8129

Архитектура доски объявлений (ДО)

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Архитектура доски объявлений (ДО). (Конспект) Архитектура ДО. В первой половине 70-х годов по заказу Управления перспективных исследований США DARPA рядом американских университетов была выполнена пятилетняя исследовательская программа, направленная...

Русский

2013-02-04

238 KB

3 чел.

Архитектура доски объявлений (ДО).

(Конспект)

Архитектура ДО. В первой половине 70-х годов по заказу Управления перспективных исследований США DARPA рядом американских университетов была выполнена пятилетняя исследовательская программа, направленная на создание систем понимания слитной речи. В рамках этой программы была разработана система Hearsay-II, основанная на архитектуре «доски объявлений» (ДО). В русскоязычной литературе термин Blackboard Architecture также часто переводится как «архитектура классной доски»

Речь – сложный феномен, формируемый как результат ряда преобразований намерений говорящего в акустические волны. Он включает порождение ряда семантических и синтаксических структур. Интерпретация речи – обратное преобразование, позволяющее восстановить намерения говорящего по воспринимаемым звуковым колебаниям. В процессе обработки на различных уровнях интерпретации (фонетическом, лексическом, синтаксическом, семантическом) используются различные знания и модели.

В основу архитектуры ДО положена модель совместного решения сложной задачи группой экспертов. Они «обозревают» ДО, на которой описана исходная проблема и появляются данные, характеризующие текущее состояние в решении задачи. Любой эксперт может участвовать в решении проблемы или в интерпретации данных. Результаты его работы заносятся на ДО и становятся доступными другим экспертам. В системах на основе ДО вместо физической доски используется разделяемая компьютерная память, а в роли экспертов выступают соответствующие программные модули.

Основными компонентами архитектуры ДО являются:

1. Множество независимых обрабатывающих модулей, содержащих необходимые для решения частной подзадачи знания. Модули, названные источниками знаний (ИЗ), могут использовать различные модели представления и обработки знаний, в зависимости от особенностей решаемых задач.

2. Собственно ДО, представляющая собой общую память (глобальную базу данных), через которую ИЗ обмениваются информацией. ДО содержит входные данные, частичные результаты решения и другие данные, получаемые на различных этапах решения задачи.

3. Управляющая компонента (УК) – принимает решения о выборе направления в решении задачи и выделении ресурсов. В ряде систем УК сама была реализована с использованием архитектуры ДО, т. е. включала управляющие ИЗ и ДО, для организации управления вычислительным процессом.

Архитектура системы Hearsay-II представлена на рис. 17.1

Монитор ДО отслеживает условия, при которых тот или иной ИЗ может включиться в решение общей задачи и помещает готовые к исполнению модули в агенду. (В программных реализациях системы ДО для обработки создаются экземпляры источников знаний – ЭИЗ.) Планировщик, в соответствии с текущим фокусом управления, выбирает из агенды готовый к исполнения ЭИЗ и активизирует его. Результаты работы ЭИЗ заносятся на ДО. Таким образом, базовый цикл работы системы с архитектурой ДО включает следующие шаги:

  •  выбор из списка готовых к исполнению ИЗ (агенды) одного ИЗ;
  •  срабатывание выбранного ИЗ;
  •  модификация агенды по результатам срабатывания ИЗ.

Полный цикл управления в архитектуре HEARSAY-II представлен на рис. 17.2.

Таким образом, появление архитектуры ДО было обусловлено необходимостью решения сложных проблем, состоящих из множества подзадач, требующих использования различных моделей представления знаний, и более сложного взаимодействия между подзадачами. Архитектура ДО получила дальнейшее развитие  и нашла применение в многочисленных приложениях.

