CC BY
51
¡Выпуск 4
Список литературы
1. Власова Г. Транспортным процессам требуется интеллект / Г. Власова // Морские порты: информационно-аналитический журнал. — 2009. — № 4/5 (76).
2. Бугулов Э. Р. О построении автоматизированных аналитических систем на транспорте / Э. Р. Бугулов, В. П. Козлова, О. В. Осокин // Транспорт. Наука, техника, управление: науч. информ. сб. — 2007. — № 6.
3. Круглов В. В. Интеллектуальные информационные системы: компьютерная поддержка систем нечеткой логики и нечеткого вывода / В. В. Круглов, М. И. Дли. — М.: Изд-во Физ.-мат. лит., 2002. — 256 с.
4. Андрейчиков А. В. Анализ, синтез, планирование решений в экономике / А. В. Андрейчиков, О. Н. Андрейчикова. — М.: Финансы и статистика, 2000. — 368 с.
5. Штовба С. Д. Проектирование нечетких систем средствами МаЛАВ / С. Д. Штовба. — М.: Горячая линия-Телеком, 2007. — 288 с.
УДК 681.3.067 А. Е. Журавлев,
СПГУВК,
аспирант
ДИАЛОГ С ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ ОПЕРАТИВНОГО УЧЕТА СУДОПРОПУСКА В ШЛЮЗОВАННОЙ СИСТЕМЕ НА УСЛОЖНЕННЫХ ЗАПРОСАХ ПОДМНОЖЕСТВА ЕСТЕСТВЕННОГО ЯЗЫКА
DIALOGUE WITH GATEWAY LOCKING OPERATIONAL REGISTRATION INFORMATION SYSTEM BY COMPLICATED QUERIES OF NATURAL LANGUAGE SUBSET
В статье рассматриваются вопросы организации диалога оператора терминала с информационной системой оперативного учета судопропуска в шлюзованной системе на некотором подмножестве естественного языка, содержащего вопросительные и побудительные предложения, усложненные конструкциями различного вида. На основе семантического анализатора рассматриваются примеры таких запросов и их трансляция с естественного языка на SQL-подобный язык запросов информационной системы.
This article is devoted to the questions of organization of terminal operator dialog with the information system of operative account of the process of moving ships in the locked through system on some subset of human language, containing interrogative and incentive suggestions. The translator from a human language to the SQL-similar language of queries of the informative system on the basis of semantic analyzer is offered.
Ключевые слова: семантика, семантический анализ, запрос, базы данных, шлюз, судопропуск.
Key words: semantics, semantic analysis, query, database, gateway, locking.
114]
КАК отмечалось ранее, шлюзованная система на внутренних водных путях, являющаяся частью единой транспортной системы, поддерживается корпоративной компьютерной системой. Для управления такими системами применяются различные технологии и специализированные средства доступа. Средствами реализации, хранения, обработки и анализа данных в распределенных средах чаще всего являются различные ERP и OLAP системы, которые
позволяют визуальными графическими средствами запрашивать данные из хранилища, агрегировать их и визуализировать результаты и т. д. В работе [1, с. 133-140] рассмотрены вопросы разработки средств и механизмов, предоставляющих возможность исполнять запросы аналитика или оператора, сформулированные на естественном языке (ЕЯ), отмечен факт наличия сложностей, связанных с формализацией сложных запросов на ЕЯ, содержащих различные уточняющие конструкции.
Для того чтобы классифицировать запрос как усложненный, необходимо провести соответствующий анализ текста на ЕЯ, введенного оператором. Одним из условий функционирования диалоговой системы является ограничение на морфологический размер запроса. Запрос на ЕЯ должен состоять из одного предложения. Тогда «сложным» назовем запрос, состоящий из сложного [2] или осложненного дополнительными конструкциями предложения на ЕЯ. Возможны четыре варианта сложных предложений, обрабатываемых семантическим анализатором АИС:
— сложносочиненное предложение;
— сложноподчиненное предложение;
— сложное предложение с разными видами связи;
— бессоюзное сложное предложение.
