7.2 Концептуализация

На этапе концептуализации эксперт и инженер по знаниям выделяют ключевые понятия, отношения и характеристики, необходимые для описания процесса решения задачи. На этом этапе определяются следующие особенности задачи: типы доступных данных; исходные и выводимые данные; подзадачи общей задачи; используемые стратегии и гипотезы; виды взаимосвязей между объектами проблемной области; типы используемых отношений (иерархия, причина/следствие, часть/целое и т.п.); процессы, используемые в ходе решения задачи; типы ограничений, накладываемых на процессы, используемые в ходе решения; состав знаний, используемых для решения задачи и для объяснения решения.

Для определения перечисленных характеристик задачи целесообразно составить детальный протокол действий и рассуждений эксперта в процессе решения хотя бы одной конкретной задачи. Такой протокол обеспечивает инженера по знаниям словарем терминов (объектов) и некоторым приблизительным представлением о тех стратегиях, которые использует эксперт. Кроме того, протокол помогает ответить на многие другие вопросы, возникающие в ходе разработки. На этом этапе инженер по знаниям рассматривает вопросы, относящиеся к представлению знаний и методам решения, но говорить о выборе конкретных способов и методов здесь еще рано.

Адекватным средством для выделения ключевых понятий, отношений и характеристик являются диаграммы, которые используют практически все современные ИС.

Диаграммы используются как средства проектирования, сопровождения и документирования, а также для организации взаимодействия между различными участниками процесса создания системы.

Являясь языком для описания требований и проектирования системы, диаграммы должны быть небольшими по размеру, простыми, понятными и полными. Для этого они должны опираться на формальные правила и использовать небольшое количество абстрактных символов.

К числу базовых типов диаграмм относятся [2,3]:

• контекстные диаграммы (структурно-функциональные схемы);

• диаграммы "сущность-связь";

• диаграммы потоков данных;

• диаграммы "состояния-переходы".

Для того чтобы показать, ЧТО система должна делать, надо показать всю систему, ее части и их взаимодействие. Это делается с помощью контекстных диаграмм (часто называемых структурно-функциональными схемами). Эти диаграммы, на которых представлены сама система (в виде системного процесса), ее основные части (подсистемы), включая операторы и основные блоки оборудования (измерения и управления), объекты внешнего окружения и основные потоки между ними, описывают разрабатываемую систему на высоком уровне. Основная функция системы (системный процесс) представляется кругом, а системные и внешние объекты - прямоугольниками. Стрелки показывают потоки данных. Все элементы схемы имеют идентификатор и снабжены комментариями.

Контекстная диаграмма в сочетании с перечнем системных требований стремится ответить на вопрос "Что делает система?", причем дает только частичный ответ. Для систем со сложными связями между объектами важно более детально представлять взаимоотношения между объектами. Это делается с помощью диаграмм "сущность -связь". В этих диаграммах объекты представляются прямоугольниками, а связи между ними - стрелками, на которых расположены ромбы. В прямоугольниках и ромбах записаны имена объектов и связей. Тип связи и ее направление определяются с помощью стрелок в начале и в конце линии связи. Тип связи задает отношение множественности между объектами, т.е. определяет, скольким экземплярам второго объекта соответствует один экземпляр первого объекта. Диаграммы "сущность - связь" также отвечают на вопрос "Что?"

После того как определено, что должна делать система, необходимо ответить на вопрос "Как?" Первый вопрос заключается в том, как система взаимодействует с внешним окружением. Ответ на этот вопрос дает диаграмма потоков данных (ДПД). На ней представлены внешние объекты, хранилища данных в системе, потоки данных, входящие, выходящие и проходящие внутри системы, и системные процессы, обрабатывающие эти потоки. Объекты принято обозначать квадратами, хранилища данных - узкими прямоугольниками без правой стороны, процессы - прямоугольниками с закругленными углами, а потоки данных - линиями со стрелками. ДПД позволяют проводить декомпозицию по уровням раскрытия системных процессов и потоков. В совокупности они показывают, как система отвечает требованиям и как реализуется проект.

Типы диаграмм, упомянутые выше, отражали статическое поведение системы. Для того чтобы показать динамическое поведение системы, какие события происходят в системе, как система на них реагирует и в какие состояния она попадает, используются диаграммы "состояний-переходов" (ДСП), которые моделируют поведение машины с конечным числом состояний [3]. Поведение системы представляется в виде множества дискретных, исключительных и конечных состояний Происходящие события приводят к изменению состояния системы; считается, что изменения происходят мгновенно. События могут происходить синхронно и асинхронно.