Способ построения диалогового режима на естественно-подобном языке при решении автоматизированных задач управления в комплексах средств автоматизации Российский патент 2021 года по МПК G10L15/08 G06F3/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области информационных технологий, в частности к способу построения диалогового режима на естественно-подобном языке при решении автоматизированных задач управления в комплексах средств автоматизации и может быть использован для повышения оперативности управления путем сокращения работного времени операторов.

Уровень техники

В настоящее время в различных общественных и государственных сферах в целях повышения обоснованности и оптимальности принимаемых решений применяются автоматизированные системы управления (АСУ). Согласно ГОСТ 34.003 – 90 – «АСУ – это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций». Одним из наиболее существенных частных показателей, влияющих на эффективность АСУ является оперативность системы. Количественно оперативность АСУ оценивается работным временем операторов КСА - их временными затратами на выполнение поставленных задач. Существенный вклад в значение данного времени вносит время решения автоматизированных задач управления. Под этим временем понимается время необходимое на выполнение действий и распоряжений по выборке (извлечению) и объединению в определенном интегрированном виде совокупности данных необходимых оператору КСА для принятия решения.

Отметим, что в КСА решение автоматизированных задач управления осуществляется на автоматизированном рабочем месте (АРМ) посредством, выполнения последовательности команд, формируемых стандартными средствами ввода информации (клавиатура и графический указатель (мышь, трекбол), путем последовательного выбора того или иного пункта многоуровневого пользовательского меню информационной модели (ИМ) АРМ и ввода соответствующих данных. ИМ представляет собой совокупность определенным образом упорядоченных данных, представляемых средствами отображения информации и несущих информацию об обстановке, управляемых и неуправляемых объектах, их состояниях функционирования. Решение задач управления на АРМ КСА реализуется в диалоговом режиме. В соответствии с ГОСТ 15971-90 под диалоговым режимом понимается режим взаимодействия оператора с системой обработки информации, при котором оператор и система обмениваются информацией в темпе, который соизмерим с темпом обработки информации человеком.

При существующем способе организации диалогового режима в современных КСА значительное количество времени затрачивается оператором именно на работу с многоуровневым пользовательским меню ИМ. Одним из наиболее предпочтительных направлений сокращения времени решения автоматизированных задач управления является построение диалогового режима на естественно-подобном языке.

На сегодняшний день достигнут значительный прогресс в разработке систем, позволяющих производить решение задач в диалоговом режиме на естественно-подобного языке. Так известно изобретение - «система запросов на естественном языке для доступа к информационной системе» описанный в патенте RU №2269164 C2 (опубликован 27.01.2005), включающая в свой состав систему распознавания, систему взаимодействия, информационную систему, системного аналитика и пользователя. Известен «способ коммуникации пользователя с информационной диалоговой системой», описанный в патенте RU №2530267 C2 (опубликован. 10.10.2014), включающий в себя этапы: активации 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. Также известен «способ синтеза самообучающейся аналитической вопросно-ответной системы с извлечением знаний из текстов» патенте RU 2345416 C1 (опубликован 27.01.2009). Общим недостатком описанных выше изобретений является применение на этапах описания предметной области и обработки естественно-подобного языка вероятностных моделей, что может привести к выполнению двух различных действий или доступу к двум различным объектам, при выполнении одного запроса и как следствие увеличению времени, затрачиваемому на правильное принятие решения, или вовсе к неправильному его принятию. Возникновение данных ошибок при решении задач управления во множестве специализированных областей применения является недопустимым. 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.

Наиболее близким к предлагаемому способом, выбранным в качестве прототипа, является: «способ формирования оперативной информации на основе формализованной концептуальной модели предметной области», описанный в патенте RU №2737598 C1 (опубликован 01.12.2020), включающий в себя следующие этапы: описания информационной системы в виде фреймовой модели знаний на основе комплекта документации на нее, формирования понятийного представления объектов отображения, формирования графического представления объектов отображения, совмещения 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, передачу ответа пользователю, отображение и/или воспроизведение сформированного ответа. Данный способ лишен недостатков описанных выше изобретений, однако его применение при решении автоматизированных задач управления имеет ограничения. В зависимости от мощности множества данных вводимых оператором задачи управления имеют различную арность. Способ описанный в патенте RU №2737598 C1, применим для задач управления в которых мощность такого множества равна единице, то есть оператор вводит только одно данное для решения автоматизированной задачи управления. Решение автоматизированных задач управления с арностью более единице характеризуется тем, что оператору необходимо знать и помнить не только большое количество данных, которое необходимо для решения той или иной автоматизированной задачи управления, но и порядок ввода этих данных. Указанное обстоятельство, а также обширный перечень автоматизированных задач управления, реализованных в КСА, будет неизбежно приводить к многочисленным ошибкам при вводе данных и, как следствие, либо к ошибочному решению задачи управления, либо к невыполнению задач управления вовсе. Соответственно время на решение автоматизированных задач управления будет увеличиваться.

Описанный способ никак не учитывает достаточность данных для решения автоматизированных задач управления и их допустимых значений, а также порядок их решения.

