ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СМЕШАННЫХ МОДЕЛЕЙ ЗНАНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

В настоящее время весьма перспективным направлением является разработка систем информаци­онного проектирования, позволяющих описывать предметную сферу в виде совокупности объектов. Целью настоящей работы является рассмотрение моделей представлений знаний в экспертных системах и выделение преимуществ использования объектно - ориентированного представления знаний об области проектирования радиотехнических устройств. В данной работе излагаются принципы построения системы управления объектно-ориенти­рованными базами знаний, которые были бы совместимы с существующими языками программирования в отношении структур представления управляемых знаний и давали бы возможности для интеграции их в экспертные системы, действующие на основе концепции открытых систем.

ABSTRACT

Currently, a very promising area is the development of information design systems that make it possible to describe the subject area as a collection of objects. The purpose of this paper is to consider knowledge representation models in expert systems and highlight the advantages of using an object-oriented representation of knowledge about the field of design of radio engineering devices. This paper outlines the principles of building an object-oriented knowledge base management system that would be compatible with existing programming languages in terms of managed knowledge representation structures and would provide opportunities for integrating them into expert systems based on the open systems concept.

Ключевые слова: база данных, радиотехническое устройство, экспертная система, радиотехника, САПР, синтез, анализ, принципиальная схема.

Keywords: database, radio engineering device, expert system, radio engineering, CAD, synthesis, analysis, schematic diagram.

Введение

Наиболее развитым способом представления знаний в ЭС является объектно-ориентированная парадигма. Этот подход является разви­тием фреймового представления. В его основе лежат понятия объект и класс [1].

В интересующей разработчика предметной области, в качестве объектов могут рассматриваться конкретные предметы, а также абстрактные или ре­альные сущности, т.е. объединение свойств и характерных действий, представляющихся существенными для моде­лирования интересующих аспектов изучаемой области (здесь и далее термин "объект" используется как сокраще­ние сочетания "тип объекта". Там, где это может вызвать путаницу, конкретизируется, идет речь об экземплярах или же типах объектов). Например, объектами радиотехники могут быть: радиосистема; радиоканал; радиоустройство; функциональные или структурные блоки и каскады радиоустройств; электронные компоненты и т.п. Объект обладает индивидуальностью и поведением, имеет атрибуты, значения которых определяют его состояние. Так, конкретное радиоприемное устройство, при ухудшении условий приема, может оказаться в состоянии, когда используемый декодер не может правильно декодировать сигнал, а его поведение в этом случае заключает­ся в изменении принципа декодирования. Кроме того, каждый объект является представителем некоторого класса одно­типных объектов [3].

Класс определяет общие свойства для всех его объ­ектов. К таким свойствам относятся состав и структура данных, опи­сывающих атрибуты класса и соответствующих объектов, и совокуп­ность методов - процедур, определяющих взаимодействие объектов этого класса с внешней средой. Например, описание класса "усилитель" может включать такие атрибуты, определяющие состоя­ние объектов, которые индивидуальны для каж­дого объекта этого класса - конкретного усилителя (например, УЗЧ), а также общие методы, позволяющие их определить и т.д.

Объекты и классы обладают характерными свойствами, которые активно используются при объектно-ориентированном подходе и во многом определяют его преимущества. К этим свойствам относятся: абстракция, инкапсуляция, наследование, передача сообщений и полиформизм [5].

Объектно-ориентированный подход рассматривает ресурсы программы: данные, модули и системы - в качестве объектов. Каждый объект содержит некоторую структуру (или тип знаний), обрамленную набором процедур способных манипулировать этими данными [4]. Используя эту методологию, разработчик может создать свой собственный абстрактный тип и отобразить проблемную область в эти созданные абстракции, вместо традиционного отображения проблемной области в предопределенные управляющие структуры и структуры знаний языка реализации. Благодаря объектно-ориентированной методологии большие программы становятся более понятными, поскольку все взаимосвязанные исполнимые фрагменты и описание знаний находятся в одном месте. Кроме того, модульность программ позволяет их легче сопровождать и развивать. Таким образом, подход, реализуемый на основе объектно-ориентированной методологии программирования, является более естественным, чем методологии, ориентированные на обработку (на процесс), из-за возможности создавать в процессе проектирования разнообразные виды абстракции типов знаний, наиболее точно описывающих область проектирования неформализованных радиотехнических схем и устройств. На этом пути разработчик может сконцентрироваться на проекте системы, не беспокоясь о деталях информационных объектов, используемых в системе.

