Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

Диссертационная работа:

Цветников Вадим Александрович. Разработка и исследование методов создания компьютерной системы интеллектуальной поддержки решения задач физической химии в объеме университетского курса : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.11 : Владивосток, 2004 211 c. РГБ ОД, 61:04-5/3773

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. МОДЕЛЬ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
"ХИМИЯ" И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ СОЗДАНИИ
ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
11

1.1. Математическая модель онтологии предметной области и ее
компоненты И

  1. Термины для описания ситуаций имодели ситуаций 12

  2. Термины для описания знаний и модели знаний 12

  3. Онтологические соглашения . 13

1.2. Существующие онтологии химии 13

  1. Области применения моделей онтологии химии 14

  2. Компоненты моделей онтологии . 18

  3. Выводы 23

1.3. Программные системы для химии 25

  1. Общая классификация 25

  2. Программные системы физической химии 26

  3. Выводы 35

1.4. Постановка задачи исследований 37

ГЛАВА 2. ОНТОЛОГИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ 39

2.1. Анализ предметной области 40

  1. Учение о строении вещества 40

  2. Химическая термодинамика 40

  3. Химическая кинетика 41

  4. Катализ 41

  1. Структура предметной области 42

  2. Онтологии разделов 44

  1. Раздел "Элементы" 44

  2. Раздел "Вещества". 45

  3. Раздел "Реакции" 47

  4. Раздел "Основы термодинамики" 51

  5. Раздел "Термодинамика. Физические свойства" 54

  6. Раздел "Термодинамика. Химические свойства" 57

  7. Раздел "Химическая кинетика" 60

  8. Раздел "Термодинамика. Физические и химические свойства" 61

  1. Метаонтология 62

  2. Выводы 63

ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ ОНТОЛОГИИ И БАЗА ЗНАНИЙ 65

3.1. Модуль "Элементы" 65

  1. Онтологические соглашения раздела "Элементы" 70

  2. Модуль "Вещества" 71

  3. Онтологические соглашения раздела "Вещества" 76

  4. Модуль "Реакции" 78

  5. Онтологические соглашения раздела "Реакции" 83

  6. Модуль "Основы термодинамики" 87

  7. Онтологические соглашения раздела "Основы термодинамики" 92

  8. Модуль 'Термодинамика. Физические свойства" 94

  1. Онтологические соглашения раздела "Термодинамика. Физические свойства" 96

  2. Модуль "Термодинамика. Химические свойства" 98

  3. Онтологические соглашения раздела "Термодинамика. Химические свойства" 100

  4. Модуль "Химическая кинетика" 101

  5. Онтологические соглашения раздела "Химическая кинетика" 102

  6. Модуль "Термодинамика. Физические и химические свойства" 103

ГЛАВА 4. СПЕЦИФИКАЦИИ ВСЕХ КЛАССОВ ЗАДАЧ И МЕТОД
СИНТЕЗА
105

  1. Спецификация задачи 106

  2. Декомпозиция и метаклассы задач 107

  3. Классы задач 108

  4. Примитивы ПО

  5. Генерация метода решения класса задач 113

  1. Глобальные процедуры и переменные 113

  2. Алгоритм 114

  3. Рекурсивная функция "Фа" 115

  4. Рекурсивная функция "Фвс" Н6

  5. Рекурсивная функция "Ф0" 118

  6. Рекурсивная функция "Фе" - - 120

  7. Рекурсивная функция "ФГ" 121

  8. Рекурсивная функция "Фен" * ...122

  9. Рекурсивная функция "Фц" 125

4.5.10. Рекурсивная функция "Фю.". 127

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РЕАЛИЗАЦИИ ОБОЛОЧКИ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ
ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
131

  1. Модульная модель онтологии 131

  2. Редактор онтологии 134

  3. Модульная база знаний 135

  1. Генератор редакторов знаний 136

  2. Синтез примитивов и редактор примитивов. 137

  3. Примитив 138

  4. Задача 139

  5. Подсистема объяснений 140

  6. Метод решения 140

ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ
ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
143

6.1. Особенности реализации прототипа оболочки
интеллектуального пакета прикладных программ 143

  1. Модульная база знаний 145

  2. Таблица знаний 146

  3. Описание терминов 146

  4. Утверждение 147

  5. Примитив 147

  6. Задача 148

  7. Метод решения 148

6.2. Методы использования 149

  1. Исследовательские задания 150

  2. Задания по изучению методов решения задач 152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 153

ЛИТЕРАТУРА 154

ПРИЛОЖЕНИЕ I. ЗАКОНЫ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
(ФРАГМЕНТ БАЗЫ ЗНАНИЙ)
162

