Труды КНЦ вып.3 (ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ вып.1 3/2010(3))

Минин im u i п т—211 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КОРРЕКТНОСТИ ПРОЦЕССА МОДЕЛИРОВАНИЯ В РАМКАХ АЛГЕБРАИЧЕСКОГО ПОДХОДА* А.А. Зуенко, А.Я. Фридман, Б.А. Кулик 1 1. Введение При создании программного обеспечения совре­ менных производственных процессов, как правило, приходится иметь дело со сложными природно­ техническими комплексами. Их составные элементы (подсистемы) могут дублировать функции друг дру­ га, а сам объект исследования изменяется во време­ ни. Кроме того, для таких предметных областей обычно не существует готовых аналитических моде­ лей. В силу перечисленных причин модель предмет­ ной области (МПО) поэтапно уточняется и пере­ страивается, то есть, открыта для оперативных мо­ дификаций ее структуры и подключения новых про­ граммных модулей, реализующих более совершен­ ные алгоритмы расчетов. Ввиду открытости модели целесообразно автоматизировать контроль за ее структурной динамикой, чтобы облегчить работу конечного пользователя в системе моделирования и снизить негативную роль человеческого фактора. Другими словами, для обеспечения согласованного взаимодействия различных блоков модели необхо­ димо автоматически контролировать корректность процесса моделирования на всех этапах: от построе­ ния МПО до анализа результатов моделирования. Тем не менее, в большинстве систем моделирования весь контроль корректности возлагается на пользова­ теля. На общем фоне выгодно отличаются системы концептуального моделирования, автоматизирую­ щие некоторые проверки за счет программирования ограничений модели, но и они имеют следующие недостатки: • отсутствие возможности гибко настраиваться на ограничения, специфичные для конкретного объекта исследования (предметно-ориентированные ограни­ чения); • отсутствие возможности использовать ограни­ чения в задачах, отличных от контроля корректности структуры МПО (при ее построении), например, при анализе незапланированных запросов к базе данных (БД) системы моделирования (СМ); • отсутствие возможности активировать только те ограничения, которые актуальны для исследуемой в текущий момент МПО, а также ситуации; • высокая трудоемкость модификации логики проверок в существующих средствах контроля кор­ ректности. *Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-07-00066), Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН (проект 2.3) в рамках текущей Программы фундаментальных научных исследований и Президиума РАН (проект 4.3 Программы N°3). 1Институт проблем машиноведения РАН, г. С-Петербург. Для преодоления перечисленных трудностей в ра­ ботах [2, 4] предложено производить традиционный анализ структурных особенностей модели не путем жесткого программирования ограничений, а посред­ ством их декларативного представления и обработки с применением методов искусственного интеллекта. В результате исследований авторами был разработан контекстно-ориентированный подход к управлению данными для систем концептуального моделирования. В рамках подхода корректность взаимодействия бло­ ков модели контролируется на уровне семантического интерфейса реляционной БД СМ, тем самым обеспе­ чивается возможность не только проверять структуру МПО, но и отслеживать действия блоков модели над общими данными на основе анализа гибко модифици­ руемых и оперативно подгружаемых предметно­ ориентированных ограничений. Наделение реляцион­ ных СУБД способностью обрабатывать данные моде­ лирования с учетом их семантики позволяет единооб­ разно контролировать корректность всего процесса моделирования, а не только отдельных его этапов (случай программируемых ограничений). Семантизация реляционных СУБД осложнена тем, что для обработки структур данных и знаний исполь­ зуются принципиально разные теоретические подхо­ ды: для данных применяется алгебраический подход (реляционная алгебра), а для знаний - декларативный подход, в основе которого лежит теория формальных систем. Для унификации обработки данных и знаний авторами в [6] была предложена единая методологи­ ческая основа - алгебра кортежей (АК), которая реа­ лизует общую теорию многоместных отношений. Од­ нако при наделении семантического интерфейса воз­ можностью анализировать контексты относительно друг друга (без наполнения значениями из БД СМ), в частности, проверять корректность незапланирован­ ных запросов к БД СМ до стадии их исполнения СУБД, оказалось, что структуры АК в чистом виде плохо приспособлены для этих целей. АК ориентиро­ вана на анализ логических формул над элементарны­ ми одноместными предикатами, а большинство кон­ текстных ограничений и запросов можно представить только в виде логических формул, содержащих эле­ ментарные двуместные предикаты. Как расширение АК на задачу логического анализа таких формул, ав­ торами разработана алгебра условных кортежей (АУК) [5]. Но прежде чем перейти к ее описанию, кратко рассмотрим ранее упомянутый контекстно­ ориентированный подход к управлению данными. 18