Также в категорию сложных видов запросов попадают предложения на ЕЯ, в которых присутствуют «осложняющие элементы», выражающие добавочную информацию. Осложняющие элементы подразделяются на два подтипа:
— однородные и обособленные члены предложения;
— слова и словосочетания, не являющиеся членами предложения и не входящие в его структуру (вводные и вставные конструкции).
Для определения осложненного предложения как особого синтаксического явления анализатор устанавливает, какой синтаксический аспект «осложнения» имеется в виду. Существует осложнение семантическое, то есть семантическая полипропозитивность, предложение является семантически осложненным, если содержит более одной пропозиции. Пропозиция может быть заключена в предикативной конструкции и неприсловном распространителе или выражена предикатным словом и распространяющей это слово словоформой. Таким образом, запрос может быть семантически осложненным, но формально-синтаксического осложнения не иметь. Также возможен вариант наличия в запросе двух пропозиций, тогда такой запрос будет семантически осложненным, полипропозитивным, а кроме того, иметь формально-синтаксическое осложнение, которое проявляется в синтаксическом отношении дополнительной предикативности: например, деепричастный оборот может находиться в двустороннем отношении — относиться не только к сказуемому, но и к подлежащему, и это отношение оформляется каким-либо выделением [3].
Если запрос не содержит семантического осложнения, но содержит пропозицию, заключенную в предикативном ядре, то также считается сложным. В формально-синтаксическом отношении такое предложение следует считать осложненным: здесь есть особые синтаксические отношения — координативные, выраженные каким-либо союзом (например, сочинительным союзом «и»). Таким образом, осложнение простого предложения — явление синтаксическое, грамматическое, и как таковое оно имеет свои отличительные признаки, по которым анализатор определяет класс запроса.
Практически любой естественный язык (русский и английский языки в том числе) в достаточной мере гибок, для того чтобы порождать неоднозначность и неформализуемые или слабо формализуемые конструкции. В случае обнаружения такого рода вхождения анализатор затребует участия оператора терминала для разрешения неоднозначности, предложив ему оценить сложность запроса на ЕЯ и в случае необходимости в ручном режиме подобрать наиболее подходящий шаблон из представленных или сформировать новый. Таким образом, входной запрос будет оценен в одном из режимов работы анализатора, и в случае если он будет оценен как сложный, то и будет приведен к удовлетворяющей шаблонизатор форме.
Многие шаблонные формы сложных запросов на ЕЯ возможно фрагментировать средствами самого анализатора, что позволяет один сложный запрос конвертировать в два или более простых,
Выпуск 4
■Выпуск 4
объединенных конструкциями языка запросов 1CQ. Для объединения фрагментов изначального запроса используются конструкции «ОБЪЕДИНИТЬ» (“UNION”). Для единовременного обращения анализатора к различным источникам данных используются различные варианты «ИЗ ... СОЕДИНЕНИЕ ... ПО» (“FROM ... JOIN ...”), такие как внутреннее соединение «ИЗ ... СОЕДИНЕНИЕ ... ПО» (“FROM ... JOIN ...”), правое внешнее соединение «ИЗ ... ПРАВОЕ [ВНЕШНЕЕ] СОЕДИНЕНИЕ ... ПО» (“FROM ... RIGHT OUTER JOIN ...”), левое внешнее соединение «ИЗ ... ЛЕВОЕ [ВНЕШНЕЕ] СОЕДИНЕНИЕ ... ПО» (“FROM ... LEFT OUTER JOIN ...”). В случае если структурная фрагментация сложного запроса невозможна, алгоритм пытается провести иерархическую дефрагментацию, формально реализуемую средствами вложенных запросов вида «ВЫБРАТЬ ... ИЗ ... ГДЕ ... (ВЫБРАТЬ ... ИЗ ... ГДЕ ...»)).