Изменения, происходящие на ДО вследствие срабатывания ИЗ описываются для монитора ДО как множество событий (экземпляров типа «событие ДО»). Монитор ДО идентифицирует – какие ИЗ могут быть запущены новыми событиями и обращается к компонентам предусловиям запускаемых ИЗ. Для ИЗ предусловия которых выполняются монитор создает экземпляры (представляющие активируемые ИЗ) и помещает их в агенду. Кроме того, монитор ДО обновляет БД фокусов управления, основываясь на новых событиях. Планировщик сортирует (оценивает) содержащиеся в агенде ИЗ, выбирает (и удаляет) ИЗ с наивысшим приоритетом и запускает компоненту действия соответствующего ИЗ

Примером построения ИС на основе  архитектуры ДО является распределенная среда мониторинга подвижных объектов DVMT (Distributed Vehicle Monitoring Testbed) [Lesser and Corkill, 1983].

DVMT моделирует сеть пространственно распределенных узлов, выполняющих интерпретацию сигналов для мониторинга перемещений множества объектов. Узлы обнаруживают звуковые сигналы подвижных объектов (целей) и используют знания об этих сигналах и особенностях движения объектов для их сопровождения в соответствующей области пространства. Для построения полной картины перемещений во всей наблюдаемой области пространства узлы обмениваются информацией об объектах, которые они отследили. Поскольку узлы работают с потенциально содержащими ошибки данными и могут генерировать потенциально несогласованные и некорректные частичные результаты, эта задача предполагает функционально-точное сотрудничество. Узлы могут строить приемлемые общие решения, если они в достаточной степени обмениваются своими частичными результатами. Однако, без организационной структуры, направляющей обработку и коммуникационные решения, узлы могут быстро перегрузить друг друга промежуточными частичными результатами.

Исследования, проведенные с использованием системы DVMT, показали, что построение гибкой и эффективной централизованной стратегией управления всей сетью не представляется возможной. Вместо этого каждый узел должен самостоятельно принимать решения относительно своей активности на основе организационных знаний о своей роли, а также ролях других узлов в решении задачи, и исходя из собственного локального видения решаемой задачи. При таком подходе проблема координации в сети делится на две подзадачи:

1. Построение и поддержание общесетевой организационной структуры.

2. Постоянное локальное уточнение этой структуры и активностей узлов, используя локальные знания и возможности по управлению каждого узла.

Таким образом, в рамках границ, определенных организационной структурой, узлы имеют существенную свободу в принятии решений. В DVMT организация специфицирована как множество ассоциированных с каждым узлом «областей интереса». Эти области определяют:

  •  кому, какая и когда должна передаваться информация – частичные результаты и цели для построения частичных результатов;
  •  отношения полномочий, указывающие насколько высокий приоритет узлы должны присваивать обработке поступивших извне целей по отношению к внутренне генерируемым целям;
  •  приоритеты целей, указывающие как оценивать важность обработки различных типов целей.

Каждый узел в DVMT представляет собой основанный на архитектуре ДО решатель с уровнями абстракции и источниками знаний, соответствующими задаче мониторинга подвижных объектов (Рис 17.3). Планировщик узла DVMT решает, какой источник знаний будет применяться следующим к частичным результатам на ДО. Для определения приоритетов наблюдаемых целей при генерации частичных результатов он использует области интереса. Цели и построение результатов в области высокого интереса узла имеют более высокий приоритет.

Пусть, например, для расширения диапазона задач, которые может выполнять узел N1, организационная структура предписывает ему интерпретировать данные от двух смежных воспринимаемых областей A и B. Данные об области B может также получать соседний узел N2. Чтобы избежать дублирования область предписывает узлу N1 отдавать предпочтение генерации частичных решений в области A. Однако при отсутствии целей в этой области он может отслеживать цели в области B, сотрудничая с узлом N2 в обработке данных. Аналогично, рейтинг целей для передачи и получения информации зависит от области интереса посылающего и принимающего узла.

