учебник по инф. ВАЖНО

телей информации использовались ленты, перфоленты, перфокарты, преобразовательные устройства, воздушные и кабельные каналы связи.

Полуавтоматические ИС (или компьютеризованные) при своем функционировании используют наличие человеческого фактора в принятии управленческих решений. По выполняемым функциям компьютеризованные ИС подразделяются в зависимости от сложности реализации в следующей иерархии:

1.Информационные подсистемы управления электронными документами (на основе автоматизированных рабочих мест (АРМ);

2.Информационные системы управления электронными документами (на основе автоматизированных электронных офисов);

3. Банки информации (включающие подклассы – банки данных

изнаний, информационно-поисковые системы);

4.Автоматизированные системы (на основе подклассов – автоматизированные системы для научных исследований(АСНТИ); системы автоматизированного проектирования (САПР); автоматизированные системы управления (АСУ), включающие СУ технологическими процессами (АСУТП), АСУ производством (АСУПР), интегрированные СУ (ИАСУ) и др.);

5.Системы искусственного интеллекта (экспертные системы, нейросети, автоматическое программирование и др.).

Автоматические ИС реализуются в двух основных аспектах:

·создание технических систем основано на принципах современной теории автоматического управления,

·автоматическое управление социально-экономическими объектами предопределяет использование в их составе систем искусственного интеллекта, а также новых информационных технологий распределенной обработки данных и знаний. При этом большое внимание уделяется исследованиям и внедрению в производство ИТ экспертных систем и нейросетевым технологиям.

С точки зрения назначения и применения ИС могут классифицироваться по следующим признакам [1]:

1. По характеру использования результативной информации:

·информационно-поисковые, обеспечивающие сбор, хранение, выдачу информации по запросу пользователя;

·информационно-советующие, используемые в качестве систем поддержки принятия решений;

·информационно-управляющие, реализующие непосредственное управление процессом или сложным объектом;

51

2.По области (сфере) применения:

·производственные;

·научно-исследовательские;

·библиотечные АИС7, финансовые, офисные ИС и т. д.;

3.По объектам управления:

·автоматизированного проектирования;

·управления технологическими процессами;

·управления предприятием и т. д.;

4.По степени автоматизации процессов обработки:

·с ручной обработкой информации;

·механизированной обработкой информации;

·автоматизированной обработкой информации;

·автоматической обработкой информации;

5.По степени специализированности возможного применения:

·универсальные;

·специализированные (проблемно-ориентированные).

Другими признаками типологии ИС являютсяособенности тех-

нологии обработки информации, свойства которой и переносятся на системы. С этой точки зрения информационные системы классифицируют по следующим признакам:

1. По типу хранимой информации можно выделить(исключая мультимедийную информацию) фактографические, документальные, лексикографические ИС.

Фактографические ИС ориентированы на обработку данных, контекст использования которых предопределен и обычно зафиксирован в схеме данных или в процедурах обработки.

Документальные ИС подразделяются по уровню представления информации – полнотекстовые (обрабатывающие первичные документы) и библиографическо-реферативные (обрабатывающие вторичные документы, отражающие на адресном и содержательном уровне первичный документ). Контекст использования данных в документальных ИС может быть иным, чем тот, который был определен при ее создании.

Лексикографические ИС – это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т. д. Обычно используются в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД и позволяют в том числе доопределить контекст данных.

______________

7 Более подробно характеристику библиотечных автоматизированных информационных систем см. прил. 2.

52

2.По типу модели данных СУБД, используемой для реализации информационной системы, выделяют традиционно три класса: иерархические, сетевые, реляционные.

3.По топологии хранения данных различают локальные и распределенные ИС.

4.По оперативности использования данных можно выделить операционные и справочно-информационные. К последним можно отнести АИС ретроспективной информации (электронные каталоги библиотек, БД статистической информации и . тд.), которые используются для поддержки основной деятельности и обычно не предполагают внесение изменений в уже существующие записи. Операционные ИС предназначены для оперативного отражения состояния и управления объектами и технологическими процессами. В этом случае данные не только извлекаются из БД, но также изменяются и добавляются, в том числе в результате их использования.

5.По степени доступности информации ИС можно подразделить на общедоступные и те, которые имеют ограничения на доступ пользователей к ресурсам системы. В последнем случае говорят об авторизованном доступе, индивидуально определяющем не только набор данных, но и операции, которые доступны конкретному пользователю.

По масштабу информационные системы подразделяются на следующие группы:

·одиночные;

·групповые;

·корпоративные.