Например, запрос вида
«ПОКАЗАТЬ СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ СУДОВ ПРИ НАИБОЛЬШЕЙ ПЛОТНОСТИ СУДОПОТОКА ЗА ПРОШЕДШИЙ МЕСЯЦ»
в соответствии с приведенной классификацией однозначно определяется анализатором как сложный. Более того, механизм обнаруживает соответствующую усложняющую конструкцию «при наибольшей плотности судопотока». Здесь плотность судопотока является стандартным уточняющим шаблоном. Фактически, плотность судопотока — это количество судов в единицу времени. Базовой временной единицей отсчета АИС являются одни сутки, что позволяет говорить о суточной плотности судопотока. Для вычисления запроса наибольшей плотности судопотока «... ПРИ НАИБОЛЬШЕЙ ПЛОТНОСТИ СУДОПОТОКА ...» используется шаблон, содержащий запрос вида «ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Судно) КАК Судно
ИЗ
РегистрСведений.ПассажирскоеРасписаниеВыполненое КАК ПассажирскоеРасписаниеВы-полненое»
Представленный выше фрагмент кода является шаблоном для вычисления плотности су-допотока. Это необходимый, но недостаточный запрос. Его следует дополнить конструкцией «ГДЕ ...», уточняющей временны е рамки.
«ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Судно) КАК Судно
ИЗ
РегистрСведений.ПассажирскоеРасписаниеВыполненое КАК
ПассажирскоеРасписаниеВыполненое
ГДЕ
ПассажирскоеРасписаниеВыполненое.Период = МЕЖДУ (& ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец)»,
где «&ДатаПлотностиНачало» и «&ДатаПлотностиКонец» — начало и конец расчетного периода, соответственно установленные, например, в значения 10.06.2012 00:00:00 и 10.06.2012 23:59:59.
ВЫБРАТЬ
СУДНО
ЗАПРОС
ПЛОТНОСТИ
ПАССАЖИРСКОЕ ГРУЗОВОЕ
\
ПЕРИОД ПЕРИОД
НАИБОЛЬШЕМ СУДОПОТОКА
ЗА МЕСЯЦ
НАЧАЛО КОНЕЦ НАЧАЛО КОНЕЦ
ПРОШЕДШИИ
Рис. 1. Структурное и синтаксическое деревья шаблона
Также необходимо отметить, что источником данных для этого шаблона является лишь расписание пассажирских судов. Аналогичный подзапрос для грузового расписания опирается на другой источник данных (другую таблицу регистра сведений):
«ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Объект) КАК Судно
ИЗ
РегистрНакопления.РасписаниеПотокаВыполненое КАК РасписаниеПотокаВыполненое
ГДЕ
РасписаниеПотокаВыполненое.Период = МЕЖДУ (& ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлот-ностиКонец)»
Структурное и синтаксическое деревья для этих шаблонов представлены на рис. 1. Для нахождения общей плотности судопотока необходимо объединить оба фрагмента в один подзапрос конструкцией «ОБЪЕДИНИТЬ», а для нахождения максимальной плотности следует использовать агрегатную функцию «МАКСИМУМ(...)». Полное синтаксическое дерево подзапроса представлено на рис. 2.
