

венгерский метод решения задачи о назначениях), поступающей от нескольких радиолокационных станций и задача группирования надводных и воздушных динамических объектов (распознавание образов в пространстве признаков). Многоагентность и многозадачность, положенные в основу разработки, открывают ряд апробированных возможностей для ее развития, в том числе и с позиций использования системы в задачах управления судном.В комплекс СММООС вложены следующие решения, развивающие опыт создания приложений в среде WIQA:Математическая модель информационных потоков в ООС, вводящая унификацию в информационные представления характеристик объектов,  поступающих  из  различных  и   дублирующих  источников, также их привязку к системному времени таким образом, что обработку информационных      потоков      можно      распараллелить,      нацелив её    на    формирование    единого    источника    адекватных    данных об окружающей обстановке судна.Система типовых программных агентов, осуществляющих обработку информационных потоков об ООС и моделирующих не только надводные и воздушные объекты, находящиеся в текущий момент времени в   окружающей обстановки судна, но и их информационные характеристики, в форме, обеспечивающей единообразному представлению и взаимодействию агентов с их программным окружением, что упрощает оперативную настройку системы обработки информации на реально доступные источники первичной информации.Метод многоагентного расчётного отождествления информационных представлений динамических объектов, поступающих от совокупности    радиолокационных станций, в основу которого положены    проверка    статистических    гипотез    и    решение    задачи

о  приписывании системных  имён  венгерским  методом,  что  повышает вероятность корректной идентификации объектов.Метод многоагентного расчётного группирования, выявляющего группы надводных и воздушных объектов и специфицирующего характеристики групп объектов, в который включены эвристические решения способствующие распараллеливанию вычислений метода для исполнения совокупностью программных агентов.Набор визуальных моделей окружающей обстановки судна, представляющих её интегрально и разделяющих интегральную картину на надводную и воздушную составляющие, каждая из которых способствует   визуальному   оцениванию   и   интерактивному   доступу к объектам обстановки.На  рис.  3.15  приведён  скриншот  ООС,  наблюдаемой  интегрально в определённый момент модельного времени.Рис. 3.15. Интегральное представление ООС

Интегральная форма визуализации включает изометрическое представление   ООС   с   картографической   визуализацией   кораблей и воздушных объектов в «пространстве» над моделью карты, а также представление воздушных объектов в цилиндрической системе координат с цветовой индикацией эшелонов.В состав визуальных представлений ООС введена и декартовая система   координат,   совмещённая   с   картой   области   мореплавания, на которой фиксируется движение судов, находящихся в зоне ООС.3.3.2. Опыт разработки многоагентных приложенийВ  процессе  создания  двух  приложений  EmWIQA  и  СММООС, в   проектировании  которых   WIQA   использовалась  как   инструмент, а в эксплуатации как важнейшая составная часть этих приложений, был развит опыт использования системы WIQA по каждой из названных составляющих.        Представим         полученный         опыт,         начиная с инструментальных расширений системы WIQA.1. Приложения EmWIQA и СММООС содержат общую часть, которая связана с моделированием окружающей обстановки (ООС) судна V0, включающем картографическое моделирование   местонахождения судна V0 и моделирование всех судов V = {Vi} в зоне ООС.Наличие  общей  части  и  использование  общей  среды  разработкиприложений  позволило  объединить  эти   два   приложения  в   единую систему.  Объединение  осуществлено  за  счёт  интеграции  задач приложений  в  общее  дерево  задач,  разумеется,  с  учётом  сохраненияQA-моделей объединённых задач.Если приложения, построенные на базе инструментария WIQA, содержат плагины, совокупности задач которых пересекаются,  то   эти   приложения  можно   объединить, создав для них общее дерево задач.

2. В процессе тестирования приложений выявились проблемы реального времени, обусловленные, в первую очередь, решением задач визуализации ООС в условиях большого числа надводных и воздушных объектов, что привело к решению распределения задач по различным клиентским местам. Диаграмма размещения СММООС, в которой   для агентов   каждого   слоя   выделен   отдельный   клиентский   компьютер,приведена на рис. 3.16.ЕИИД(сервер)

Агентыслоя A4 Агенты слоя   A3 Агенты слоя A2 Агентыслоя A1

Рис. 3.16. Распараллеливание задач агентов по клиентамВ представленной диаграмме размещения клиент-серверной версии СММООС наибольший объём вычислений приходится на «клиента», выполняющего визуализацию ООС. К этому «клиенту» по расходам времени на вычисления близок «клиент», выполняющий отождествления и группирования. Работы этих клиентов не ограничены одним тактом системного времени, что приводит к тому, что многоагентное моделирование  ООС  снижает  зависимость  от  ограничений  реальноговремени не менее чем в два разаЕсли в приложения проявляются проблемы реального времени, то в дереве задач следует выделитиь группы задач и назначить их для выполнения на различных клиентских местах.