Одиночные информационные системы реализуются, как прави-

ло, на автономном персональном компьютере(сеть не используется). Такая система может содержать несколько простых приложений, связанных общим информационным фондом, и рассчитана на работу одного пользователя или группы пользователей, разделяющих по времени одно рабочее место. Подобные приложения создаются с помощью так называемых настольных или локальных систем управления базами данных (СУБД). Среди локальных СУБД наиболее известными являются

Clarion, Clipper, FoxPro, Paradox, dBase и Microsoft Access.

Групповые информационные системы ориентированы на кол-

лективное использование информации членами рабочей группы и чаще всего строятся на базе локальной вычислительной сети. При разработке таких приложений используются серверы баз данных(называемые также SQL-серверами) для рабочих групп. Существует довольно

53

большое количество различных SQL-серверов, как коммерческих, так и свободно распространяемых. Среди них наиболее известны такие сер-

веры баз данных, как Oracle, DB2, Microsoft SQL Server, InterBase, Sybase, Informix.

Корпоративные информационные системы являются развитием систем для рабочих групп, они ориентированы на крупные компании и могут поддерживать территориально разнесенные узлы или .сети В основном они имеют иерархическую структуру из нескольких уровней. Для таких систем характерна архитектура клиент-сервер со специализацией серверов или же многоуровневая архитектура. При разработке таких систем могут использоваться те же серверы баз данных, что и при разработке групповых информационных систем. Однако в крупных

информационных системах наибольшее распространение получили серверы Oracle, DB2 и Microsoft SQL Server.

Для групповых и корпоративных систем существенно повышаются требования к надежности функционирования и сохранности данных. Эти свойства обеспечиваются поддержкой целостности данных, ссылок и транзакций в серверах баз.

По сфере применения информационные системы обычно подразделяются на четыре группы:

·системы обработки транзакций;

·системы принятия решений;

·информационно-справочные системы;

·офисные информационные системы.

Системы обработки транзакций, в свою очередь, по оперативности обработки данных, разделяются на пакетные информационные системы и оперативные информационные системы. В информационных системах организационного управления преобладает режим оперативной обработки транзакций, для отражения актуального состояния предметной области в любой момент времени, а пакетная обработка занимает весьма ограниченную часть.

Системы поддержки принятия решений – DSS (Decision Support Systeq) – представляют собой другой тип информационных систем, в которых с помощью довольно сложных запросов производится отбор и анализ данных в различных разрезах: временных, географических и по другим показателям.

Обширный класс информационно-справочных систем основан на гипертекстовых документах и мультимедиа. Наибольшее развитие такие информационные системы получили в сети Интернет.

54

Класс офисных информационных системнацелен на перевод бумажных документов в электронный вид, автоматизацию делопроизводства и управление документооборотом.

По способу организации групповые и корпоративные информационные системы подразделяются на следующие классы:

·системы на основе архитектуры файл-сервер;

·системы на основе архитектуры клиент-сервер;

·системы на основе многоуровневой архитектуры;

·системы на основе Интернет / интранет-технологий.

В любой информационной системе можно выделить необходимые функциональные компоненты, которые помогают понять ограничения различных архитектур информационных систем.

Архитектура файл-сервер только извлекает данные из файлов так, что дополнительные пользователи и приложения добавляют лишь незначительную нагрузку на центральный процессор. Каждый новый клиент добавляет вычислительную мощность к сети.

Архитектура клиент-сервер предназначена для разрешения проблем файл-серверных приложений путем разделения компонентов приложения и размещения их там, где они будут функционировать наиболее эффективно. Особенностью архитектуры клиент-сервер является использование выделенных серверов баз данных, понимающих запросы на языке структурированных запросовSQL (Structured Query Language)

ивыполняющих поиск, сортировку и агрегирование информации.

Внастоящее время архитектура клиент-сервер получила признание и широкое распространение как способ организации приложений для рабочих групп и информационных систем корпоративного уровня. Подобная организация работы повышает эффективность выполнения приложений за счет использования возможностей сервера БД, разгрузки сети и обеспечения контроля целостности данных.

Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры кли- ент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:

·нижний уровень представляет собой приложения клиентов, имеющие программный интерфейс для вызова приложения на среднем уровне;

·средний уровень представляет собой сервер приложений;

·верхний уровень представляет собой удаленный специализированный сервер базы данных.

Трехуровневая архитектура позволяет еще больше сбалансировать нагрузку на разные узлы и сеть, а также способствует специализации

55

инструментов для разработки приложений и устраняет недостатки двухуровневой модели клиент-сервер.

В развитии технологии Интернет / интранет основной акцент пока что делается на разработке инструментальных программных средств. В то же время наблюдается отсутствие развитых средств разработки приложений, работающих с базами данных. Компромиссным решением для создания удобных и простых в использовании и сопровождении информационных систем, эффективно работающих с базами данных, стало объединение Интернет/ интранет-технологии с многоуровневой архитектурой. При этом структура информационного приложения приобретает следующий вид: браузер – сервер приложений – сервер баз данных – сервер динамических страниц – веб-сервер.