Рис. 2. Полное синтаксическое дерево подзапроса
Результирующий подзапрос для реализации фрагмента запроса на ЕЯ будет выглядеть следующим образом:
«ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Судно) КАК Судно
ИЗ
РегистрСведений.ПассажирскоеРасписаниеВыполненое КАК
ПассажирскоеРасписаниеВыполненое
ГДЕ
ПассажирскоеРасписаниеВыполненое.Период = МЕЖДУ (& ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец)
ОБЪЕДИНИТЬ
ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Объект) КАК Судно
ИЗ
РегистрНакопления.РасписаниеПотокаВыполненое КАК РасписаниеПотокаВыполненое
ГДЕ
РасписаниеПотокаВыполненое.Период = МЕЖДУ (& ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец)»
Выпуск 4
¡Выпуск 4
Данная конструкция искусственно усложнена и могла бы быть заменена на более простой вариант с аналогичным результатом:
«ВЫБРАТЬ
СУММА (КОЛИЧЕСТВО (Судно.ПассажирскоеРасписаниеВыполненое) И КОЛИЧЕСТВО (Объект.РасписаниеПотокаВыполненое)) КАК Судно
ИЗ
РегистрСведений.ПассажирскоеРасписаниеВыполненое КАК ПассажирскоеРасписаниеВыполненое
РегистрНакопления.РасписаниеПотокаВыполненое КАК РасписаниеПотокаВыполненое
ГДЕ
ПассажирскоеРасписаниеВыполненое. Период = МЕЖДУ (&ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец
И РасписаниеПотокаВыполненое.Период = МЕЖДУ (&ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец)»
Однако в данном примере рассмотрен лишь один из случаев, а подобная оптимизация возможна лишь при индивидуальном подходе к интерпретации каждого запроса на ЕЯ. Использование шаблонов на готовые входные конструкции позволяет добиться универсальности использования механизма семантического анализатора без применения дополнительных диалоговых функций, уточняющих семантику запроса на ЕЯ.
Анализируя фрагмент запроса «Показать среднее время задержки судов» в соответствии с алгоритмом функционирования анализатора, рассмотренного в работе [1], получаем синтаксическое дерево. Как отмечалось ранее, для выбранной предметной области корневой вершиной дерева часто будет являться семантическая единица, указывающая на то, что требуется что-либо выбрать (отобрать, отобразить, вывести, показать и т. п.).
Семантическая единица «выбрать» описана в семантическом словаре (рис. 3).
118]
В результате определяются действия для вершин потомков. В примере рассматриваемого запроса присутствует лексема «судов» (рис. 4), которой соответствует одна вершина построенного синтаксического дерева. Выделяем грамматическую основу этой лексемы — «судно».
Слое : СправочникСуда Наименование КАК Судно * _ □ X
Код:
Наименование:
СправочникСуда. Наименование КАК Судно
tх- и. t ig т
N Наименование синонима Часть речи
1 Судно Существительное
^ isi s і t і ж т =1 ■=; =d Или I ♦ BZ Вй
Ы Наименование связи Вид связи л
1 Выбрать Префикс
2 И Постфикс v
tи* t і g т
N Наменование конструкции Раздел конструкции
1 (Справочник.Суда КАК Суда Из
ОК Записать Закрыть
Рис. 3. Основной семантический словарь
' Слов...: СправочникСуда.Наименование КАК Судно * _ П X
Действии - !+■ Ш *+ ?
Код:
Наименование:
СправочникСуда Наименование КАК Судно
•шш х- И* t 1 gg
N Наименование синонима Часть речи
1 Судно Существительное
•Ш ^ 4 х^ t 1 gg
N Наименование связи Вид связи л
1 Выбрать Префикс
2 И Постфикс v
d X п * І р BZ 3 3 № 1 f gz Вй
N Наменование конструкции Раздел конструкции
1 Справочник.Суда КАК Суда Из
ОК Записать Закрыть
Рис. 4. Лексема «судно»
Первый проход синтаксического анализатора осуществляет поиск указанной грамматической основы «судно» в названиях таблиц и их полей в БД. В результате поиска будет найдена таблица судов. Реляция «судно» состоит из следующих полей: код, наименование и класс. У вершины «судов» есть дочерние вершины, которые характеризуют уточнение запроса, а именно: фильтрацию запрашиваемых данных по типу судна и времени [4; 5].
Для анализа запроса на ЕЯ и генерации текста запроса на языке 1CQ система составляет временный список объектов основного глагола действия запроса (лексема «показать»). В данном случае это лексемы: «судов» и «время». Далее перебираются все таблицы в поисках одновременного вхождения объектов «время» и «судно» и их синонимов. Каждый из внешних ключей в таблицах подвергается особой обработке анализатора. Последний раскрывает поиск сущности, пробегая по описанию таблицы, на которую эти внешние ключи ссылаются. Например, в таблице регистра шлюзования нет судов как таковых, но так как это внешний ключ к таблице судов, то это обнаружит анализатор. Результатом этого явится выбор полей и записей, удовлетворяющих запросу. Более того, перебрав все таблицы, система установит, что этот вариант является единственным возможным, и не будет применять дополнительную семантическую обработку результата.