  1. Фрагмент базы знаний "Элементы" 162

  2. Фрагмент базы знаний "Вещества" 163

  3. Фрагмент базы знаний "Реакции" 165

  4. Фрагмент базы знаний "Основы термодинамики" 166

  5. Фрагмент базы знаний "Термодинамика. Физические свойства" 167

  6. Фрагмент базы знаний "Термодинамика, химические свойства" 177

  7. Фрагмент базы знаний "Химическая кинетика" 181

6.10. Фрагмент базы знаний "Термодинамика. Физические и
химические свойства" 183

ПРИЛОЖЕНИЕ П. ПРИМЕРЫ КЛАССОВ ЗАДАЧ И ЗАДАЧ 187

  1. П2.1. Метакласс задач "А" 187

  2. П2.2. Метакласс задач "В" 191

  3. П2.3. Метакласс задач "С" 193

  4. П2.4. Метакласс задач "D" 195

*

ПРИЛОЖЕНИЕ III. ИНТЕРФЕЙС ПРОТОТИПА ОБОЛОЧКИ И ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Введение к работе:

Актуальность проблемы. Физическая химия является теоретическим фундаментом всей современной химии. Задачами физической химии являются расчеты состояний термодинамических систем и протекающих в них физико-химических процессов. Под категорию термодинамических систем и физико-химических процессов попадает огромное количество объектов и явлений окружающей нас действительности.

Расчеты физической химии широко применяются в научных исследованиях при проведении многих экспериментов, а также в учебном процессе, поскольку физическая химия является обязательной научной дисциплиной в высших учебных заведениях. Поэтому эффективное решение и обучение решению задач имеют большое практическое значение как для научных исследований, так и для учебного процесса.

Знания и законы физической химии, с одной стороны, формальны и описываются в виде формул, напрямую используемых при решении задач (закон Рауля, принцип Ле-Шателье, уравнение Аррениуса). Благодаря этому возможно использование компьютеров для решения задач. С другой стороны, многие задачи физической химии, учитывающие факторы среды и свойства протекающих в ней процессов (гетерогенность, пространственное расположение ингредиентов, вязкие течения) имеют значительную вычислительную сложность, практически непосильную для человека, но приемлемую для компьютера. Использование компьютеров для решения задач физической химии увеличивает эффективность научного и учебного процесса, поскольку позволяет повышать скорость и точность решения задач, а также автоматизировать процесс обучения. Таким образом, для химической науки и образования очевидна важность программных систем для решения задач физической химии.

В настоящее время существует большое количество систем, разработанных для решения задач самых разных разделов физической химии. Подавляющее большинство систем не является интеллектуальными или основанными на знаниях. Большинство из них специализированы на решение только одного класса задач, что приводит к эффективности решения этих узких задач. Многие из таких систем используют базы данных термодинамических свойств веществ и реакций. Существуют также экспертные системы для решения физических задач. Такие системы могут решать задачи нескольких классов, используя хранимые описания термодинамических систем и методы решения. Интеллектуальные системы имеют существенное преимущество перед обычными, поскольку позволяют расширять базу знаний, не меняя ядро программной системы, охватывая новые разделы предметной области и новые классы задач. Для создания интеллектуальных систем необходим теоретический фундамент в виде моделей онтологии пг"лмтішк ряцутря, nftTpfl^'" иярттп отсутствует

J **0С НАЦИОНАЛЬНАЯ I
I
БИБЛИОТЕКА [

У УЗДЫ

в обычных системах. В настоящее время проводятся исследования и разработка моделей онтологии самых разных областей человеческой деятельности, в том числе и химии. Известны модели онтологии различных разделов химии, например: онтология химических элементов, онтология кристаллов, онтология чистых образцов, онтология керамических материалов и др.

Однако существуют до сих пор не решенные проблемы. Узкая специализация оборачивается бесполезностью обычных программных систем в других, даже смежных разделах физической химии. Сильно упрощающие предметную область соглашения, принятые в них, не допускают расширение для охвата новых задач - новые задачи влекут создание новых систем. Среди реально используемых программных систем для химии процент интеллектуальных систем ничтожно мал. Многие сложные системы используют химические базы данных, в том числе и распределенные, но это не делает их интеллектуальными системами. Многие системы, заявленные их авторами как интеллектуальные, в действительности не являются таковыми. Некоторые из них являются не чем иным как пакетами программ, другие предлагают пользователю самостоятельно конструировать методы решения новых классов задач на основе некоторого набора строительных примитивов. Кроме этого, не известно ни одной интеллектуальной системы, разработанной на основе формальной модели онтологии физической химии, поэтому нет формальных ограничений, в рамках которых можно расширять и модернизировать интеллектуальные системы. Не известно ни только сложных моделей онтологии всей физической химии, или, по крайней мере, химической термодинамики (ее главного раздела), но и моделей онтологии уровня выше химических реакций, веществ и элементов, которые могли бы стать базой для разработки интеллектуальных систем физической химии. Нет программных систем, которые поддерживали бы активные методы обучения решению задач физической химии.

