CC BY
30
УДК 004.55+331.7+378.046.4
Модели и инструментальные средства формирования знаний предметной области в структуре системы поддержки принятия решений руководителя виртуальной образовательной организации
Models and tools for the formation of domain knowledge in the system structure of decision support head of virtual learning organizations
Шемякина Елена Викторовна
ГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН» соискатель, shemyakina.ev@sch1021. ru
Shemyakina Elena Viktorovna
MSTU«STANKIN», postgraduate, shemyakina.ev@sch1021.ru
В статье рассмотрен подход выбора средств и методов построения, реализации, адаптации и развития инструментов формирования программных элементов виртуальной образовательной организации, в соответствии со сформированной моделью системы и архитектурой, выстроенной структурной схемой и логикой взаимодействия объектов, их свойствами, для возможности применения в работе комплекса функциональных средств поддержки принятия решений, выстроенных на базе методов интеллектуального анализа данных, а также статистических механизмов анализа событий, представленных в виде отдельных встроенных или вызываемых функций и процедур, в целях получения требуемой информации по интересующим объектам в результате запроса для принятия своевременных и необходимых мер руководителем в образовательном процессе организации.
The article describes the approach of choice means and methods construction, implementation, adaptation and development of tools for the formation in program elements the virtual educational organization, in accordance with the generated of system model and architecture, building structural and logic the scheme interaction of objects, their properties, possible applications in the complex functionalities of decision support, build on the basis data mining techniques and statistical analyses of the events presented in the form a separate or build in calling functions and procedures in order to obtain the desired information objects in the query of result to take timely and necessary action Director in the educational process of organization.
Ключевые слова: виртуальный, модель, алгоритм, организация, образование, разработка, инструмент, ИАД, СППР.
Keyword: virtual, model, algorithm, organization, education, development, tool, Data Mining, DSS.
Функционирование учебного процесса в любой образовательной организации влечёт за собой использование группы необходимых требований, регламентов, методов и знаний в построении потоков информации, основанных на организационных и функциональных мероприятиях как элементах действующей структуры взаимодействия всех участников информационного процесса [7].
Построение требуемой логики функционирования взаимодействующих объектов OU в рамках сформированной архитектуры и модели виртуальной образовательной организации (ВОО) реализовывается с помощью вложенных и разрабатываемых инструментов применяемой программной платформы [10].
Многие программные системы, основанные на web-технологии по формированию логики функционирования портала предоставления государственных услуг и документооборота различных организаций, включают в себя специализированные конструкторы, близкие к UML-средствам, для построения объектов и их связей, с назначением выполняемых ими функций.
Подобного рода системы в большинстве случаев лишены средств поддержки принятия решений (СППР) и методов интеллектуального анализа данных (ИАД), что резко снижает гибкость, уникальность и функциональность информационных систем [1, 2]. Применение ИАД методов в рамках функционирования ВОО значительно расширяет возможности руководителя в части управления организацией. Следует отметить, что для реализации ВОО с внедрением СППР, требуется развитый функционал применяемых инструментов как программного, так и логико-математического типа [6, 8].
Основной целью выполняемых исследований, является определение методов формирования знаний в отношениях объектов, интеграции со сформированной моделью ВОО, внедрением требуемых элементов поддержки принятия решений для расширения функций управления организации, кроме привычных статистических.
В качестве направления работ, сформированы следующие задачи:
2
1. Определение методов и средств формирования элементов знаний, в рамках функционирования ВОО;
2. Определение рациональной классификации объектов;
3. Определение математических элементов, как функций анализа данных в процессе формирования знаний;
4. Формирование механизма построения алгоритмов ИАД методов, как элементов функций СППР, в целях интеллектуализации средств управления.
Первичное решение задачи сводится к необходимости построения всех составляющих объектов и их связей, для организации динамики поведения, где логика функционирования руководителя сводится к фактическому анализу требуемых элементов графа объектов Of в уровнях Uj, для чего нужны соответствующие инструментальные средства и базы знаний [1]. Построение логики взаимодействия объектов Of, с принадлежащими свойствами и типовыми функциями, требует наличия графического инструмента -конструктора форм объектов для обеспечения визуализированного процесса как формирования самих объектов, так и построения связей, в виде блок-схем или UML-средств для формирования бизнес процессов (рис. 1), а также присвоения им свойств и функций, включая ИАД методы базовых элементов СППР, а также - методы статистического анализа данных, в соответствии с требованиями ВОО [1, 10].