Лексема «задержки» в соответствии со своей семантикой и построенным синтаксическим деревом (рис. 5) определяется как разность между ожидаемым и достигнутым результатом. Эта разность вычисляется конструкцией запроса, сформированной следующим образом: «МИНУТА(ПассажирскоеРасписаниеВыполненое.Период)-МИНУТА(РасписаниеПассажирскихСудов.Время) КАК Задержка для пассажирского расписания, и
МИНУТА(РасписаниеПотокаВыполненое.Период)-МИНУТА(РасписаниеГрузовыхСудов.Время) КАК Задержка для грузового».
Поскольку особых условий размерности величины задержки в запросе явным образом указано не было, анализатор определит ее в минутах при помощи встроенной функции «МИНУТА()», что является значением по умолчанию.
Затем анализатор объединяет лексемы «среднее» и «время» на «среднее время», а также «время» и «задержки» на «время задержки» в связи с совпадением семантики подчинения данно-
Выпуск 4
■Выпуск 4
го набора лексем со словарной семантикой сущности. Завершающим этапом работы анализатора является обработка условия «за прошедший месяц». Стандартная функция «Текуш,аяДата()» определяет текущий момент времени и преобразует условие «за прошедший месяц» к условию «за июнь 2012 г.» и добавляет его к выборке. Здесь проблемы не возникает, поскольку система просто заменяет фразу следующей группой условий:
«ГДЕ
Шлюзование.Период МЕЖДУ &НачПериода И & КонПериода»
Универсальные параметры анализатора «&НачПериода» и «&КонПериода» устанавливаются анализатором в значения «01.06.2012 00:00:00» и «01.07.2012 00:00:00» соответственно.
Рис. 5. Схема синтаксического дерева фрагмента запроса
120]
Сложность для анализа представляет определение того, к чему, собственно, указанная дата относится. Так как в синтаксическом дереве дата относится к судам, а в реляции «суда» поля даты нет, то система начинает просматривать связанные таблицы, имеющие ключевое поле типа «дата». В результате, поднимаясь по иерархическому дереву подчиненности таблиц, связь с реляцией «Шлюзование», в которой есть дата. Именно с этой датой начинает работать система, так как дальнейший анализ больше никаких дат не выявил.
На следующем этапе работы механизма происходит процесс дефрагментации запроса, во время которого фрагменты, созданные на начальном этапе и преобразованные в дальнейшем ко внутренним элементарным конструкциям, «склеиваются» в единый запрос. В результате запрос «ПОКАЗАТЬ СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ СУДОВ ПРИ НАИБОЛЬШЕЙ ПЛОТНОСТИ СУДОПОТОКА ЗА ПРОШЕДШИЙ МЕСЯЦ» будет преобразован к запросу
«ПОКАЗАТЬ СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ ПАССАЖИРСКИХ И ГРУЗОВЫХ СУДОВ ПРИ НАИБОЛЬШЕЙ ПЛОТНОСТИ СУДОПОТОКА ЗА ИЮНЬ 2012 ГОДА»
С точки зрения семантического анализатора эти запросы тождественны в данный момент времени, возвращенного функцией «ТекущаяДата()». При изменении внутренней даты АИС тождественность этих запросов может быть нарушена, что повлечет за собой отображение некорректного результата. Эта проблема может быть исправлена повторным обращением к диалоговой системе с те же входным запросом на ЕЯ.
Полное синтаксическое дерево, соответствующее результирующему запросу в его шаблонном представлении, изображено на рис. 6.