По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные.

Автоматизированная система управления(АСУ) – это ком-

плекс технических и программных средств, совместно с организационными структурами (отдельными людьми или коллективом), обеспечивающий управление объектом(комплексом) в производственной, научной или общественной среде.

Выделяют информационные системы управления образования (например, кадры, абитуриент, студент, библиотечные программы). Автоматизированные системы для научных исследований(АСНИ), представляющие собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей.

Следует отметить, что представленная классификация не является исчерпывающей: она скорее отражает исторически сложившееся -со стояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и применением информационных технологий и систем.

Источники в помощь

1.Баталов, С. А. Информационные системы и технологии: учеб. пособие / С. А. Баталов. – Уфа : УГАПЭС, 2006. – 480 с.

2.Голицына, О. Л. Информационные системы : [учеб. пособие по специальности 080801 «Прикладная информатика (по обл.)»] / О. Л. Голицына, Н. В. Максимов, И. И. Попов. – М. : Форум : Инфра-М, 2007. – 495 с.

56

9. Интеллектуальные информационные технологии

Эволюция информационных технологий и систем все в большей степени определяется их интеллектуализацией. Интеллектуальные информационные технологии (ИИТ) – одна из наиболее перспективных и быстро развивающихся научных и прикладных областей информатики. Она оказывает существенное влияние на все научные и технологические направления, связанные с использованием компьютеров, и уже сегодня дает обществу то, что оно ждет от науки – практически значимые результаты, многие из которых способствуют кардинальным изменениям в сферах их применения.

Уникальная особенность интеллектуальных информационных технологий (технологий «искусственного интеллекта») – их «универсальность». Они практически не имеют ограничений по применению в таких областях, как управление, проектирование, машинный перевод, диагностика, распознавание образов, синтез речи и т. д.

История искусственного интеллекта как нового научного направления начинается в середине XX в. Термин искусственный интеллект

(artificial intelligence) предложен в 1956 г.

Этапы развития искусственного интеллекта

1960–1970-е гг. Это годы осознания возможностей искусственного интеллекта и формирования социального заказа на поддержку процессов принятия решений и управления. Наука отвечает на этот заказ появлением первых персептронов (нейронных сетей), разработкой методов эвристического программирования и ситуационного управления большими системами (последнее было разработано в СССР).

1970–1980-е гг. На этом этапе происходит осознание важности знаний для формирования адекватных решений; появляются экспертные системы, в которых активно используется аппарат нечеткой математики, разрабатываются модели правдоподобного вывода и правдоподобных рассуждений.

1980–1990-е гг. Появляются интегрированные(гибридные) модели представления знаний, сочетающие в себе интеллекты: поисковый, вычислительный, логический и образный.

Под интеллектуальными информационными технологиями обычно понимают такие информационные технологии, в которых предусмотрены следующие возможности [1]:

· наличие баз знаний, отражающих опыт конкретных людей, групп, обществ, человечества в целом, в решении творческих задач в выделенных сферах деятельности, традиционно считавшихся прерогативой

57

интеллекта человека (например, такие плохо формализуемые задачи, как принятие решений, проектирование, извлечение смысла, объяснение, обучение и т. п.);

·наличие моделей мышления на основе баз знаний: правил и логических выводов; аргументации и рассуждения; распознавания и классификации ситуаций; обобщения и понимания и т. п.;

·способность формировать вполне четкие решения на основе нечетких, нестрогих, неполных, недоопределенных данных;

·способность объяснять выводы и решения, то есть наличие механизма объяснений;

·способность к обучению, переобучению и, следовательно, к развитию.

Целями интеллектуальных информационных технологий являются, во-первых, расширение круга задач, решаемых с помощью компьютеров, особенно в слабоструктурированных предметных областях, и, вовторых, повышение уровня интеллектуальной информационной поддержки современного специалиста.

Виды интеллектуальных систем

В зависимости от набора компонентов, реализующих функции ИИТ, выделяют следующие основные разновидности интеллектуальных сис-

тем [7]:

·интеллектуальные информационно-поисковые системы;

·экспертные системы (ЭС);

·расчетно-логические системы;

·гибридные экспертные системы.

Интеллектуальные информационно-поисковые системыявля-

ются системами взаимодействия с проблемно-ориентированными (фактографическими) базами данных на естественном, точнее ограниченном как грамматически, так и лексически (профессиональной лексикой) естественном языке (языке деловой прозы). Для них характерно использование, помимо базы знаний, реализующей семантическую модель представления знаний о проблемной области, лингвистического процессора.