Устранение описанных недостатков возможно путем организации диалогового режима на естественно-подобном языке, в котором для каждой автоматизированной задачи управления формируется сценарий диалога, который отражает порядок и достаточность данных для решения задачи управления, а также реализована процедура анализа запроса оператора, которая позволит сформировать адаптивный сценарий диалога между оператором и АРМ КСА на естественно-подобном языке, в процессе которого будет формироваться запросы со стороны АРМ КСА, направленных либо на ввод недостающих данных для решения задачи управления, либо на их уточнение.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача, по разработке способа построения диалогового режима на естественно-подобном языке при решении автоматизированных задач управления в комплексах средств автоматизации, реализация которого позволит сократить время решения задач управления, арность которых более единицы, исключая при этом возможность неверной интерпретации запросов и ответов оператора.

Поставленная задача решается тем, что разработанный способ построения диалогового режима на естественно-подобном языке при решении автоматизированных задач управления в комплексах средств автоматизации включает этапы: представления в терминах и понятиях предметной области информационной модели автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, формирования фреймовой модели путем объединения фреймов-экземпляров и фреймов-ролей, формирования множества наименований продукций, сфер применения продукций, условий и постусловий применения продукций, антецедентов и консеквентов продукций, формирования продукционно-фреймовой модели, формирования ориентированного графа диалога путем определения множества шагов диалога и функции отображения между ними, определения компонент сильной связности графа диалога, определения весов шагов диалога внутри компонент сильной связности, нагрузка ориентированного директивного графа диалога весами, формирования предикатной модели запросов и ответов оператора и автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, определения морфологии, синтаксиса и семантики языка диалога; активация подсистемы пользовательского ввода, ввод запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, прием и преобразование запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в текст подсистемой пользовательского ввода, передача текста, полученного в результате преобразования запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации диалоговому модулю, передача диалоговым модулем запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации прошедшего морфологический, синтаксический и семантический анализ в модуль предикатной модели запросов и ответов, определение структуры запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в соответствии с предикатной моделью, передача определенной структуры запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в диалоговый модуль, выделение взвешенного ориентированного графа диалога в соответствии с командной частью запроса, проверка множества условий запроса, представления множества условий запроса в виде пустого графа, формирования директивного графа диалога адаптивного запросу оператора, формирования адаптивного сценария диалога по критерию минимального веса, выбор шага диалога из адаптивного сценария с наименьшим весом, формирования диалоговым модулем ответа когда вес шаг диалога равен нулю или формирования запроса автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации для шага диалога с весом не равным нулю, передача запроса или ответа оператора, лингвистический анализ ответа оператора; визуализация на средствах отображения результатов решения задачи управления.

Отметим, что информация, используемая в КСА, разделяется на процедурную и декларативную. Процедурная информация овеществлена в программах, которые выполняются в процессе решения задач управления, а декларативная - в данных, с которыми эти программы работают. Решение любой задачи управления при этом представляется как выполнение программы, реализующей определенный алгоритм над множеством данных :

Совокупность множества алгоритмов, реализованных в КСА определяет его математическую модель представления структуры задач управления:

где k - количество задач управления решаемых в КСА. В математической модели каждый элемент множества данных является алгебраической величиной, выраженной в значение атрибута объекта представленного базе данных (БД) КСА. Однако, оператор в процессе мыслительной деятельности оперирует не объектами и атрибутами, представленными в БД КСА, а понятиями и их свойствами. Данное различие в представление данных не позволяет перейти к возможности решения автоматизированных задач управления в диалоговом режиме на естественно-подобном языке, и обуславливает требование к разработке модели представления данных, которая позволит соотнести понятия, которыми оперирует оператор с объектами, представленными в БД КСА. Решение данной задачи в предложенном способе осуществляется путем применения продукционно-фреймовая модель (ПФМ) представления знаний предметной области. В этой модели декларативные знания выражаются в виде фреймов , а процедурные в виде продукций , определяющих достаточность и порядок данных, необходимых при решении задач управления.

Для формирования ПФМ, необходимо ИМ АРМ представить в терминах и понятиях предметной области. В качестве исходного информационного ресурса для этого используется существующая информационная модель отображения, информация из БД КСА, ГОСТ, эксплуатационная документация на соответствующий КСА, а также нормативные документы и руководства по работе. На основе информации, содержащейся в ИМ РМ, определяется множество объектов предметной области , а также множество возможных отношений между ними .

Сформированные множества выступают основой для определения типов и структур фреймов () в виде упорядоченного множества (кортежа) слотов:

где каждый слот в общем виде имеет следующую структуру:

где - множество значений слота , - демон слота .

Построение фреймовой модели осуществляется путем объединения фреймов двух видов: фреймов-экземпляров и фреймов-ролей , описывающих сущностный и ролевой аспекты. Сущностный аспект отражает наличие объектов, представленных в ИМ, а ролевой функциональную сторону, выполняемую этими объектами.

Определение множества данных необходимых и достаточных для решения задач управления осуществляется на основе объединения ФМ и продукционной модели (ПМ). Основой формирования продукционной модели является та часть ИМ РМ КСА которая отражает порядок и условия решения задач управления.