Рис. 6. Полное синтаксическое дерево шаблонного запроса
На заключительном этапе работы механизма синтаксический анализатор транслирует преобразованный запрос на ЕЯ в язык 1CQ:
«ВЫБРАТЬ
ШлюзованиеСудовСрезПоследних.Судно КАК Судно, МИНУТА(ШлюзованиеСудовСрезПоследних.Период)-МИНУТА(РасписаниеСудов.Время) КАК Задержка
ИЗ
РегистрСведений.ШлюзованиеСудов.СрезПоследних КАК ШлюзованиеСудовСрезПоследних,
РегистрСведений.РасписаниеПассажирскихСудов КАК РасписаниеПассажирскихСудов
ГДЕ
РасписаниеПассажирскихСудов.Судно = ШлюзованиеСудовСрезПоследних.Судно И Шлюзование.Период МЕЖДУ &НачПериода И & КонПериода И ( ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Судно) КАК Судно
РегистрСведений.ПассажирскоеРасписаниеВыполненое КАК ПассажирскоеРасписаниеВыполненое
ГДЕ
ПассажирскоеРасписаниеВыполненое.Период = МЕЖДУ
Выпуск 4
¡Выпуск 4
(&ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец)
ОБЪЕДИНИТЬ ВЫБРАТЬ
КОЛИЧЕСТВО (Объект) КАК Судно
ИЗ
РегистрНакопления.РасписаниеПотокаВыполненое КАК РасписаниеПотокаВыполненое ГДЕ
РасписаниеПотокаВыполненое. Период = МЕЖДУ (&ДатаПлотностиНачало И &ДатаПлотностиКонец)
) КАК Плотность»
Ввиду отсутствия дополнительных условий и альтернативных вариантов запроса сформированный текст запроса на языке 1Q является окончательным и отправляется на исполнение серверу управления базами данных.
Если целевая платформа механизма отлична от «1С: Предприятие 8», то существует возможность преобразования запроса на языке 1CQ в запрос SQL. В этом случае аналогом последнему запросу, то есть результатом его конвертирования, явится следующий запрос на языке SQL: “SELECT
TableLockage.Ship AS Ship,
MINUTE(TableLockage.Time) - MINUTE(TableScheulle.Time)AS Delay FROM
TableLockage, TableScheulle WHERE
TableScheulle.Ship = TableLockage.Ship AND TableLockage.Time BETWEEN (&STime AND &ETime)
AND ( SELECT
COUNT (Ship) AS Ship
FROM
TablePassScheulleComplete WHERE
TablePassScheulleComplete BETWEEN (&SPTime AND &EPTime)
UNION SELECT
COUNT (Obj) AS Ship
FROM
TableCargoScheulleComplete WHERE
TableCargoScheulleComplete BETWEEN (&SDTime AND &EDTime)
) AS Density”
В заключение следует отметить, что в рамках поставленной задачи предложены механизмы сематического анализа предложений на ЕЯ, результаты которого позволяют реализовать интеллектуальный доступ к реляционным данным, а реализованный интерфейс — существенно сократить и упростить процесс формирования отчетов.
122]
Список литературы
1. Журавлев А. Е. Организация диалога с информационной системой оперативного учета су-допропуска в шлюзованной системе на подмножестве естественного языка / А. Е. Журавлев // Жур -нал университета водных коммуникаций. — СПб.: СПГУВК, 2012. — Вып. 3 (15).
2. Российский гуманитарный энциклопедический словарь: в 3 т. — М.: Гуманит. изд. центр «ВЛАДОС»: филол. ф-т С.-Петерб. гос. ун-та, 2002.
3. Прияткина А. Ф. Русский язык. Синтаксис осложненного предложения / А. Ф. Приятки-на. — М.: Высш. шк., 1990. — 176 с.
4. Тузов В. А. Компьютерная семантика русского языка / В. А. Тузов. — СПб.: СПбГУ, 2003. — 392 с.
5. Хомский Н. А. Аспекты теории синтаксиса / Н. А. Хомский. — М., 1972. — 259 с.
Выпуск 4
