Способ формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области Российский патент 2020 года по МПК G06F16/903 G10L15/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к информационным технологиям, в частности к способу формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области и может быть использовано для организации взаимодействия пользователя с информационной диалоговой системой посредством применения запросов на естественно-подобном языке.

Уровень техники

С целью автоматизации процессов информационной поддержки, качественного и оперативного решения поставленных задач, в различных областях применяются информационные системы. Формирование оперативной информации, отражающей на данный момент времени состояние объекта, на который направлена деятельность пользователя в таких системах организуется в диалоговом режиме. Диалоговый режим взаимодействия со стороны пользователя традиционно организуется на основе применения многоуровневого меню посредством использования стандартных средств ввода информации таких как клавиатура и графический указатель (мышь, трекбол). Применение такого способа со стороны пользователя ограничивается выбором необходимых команд в многоуровневом пользовательском меню и заполнением различных форм ввода, что приводит к снижению эффективности применения информационной системы из-за увеличения времени формирования оперативной информации.

Отметим, что на сегодняшний день достигнут значительный прогресс в разработке диалоговых систем на основе естественно-подобного языка. Так известно изобретение - система запросов на естественном языке для доступа к информационной системе описанный в патенте RU № 2269164 C2 (опубл. 27.01.2005), включающая в свой состав: систему распознавания, систему взаимодействия, информационную систему, системного аналитика и пользователя. Применение данной системы позволяет организовать взаимодействие пользователя с информационной системой с помощью языковых запросов. При получении запроса система преобразует его в текстовое представление, проверяет на соответствие грамматике, определенной с помощью установок фраз, сформированных системным аналитиком и лингвистом при анализе предметной области, производит запрос к информационной системе через модуль сопряжения и выполняет указанную команду.

Наиболее близким к предлагаемому решением, выбранным в качестве прототипа, является способ коммуникации пользователя с информационной диалоговой системой, описанный в патенте RU № 2530267 C2 (опубл. 10.10.2014). Данный способ включает в себя: активацию подсистемы пользовательского ввода, получение подсистемой запроса пользователя и преобразование его в текст, обработку диалоговым модулем полученного текста и ответа на запрос, отображение и/или воспроизведение сформированного ответа. Причем подсистема пользовательского ввода имеет возможность получения информации как при помощи естественно-языкового запроса, так и ввод информации при помощи клавиатуры.

Общим недостатком описанных выше изобретений является наличие неоднозначности интерпретации запроса пользователя в диалоговом модуле, что может привести к выполнению двух различных операций или доступу к двум различным ресурсам, по одному и тому же запросу. Возникновение данных неоднозначностей при формировании оперативной информации во множестве специализированных областей применения является недопустимым, либо приводит к значительному увеличению времени формирования оперативной информации, так, например, в военной сфере неправильная идентификация государственной принадлежности воздушного объекта может привести к непоправимым последствиям, в медицине ошибочно диагностированные симптомы заболевания приведут к неправильному лечению пациента, а при устранении последствий чрезвычайной ситуации важна каждая секунда, затрачиваемая на правильное принятие решения. Устранение описанного недостатка возможно путем дополнительного включения в информационную диалоговую систему модуля понятийно-графического представления предметной области, устанавливающего взаимосвязь всех понятий предметной области и модуля предикатной модели запроса, позволяющей формализовано описать структуры запросов пользователя.

Раскрытие изобретения

В основу изобретений положена задача, разработать способ формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области, реализация которого позволит сократить время формирования оперативной информации исключая возможность неверной интерпретации запроса пользователя на естественно-подобном языке.

Поставленная задача решается тем, что разработанный способ формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области включает этапы: описание системным аналитиком, лингвистом понятийно-графического представления предметной области, формирование предикатной модели запроса, активация пользователем подсистемы пользовательского ввода, ввод пользователем запроса, прием и преобразование запроса пользователя в текст подсистемой пользовательского ввода, передачу текста, полученного в результате преобразования запроса диалоговому модулю, передача диалоговым модулем текста, прошедшего лингвистический анализ в модуль предикатной модели запроса, определение структуры запроса в соответствии с предикатной моделью, передача определенной структуры запроса в диалоговый модуль, формирование диалоговым модулем ответа на запрос, передачу ответа пользователю, отображение и/или воспроизведение сформированного ответа.

Информационной диалоговой системой в контексте данной заявки является система, оснащенная подсистемой пользовательского ввода, подсистемой генерации и распознавания голоса, дисплеем и клавиатурой пользовательского устройства, диалоговым модулем, модулем понятийно-графического представления предметной области, модулем предикатной модели запроса.