В общем виде под продукцией понимается выражение вида:

где - наименование продукции, - сфера ее применения, и -условие и постусловие применения продукции соответственно, - ядро продукции.

Наименование продукции это имя (уникальный идентификатор), с помощью которого данная продукция выделяется из всего множества продукций . В качестве элемента выступает уникальное имя в виде названия задачи управления. Элемент представляет сферу применения продукции, в рамках рассматриваемой предметной области. Выделение множества позволяет систематизировать продукции, что сокращает время их поиска, а также облегчает работу с системой продукций. Отметим, что множество сфер применения продукций является подмножеством булиана множества наименований продукций где множество всех подмножеств .

Основным элементом продукции является ядро , . Ядро продукции представляет собой правило, состоящее из посылки (антецедента) и заключения (консеквента). Посылка правила () представляет собой любое логическое выражение. Это может быть единственное условие или несколько условий. После определения посылки правила указываются необходимые действия системы.

Антецедент правила представляется в виде триплетов: «фрейм-слот-значение». Преимущество такого представления антецедентов является уточнение контекста, в котором применяются правила. Для формирования антецедента ядра продукции необходимо каждому элементу множества данных участвующих в решении задачи управления поставить в соответствие фрейм представленный в ИМ АРМ КСА, то есть: . Определенное на этой основе множество триплетов, представленных в конъюнктивной форме и формирует антецедент ядра продукции:

Консеквент ядра продукции определяет действие выполняемое системой. В КСА это инициализация (запуск) соответствующей задачи управления.

Также необходимо учесть случаи, когда результат решения одной продукции, является входным значением для другой. В этом случае говорят, что две продукции находятся в отношении - «результат расчета одной продукции является входными данными для другой». Продукции, находящиеся в таком отношении, называются «дочерними» и «родительскими». Результат решения задачи управления, описанной как «родительская», выполняет роль входных данных для «дочерней».

Формирование множества отношений между продукциями предусматривает выполнение последовательности операций представленных следующим алгоритмом (рисунок 1):

1. Определение для каждой продукции множества элементов антецедента представленных в виде триплетов - «фрейм-слот-значение».

2. Определение для каждой продукции результата выполнения действия консеквента ядра в виде триплетов - «фрейм-слот-значение» определенных в ФМ.

3. Поэлементное сравнение элементов множества антецедента ядра для i-ой продукции с результатом выполнения действия определенного в консеквенте ядра j-ой продукции

4. В случае если l-й триплет продукции равняется результату выполнения консеквента ядра j-ой продукции , то установлено что пары продукций находятся в отношение , т.е. результат расчета «родительской» продукции является входным данным для «дочерней» продукции .

5. Выполнение пунктов 3, 4 для каждой продукции из их полного множества.

Сформированное таким образом множество отношений между продукциями , позволяет сформировать множество постусловий применения продукций . Элементы данного множество активизируются только в том случае, если ядро продукции реализовалось, определяя необходимые к выполнению действия и процедуры.

Таким образом, если элемент множества определяет факт, что пары продукций находятся в отношении , элементу множества определяющему постусловие продукции , ставится в соответствие его «дочерняя» продукция .

Следующим элементом продукции является множество условий применимости ядра . В общем виде элементы этого множества представляют собой логические выражения в виде предикатов. Когда принимает значение «истина», ядро продукции активизируется. Если ложно, то ядро продукции не может быть использовано.

В качестве условия применимости ядра продукции применяется предикат «поступила команда на выполнение задачи управления » где в качестве предметной переменной выступает наименование задачи управления . Однако, поскольку полное наименование задачи управления имеет сложную структуру, что затрудняет ее запоминание оператором, и может приводить к ошибкам, ей ставится в соответствие сокращенное название, отражающее суть проводимых расчетов. Также, необходимо отметить, что возможны случаи когда условием применимости ядра может выступать его «дочерняя» продукция С целью учета таких случаев, необходимо проанализировать множество всех постусловий и поставить в дизъюнктивную форму предикат и все определенные запросы на выполнение от «дочерних» продукций:

где - предикат в виде команды на выполнение i-сокращенного наименования задачи управления, - запрос полученный от «дочерней продукции»

Сформированные таким образом элементы , , , , и позволяют полностью описать представление объектов ИМ АРМ КСА и отразить условия решения задач управления необходимые с точки зрения оператора, объединяя декларативные и процедурные знания в одной модели.

Следующий этап работы способа направлен на описание структуры диалога между оператором и АРМ КСА и определение приоритета вводимых при этом данных. Все сообщения, которыми обмениваются участники диалога между собой образуют единую сложную конструкцию, называемую структурой диалога. Описание структуры диалога производится путем его декомпозиции на части, называемые шагами диалога . В общем случае под шагом диалога понимается законченная процедура интерактивного взаимодействия оператора И АРМ КСА, представленная в виде пары «действие-реакция». Сообщение активного участника диалога соответствует «действию», а пассивного - «реакции». Последовательность переходов между множеством шагов диалога необходимая для достижения поставленной цели называется сценарием диалога.