Итак, объектно-ориентированный подход заключается в пред­ставлении системы в виде совокупности классов и объектов предмет­ной среды. При этом иерархический характер сложной системы отра­жается в виде иерархии классов, а ее функционирование рассматри­вается как взаимодействие объектов, с которыми ассоциируются, на­пример, продукционные правила ЭС.

Для иллюстрации приведем следующий пример. "Сопротивление" резистора может быть фиксированным при комнатной температуре. Текущее состояние характеристик устройства определяется температурой окружающей среды, которое может увеличиваться или уменьшаться при ее изменении. Такой объект может быть описан, например, так:

Пример 1.

  ОБЪЕКТ РЕЗИСТОР:

      Сопротивление целое,

  ОПЕРАЦИЯ Увеличить (Сколько целое):

  {

       Сопротивление = Сопротивление * ( 1 + exp( (U_t  - Сколько)/U_t));

   }

Приведем пример создания новых классов с использованием наследования:

Пример 2.

ОБЪЕКТ электронный_компонент:

       Тип символы 20;

ОБЪЕКТ резистор НАСЛЕДУЕТ электронный_компонент:

       Сопротивление целое;

ОБЪЕКТ емкость НАСЛЕДУЕТ электронный_компонент:

       Емкость целое.

Каждый из объектов "резистор" и "емкость" будет иметь общий атрибут "тип", а также ин­дивидуальные атрибуты, которые они должны иметь согласно специфике моделируемой предметной сферы.

Заключение

Подклассы могут быть дополнены и модифи­цированы относительно суперклассов. Обычно существует возможность переопределения реализации методов, наследованных у суперклассов [2]. Сохраняя интерфейс метода, описанного в суперклассе, тело метода подкласса содержит описание его собственных действий. Это важное свойство позволяет иметь в обобщающем классе только имя и параметры вызова метода, оставляя вопросы реализации каждому классу-наследнику, обладающему общим свойством, но имеющему индивидуальные особенности. Типичным примером служит метод определения требуемого электронного компонента, в зависимости от того, является он "резистором" или "емкостью". Реализация множественного наследования представляется более сложной из-за возникающих совпадений имен элементов (так называемых коллизий), наследуемых из разных суперклассов, или, наоборот, обозначения разноименными атрибутами суперклассов одних и тех же сущностей моделируемой области. Помимо наследования, часто используется и другой вид иерархии — агрегатирование, при этом, элемент одного класса может иметь также абстрактный тип, т.е. являться в свою очередь объектом какого-либо класса.

Список литературы:

1. Долин Г.А., Kudryashova A.Y., Frisk V.V., Shakin V.N. Representation of algorithms for schematic synthesis of radio engineering devices in the knowledge base of the expert system. Представление алгоритмов схемотехнического синтеза радиотехнических устройств в базе знаний экспертной системы./ International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020 - Proceedings. 2020. С. 9261556.
2. Долин Г.А., Kudryashova A.Y. Synthesis of structural electrical circuits of radio engineering devices in a hybrid production expert system. Синтез структурных электрических схем радиотехнических устройств в гибридной продукционной экспертной системе./ Synchroinfo Journal. Т. 6. № 3. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер», 2020. - С. 5-9.
3. Dolin G.A., Kudryashova A.Y. Modified methods of circuit simulation of radio engineering devices in the time domain. Модифицированные методы схемотехнического моделирования радиотехнических устройств во временной области. /   Synchroinfo Journal. Т. 6. № 2. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер», 2020. - С. 7-11.
4. Долин Г.А., Алпеев В.А., Царев П.В., Круглов Н.А., Корыткин А.В. Автоматизация схемотехнического проектирования радиотехнических устройств в экспертной системе./ REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 2. - М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 9-15.
5. Долин Г.А., Смирнов Н.П., Тарбаев Т.В., Цыганков Э.О. Использование метода переменных состояний для определения запаса устойчивости против самовозбуждения узлов аналоговых радиотехнических устройств. /REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 1. М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 34-36.