1. Постановка задачи

1.1. Концептуальное метамодельное представление задачи

Концептуальное метамодельное (КММ) представление задачи определим в виде кортежа:

Р = <Е, Z, С, 1>, (1.1)

где;

 - проблемная ситуация, являющаяся исходным посылом для построения КММ задачной системы;

Z - определяет цели "неудовлетворенной потребности", в ре­зультате которой порождается проблемная ситуация;

С - определяет условия достижения цели;

I - определяет исходную информацию, в зависимости от кото­рой цель порождает различные решения (R).

В качестве условий определим следующий необходимый и доста­точный набор компонент:

- метод решения (М);

- алгоритм (А);

- программу (Р);

- оценку адекватности, релевантности (_ад).

Кортеж целей тогда запишется в следующем виде:

Z = < М, А, Р, _ад>. (1.2)

Исходная информация включает в себя данные (D), необходимые для решения задачи, и знания (К) о предметной области задачи:

I = (1.3)

С другой стороны используемую информацию можно рассматривать как совокупность информации о целях и условиях задачи:

I^* = Z, I^M, I^A, I^P, I^>. (1.4)

Адекватность решения задачи представим как совокупность пока­зателей качества и эффективности:

_ад = Г (Qw, Ef). (1.5)

Развитие задачи (Тр) связано с заполнением задачной оболочки в форме КММ конкретными сведениями, определяемыми решением зада­чи.

Как известно, возможны следующие постановки задач:

1) Рутинная задача, когда кортеж (1.1) и (1.2) заданы пол­ностью (Т_P-Р_R).

2) Творческая задача уровня программы (Тр-Рр), когда задано все, кроме программной реализации (Р) , и требуется определить Р, осуществляя тем самым переход к рутинной задаче, и результат (R).

3) Творческая задача уровня алгоритма (Т_Р-Р_А), т.е. неизвес­тен алгоритм (А) и его программная реализация.

4) Творческая задача уровня метода решения (Тр-Рм), когда не­известны метод, алгоритм и программа.

Схему решения задачи в общем виде представлена на рис. 1.1, а логическая схема решения задачи в виде схемы алгоритма на рис. 1.2.

В качестве базовых процедур решения выделим следующие техно­логические процедуры:

- генерации решений;

- анализ полученных решений;

- формирование парадигмы решений;

- упорядочение альтернативных решений ;

- выбор удовлетворительного результата;

- оптимизация предпочтительных решений. Таким образом, общая процедура решения задачи формально опре­деляется записью вида:

R = F:{(Z_R/C  (R/I_R)}, (1.6)

т. е. решение определяется, исходя из заданных целей и условий достижения целей.

Системная задача Р

P_M

P_A

P_P

P_R

Р

Исходная задача

Задача метода

Задача алгоритма

Задача программы

Задача результата

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

да

да

да

да

да

да

да

да

ис. 1.1 Схема решения системной задачи

Рис. 1.2 Логическая схема (алгоритм) решения системной задачи

1.2. Форма организации учебного процесса и базовые компоненты предметной области

В соответствии с принятой системой правил организации учебно­го процесса каждый факультет (кафедра) ВУЗа самостоятельно форми­рует себе расписание занятий, согласовывая с другими факультетами (кафедрами) вопросы совместного использования аудиторного фонда и труда профессорско-преподавательского состава.

Ниже рассмотрены базовые объекты, входящие в систему органи­зации учебного процесса.

1.2.1. Аудиторный фонд

Аудиторный фонд (АФ) - каталог помещений ВУЗа, в которых пла­нируется проведение занятий.

Каждое помещение (аудитория) характеризуется двумя основными параметрами:

АФ = , (1.7)

где ;

ФНА - определяет функциональное (занятийное) назначение ау­дитории;

ЕВ - характеризует единовременную вместимость, определяющую набор требований экологического и эргономического характера.

По своему функциональному назначению различают три типа поме­щений:

- аудитории для проведения лекций;

- аудитории для проведения практических занятий (семинаров);

- аудитории для проведения лабораторных занятий.

1.2.2. Контингент учащихся

Контингент учащихся (КУ) - иерархическая древовидная структу­ра организации учебных формирований (УФ) (рис. 1.3). В целях ми­нимизировать возможность потери общности данных о КУ определим следующие базовые единицы:

- курс;

- поток;

- временный поток;

- учебная группа.

Курс - условное обозначение вершины дерева, в которое включа­ются всё учебные группы, сформированные в определенный год.

Поток - объединение одной или нескольких учебных групп одного года формирования.

Временный поток - поток, сформированный на период, равный од­ному семестру, или сформированный для проведения специальных учебных занятий.

Учебная группа - самостоятельная неделимая учебная формация.