Формализация структуры диалога производится в виде графа диалога , где счетное множество шагов диалога, а - функция отображения , в которой , если существует шаг диалога, задаваемый траекторией , при этом данное отображение определяет на графе множество ориентированных ребер , . Для представления граф диалога в КСА применяется квадратичная матрица смежности:

элементы которой представляются нулями или единицами по следующему правилу: элемент , стоящий на пересечении -ой строки и -го столбца, равен единице, если имеется ребро, соединяющее вершины и , и равен нулю в противном случае, т.е.

Исходной информацией для формирования графа диалога выступает продукционно-фреймовая модель (ПФМ) . На ее основе для каждой отдельной i-ой задачи управления определяется множество шагов диалога путем сопоставления их с соответствующими

элементами антецедента ядра i-ой продукции .

Выполнение процедуры определения функции отображения между шагами диалога на множестве производится путем анализа множества нормативных документов на КСА. Описанные в нормативных документах алгоритмы решения задач управления, позволяют определить связи между шагами диалога в виде ориентированных ребер .

Задачей следующего этапа является формирование приоритета порядка ввода данных. Отметим, что оператор при взаимодействии с АРМ КСА на естественно-подобном языке хоть имеет возможность выбора наиболее удобной для него точки входа в диалог, а также перехода между шагами диалога, условия решения задач управления накладывают на него ряд ограничений. Так, существуют задачи управления, в которых после ввода группы данных оператор получив промежуточный результат, анализирует его и продолжает ввод. Описанное обстоятельство приводит к возникновению таких шагов диалога , для прохождения которых необходимо сначала пройти шаг диалога . Следовательно структура графа диалога на естественно-подобном языке представляется в виде ориентированного слабо-связанного графа, т.е. выполняется условие что между двумя шагами диалога может не оказаться соединяющих их ребер , но между ними обязательно должен существовать по крайней мере один соединяющий их маршрут. Данное обстоятельство приводит к необходимости разделения графа диалога на соответствующие компоненты сильной связности. С этой целью на множестве шагов диалога вводится бинарное отношение эквивалентности «». Отношение эквивалентности «» порождает разбиение этого множества на классы эквивалентности или компоненты сильной связности графа диалога .

Для нахождения компонент сильной связности, на графе диалога определяется матрица достижимости и матрица сильной связности . Матрица достижимости - это бинарная матрица замыкания по транзитивности отображения , в которой содержится информация о существовании путей между шагами диалога . Такая матрица формируется по следующему правилу:

где - путь из i-го шага диалога в j-й.

При построение такой матрицы необходимо учесть все пути длиной от 1 до -1, где n - количество шагов диалога в графе. Длиной пути называется число ребер, используемых в пути. Матрица смежности дает информацию о всех путях длины 1, а для поиска путей длины 2 необходимо найти ее композицию саму с собой: , т.е.:

Следуя, указанной выше логике после нахождения матриц композиций для всех , -1 будет получена информация о всех путях длины от 1 до -1. При применении операции дизъюнкции на полученном множестве композиций формируется матрица достижимости по следующему правилу:

Матрица сильной связности - это симметричная бинарная матрица, содержащая информацию о всех сильно связанных вершинах в графе диалога, заполняемая по правилу:

Построена такая матрица может быть из матрицы достижимости по формуле:

Дальнейшие действия по выделению компонент сильной связности основаны на анализе матрицы сильной связности по алгоритму представленному на рисунке 2. В данной матрице необходимо определить шаги диалога, которым соответствуют единицы в первой строке. Полученное множество - это множество шагов диалога j-ой компоненты сильной связности . Удалив из матрицы сильной связности строки и столбцы, содержащие шаги диалога j-ой компоненты сильной связности необходимо повторить описанные действия до тех пор, пока не будет получена пустая матрица , не имеющая ни столбцов, ни строк. На первом этапе работы алгоритма определяются две вспомогательные переменные: - для хранения количества компонент сильной связности которая на первом шаге инициализируется значением 0 и копию исходной матрицы сильной связности . Далее проверяется условие что копия исходной матрицы не является пустым множеством . В случаи когда данное условие принимает значение «истинна», количество компонент сильной связности p увеличивается на единицу, а к множеству добавляются шаги диалога которым соответствует единица в первой строке матрицы Матрица смежности для p-ой компоненты сильной связности формируется путем выполнения двух вложенных циклов по всем строкам и столбцам матрицы . В данном цикле проверяется условие существования ребер соединяющих шаги диалога в исходной матрице смежности . Если ребро существует в матрице, то делается вывод что оно существует и в его подматрице . Удалив из матрицы строки и столбцы, соответствующие шагам диалога множества возвращаемся к проверке первого условия: до тех пор пока оно не станет ложным. Когда данное условие становится ложным работа алгоритма заканчивается.

Следующий этап направлен на определение приоритет шагов диалога внутри компонент сильной связности . Для этого необходимо установить в какой взаимосвязи между собой находятся шаги диалога. Такую взаимосвязь возможно отследить на основе иерархии определяемой межфреймовыми связями. Для этого фреймовая модель представляется в виде ориентированного графа , где - вершины графа (уникальные имена фрейма или слота), а связи между вершинами и проводится сравнение шагов диалога из множества с элементами ФМ начиная с фрейма верхнего уровня и до нижнего. Чем раньше в ФМ находится данное которое представленное в шаге диалога, тем ранее его необходимо ввести.