Задание переменных принадлежности объектов и операций логики, поддерживается функциями информационных панелей QlikView (QV) для бизнес-аналитики и визуализации данных [10], где обозреватель выражений тематических объектов, отображает их функциональность, такую как: математическую (статистические данные), графическую (бизнес-графика) [3]. Построение связей и логики функционирования объектов ВОО (рис. 1), может быть выполнено в редакторе QV средствами встроенного скриптового языка, как, собственно, и построение требуемого количества уровней kU (объявление
переменной SET), с указанием нужных классов и загрузки данных, c указанием принадлежащих объектов и вызовом нужных функций [3].
Рис. 1. Алгоритм построения связи объектов и логики их функционирования
Сформированную логическую последовательность анализа данных в виде скриптового кода, принадлежащую объекту или группе объектов, можно сохранить в файле формата *.qvs, поместив в БД для последующих вызовов запросами клиентов системы, в соответствии с уровнями доступа к ВОО и другими возможными критериями. Для выполнения более сложных логических операций, а также ИАД методов по обработки и анализу данных, предусмотрено применение языка высокого уровня Visual Basic for Applications (VBA), через вызов из скриптового кода QV, где логика программы значительно расширяется языковыми средствами VBA. Кроме того, построение логических операций и функций может быть вынесено за пределы QV в СУБД сформированной БЗ, и реализовано в виде хранимых процедур или через SQL запросы со стороны клиента [5]. Взаимодействие с БД необходимо для хранения, обработки и обмена рабочей информацией по задействованным объектам и их свойствам, что требует применения производительной БД, а также допускает применения самих средств СУБД для организации управления данными, построенных на базе ИАД методов, с реализацией SQL-кода ("Oracle", "MS SQL", "MySQL"...). Средства отображения связей таблиц БД, в QV аналогичны инструментам Microsoft Access.
Функционирование деятельности ВОО в целом создаётся на базе сформированной модели в виде многоуровневой пирамиды, с вертикальной иерархией управления и распределённой горизонтальной структурой информационных потоков (ИП) взаимодействующих объектов Of [10]. Функционирование инструментов управления процессами ВОО, требует классификации как объектов управления, так и объектов знаний системы (табл. 1). Данный подход в классификации объектов предоставляет эффективное разграничение ИП в управлении образовательными процессами руководителям всех уровней ВОО.
Таблица 1.
Классификация объектов функционирования в ВОО
Тип объекта ВОО Комментарий, состав типа
Клиенты Обучающиеся, обучаемые, руководящие, административные;
Документы Инструкция; журналы-списки; программы, КР, тесты и др.
Запросы Условия, функции, процедуры
Отчёты Финансовые, статистические и др.
Визуальные Базовые элементы схем, связи ИП и др.
Математиче ские Функции, процедуры
Логические Функции, процедуры, методы
Движение ИП учебного процесса между объектами, включает выполнение задач различного вида запросов QJUi, с целью контроля и анализа данных руководителем, являющегося также объектом Оии системы, что реализуется за счёт программных инструментов с учётом определенной классификации (табл. 1 - 2). В результате обращения объекта О™ к БД ВОО в
виде запроса QUi в соответствии с принадлежащим уровнем Ui, где количество сформированных уровней в массиве i е [l..n] и выполняется требуемая функция математического, логического или комбинированного типа (табл. 2) [4]. В свою очередь, движение ИП целесообразно описать таблицей маршрутизации процессов, в виде графа (рис. 2), где узлы объектов принадлежат уровням Ui, а фильтр процессов ppf анализирует ИП в соответствии с маршрутами объектов. Обработка информации ИП требует применения ИАД методов в качестве СППР инструментов для руководителя ВОО, выполненных на логике функционирования объектов, основанных на базе ИАД методах, что формализуется UML средствами [2].
Таблица 2.