3. В разработке приложений был не только приобретён опыт агентно- ориентированного анализа и проектирования (АОАП) и агентно- ориентированного  программирования  (АОП)  на  базе  средств  WIQA, но и осознана целесообразность включения в состав инструментария WIQA.Net  средств  псевдопрограммирования  для  оперативного создания QA-программ.4. При разработке EmWIQA были также апробированы средства формирования моделей прецедентов и их базы, а также механизмы автоматического и автоматизированного доступа к моделям прецедентов, вложенным в базу прецедентовВыводы по третьей главе1. В практику проектирования сложных автоматизированных систем (систем, интенсивно использующих программное обеспечение), активно   внедряются   средства   интеллектуализации,  среди   которых особое место занимает моделирование рассуждений.2.    Последние десять в предметной области Искусственного Интеллекта и его приложениях в САПР активно используется вопросно- ответное моделирование рассуждений.3. К специфике вопросно-ответных моделей рассуждений относится то, что в них сохраняется диалоговый характер процесса рассуждений,согласованный с диалоговой природой сознания.4.  Исследования  вопросно-ответных  рассуждений  в  процессах решения задач привели автора к вопросно-ответной модели задачи, подтвердившей    свою    полезность,    как    в    индивидуальной,    так и в коллективной проектной деятельности.5. Практика применения QA-моделей задач, привела к типовой структуре такой модели, в которой интегрируются базовые для автоматизированного     проектирования     архитектурные     виды     на QA-модель задачи, что позволяет материализовать её как специализированную интерактивную АС.6.   Исследования QA-моделей задач как специализированных АС,обслуживающих  построения  решений  задач  и  повторное использование решений, привели к разработке ряда специализированных инструментальных систем, получивших общее название WIQA.

7.  Инструментальный  потенциал  комплекса  WIQA  подтвердил свою полезность не только в приложениях к концептуальному проектированию АС, но и  в  разработке ряда приложений с  помощью этого инструментария.8. Опыт применения комплекса WIQA в разработке систем документирования, автоматизированного обучения, технологической подготовки производства, а также в решении ряда задач навигационной практики, показал, что этот комплекс может выполнять функции среды разработки приложений, в которых принципиальна роль человеко- компьютерной деятельности.9. В применениях комплекса WIQA к разработке АС был выделен поток работ, позволяющий в единообразной вопросно-ответной форме строить концептуальные решения задач и регистрировать решения для их повторного использования.10.   Поток работ, способствующий построению вопросно-ответных решений задач, имеет сходство с программированием, что послужило основанием для приписывания потоку имени «вопросно-ответное программирование».11. Абстрагирование QA-программирования, нацеленное на решение (в формах программирования) любых задач, привело к определению вопросно-ответной модели данных, как средства, предназначенного для хранения данных любых типов.12. QA-модель данных наследует от QA-модели задачи множество свойств и отношений, исключительно полезных для программистской деятельности.13.       Информационное     содержание    QA-модели    данныхматериализуется в реляционной базе данных, которая размещена на файл-сервере и доступна с клиентских рабочих мест. Ничто не мешает настроить инструментарий WIQA на его развёртывание на одном компьютере для персонального использования.14.     Адаптация     QA-модели     данных     к     её     использованию в программировании, привела к специфическому типу QA-данных, экземпляры которого образуются в результате объектно-реляционных преобразований, расширяющих информационное и операционное содержание QA-моделей, хранящихся в базе данных, за счёт дополнительной атрибутики.15.  Объектно-реляционные  преобразования  QA-моделей  приводят к их представлению в виде QA-данных, в котором хранение моделей в базе данных скрыто от программистов. QA-данные становятся доступными для программиста, как объекты в объектно- ориентированном программировании.

16.    Методы    и    средства    QA-программирования    развиваются от приложения к приложению, в числе которых уже использовалось вопросно-ответное псевдопрограммирование, а также QA-программы, взаимодействующие     и      вложенные      в      образцы      прецедентов и программные агенты.17. Опыт QA-программирования, полученный в разработках приложений, созданных в среде WIQA, содержит много полезного для создания системы средств псевдопрограммирования, ориентированного на прецеденты.