Для осуществления операции сравнения на элементах ФМ вводятся следующие операции: - получения значения имени фрейма и - получения значения слота. Также в соответствии с алгоритмом определения приоритета шагов диалога на основе межфреймовых связей представленным на рисунке 3 задается множество L содержащее шаги диалога упорядоченные в соответствии с отношением частичного порядка на основе иерархии ФМ. Иерархия фреймовой модели определяется на основе расстояния - числа ребер составляющих кратчайший путь от вершины фрейма верхнего уровня до вершины . Элементы фреймовой модели находятся на одном уровне, если у них одинаковое расстояние. Отношение над шагами диалога говорит о том что шаг диалога находится выше или на одном уровне иерархии с шагом диалога .

Обход ФМ осуществляется на основе поиска в ширину. При поиске в ширину вершины обходятся по уровням, где посещается каждая вершина на определенном уровне прежде чем перейти на следующий. Для осуществления поиска в ширину определяются следующих структур данных:

Очередь - вспомогательный буфер. В нее помещаются обойденные вершины. В очередь первый помещенный в нее элемент также извлекается первым. Для очереди определены следующие операции: - операция вставки нового элемента, - операция удаления нового элемента, - операция получения количества элементов в очереди.

Массив - содержащий данные о том, была ли отмечена (пройдена) вершина. Длина равна количеству вершин. Каждый элемент массива соответствует одной вершине графа, полученной из ФМ и может принимать два значения: 1 - вершина отмечена (пройдена) и 0 - вершина не отмечена.

При обходе выполняются следующие этапы:

1. определение пустого множества и массива заполненного нулями. До начала обхода все вершины являются неотмеченными;

2. выбор вершины верхнего уровня , с которой начинается обход;

3. вершина добавляется в очередь и отмечается в массиве как пройденная ();

4. из очереди извлекается вершина ;

5. проведение в цикле сравнения элементов шагов диалога из множества . с вершиной . В случае если результат сравнения «истина» - добавление в множество элемента ;

6. по списку смежности графа построенного по ФМ выбор вершин смежных с ;

7. если смежные с вершины не были раннее отмечены (то есть, если ), то они заносятся в очередь и отмечаются как пройденные ;

8. если в очереди находятся какие-либо вершины, то осуществляется переход к п. 4. Когда очередь становится пустой работа алгоритма завершается;

Полученное множество L определяет порядок шагов диалога внутри компоненты сильной связности.

Проведенные операции выделения компонент сильной связности и расстановка приоритета внутри них позволяют произвести нагрузку весами шагов диалога по следующему правилу:

где - номер компоненты сильной связности,

- функция возвращающая положение элемента в упорядоченном множестве определенном для компоненты сильной связности .

Применение описанной выше последовательности действий для всех задач управления позволяет сформировать полное множество взвешенных ориентированных директивных графов диалога , где m- количество задач управления.

Следующий этап способа направлен на описание допустимых естественно-языковых конструкций и языка, позволяющего организовать диалоговое взаимодействие между оператором и АРМ КСА. В зависимости от распределения ролей между участниками диалога выделяют активного и пассивного участника диалога. Сообщения активного участника называются запросами , а реакцией на них пассивного участника ответами . Также отметим, что в диалоговом режиме возможны случаи перехвата инициативы. Такие случаи возникают, как со стороны оператора, так и со стороны АРМ КСА. Таким образом, возникает необходимость описания запросов и ответов как со стороны АРМ КСА, так и со стороны оператора.

Сообщением инициирующим любой диалог является запрос. В общем виде любой запрос соответствует общепринятой структуре:

В данной структуре поле «Команда» определяет цель запроса. Учитывая цели запроса оператор поле «Команда» представляется в виде двухкомпонентного кортежа , где - множество директив, а - множество названий (имен) задач управления, являющихся их уникальными идентификаторами. При формировании запроса со стороны АРМ КСА поле «Команда» представляется в виде множества требований системы на ввод недостающих данных.

Принимая во внимание характер решаемых задач управления, как в запросе оператора , так и в запросе АРМ поле «Данные» определяется множеством , где каждый элемент данного множества представляется значением атрибута объекта . Учитывая, что данные представляются значениями атрибутов объектов, целесообразно определять их на основе условий , где - элементарное условие, с арностью.

Отметим, что каждое элементарное условие является некоторой функцией задаваемой над множеством объектов предметной области. В зависимости от количества объектов n над которыми задается условие, различают условия различной арности. Формально возможно задание условий арность которых равна мощности множества объектов определенных в предметной области , однако такие условия сложны в интерпретации и приводят к увеличению времени формирования запроса, поэтому целесообразно ограничится арностью условий . Таким образом, любое i-е элементарное условие , возможно задать непосредственно на основе атрибутом (совокупностью атрибутов) одного объекта , либо опосредованно через атрибуты других объектов имеющих связи не только с объектом , но и между собой. Элементарное условие , определяющее значение атрибута объекта задаваемое на основе одного объекта, представляется в следующем виде:

Когда элементарное условие задается опосредованно через несколько объектов: и , значение атрибута объекта определяется следующим выражением:

в случае, когда элементарное условие задается опосредованно через три объекта :

Следует отметить, что формально атрибуты объектов, которые участвуют в определении элементарных условий, целесообразно записывать в форме отношений вида или . В этой записи и являются предметными понятиями естественного языка, которые соответствуют объектам определенным в ФМ, а определяет вид (название) отношения между объектами в этой модели. В такой форме записи эти отношения являются логическими высказываниями, с областью определения «истина» и «ложь», а элементарные условия логическими формулами.