Типизация элементов знаний работы с объектами ВОО
Тип применения ИАД Комментарий
Ситуативный Определение ситуации состояния взаимодействующих объектов
Адаптационны й Подстраиваемый ИАД метод для объекта
Базовый Шаблонный метод
Модернизируе мый Изменённый шаблонный метод
Хранимый Хранимый и не изменяемый метод ИАД
Визуализируем ый Графическое отображение информации
Калькулируемы й Математический анализ (статистика, графики, функции)
Поиск объектов и адаптации процессов, может быть выполнен при помощи средств ИАД, как функции определения кратчайших путей до
требуемых объектов [9]. Алгоритм вычисляет таблицы маршрутизации по
6
отдельности для каждой вершины o объекта-адресата OU, где для каждого адресата v строится граф Gsp, с корнем в вершине v и преобразует в оптимальный вид. Каждый узел хранит состояние объектов, а также расстояние до вершины v и до имени "соседа", которому направлен пакет по маршруту. При каждом действии узел o отправляет известную оценку расстояния D [v] до вершины v всем соседям, кроме своей принадлежащей вершины. Как только узел o получает от своего соседа сообщение и обнаруживает нужное условие d + ^ow < Do [v] равенства соседних узлов графа G , в узле u значение заданной переменной обхода принимается равным d + ^ow, где v выступает управляющим параметром, d - расстояние [9]. Алгоритм реализуется в виде функции и применяется вызовом из QV, где поддерживается ассоциативный поиск, а также предусмотрено дополнение условий расширенного поиска, что применимо и для других механизмов, формируемых на базе ИАД методов [3].
Используя данную нотацию в QVS (листинг 1), в [operator1] и [operator2] можно производить вызов как математических, так логических функций для анализа текущих данных в необходимом виде с построением макета, основанного на ИАД-методах, а также зарезервированных операторов и функций QV, с указанными параметрами [parameters] и вызовов функций VBA.
expression :: = (constant constant |// строка (текст, дата ...), заключенная в прямые ""
fieldref | // имя поля загруженной таблицы
operatorl expression | // унарный оператор (работающий над одним выражением)
expression operator2 expression | // бинарным оператором (с двумя - по сторонам)
function | ( expression ))
Листинг 1. Общая конструкция и синтаксис выражения
Внедрение функций на основе ИАД методов не противоречит построенной модели ИП ВОО на базе недетерминированных конечных автоматов (НКА), как разновидности базовой модели КА (рис. 2), не зависимо от отличий модели Мили и Мора [10]. Применение ИАД методов может быть выполнено различными способами обработки объектов графа ИП [9].
Методы ИАД достаточно эффективно работают при анализе свойств объектов, например, поиска наиболее психологически близких детей по типу мышления, творчеству, образованию, социальному аспекту и т.д. Это является наиболее важным для выбора правильного решения в направлении усилий эффективного развития учащихся, поскольку выбор ответов вероятностными методами в тестах не демонстрирует на данный момент глубоких знаний и проработки каждого из предложенных вариантов ответов со стороны учащихся.
Также ИАД методы возможно применять для оптимизации процессов функционирования образовательного документооборота в целях исключения дублирования «витков» движений документов на всех стадиях, а также исключения пересекаемых зон ответственности ответственных лиц для снижения инцидентности. Применение ИАД и математических методов значительно повышают эффективность работы руководителей в управлении процессами, поскольку обеспечивают своевременный анализ, индикацию и динамику событий [10]. Эффективность комбинированных методов заключается в возможности получения информации с динамическими параметрами критериев, задаваемых через значения выбора функций, таких как: время формирования ответов, результаты тестов обучающихся и другие средства, что даёт возможность определение качества, глубины знаний по отдельным предметам, фактам отсутствия творческого мышления по результатам тестов учащихся [4].
Рисунок 2. Общая схема движения ИП и применения СППР функций в
ВОО
Применение дополнительных статистических методов позволяет провести частичный анализ текущих данных учебного процесса, что в QV выполняется вычисляемыми формулами. Аналитические инструменты QV обеспечивают выполнение сравнительного анализа данных, выделенных объектов с заданными критериями [3].
Необходимо отметить, что QV обладает развитым инструментом (2D/3D) визуализации, предоставления информации в виде таблиц, множества типов диаграмм, графиков в интеграции с функциями математического анализа, формами отчётов, экспортом документов.
Как результат реализация инструментов ВОО QV, позволяет обеспечить гибкий функциональный комплекс, в интеграции с СППР, для эффективного управления организационно-экономическими процессами со стороны руководителей всех звеньев.
Необходимо также отметить, что интегрируя систему ВОО с инновационными инструментальными средствами и решениями для слепого, звукового и графического ввода информации (тексты, схемы, звук), средствами сенсорной поверхности и распознавания образов, звука-речи для голосового управления объектами, значительно расширяется область
применения и предоставления возможности получения образования лицам с ограниченными возможностями здоровья [7].
Реализация функциональных инструментов данным походом как стандартных, интеллектуальных на базе методов ИАД, так и комбинированных, в интеграции с математической моделью недетерминированных конечных автоматов, свидетельствует об отличительных свойствах ВОО [10] и подтверждает научную новизну, а также практическую полезность предлагаемого решения.
