У даному параграфі розглянута нова методологія [1], що дозволяє провести стадію структуризації незалежно від подальшої програмної реалізації, спираючись на досягнення в області розробки складних систем.

2.4.1 Ієрархічний підхід

Проектування складних систем і методи структуризації інформації традиційно використовували ієрархічний підхід [1] як методологічний прийом розчленовування формально описаної системи на рівні (або блоки, або модулі). На вищих рівнях ієрархії використовуються найменше деталізовані уявлення, що відображають тільки найзагальніші риси і особливості системи, що проектується. На наступних рівнях ступінь детальності зростає, при цьому система розглядається не в цілому, а окремими блоками.

У теорії САПР такий підхід називається блоково-ієрархічним (БІП) [1]. Одна з переваг БІП полягає в тому, що складне завдання великої розмірності розбивається на послідовно вирішувані групи завдань малої розмірності.

На кожному рівні вводяться свої уявлення про систему і елементи. Елемент к-го рівня є системою для рівня к-1. Просування від рівня до рівня має строгу спрямованість, визначувану стратегією проектування, - зверху вниз або від низу до верху.

Пропонований нижче об'єктно-структурний підхід дозволяє об'єднати дві, що зазвичай протиставляються, стратегії проектування - низхідну або дедуктивну STRtd (top-down) з послідовною декомпозицією об'єктів і процесів зверху вниз і висхідну або індуктивну STRbu (bottom-up) з поступовим узагальненням понять і збільшенням ступеня абстрактності описів від низу до верху.

Синтез цих стратегій, а також включення можливості ітеративних повернень на попередні рівні узагальнень дозволили створити дуальну концепцію, що надає аналітику широку палітру можливостей на стадії структуризації знань як для формування концептуальної структури предметної області Sk, так і для функціональної структури Sf.

Низхідна концепція (top-down) декларує рух від n -> n+1, де n - n-й рівень ієрархії понять ПО (предметній області) з подальшою деталізацією понять, належним відповідним рівням.

де n - номер рівня концепту, що породжує;

i - номер концепту, що породжує;

ki - число породжуваних концептів, сума всіх ki по i складає загальне число концептів на рівні n+1.

Висхідна концепція (bottom-up) наказує рух n -> n-1 з послідовним узагальненням понять.

де n - номер рівня концептів, що породжують;

i - номер породжуваного концепту;

ki - число концептів, що породжують, сума всіх ki, по i складає загальне число концептів на рівні n.

Підставою для припинення агрегації і дезагрегування є повне використання словника термінів, яким користується експерт, при цьому число рівнів є значущим чинником успішності структуризації.

2.4.2 Традиційні методи структуризації

Існуючі підходи до проектування складних систем можна розділити на два великі класи:

Структурний (системний) підхід або аналіз, заснований на ідеї алгоритмічної декомпозиції, де кожен модуль системи виконує один з найважливіших етапів загального процесу.

Об'єктний підхід, пов'язаний з декомпозицією і виділенням не процесів, а об'єктів, при цьому кожен об'єкт розглядається як екземпляр певного класу.

У структурному аналізі [Yourdon, 1989; DeMarco, 1979; Gane & Sarson, 1979] розроблено велике число виразних засобів для проектування, зокрема графічних [Буч, 1993]: діаграми потоків даних (DFD - data-flow diagrams), структуровані словники (тезауруси), мови специфікації систем, таблиці рішень, стрілочні діаграми "об'єкт-зв'язок (ERD - entity-relationship diagrams)", діаграми переходів (станів), дерева цілей, блок-схеми алгоритмів (у нотації Насси-шнейдермана, Гамільтона-зельдіна, Фест-ля і ін.), засобу управління проектом (PERT-діаграми, діаграми Ганта і ін.), моделі оточення.

Множинність засобів і їх деяка надмірність пояснюються тим, що кожна предметна область, використовуючи структурний підхід як універсальний засіб моделювання, вводила свою термінологію, найбільш відповідну для віддзеркалення специфіки конкретної проблеми. Оскільки інженерія знань має справу з широким класом ПО (це "м'які" ПО), встає завдання розробки достатньо універсальної мови структуризації.

Об'єктний (об'єктно-орієнтований) підхід (ООП), що виник як технологія програмування великих програмних продуктів, заснований на наступних основних елементарних поняттях [Буч, 1992]: об'єкти, класи як об'єкти, зв'язані спільністю структури і властивостей, і класифікації як засоби впорядкування знань; ієрархії із спадкуванням властивостей; інкапсуляції як засоби обмеження доступу; методи і поліморфізм для визначення функцій і відношень.

ООП має свою систему умовних позначень і пропонує багатий набір логічних і фізичних моделей для проектування систем високого ступеня складності, при цьому ці системи добре структуровані, що породжує легкість їх модифікації. Вперше принцип ООП встановлений в 1979 [Jones, 1979], а потім розвинений в роботах [Shaw, 1984; Peterson, 1987; Буч, 1992].

Широке розповсюдження об'єктно-орієнтованих мов програмування С++, CLOS, Smalltalk і ін. успішно демонструє життєздатність і перспективність цього підходу.

2.4.3 Об’єктно-структурний підхід (ОСП)

Можна запропонувати як базисну парадигму методології структурного аналізу знань і формування поля знань Рz узагальнений об'єктно-структурний підхід (ОСП), послідовно розроблений від математичного обгрунтування до технології і програмної реалізації [Гаврилова, 1995].

Основні постулати цієї парадигми запозичені з ООП і розширені.

Системність (взаємозв'язок між поняттями).

Абстрагування (виявлення істотних характеристик поняття, які відрізняють його від інших).

Ієрархія (ранжування на впорядковані системи абстракцій).

Типізація (виділення класів понять з частковим спадкоємством властивостей в підкласах).

Модульна (розбиття завдання на підзадачі або "можливі світи").

Наочність і простота нотації.

Використання п'ятого постулату ОСП в інженерії знань дозволяє будувати глобальні БЗ з можливістю виділити локальні завдання за допомогою горизонтальних і вертикальних перетинів на окремі модулі простору-опису предметної області.

Шостий постулат внесений до списку останнім, але не по значущості. У інженерії знань формування Рz традиційно є критичною точкою [Гаврилова, Червинская, Яшин, 1988; Гаврилова, Червинская, 1992], оскільки створювана неформальна