Элементарные условия удобно выражать в виде суждений, используя форму высказываний об атрибутах объектов и отношениях между ними. Применение только логики высказываний может быть недостаточно для определения элементарных условий , и . Поэтому при формировании условий на основе отношений целесообразно использовать предикатную форму записи, которая основывается на логике предикатов первого порядка. Использование языка предикатов позволяет создавать сложные высказывания, которые при формальной записи используют операции алгебры логики: конъюнкция, дизъюнкция, отрицание, а также кванторы существования и общности.

При таком подходе все значения атрибутов объектов, определяемые на основе элементарных условий, целесообразно записывать в виде составных формул на основе операций алгебры логики и отношений различной арности. Для записи таких формул в наиболее общем виде в качестве обозначения множество логических операций вводится знак «».

В таком случае условие задаваемое на основе атрибутов одного объекта, представляется в следующем виде:

где - унарные отношения, отражающие значения атрибута объекта .

В случае, когда условие определяется атрибутами двух объектов и составная формула иметь вид:

где - унарные отношения, отражающее атрибуты объектов и , а - бинарные отношения между объектами и

В случае, когда условие определяется атрибутами трех объектов: ,, составная формула иметь вид:

Также значения атрибутов объектов , с использованием исчисления предикатов возможно выражать с использованием кванторов.

Так например, значение атрибута объекта , задаваемое элементарным условием из выражения , может иметь вид:

Этот предикат определяет множество значений атрибута объекта для которых выполняется условие . Аналогично возможно представить предикаты, определяющие значения атрибутов объектов для элементарных условий и .

Представив в таком виде все элементарные условия, определяющие множество значений атрибутов объектов, условие определяющие поле «Данное» выражается в виде дизъюнкции элементарных условий:

В виду особенностей ведения диалога между оператором и АРМ КСА, структура условий оператора в полной мере не применима к условиям АРМ КСА . В соответствии с целью запроса АРМ КСА ее условия определяют данные, не достающие для решения задачи управления, где каждое такое данное представляется в виде значения целевого атрибута . Если недостающих данных более чем одно, АРМ КСА формирует запрос на получение каждого из них в отдельности. Хотя естественно-подобный язык и имеет возможность выражать условия для получения значения атрибута объекта опосредованно, через другие объекты, при формировании запросов со стороны АРМ КСА, это приводит к увеличению времени запроса и усложнению его восприятия оператором. Учитывая это, целесообразно условие АРМ КСА представлять непосредственно атрибутом одного объекта. Формально представляется в следующем виде:

Формализация структуры запроса АРМ КСА в таком виде определяет представление ответа ЛБР в следующем виде:

где поле <Данные> определяет значение атрибута объекта . Данное значение атрибута может быть выражено как через объект из запроса АРМ КСА, так и опосредованно через другие связанные с ним объекты. При этом все рассуждения, приведенные выше о представлении условий запроса оператора в виде логических формул, совершенно справедливы и для представления данных в ответе оператора. Поэтому поле <Данные> в ответе оператора также представляется в виде условий , записанных в форме отношений .

Представление сообщений диалогового режима в таком виде позволяет сформировать предикатную модель высказываний, в которой с помощью формул логики предикатов записываются условия, а запрос и ответ представляется в виде предложений, которые используют предикатные формулы и понятия естественного языка. При этом использование понятий русского языка ограничивается, с одной стороны, предикатной формой записи, а, с другой стороны, требованием их согласования с позиций грамматических правил естественного языка.

Предикатная модель использует два вида языковых элементов - термы и предикаты. При этом термы соответствуют понятиям и объектам, которые определяются используемой формализованной концептуальной моделью предметной области. При использовании ПФМ, для представления термов целесообразно использовать имена фреймов и названия слотов их образующих, а также все возможные значения этих слотов. Для формирования множества предикатов необходимо проанализировать отношения между предметными переменными, ассоциированными с понятиями из ПФМ, и представить их в виде терминов естественного языка, которые используются для описания этих отношений. Это позволяет представить сообщения диалогового режима в виде совокупности простых предложений естественного языка, содержащих термины и понятия предметной области.

Такие простые предложения имеют базовую предикативную форму вида «подлежащее-сказуемое-дополнение» в которой подлежащее соответствует атрибуту объекта, сказуемое - предикату, а дополнение - его значению. При этом, если условие выражается более чем через один объект предметной области, для конкретизации, о значении какого объекта идет речь, его указывают в дополнении. Также допускается использование сокращенной записи предложений, когда предикат опускается.