Таким образом, актуальной является разработка системы интеллектуальной поддержки процесса решения задач физической химии на основе расширяемой модели онтологии этой предметной области, приближенной к университетским представлениям данной предметной области. Выбор именно университетских представлений продиктован двумя причинами. Во-первых, университетские представления охватывают данный раздел химии в наибольшем объеме. Профессиональные же химики не работают со всей физической химией, а углубленно исследуют какой-то ее подраздел. Во-вторых, в высших учебных заведениях обучение решению задач физической химии проводится именно на основе университетских представлений.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование моделей, методов и средств создания компьютерной системы

интеллектуальной поддержки процесса решения задач физической химии в объеме университетского курса на основе расширяемых модели онтологии и базы знаний этой предметной области.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

  1. разработать онтологию предметной области "Физическая химия";

  2. разработать расширяемую математическую модель онтологии и базу знаний предметной области "Физическая химия";

  3. специфицировать все типы задач, решаемых в университетском курсе физической химии, и разработать метод синтеза программ для их решения;

  4. разработать методы реализации оболочки интеллектуального пакета прикладных программ для физической химии;

  5. разработать и исследовать технологию использования интеллектуального пакета прикладных программ для физической химии в учебном процессе

Методы исследования. Для решения указанных задач использовались элементы математической логики и методы системного программирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

-впервые разработана метаонтология, лежащая в основе онтологии физической химии; на ее основе впервые описана онтология физической химии в виде, удобном для восприятия как специалистами в области химии, так и специалистами в области искусственного интеллекта;

- впервые разработана модель метаонтологии физической химии и на ее основе расширяемая модульная модель онтологии, состоящая из моделей онтологии основных разделов данной предметной области;

-в терминах модели онтологии предметной области специфицированы все типы задач, решаемых в университетском курсе физической химии, и разработан метод синтеза программ для их решения;

-впервые разработаны методы реализации оболочки

интеллектуального пакета прикладных программ для физической химии.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

-с использованием разработанных методов реализован прототип оболочки интеллектуального пакета прикладных программ для физической химии, содержащий редактор онтологии для данной предметной области, генератор редакторов баз знаний, систему постановок задач, систему синтеза методов решения задач и систему объяснения процесса решения задач;

-с использованием прототипа оболочки создан прототип интеллектуального пакета прикладных программ для физической химии, содержащий формально представленные онтологию и базу знаний данной

предметной области в объеме университетского курса, библиотеку методов решения задач всех специфицированных типов;

-разработана технология использования интеллектуального пакета прикладных программ для физической химии в учебном процессе.

Материалы диссертации использовались в учебном процессе на базовой кафедре Программного обеспечения ЭВМ ДВГУ в ИАПУ ДВО РАН при чтении курса лекций по дисциплинам "Модели знаний и экспертные системы" и "Системы искусственного интеллекта", а также при выполнении курсовых и дипломных работ студентами кафедры.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты
работы докладывались и обсуждались на следующих международных и
отечественных конференциях и семинарах: Региональной

естественнонаучной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Владивосток, 1997), Всероссийских Менделеевских чтениях (Тобольск, 1999), Дальневосточном региональном конкурсе компьютерных программ студентов, аспирантов и молодых ученых (Владивосток, 2000, 2002), Дальневосточной математической школе-семинаре им. академика Е.В. Золотова (Владивосток, 1999, 2000,2001), Втором международном симпозиуме "Химия и химическое образование" (Владивосток, 2000), Третьей всероссийской научной internet-конференции "Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках" (Тамбов, 2001), совместных научных семинарах отдела экспертных систем ИАПУ ДВО РАН и факультета компьютерных наук ДВГУ (1997-2004).

Публикация результатов работы. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит их введения, шести глав и заключения, изложенных на 150 страницах, списка литературы, включающего 136 наименований и приложений.

Подобные работы
Айман Мохамед Мофтах Кхамес Йоунес Бериша
Исследование и разработка методов извлечения знаний для создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений
Лопатникова Вера Борисовна
Совершенствование гибридных абдуктивных методов для создания интеллектуальных систем поддержки принятия решений
Рештаненко Наталья Валентиновна
Разработка и исследование методов создания специализированного компьютерного банка знаний для органической химии
Монастырский Михаил Иосифович
Исследование и разработка методов и программных средств повышения эффективности построения и использования магистралей региональных компьютерных сетей
Колякин Юрий Дмитриевич
Исследование и разработка методов и алгоритмов трассировки потока управления в программах
Кинсбурский Станислав Александрович
Разработка и исследование методов повышения скорости доступа к удалённым данным в распределённых вычислительных системах
Лобалзо Надежда Александровна
Исследование и разработка методов моделирования и визуализации оптически сложных материалов на примере ткани
Браништов Сергей Александрович
Исследование и разработка методов автоматизированного управления технологическими процессами и их конфигурациями в производствах поточного типа
Тарасов Алексей Владимирович
Разработка и исследование методов генерации и сопровождения WIMP-интерфейсов
Падарян Вартан Андроникович
Исследование и разработка методов оценки масштабируемости и производительности программ, параллельных по данным

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net