4智能信息系统开发

CommonKADS的模型套件

模型套件构成了CommonKADS知识工程方法学 的核心。（见下页图）三组模型回答了三组问 题：



为什么知识系统是潜在的帮助或解决方法？适合于 什么问题？它具有什么好处、代价和组织影响？其 中理解语境和环境最重要。 相关知识的性质和结构是什么？相应通信的性质和 结构是什么？ 计算机系统里必须怎样实现知识？软件体系结构和 计算机制是什么样的？
面向对象方法的基本概念
发送对象
（Sender）
消
息
接
接受对象
操作名，参数 消息传递模型
口 （Receiver）
面向对象方法的基本概念

面向对象方法的特点： （1）封装性(Encapsulation)


将静态数据和动态操作数据组合在一起，全 面考虑了系统的两个要素——数据、功能 对象的内部实现受保护，外界不能访问 封装简化了程序员对对象的使用和维护
智能信息系统的任务目标

智能信息系统的目标可大致分为以下六 种类型：



知识检索：关于信息知识的存储与检索，它 将应用于广泛领域的知识信息处理任务。 咨询：利用专门的知识与技能，解答各种类 型用户的咨询问题。 指导：如教学辅助系统，传授知识，回答学 生的问题，测试学生的水平，诊断并纠正学 生的错误。

应用原型方法设计智能信息系统，应遵 守确定的设计准则，它们包括：整体设 计要求；设计信息种类和计算机技术类 型的描述；信息格式的说明。
原型系统设计准则
一、整体设计要求




提供基于实际条件的简明的、权威性建议。 提供处理中的有关问题的建议。例如，由编码检查 算法发现的问题，必须能引导精炼前一阶段的设计 工作。 在设计的合适阶段提供图象能力，尤其在决策的早 期阶段，应识别整体方案，理解图象的不确定性。 收录手册信息和编码信息。 评估而不是诊断，评估发生在任何阶段，从主架到 细节以及关于不确定条件的活动。 支持大量的文本，如事实信息。
智能信息系统开发
智能信息系统之四
智能信息系统的目标

智能信息系统是一种计算机系统，它具 有运用知识进行推理、学习等类似于人 类的智能，实现信息知识的获取、存储、 处理和利用，最大可能地满足各类用户 的信息需求。也就是说，它能够模拟人 类的认知功能和智能活动，实现智能信 息处理，对于广泛的应用领域提供新型 的、高效率的信息服务。
面向对象开发过程

面向对象方法的主要 步骤是分析、设计、 实现及测试。 （喷泉式）
需求分析
面向对象设计
面向对象实现
面向对象测试
面向对象方法的优点


与人类习惯的思维方法一致 稳定性好 可重用性好 易于开发大型软件产品 易维护、易升级
知识工程方法—CommonKADS


CommonKADSKADS（Knowledge Analysis and Design System） 该方法是知识工程和知识管理全面结合 的方法论，它贯穿了从知识管理到知识 分析和知识工程的全过程，同时它也适 用于以综合的方式对知识密集系统进行 设计和开发。
智能信息系统开发方法


原型系统方法 面向对象方法 CommonKADS知识工程方法
原型法概述

传统的软件开发方法，称为线性阶段 法，它的典型结构表示为流水模式 (waterfall model)。这种方法不符合 客观事物的发展规律。事实上，在第 一阶段发现和描述所有的要求是不可 能的，常常需要在后续阶段中逐步认 识。因此它不适用于知识系统的开发。
原型系统的设计与实现
三、实现原型系统
本阶段的主要任务是选择合适的开发工具，完成原型 系统的程序设计，即编码、测试和修改 系统开发工具的选择（包括开发工具的通用性和开发 工具的特性与专业领域特性的匹配程度） 编码 测试与修改 Байду номын сангаас系统开发者检测） 检测推理的正确性：当系统违背设计者的意愿，无 效推理 检测知识的正确、完整和一致性：当系统违背专家 的意愿，可能是无效或模糊知识
智能信息系统的任务目标



管理：解决不同级别(高层、中层、操作级)的管 理问题，提供管理所需要的各种知识。如MIS 决策：提供有效决策的人/机信息处理服务。如 决策支持系统支持高级管理者实现智能决策。 预测：根据给定情况和数据，推断出可能的后果。 它包括各类信息分析与预测。
智能信息系统的执行目标




包含多种类型的知识库，存储解决问题所需要的丰 富知识； 具有推理、学习、解释等能力，能从知识库进行准 确的推理； 提供智能信息处理功能，例如文献与提问的自然语 言处理、智能检索及多种信息服务。 能满足不同水平用户(包括无经验用户)的信息需求； 具有自然语言、图象、声音等多种交互能力； 提供用户真正需要的信息知识。
原型系统方法概述