Модуль понятийно-графического представления содержит описание предметной области и позволяет согласовать графическое представления объектов отображения с предметными понятиями определенными фреймовой моделью знаний. В качестве исходного ресурса при описании знаний предметной области на этапе инициализации работы диалоговой системы системный аналитик применяет комплект документации, описывающей работу системы в данной области. Концептуальный анализ документации позволяет сформировать множество понятий и отношений, выступающей основой для фреймовой модели представления знаний. Подход к представлению системы в виде фреймовой модели, предоставляет возможность использования предметных понятий и терминов естественного языка.

Фреймовая модель определяется объединением фреймов двух видов: фреймов-экземпляров и фреймов-ролей, описывающих сущностный и ролевой аспекты. Однако фреймовая модель знаний не позволяет произвести графическое описание объектов отображения. С этой целью описание понятийно-графического представление предметной области осуществляется на основе согласования графического представления объектов отображения с понятийным представлением объектов определенным фреймовой моделью.

Алгоритм поясняющий формирование понятийного представления объектов (ППО) отображения устанавливающего соответствие между объектами отображения и предметными понятиями, связанными с этими объектами представлен на фигуре 1. На первом шаге алгоритма формируются фреймы-прототипы путем разбиения множеств фреймов по группам фреймов. Далее для каждой группы фреймов () определяется соответствующий фрейм-прототип () путем объединения слотов всех фреймов -ой группы:

На основе совокупности фреймов-прототипов () и () формируется объединенное множество слотов по следующему правилу:

где – набор всех слотов фреймов-прототипов .

Дальнейший анализ совокупности слотов () направлен на их классификацию в соответствии с принципами объектно-ориентированного подхода, в результате чего множество разбивается на два подмножества:

 - совокупность слотов, которые имеют визуализируемое представление;

 - совокупность слотов-скаляров, которые не используются при визуализации информации;

Следуя принципам объектно-ориентированного подхода, на основе множества слотов () формируется совокупность () типов классов, а на основе множество слотов-скаляров ()совокупность () полей классов.

Это позволяет сформировать множество классов (), которое определяют предметное описание предметной области.

Для формирования предметного объектно-ориентированного представления с каждым фреймом сопоставляются соответствующие классы и производится заполнение полей этих классов значениями, определяемыми слотовой структурой каждого фрейма ().

На основе каждого из классов (K_j) формируется множество объектов O(K_j), которые определяют соответствующие объекты отображения. В соответствии с этим понятийное представления объектов отображения представляется в виде:

где множество объектов () определяет все объекты отображения, а отображение () определяется произведенной классификацией ().

Графическое представление объектов (ГПО) отображения определяет правила построения графических элементов, изложенными в нормативных документах, на основе множества графических примитивов вывода, используемых для визуализации объектов отображения. На этом этапе определяется множество графических примитивов вывода (), используемых для визуализации объектов отображения (). При этом с каждым объектом отображения () сопоставляется совокупность графических примитивов (), которая формирует графический контекст () для визуализации одного объекта (). В соответствии с этим графическое представление объектов отображения представляется в виде:

где отображение определяется совокупностью соответствий .

Совмещение понятийного и графического представления осуществляется на основе паттернов. Паттерны формируются для каждого объекта отображения с учетом их понятийного и графического представления.

Всякий паттерн () формально представляется в виде двухэлементного кортежа, в котором одновременно отражены предметный и графический аспекты объектов отображения:

Паттерны формируются для всех объектов отображения

Созданное таким образом множество паттернов (полностью описывает знания предметной области и не допускает возникновения неоднозначности в запросе пользователя на понятийном уровне.

Модуль предикатной модели запроса содержит описание всевозможных структур пользовательского запроса в виде предикатных формул записи. Основываясь на понятийно-графическом представлении предметной области системный аналитик, лингвист описывает структуру запросов в рамках конструкций естественно-подобного языка.

По структуре запрос является двухкомпонентным кортежем:

где - исполняемая команда,

- набор условий, определенных в запросе.

Условия запроса () описываются предикатной формой записи на основе логики предикатов первого порядка, а запрос представляется в виде предложений, которые используют предикатные формулы и понятия естественного языка.

Предикатная модель использует два вида языковых элементов – термы и отношения, использование которых в рамках формализма логики предикатов создает основу представления запросов в виде совокупности простых предложений естественного языка. Объединение в структуре запроса нескольких простых предложений в одно сложное предложение осуществляется с использованием определительных оборотов естественного языка. Правила формирования условий определяются таким образом, что каждый последующий элемент запроса направлен на уточнение свойств термов, используемых в предыдущих элементах запроса.