В соответствии с правилами формирования условий вида и каждое последующее предложение направлено на уточнение свойств термов, используемых в предыдущих предложениях. Из чего можно заключить, что объединение в структуре высказываний нескольких простых предложений в одно сложное предложение можно осуществлять с использованием наречий. В частности, предлагается использовать наречие «причем». Представление запроса оператора в виде конъюнкции его условий предлагается осуществить путем применения союза «и».

Использование перечисленных правил и приемов формирования предложений позволяет определить структуру поля «Данные», которая в целом будет соответствовать грамматическим требованиям построения предложений на естественном языке. Однако, описанные правила не позволяют производить согласование слов по падежам, а также использовать формы множественного/единственного числа в структуре предложений. Все имена и слоты фреймов в ПФМ, образующие множество термов, представляются словами в именительном падеже, единственном числе. Для представления всех возможных словоформ понятий, определенных в предметной области, применяются декларативный метод, где для каждого слова в таблице хранятся все его возможные словоформы с приписанной ему морфологической информацией.

Синтаксис языка задается в виде расширенной формы записи грамматики Бэкуса-Наура. Семантика языка задается на основе контекстных зависимостей 2 видов: и .Контекстная зависимость первого вида формально может быть записана в виде . Это означает, что в предложении языка вид отношения определяется объектом , так что в зависимости от их предметного согласования в предложении синтаксически правильная конструкция высказывания может иметь как корректный, так и некорректный предметный смысл. Семантическая правильность предложения объясняется тем, что соответствующее отношение учтено в ПФМ. Контекстную зависимость первого вида в теоретико-множественной форме можно представить в виде отображения так, что каждому объекту ставится в соответствие подмножество допустимых отношений . Это соответствие фактически определяет перечень дополнительных правил предметной интерпретации, которые доопределяют семантику языка.

Контекстная зависимость второго вида формально может быть записана в виде . Это означает, что смысловое употребление объекта при определении условий на языке высказываний Яз зависит как от объекта так и от вида отношения в предикатах, причем полагается, что и семантически согласованы на основе зависимости .

Контекстную зависимость второго вида в теоретико-множественной форме можно представить в виде отображения , так, что каждой паре , где , ставится в соответствие подмножество допустимых объектов .

Совокупность описанных синтаксических и семантических правил позволяет автоматически выполнять грамматический разбор высказываний оператора и АРМ КСА в процессе диалога при решении задач управления.

Процесс диалога между оператора и АРМ КСА реализуется путем выполнения двух процедур. Первый процедура направлен на формирование адаптивного сценария диалога, который осуществляется на основе морфологического, синтаксического и семантического анализа входного высказывания, и его предикатно-предметной интерпретации. В результате предикатно-предметной интерпретации в запросе выделяется команда, определяющая задачу управления и множество условий содержащих данные необходимых для решения.

После получении команды производится ее интерпретация, и проверка на соответствие условиям применимости ядра продукции из состава ПФМ. Такая проверка позволяет определить какую задачу управления намерен решить оператор и выделить соответствующий ей взвешенный ориентированный директивный граф диалога . В том случае когда команда не соответствует ни одному условию применимости ядра продукций, генерируется сигнал об отсутствии требуемой команды

Множество условий естественно-языкового запроса представляются n-местным предикатом , где в качестве множества объектных переменных выступают вводимые оператором данные.

Для определения некорректно введенных данных проводится операция по их проверки путем:

1. поиска взаимного соответствия между объектными переменными n-местного предиката и шагами диалога взвешенного ориентированного директивного графа диалога ;

2. проверки множества условий по области допустимых значений.

Выполнение данных процедур для каждой объектной переменной требует введения операций по выделению ее составляющих: «имени понятия» и «значения понятия»

Для проверки множества входных условий на соответствие их допустимым значениям, с каждым условием соотносится один из ранее определенных элементов ФМ с заданной ему областью определения. Таким образом, для выполнения данной процедуры необходимо проверить удовлетворяют ли поступившие значения условий, множеству ограничений, заданному для соответствующих им значениям слотов фрейма в виде набора правил или предикатов. С этой целью определяется функция , возвращающая значение «истина» если поступившее условие удовлетворяет ограничениям значений слотов заданных в фреймовой модели, и «ложно» в противном случае. Применение данной функцию для каждого входного условия позволяет сформировать множество условий запроса по следующему правилу:

На следующем этапе построения адаптивного сценария диалоговой процедуры необходимо представить условия запроса оператора в виде пустого графа или нуль-графа . Пустой граф - это регулярный граф степени 0, содержавший вершины образованные по правилу , где , не имеющие связей между собой .

Формирование директивного графа диалога адаптивного запросу оператора осуществляется путем введения операции вычитания между директивным графом диалога и пустым графом . В результате проведения данной операции формируется множество результирующих шагов диалога , и результирующая функция отображения содержащая те и только те переходы между шагами диалога исходного взвешенного ориентированного директивного графа диалога , которые не инцидентны Далее формируется адаптивный сценарий диалога по значению наименьшего веса шага диалога.