原型方法或叫做增量方法： （1）早期阶段的目标是，获取主要需求， 迅速开发最终系统的模型； （2）后继阶段进行测试和扩充，增加更多 细节，如此逐步发展和求精，直到逼近最 终系统，满足用户要求。
原型系统方法概述

原型系统方法包括五个阶段： ——领域问题的分析 ——设计原型系统 ——实现原型系统 ——证实原型系统 ——系统发展维护。 （见P81页图4.7）
面向对象方法的基本概念
（2）继承性(Inheritance)




继承是父类和子类之间共享数据的方法的机 制 一个子类可以继承它的父类（或祖先类）中 的属性和操作 子类中可以定义自己的属性和操作 单重继承、多重继承
面向对象方法的基本概念
（3）多态性(Polymorphism)


不同的对象收到同一消息可以产生完全不同 的结构，这一现象叫做多态性 多态的实现受到继承的支持
CommonKADS的模型套件
CommonKADS的模型套件

组织模型
一个组织模型，包含组织的特征、要素及 其关系、有关活动及规律。
CommonKADS的模型套件

任务模型
任务是一个业务过程中的相关子部分。任务 模型分析全局任务布局、它的输入和输出、 先决条件和性能准则以及所需的资源和能力
CommonKADS的模型套件
智能信息系统的功能


问题求解与知识服务：利用信息与知识的智能化 处理功能，根据不同的的需求模型选择合适的策 略与方法，向用户提供高质量的信息与知识。 智能人机接口：提供多种类型交互方式，如菜单、 命令、图象、声音及自然语言方式，对不同类型 的用户，选择合适的系统策略和交互方式；并对 系统回答结果进行分析、整合、分类、可视化等 智能处理。
原型法的优缺点
优点：




逐步完善系统需求，确保用户的要求得到较 好的满足。 改进了用户和系统开发人员的交流方式。 开发的系统更加贴近实际，提高了用户的满 意程度。 降低了系统开发风险，一定程度上减少了开 发费用。
原型法的优缺点
缺点：



开发工具要求高。 解决复杂系统和大型系统很困难。 对用户的管理水平要求高。 系统开发思想没有本质的变化。
CommonKADS的基本原则




知识工程方法的思想：系统由构造人类 知识不同方面的模型组成 知识具有稳定的内部结构，由可区别的 特定的知识类型和角色进行分析 知识建模：首先要集中考虑知识的概念 结构，而把编程细节留在以后考虑 知识项目必须以可控的“螺旋”方式来 管理，即CommonKADS模型的管理。
原型系统设计准则
二、设计信息种类和计算机技术类型的描述



软、硬信息：关于构造类型的图表和图象描述，包 括性能数据、类型设计和构造的实例描述。 信息范围：从一般的设计和构造技术到计划的特定 信息。当系统不能确定一个问题的回答时，将从已 知事实演绎推导出回答。 供应和需求信息：所具有的条件、资源和可用产品 组成供应环境；需求信息包括用户要求和设计规定 的要求。
原型系统设计准则



事实和标准信息：是观察到的事实信息和有经验的 设计者与专家提供的典例。规则可用于表示经验知 识，事实可存储于数据库。 模糊信息：要求可用的模糊知识，并指示它的不确 定程度。因为具有不确定的信或经验比没有好，而 且人工智能提供许多技术处理不确定性。如模糊集 合论。 查找信息的算法和启发式方法：过程和算法用于确 定具有模糊性的条件。一般来说，信息系统必须产 生经验规则。因为在主架设计中，当不能应用算法 时，要作大约2O％的决策。知识系统必须捕获启发 式方法，并可用模型方法加以扩展。
面向对象方法概述


核心思想：是数据抽象，即用知识分类 方法描述、组织客观事物、构建系统， 符合人类的认识方法 以客观事物或对象为中心组织系统，按 对象分解划分子系统，构建系统的分类 等级结构，具有继承特性
面向对象方法的基本概念

对象(Object)


实体对象：即客观世界所存在的实体。它是由一组数 据和施加于这些数据上的一组操作构成。 类对象：是抽象对象 一个对象把属性和行为封装为一个整体。 一个对象通常可由对象名、属性和操作3部分组成。 子类：相对父类，子类可以继承父类中的全部功能及 响应代码添加新的功能及响应代码用新过程覆盖父类 中不适合子类的过程。
原型系统的设计与实现
一、领域问题的分析




问题选择：确定系统的任务目标，识别和定义 问题与子问题，分析主要需求 明确设计目标：确定系统的基本任务、系统要 素及子系统之间的关系 确定建造系统的条件 可行性分析
原型系统的设计与实现
二、设计原型系统
原型设计阶段的目标是解决领域知识的形式化问 题，定义事实、关系和专家的推理策略，建立原型模 型。原型系统设计分为以下三个阶段。 识别和定义系统的概念模型：识别系统的主要任务， 获取有关知识，定义概念模型 概念设计 知识表示模式设计 推理机设计 详细设计