Под запросом пользователя понимается подаваемая им голосовая команда или вводимый с клавиатуры текст. В соответствии с работой способа на основе грамматического анализа в структуре запроса выделяется команда () например: «вызвать», «увеличить», … , «показать» и предложение запроса (), содержащее условия . Предикатно-предметная интерпретация предложения () устанавливает его предметную корректность и формирует множество предикатных структур запроса () в предметных терминах, соответствующих условиям запроса (). Множество предикатных структур запроса позволяет определить совокупность соответствующих объектов (,), а также множество связанных с ними паттернов ().

Совокупность графических примитивов в структуре каждого паттерна определяет его графический контекст. В соответствии с этим графический контекст () формируемого объекта формально определяется по следующему правилу:

Графический контекст визуализируется на средствах отображения.

Заявленное изобретение поясняется при помощи фигуры 2, где представлена схема реализации способа формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области, обязательные для выполнения и опциональные этапы, такие как:

1) описание системным аналитиком, лингвистом понятийно-графического представления предметной области;

2) формирование предикатной модели запроса;

3) активация пользователем подсистемы пользовательского ввода и ввод пользователем запроса, выполнение приема и преобразования запроса пользователя в текст посредством подсистемы пользовательского ввода;

4) передача текста, полученного в результате преобразования, диалоговому модулю;

5) передача диалоговым модулем текста, прошедшего лингвистический анализ в модуль предикатной модели запроса;

6) определение структуры запроса в соответствии с предикатной моделью, передача определенной структуры запроса в диалоговый модуль;

7) формирование диалоговым модулем ответа на запрос и передача его пользователю;

8) отображение сформированного ответа на дисплее;

9) воспроизведение сформированного ответа в виде голосовой реплики посредством подсистемы генерации и воспроизведения голоса;

Предлагаемый способ в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами. В отличие от прототипа, в предлагаемом способе системный аналитик производит формализацию предметной области в виде фреймовой модели, описывает понятийное и графическое представление объектов отображения, производит их объединение в понятийно-графическое представление, а также формирует предикатную модель запроса, что позволяет использовать термины и понятия естественно-подобного языка, исключает возможность неправильной интерпретации структуры запроса пользователя и ошибок в описании предметной области.

Промышленная применимость.

Данный способ может быть реализована в специализированных информационных системах, что повысит эффективность их применения за счет сокращения времени формирования оперативной информации.

Изобретение относится к способу формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области. Техническим результатом является сокращение времени формирования оперативной информации за счет исключения возможности неверной интерпретации запроса пользователя на естественно-подобном языке. Способ заключается в том, что производится описание информационной системы в виде фреймовой модели знаний, формирование понятийного и графического представлений объектов отображения, совмещение понятийного и графического представлений в виде паттернов, определение множества команд и условий запроса на естественно-подобном языке, формирование предикатной модели запроса в виде кортежа «команда», «условие», активация подсистемы пользовательского ввода, ввод запроса, прием и преобразование запроса в текст подсистемой пользовательского ввода, передача текста диалоговому модулю, передача диалоговым модулем запроса, прошедшего лингвистический анализ, в модуль предикатной модели запроса, определение структуры запроса в соответствии с предикатной моделью, передача определенной структуры запроса в диалоговый модуль, формирование диалоговым модулем ответа на запрос, передача ответа пользователю. 2 ил.

Способ формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области, при котором: производится описание информационной системы в виде фреймовой модели знаний на основе комплекта документации на нее, формирование понятийного представления объектов отображения, формирование графического представления объектов отображения, совмещение понятийного и графического представления в виде паттернов, определение множества команд запроса на естественно-подобном языке, определение множества условий запроса на естественно-подобном языке, формирование предикатной модели запроса в виде кортежа «команда», «условие», активация подсистемы пользовательского ввода, ввод запроса, прием и преобразование запроса в текст подсистемой пользовательского ввода, передача текста, полученного в результате преобразования запроса, диалоговому модулю, передача диалоговым модулем запроса, прошедшего лингвистический анализ, в модуль предикатной модели запроса, определение структуры запроса в соответствии с предикатной моделью, передача определенной структуры запроса в диалоговый модуль, формирование диалоговым модулем ответа на запрос, передача ответа пользователю, отображение и/или воспроизведение сформированного ответа.