Построение концептуальной модели

На этапе построения концептуальной модели создается целостное и системное описание используемых знаний, отражающее сущность функционирования проблемной области. От качества построения концептуальной модели проблемной области во многом зависит насколько часто в дальнейшем по мере развития проекта будет выполняться перепроектирование базы знаний. Хорошая концептуальная модель может только уточняться (детализироваться или упрощаться), но не перестраиваться.

Результат концептуализации проблемной области обычно фиксируется в виде наглядных графических схем на объектном, функциональном и поведенческом уровнях моделирования:

• объектная модель описывает структуру предметной области как совокупности взаимосвязанных объектов;
• функциональная модель отражает действия и преобразования над объектами;
• поведенческая модель рассматривает взаимодействия объектов во временном аспекте.

Первые две модели описывают статические аспекты функционирования проблемной области, а третья модель - динамику изменения ее состояний. Естественно, что для различных классов задач могут требоваться разные виды моделей, а следовательно, и ориентированные на них методы представления знаний. Рассмотрим каждую из представленных видов моделей.

Объектная модель отражает фактуальное знание о составе объектов, их свойств и связей. Элементарной единицей структурного знания является факт, описывающий одно свойство или одну связь объекта, который представляется в виде триплета:
предикат (Объект, Значение).

Если предикат определяет название свойства объекта, то в качестве значения выступает конкретное значение этого свойства, например:
профессия ("Иванов", "Инженер").

Если предикат определяет название связи объекта, то значению соответствует объект, с которым связан первый объект, например:
Работает ("Иванов", "Механический цех" ).

В качестве важнейших типизированных видов отношений рассматриваются следующие отношения:

• "род" - "вид" (обобщение);
• "целое" - "часть" (агрегация);
• "причина" - "следствие";
• "цель" - "средство";
• "функция" - "аргумент";
• "ассоциация";
• "хронология";
• "пространственное положение" и др.

Так, отношения обобщения ("род" - "вид") фиксируется на уровне названий классов объектов, например:
есть-подкласс (Инженеры, Личности).

Под классом объектов понимается совокупность объектов с одинаковым набором предикатов (свойств и связей). Класс объектов часто описывается в виде n-арного реляционного отношения, например:
личности ( ФИО, Профессия, Подразделение, ... ).

Если объекты обладают частично пересекающимся набором предикатов, то осуществляется более сложная классификация объектов: класс объектов по значениям какого-либо свойства (признака) разбивается на подклассы таким образом, что класс объектов содержит общие для подклассов свойства и связи, а каждый из подклассов отражает специфические свойства и связи, например:
личности ( ФИО, Год рождения, Профессия, Подразделение, ... )
инженеры ( ФИО, ВУЗ, Оклад, ... )
рабочие ( ФИО, Разряд, Тарифная ставка, ... )

При этом подклассы объектов автоматически наследуют общие свойства и связи вышестоящих классов, а совокупность взаимосвязанных по отношению обобщения классов объектов образует иерархию наследования свойств.

Отношение агрегации классов объектов ("целое" - "часть") отражает составные части объектов, которое можно представить в бинарном виде на именах двух классов объектов:

• есть-часть ( Оборудование, Цех );
• есть-часть ( Рабочие, Цех ).

Аналогично представляются другие семантические отношения:

• причина-следствие (Задолженность, Банкротство);
• аргумент-функция ( Спрос, Цена);
• средство-цель (Покупка акций, Прибыль);
• ассоциация (Производство, Обслуживание);
• хронология (Отгрузка, Поставка);
• пространственное положение (Сборка, Технический контроль).

Обычно объектное знание представляется графически средствами ER-моделей (модель "Сущность - Связь")

Функциональная модель описывает преобразования фактов, зависимости между ними, показывающие, как одни факты обpазуются из дpугих. В качестве единицы функционального знания определим функциональную зависимость фактов в виде импликации:
А1_/\А2_/\А3_/\ ... /\Аn_ -> B,
означающей, что факт В имеет место только в том случае, если имеет место конъюнкция фактов или их отрицаний А1, А2, ... , Аn , например:
сбыт (Товар, "Слабый") и
прибыль (Товар, "Ничтожная") и
потребители (Товар, "Любители нового") и
число_конкурентов (Товар,"Небольшое") ->
жизненный_цикл (Товар, "Выведение на рынок").

Функциональную зависимость фактов можно трактовать как отражение следующих отношений фактов:

• "Причина" - "Следствие";
• "Средство" - "Цель";
• "Аргумент" - "Функция";
• "Ситуация" - "Действие".

В качестве термов конъюнкции фактов могут выступать более сложные логические условия.

Функциональная модель строится путем последовательной декомпозиции целей, а именно: для цели определяются подцели, для которых в свою очередь устанавливаются подцели и так дальше, пока в качестве подцелей не окажутся исходные факты (процесс декомпозиции "сверху" - "вниз"). Каждой цели (подцели) соответствует некоторая задача (подзадача), которая не может быть решена, пока не будут достигнуты ее нижестоящие подцели (решены подзадачи). Таким образом, функциональная модель отражает в обобщенной форме процесс решения характерных для нее задач.

Обычно функциональные зависимости фактов представляются графически в виде деревьев целей или графов "И" - "ИЛИ", в которых каждый зависимый факт представляет собой целевую переменную - корневую вершину, а определяющие его факты-аргументы - cвязанные с корнем подчиненные вершины, условие конъюнкции (совместности анализа факторов) обозначается пересекающей дугой, а условие дизъюнкции (независимости влияния на цель факторов) никак не обозначается, причем если какой-либо факт-аргумент, в свою очередь, определяется другими фактами-аргументами, то он становится подцелью.

Поведенческая модель отражает изменение состояний объектов в результате возникновения некоторых событий, влекущих за собой выполнение определенных действий (процедур). Состояние объекта - это изменяющиеся во времени значения некоторого свойства. Набор действий, связанный с некоторым событием, составляет поведение объекта, которое выражается в виде правил или процедур. Задача определения поведенческой модели заключается в определении связей событий с поведением объектов и изменением их состояний. Как правило, событие отражается в форме сообщения, посылаемого объекту. Пример поведенческой модели в виде диаграммы потоков событий представлен в таблице.