| РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОНТОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ |
|
История интеллектуальных обучающих систем (ИОС) начинается в 70 годы 20 века в работах Дж. Карбонелла, первые классификации данных систем были предложены в 80е годы такими учеными как В. Стефанюк, П. Брусиловский, В. Петрушин. При разработке обучающих систем используются нейросетевые технологии, методы машинного обучения, генетические алгоритмы, методы эволюционного моделирования и другие. Обучающие системы строят модель целей, предпочтений и знаний каждого индивидуального студента и использует эту модель в течение всего времени взаимодействия со студентом для адаптации к нуждам этого студента. В начале 2000 года происходит следующий шаг в развитии ИОС – появление агентно-ориентированных ИОС (Танг, Лопес и др.) с наличием агента интерфейса преподавателя, агента интерфейса обучаемого, агента координатора взаимодействий, агента доступа к знаниям в процессе обучения, агента онтологий. Обзор существующих интеллектуальных обучающих систем, дает следующие виды технологий в интеллектуальных обучающих системах [8]:
ИОС должна достигать интеллектуального и «личного» содействия, которое могло бы быть достигнуто преподавателем или студентом-сокурсником при обычном аудиторном занятии. Также ИОС должна быть настолько адаптивной, чтобы найти подход к каждому обучаемому, учитывая его личные качества и особенности. Предполагается создание интеллектуальной обучающей системы, включающей в себя следующие технологии: построение последовательности курса обучения, интеллектуальный анализ ответов обучаемого, интерактивная поддержка в решении задач, помощь в решении задач основанная на примерах. Для решения поставленной задачи предполагается использование агентов. Агентские технологии предполагают использование программных агентов, которые обладают некоторыми знаниями об окружающем мире, данные знания позволят агентам принимать решения в заданной проблемой области без участия пользователя. Особенностью технологии является возможность создания «универсальных» агентов, которые могут быть спроектированы изначально для другой области. Таким образом, разработав агентов для одной предметной области, и внеся в них некоторые изменения, мы сможем их использовать в другой области (при обучении другому предмету, со своей спецификой). В разрабатываемом концепте ИОС предполагается применение в качестве методической основы для создания открытых агентских систем - модели сети потребностей и возможностей. Главной особенностью подхода становится самоорганизация между потребностями и возможностями системы. Концепция сети «потребности – возможности», для решаемой задачи представлена на рисунке 1. В ИОС агентам отводится роль для оценки потребностей в новой информации, построения модели обучения, контроля выполненных работ, их оценивание и в соответствии с полученным результатом проведение корректировок в плане обучения. Все перечисленные функции агенты производят за счет переговоров между собой (отношений матчинга). Отношение матчинга связывает между собой концепты потребностей в информации - чему необходимо обучить учащегося, заполнить определенные пробелы в знаниях, и возможностей - информацией, которая хранится в базе знаний. Для каждого концепта класса объектов онтологии создается агент возможности, с переговорами с которыми могут вступить агенты потребностей в знаниях, матчинг между агентами состоится в том случае, если агенты сумеют договориться, т.е. предлагаемые знания агента ресурсов (возможностей) соответствуют предъявляемому запросу агента потребностей. В качестве дополнительной информации в отношении матчинга указываются: условия матчинга, условия выбора предложений, задания на расчет атрибутов и обработчики событий. По результатам отношений матчинга между агентами стоится индивидуальный курс обучения [4, 5].
Рисунок 1. «Концепция сети «потребности – возможности»
Для работы модуля требуется создание предметной онтологии. Онтология - семантическая сеть знаний предметной области. Данная сеть описывает предметную область на основе таких первичных понятий, как объект и процесс, свойство и отношение, атрибут и некоторые другие, составляющих метаонтологию. Создание такой сети знаний существенно более содержательный и полезный процесс, чем программирование конкретных процедур, поскольку позволяет отделить предметное знание от программ и многократно использовать его в различных приложениях. В рамках решаемой задачи онтология предметной области будет связывать между собой «знания» преподавателя и существующие/возможные информационные ресурсы, которые и будут являться базой для обучения. Материалы курсов будут представлены в виде разработанных баз знаний, на основании которых будут функционировать агенты, по результатам переговоров, которых будет выстраиваться индивидуальная программа обучения. В общей структуре ИОС, агенты занимают промежуточный слой между базами данных «регулярной» статистической информации. Для агентов эти БД представляют собой «ресурсы», имеющие различную «ценность». Экспертная информация, которая, являясь в «непроявленном» виде нерегулярной, в результате организованной индивидуальной или групповой экспертизы становится ресурсом для соответствующего агента, хранится в базах данных второго типа. Данная БД представляет собой хранилище моделей обучения, возможных приемов и дополнительной информации, закладываемой преподавателями. Слой ИОС, который представлен агентами и процедурами оценки потребностей в новой информации, проводит моделирование и поиск решения в результате переговоров агентов. В случае «малой ценности» ресурсов или их принципиального отсутствия, здесь генерируются запросы для преподавателя/экспертной группы о необходимости пополнения БД. Онтологии предметной области связывают между собой «знания» преподавателя и существующие/возможные статистические ресурсы [7]. Агенты ИОС будут функционировать и принимать решения основываясь на онтологию проблемной области. Предполагается выделение следующих классов в онтологии проблемной области [4]:
Схема взаимосвязей между классами объектов представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема взаимодействия между классами онтологии ИОС Литература
|