На основании изложенного можно заключить, что эффективное функционирование инструментов достигается в результате плотной интеграции языковых и математических средств с методами ИАД и базами знаний предметных областей, что подтверждено полученными результатами выполненных исследований.
Библиографический список:
1. Алексеев В.А., Колосов С.П. Развитие функций интеллектуального анализа данных в терморегуляторах с целью повышения энергосбережения при управлении системами обогрева помещений/ Автоматизация и ИТ в энергетике // №2 (55) февраль 2014 г., C. 5 - 13.
2. Буч Г., Якобсон А., Рамбо Д. UML. 2е изд. Классика СБ.СПб.:2005 г.-756 с.
3. Жуков Г., Маневич О. QlikView - калейдоскоп управленческих возможностей/ профессиональный журнал о технологиях страхового рынка// №1/2011 г., С. 8-15.
4. Колосов С.П. Интегрирование методов анализа иерархий и построения моментального состояния с целью повышения функциональности диагностики систем в управлении оборудованием / Автоматизация и ИТ в нефтегазовой области // №1 (19) январь - март 2015 г., С. 4 - 12.
5. Скотт Урман, Oracle 9i. Программирование на языке PL/SQL. Разработка эффективных приложений с помощью PL/SQL - М.:«Лори», 2008 г.,- 528 с.
6. Ковшов Е.Е., Манахов П.А. Модели и методы интерактивного взаимодействия с вычислительными устройствами нового поколения //Прикладная информатика. №3.2012. С.71-81.
7. Ковшов Е.Е., Манахов П.А. Применение инновационных решений для слепого ввода информации посредством сенсорной поверхности / Современные проблемы науки и образования // №2/2012 г. С. 47 - 56.
8. Ковшов Е.Е., Мартынов П.Н. Разработка информационной системы для управления инновациями на основе «облачных» программных технологий // Научно-методический журнал «Межотраслевая информационная служба», № 4. - М.: ФГУП «ВИМИ», 2012. - С. 37-42.
9. Телль Ж. Введение в распределённые алгоритмы. «Издательство МЦНМО», М:2 009 г. - 616 с.
10. Шемякина Е.В. Построение модели и структуры системы поддержки принятия решений руководителя виртуальной образовательной организации // Интернет-журнал«РЭИЖ»,№2-2016г./http://www.e-rei.ru/upload/iblock/17f/17ff8e88bbd06b73d65b8daafc1ccecc.pdf
References:
1. Alekseev V. A., Kolosov S. P. Development of data mining functions in the controllers with the aim of improving energy efficiency in the management of the heating systems/ automation and it in power engineering. №2 (55) February 2014, pp. 5 - 13.
2. Butch G., Jacobson A., Rumbaugh D. UML. 2nd ed. Classic CS.SPb.: 2005, -756 p.
3. Zhukov G., Manevitch O. QlikView - a kaleidoscope of managerial skills/ professional magazine about technology of the insurance market. No. 1-2011, pp. 8-15.
4. Kolosov S. P. Integration of methods of analysis of hierarchies and build the instantaneous status, with the aim of improving the functionality of the
diagnostic systems in the office equipment automation and it in oil. No. 1 (19) January - March 2015, pp. 4 - 12.
5. Scott Urman, Oracle 9i. The programming language PL/SQL. Develop effective applications with PL/SQL - M.:"Lori", 2008, - 528 p.
6. Kovshov E. E., Manah P. A. Models and methods of interaction with computing devices of new generation. Applied Informatics. No. 3. 2012, pp. 71-81.
7. Kovshov E.E., Manakhov P.A. Primeneniye innovatsionnykh resheniy dlya slepogo vvoda informatsii posredstvom sensornoy poverkhnosti. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya. №2/2012 g. s. 47 - 56.
8. Kovshov E. E., Martynov P. N. Development of information system for innovation management based on the "cloud" software technologies. Scientific-methodical journal "Interindustry information service", No. 4. - M.: the FSUE "VIMI", 2012, - pp. 37-42.
9. Tel G. Introduction to distributed algorithms. "Publishing house mtsnmo"., M.: 2009 - 616 p.
10. Shemyakina, E. V. Construction of model and system structure of decision support leader educational virtual organization // Internet magazine "RAIG". No. 2 - 2016 / http://www.e-rej.ru/upload/iblock/17f/17ff8e88bbd06b73d65b8daafc1ccecc.pdf