Систему искусственного интеллекта, построенную на основе высококачественных специальных знаний о некоторой предметной -об ласти (полученных от экспертов – специалистов этой области), называют экспертной системой. Экспертные системы – один из немногих видов систем искусственного интеллекта – получили широкое распространение, и нашли практическое применение.

58

Экспертные системы (ЭС) – это компьютерные программы, созданные для выполнения тех видов деятельности, которые под силу че- ловеку-эксперту. Они работают таким образом, что имитируют образ действий человека-эксперта, и существенно отличаются от точных, хорошо аргументированных алгоритмов и не похожи на математические процедуры большинства традиционных разработок.

Экспертные системы являются одним из бурно развивающихся классов интеллектуальных систем. Данные системы в первую очередь стали развиваться в математически слабо формализованных областях науки и техники, таких как медицина, геология, биология и др. Для них характерна аккумуляция в системе знаний и правил рассуждений опытных специалистов в данной предметной области, а также наличие специальной системы объяснений. Применение экспертных систем началось в 1980-х гг. Например, был разработан «помощник идентификатора кредитных карточек», вырабатывающий рекомендации для лица, обязанного принимать решение о принятии к оплате кредитной карточки с учетом рисков мошенничества и неплатежа, в зависимости от учетных записей владельца карточки и магазина.

Экспертная система обладает способностями к накоплению знаний, выдаче рекомендаций и объяснению полученных результатов, возможностями модификации правил, подсказки пропущенных экспертом условий, управления целью или данными. Экспертные системы отличают следующие характеристики: интеллектуальность, простота общения с компьютером, возможность наращивания модулей, интеграция неоднородных данных, способность разрешения многокритериальных задач при учете предпочтений лиц, принимающих решения, работа в реальном времени, документальность, конфиденциальность, унифицированная форма знаний, независимость механизма логического вывода, способность объяснения результатов.

Расчетно-логические системы позволяют решать управленче-

ские и проектные задачи по их постановкам(описаниям) и исходным данным вне зависимости от сложности математических моделей этих задач. При этом конечному пользователю предоставляется возможность контролировать в режиме диалога все стадии вычислительного процесса. В общем случае, по описанию проблемы на языке предметной области обеспечивается автоматическое построение математической модели и автоматический синтез рабочих программ при формулировке функциональных задач из данной предметной области. Эти свойства реализуются благодаря наличию базы знаний в виде функциональной семантической сети и компонентов дедуктивного вывода и планирования.

59

В последнее время в специальный класс выделяютсягибридные экспертные системы. Указанные системы должны вобрать в себя лучшие характеристики как экспертных, так и расчетно-логических и ин- формационно-поисковых систем. Разработки в области гибридных экспертных систем находятся на начальном этапе.

Примеры разработанных систем, использующих ИИТ:

·экспертная система для диагностики лекарственных отравлений «Эстер». Система работает с 19 группами распространенных препаратов

ииспользует более60 диагностических признаков. Она имитирует рассуждения врача-эксперта в токсикологии. В настоящее время система проходит испытания в Токсикологическом центре Министерства здравоохранения РФ;

·прототип диагностической экспертной системы предстартовой подготовки и его техническая реализация на основе высокоэффективного инструментального комплекса G2+GDA. Предложены базовые принципы

по конструированию интеллектуальных систем поддержки принятия решений для операторов, руководителей работ и экипажа при подготовке

иэксплуатации сложных ракетно-космических комплексов;

·интеллектуальные агенты для обнаружения атак в компьютерных сетях. На основе лицензионных программных продуктов типа G2, GDA, NeurOn-Line, Rethink и др. появляется возможность создания динамических систем для диагностики сложных технических систем;

·компонентная технология реинжиниринга бизнес-процессов и конфигурации информационной системы предприятия на основе управления знаниями. Подход к конфигурации структуры бизнес-процессов и информационной системы основан на применении объектно-ориенти- рованной модели и обобщенных продукционных правилах ограничений целостности модели предприятия. Определенный опыт решения задач интеллектуальной конфигурации объектов, накопленный в экспертных системах (например, XCON, COCOS, VEXED, VT, DIDS и др.), может использоваться при конфигурировании бизнес-процессов;

·Deep Blue – шахматный суперкомпьютер, разработанный компанией IBM, который 11 мая 1997 г. одержал победу в матче из 6 партий с чемпионом мира по шахматам Гарри Каспаровым;

·распознавание речи. Системы, такие как ViaVoice, Dragon Naturally Speaking, Voice Navigator способны обслуживать потребителей.

Эти программы переводят голос пользователя в текст. Еще одной интересной программой является Speereo Voice Translator (SVT), голосовой переводчик. SVT способна распознавать фразы, произнесенные на английском языке, и «говорить» в ответ перевод на одном из выбранных

60