При отсутствии области интереса узел просто отслеживает цели с максимальным приоритетом, отражающим уверенность в частичных результатах, актуализирующих цель. Области интереса также отранжированы и, когда узел получает информацию об области интереса, он переоценивает приоритет цели, основываясь на комбинации своего исходного приоритета и приоритета области интереса. Вследствие этого узел может отслеживать высоприоритетную с локальной точки зрения цель, даже если она относится к низкоприоритетной области интереса. Такая организационная структура не навязывает жестко узлам локальных решений и может использоваться для управления: количеством перекрытий и избыточности в решении проблемы между агентами, ролями узлов в решении задачи («интегратор», «специалист», «менеджер среднего звена»),  отношениями полномочий между узлами, и потенциальными путями решения задачи в сети.

Статическая организационная структура, ориентированная на конкретный сценарий, не всегда может гарантировать согласованное поведение сети при изменении ситуации, поскольку специфические характеристики задачи не могут быть полностью предсказаны заранее. С другой стороны, реорганизация, как правило, является дорогостоящей процедурой и требует достаточно много времени. Поэтому организационная структура должна быть ориентирована на достижение приемлемой эффективности в долгосрочной перспективе, а не очень высокую эффективность только в нескольких ситуациях. Приемлемая организационная структура должна обеспечивать узлы достаточной гибкостью, позволяющей им адекватно реагировать на изменение ситуации. При этом следует учитывать, что гибкие организационные структуры, обеспечивая высокую степень свободы выбора решений, могут порождать некогерентное поведение сети. При заданном множестве ролей, которые узлы могут играть в организации, им необходимо определить, какие роли они должны играть в текущей ситуации.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6218. Формализация задачи принятия решения 120 KB
  Постановка задачи Характерным примером практической реализации методов формализованного представления систем является формализация и решение задачи принятия решения. Рассмотрим применение данных методов на фоне формализации данной задачи. Введ...
6219. Основы медицинской генетики. Человек как объект генетических исследований 52.5 KB
  Основы медицинской генетики. Человек как объект генетических исследований. Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей, особенности наследования нормальных и патологических признаков, влияние генетической кон...
6220. Программное обеспечение для института селекции растений 535 KB
  Аннотация В данной курсовом проекте разработано программное обеспечение для института селекции растений на языке программирования С++. Эта программа создана для хранения, ввода-вывода и обработки информации о покупках (номер покупки растения, ...
6221. Лекарственные средства неорганической природы. Классификация. Вода очищенная и вода для инъекций. Фармакопейный анализ препаратов водорода пероксида 87 KB
  Лекарственные средства неорганической природы. Классификация. Вода очищенная и вода для инъекций. Фармакопейный анализ препаратов водорода пероксида Лекарственные препараты неорганической природы составляют значительную часть ассортимента лекарствен...
6222. Генетика онтогенеза 109.5 KB
  Генетика онтогенеза 1. Общая характеристика онтогенеза (самостоятельно) 2. Генетическая детерминация онтогенеза. Генотип и среда. Поливариантность онтогенеза. Программы онтогенеза 3. Механизмы реализации программ онтогенеза 1. Общая характеристика о...
6223. Гонорея. Хламидиоз. Трихомониаз 130.5 KB
  Содержание Гонорея. Хламидиоз. Трихомониаз. Определение Этиология Тактика среднего медицинского работника при данных заболеваниях Принципы лечения Особенности ухода за пациентами Диспансеризация Профилактика...
6224. Конкуренция и монополия 66.5 KB
  Конкуренция и монополия. Цели изучения темы: уяснение сущности и функций конкуренции, умение дифференцировать различные типы рыночных структур, измерение уровня концентрации рынка, понимание природы монополий. Основные термины и понятия: конкуренция...
6225. Перевод числа из инфиксной формы в постфиксную 199 KB
  Одной из главных причин, лежащих в основе появления языков программирования высокого уровня, являются вычислительные задачи, требующие больших объёмов рутинных вычислений. Поэтому к языкам программирования предъявлялись требования максима...
6226. Решение задач на языке программирования Pascal 323 KB
  Введение Паскаль (англ. Pascal) - это язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применялся в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для р...