К урс

Поток 1

Поток 1.1

Учебная группа I.I.I

Поток 1.2

Учебная группа 1.2.1

Учебная группа 1.2.2

…………………………………

Рис. 1.3. Организация КУ

1.2.3 Профессорско-преподавательский состав и дисциплины

Профессорско-преподавательский состав (ППС) объединяет людей (преподавателей), ответственных за проведение занятий.

Преподавателя характеризуют две составляющие:

ППС = , (1.8)

где

З - определяет звание (должность) преподавателя;

ТНД - определяет тематическую направленность дисциплины (Д), которую "читает" преподаватель:

Д , (1.9)

Должность преподавателя определяет формальную систему приори­тетов:

- профессор;

- старший преподаватель;

- преподаватель;

- совместитель;

- аспирант.

ТНД может иметь также и сложную структуру, объединяя в себе набор дисциплин с разными тематиками:

ТНД*= {ТНД₁, ... , ТНД_N}. (1.10)

1.2.4. Комбинированный учебный план

Комбинированный учебный план (КУП) - таблица, в которой каж­дому учебному формированию поставлены в соответствие определенные дисциплины с указанием учебной нагрузки, выраженной в академических часах в неделю для каждого вида занятия, и преподавателя, ответственного за проведение занятия.

КУП формируется из двух составляющих:

КУП = (1.11)

где

УП – учебный план кафедры;

ПН – план нагрузки преподавателей кафедры,

или

КУП = , (1.12)

где

УФ - учебное формирование;

С - семестр;

Д - дисциплина;

КЧЛК - количественный показатель, определяющий академические

часы в неделю для лекций;

КЧЛР - количественный показатель, определяющий академические

часы в неделю для лабораторных занятий;

КЧПР - количественный показатель, определяющий академические

часы в неделю для практических занятий.

Семестр характеризуется количеством недель:

С=. (1.13)

По значению ТНД дисциплины выбирается преподаватель. Параметры КЧЛК, КЧЛР, КЧПР формируют абстрактное понятие ко­личество часов нагрузки (КЧН).

1.2.5. Расписание занятий

Расписание занятий (РЭ) - таблица, в которой указаны место и время проведения занятий.

При формировании таблицы РЗ используются практически все дан­ные, рассматриваемые при организации учебного процесса.

Формальная постановка задачи составления расписания представ­лена на рис. 1.4.

На рис. 1.5. отображена система отношений между объектами проекта "Учебное расписание".

Учебные формирования

Кафедра

П

Р

Е

П

О

Д

А

В

А

Т

Е

Л

И

Д

И

С

Ц

И

П

Л

И

Н

Ы

Комбинированный учебный план

План нагрузки

Учебный план

Расписание

Рис 1.4 Постановка исходной задачи составления расписания

Рис. 1.4 Ключевые абстракции, характеризующие словарь предметной области

2. Методология решения задачи

2.1 Модель представления знаний для проекта «Учебное расписание»

При обсуждении задачи составления (планированию) расписания важно выделить требования, предъявляемые к знаниям. Знания, необ­ходимые для выполнения функций планирования расписания, должны быть полными, хорошо определенными и тщательно структурированны­ми. Методы для представления и использования этих знаний должны иметь результатом расписание, достаточно эффективное и гибкое. Среда, для которой создается расписание на базе искусственного интеллекта, должна демонстрировать недетерминизм, означая, что возможен более чем один допустимый путь его составления. Для ре­шения здесь требуются рассуждения, которые связаны с объектами, обладающими гибкими (полиморфными) характеристиками.

На данном этапе введем понятие архитектуры для обработки и представления знаний (АОЗ). АОЗ имеет две составляющих: внутрен­нюю и внешнюю. Внешняя составляющая напрямую связана с моделью представления знаний, а внутренняя отождествляется с конкретной аппаратной (,или программной,) архитектурой электронной вычисли­тельной машины (ЭВМ), на платформе которой создается программный продукт. Естественно, что указанные составляющие должны иметь как можно более простые связи, т.е. каждому семантическому элементу модели представления знаний должна быть сопоставлена естественная аппаратная (программная) реализация.

В ЭВМ "неймановского типа" для того, чтобы выполнить некото­рую обработку данных, необходимо написать алгоритм обработки в виде программы и ввести ее в компьютер. Если попытаться подобным методом разработать систему обработки знаний, то неизбежно возни­кают две проблемы. Первая связана со слиянием знаний с механизмом логического вывода. Она состоит в том, что знания об объекте и механизм логического вывода, использующий эти знания, не должны отличаться друг от друга, т.е. их следует представлять в виде цельной процедуры. Вторая проблема обуславливается сложностью об­новления знаний, когда пополнение, уничтожение или изменение знаний, ломающихся объекта, означает изменение программы, и трудно точно определить, до какой части программы распространяется это влияние. Эти проблемы можно разрешить, если разработать систему с модульным представлением знаний.