Вторая процедура направлена на визуализацию и синтез высказываний АРМ КСА. Для этого на основе анализа адаптивного сценария диалога проводится выбор шага диалога с минимальным весом. Когда данный шаг не является пустым множеством, то выполняются две параллельные процедуры по формированию графического контекста, в которой на основе паттернов обеспечивается совмещение понятийного и графического аспектов представления объектов отображения в информационной модели АРМ КСА, а также семантический, синтаксический и морфологический синтез высказывания АРМ КСА на основе определенной для него предикатно-предметной формулы. Когда адаптивный сценарий представляется пустым множеством происходит решение задачи управления и ее визуализация на средствах отображения АРМ КСА.

Заявленное изобретение поясняется при помощи рисунка 4, на которой представлена схема реализации способа построения диалогового режима на естественно-подобном языке при решении автоматизированных задач управления в комплексах средств автоматизации, содержащая следующие этапы:

1. описание информационной модели автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в виде продукционно-фреймовой модели и ориентированного взвешенного графа диалога;

2. формирование предикатной модели запросов и ответов оператора и автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации;

3. активация оператором подсистемы пользовательского ввода и ввод запроса или ответа, выполнение приема и преобразования запроса или ответа оператора в текст посредством подсистемы пользовательского ввода;

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

5. передача диалоговым модулем текста, прошедшего морфологический, синтаксический и семантический анализ в модуль предикатной модели запроса/ответа;

6. определение структуры запроса или ответа в соответствии с предикатной моделью;

7. формирование диалоговым модулем адаптивного сценария диалога, определение шага диалога с наименьшим весом, формирование ответа или запроса автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в соответствии с шагом диалога и передача его оператору;

8. визуализация сформированного ответа или запроса автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации на средствах отображения информации;

9. воспроизведение сформированного ответа или запроса автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в виде голосового сообщения посредством подсистемы генерации и воспроизведения голоса;

Предлагаемый способ в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами. В отличие от прототипа, в предлагаемом способе формализация предметной области производится в виде продукционно-фреймовой модели, что позволяет отразить как процедурные, так и декларативные знания. Производится формирование сценарий диалога, который отражает порядок и достаточность данных для решения задачи управления, а также реализована процедура анализа запроса оператора, которая позволяет сформировать адаптивный сценарий диалога между оператором и АРМ КСА на естественно-подобном языке, в процессе которого формируются запросы со стороны АРМ КСА, направленные либо на ввод недостающих данных для решения задачи управления, либо на их уточнение.

Промышленная применимость.

Данный способ может быть реализован в комплексах средств автоматизации, что позволит повысит их эффективность применения за счет сокращения времени решения автоматизированных задач управления и тем самым повысить оперативность АСУ.

Изобретение относится к области информационных технологий. Технический результат заключается в повышении оперативности управления путем сокращения времени решения автоматизированных задач управления. Технический результат достигается за счет формализации предметной области в виде продукционно-фреймовой модели, что позволяет отразить как процедурные, так и декларативные знания; формирования сценария диалога, который отражает порядок и достаточность данных для решения задачи управления, а также процедуры анализа запроса оператора, которая позволяет сформировать адаптивный сценарий диалога между оператором и АРМ КСА на естественно-подобном языке, в процессе которого формируются запросы со стороны АРМ КСА, направленные либо на ввод недостающих данных для решения задачи управления, либо на их уточнение. 4 ил.

Способ построения диалогового режима на естественно-подобном языке при решении автоматизированных задач управления в комплексах средств автоматизации включает этапы: представления в терминах и понятиях предметной области информационной модели автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, формирования фреймовой модели путем объединения фреймов-экземпляров и фреймов-ролей, формирования множества наименований продукций, сфер применения продукций, условий и постусловий применения продукций, антецедентов и консеквентов продукций, формирования продукционно-фреймовой модели, формирования ориентированного графа диалога путем определения множества шагов диалога и функции отображения между ними, определения компонент сильной связности графа диалога, определения весов шагов диалога внутри компонент сильной связности, нагрузки ориентированного директивного графа диалога весами, формирования предикатной модели запросов и ответов оператора и автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, определения морфологии, синтаксиса и семантики языка диалога; активация подсистемы пользовательского ввода, ввод запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, прием и преобразование запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в текст подсистемой пользовательского ввода, передача текста, полученного в результате преобразования запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, диалоговому модулю, передача диалоговым модулем запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации, прошедшего морфологический, синтаксический и семантический анализ, в модуль предикатной модели запросов и ответов, определение структуры запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в соответствии с предикатной моделью, передача определенной структуры запроса или ответа оператора на запрос автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации в диалоговый модуль, выделение взвешенного ориентированного графа диалога в соответствии с командной частью запроса, проверка множества условий запроса, представления множества условий запроса в виде пустого графа, формирования директивного графа диалога, адаптивного запросу оператора, формирования адаптивного сценария диалога по критерию минимального веса, выбор шага диалога из адаптивного сценария с наименьшим весом, формирования диалоговым модулем ответа, когда вес шага диалога равен нулю, или формирования запроса автоматизированного рабочего места комплекса средств автоматизации для шага диалога с весом, не равным нулю, передача запроса или ответа оператора, лингвистический анализ ответа оператора; визуализация на средствах отображения результатов решения задачи управления.