概念モデルを備えた情報システム。 パート2

記事の最初の部分では、概念と呼ばれる新しいクラスの高レベルドメインモデルに関する会話を開始しました。 概念モデルの他の同様のモデルとは異なり、概念間の接続は概念であり、モデルは主題領域の概念の形成（定義）に役立つ抽象化の識別と記述に基づいて構築されます。 これにより、エンドユーザーは、概念とそのエンティティを作成、変更、削除する簡単で自然な操作を通じて、ドメインモデルを構築および更新できます。



ここでは、第2部で、主題領域の概念モデリングに基づく完全に機能する情報システムを実装する方法について説明します。 ここで、INSYSTEMSが社内で使用するLANCAD情報システムを詳しく調べて、建設のための設計見積もりの​​開発のためのプロジェクト活動を整理します。



LANCAD情報システムの出現は、会社のいくつかの大規模プロジェクトの実施の結果であったことに注意すべきです。

私の舌は私の友人です

プレゼンテーション層のすべての情報システムは、モデル化するサブジェクトドメインのエンティティを記述するために、何らかの形式言語（形式理論）を使用する必要があります。



XML（英語の拡張マークアップ言語）、JSON（英語のJavaScriptオブジェクト表記）、XBRL（英語の拡張可能なビジネスレポート言語）など、情報システムエンティティのテキスト表現用に非常に多くの言語が開発されています。



ただし、これらすべての言語には、情報システムでの効果的な使用を妨げる1つの重大な欠点があります。再帰的整合性を保証する表現手段がありません。 言い換えると、一部のオブジェクトまたはその子孫がこのオブジェクトへのリンクをフィールドとして持っている場合、そのようなオブジェクトをテキストに変換すると、無限ループが発生したり、このオブジェクトへのリンクが無視されたりします。



参照オブジェクトをマークするアンカーと、アンカーでマークされたオブジェクトへのリンクの挿入場所を示すエイリアスを定義することにより、再帰的なデータ構造の記述を可能にするYAMLシリアル化言語のみがこの欠点を持ちません。



定義により概念モデルに存在する再帰的データ構造を効率的に記述する問題を解決するために、情報システムオブジェクトのテキスト表現用に別の（NN）Notion Notation言語が開発されました。



NNテキストは一連のコメントとペアで、「Name-Value」形式と「Equal」記号で区切られ、「Sharp」文字で終わります。これらは空白まで書き込まれます。「// x = y＃」（ 2つの記号「スラッシュ」）、「x = y＃」（値xの値x）。

この言語では、単純なデータ型の値を値として使用できます。

• 整数（13、-2）、
• 分数（-3.557）、
• 浮動小数点数（1.2e-12）、
• 時間（12：34、2：3：4.1）、
• 日（2018年4月12日、2018年12月4日、2018年4月12日）、
• 日付（2018年4月12日12：34、2018年12月4日2：3：4、2018年4月12日2：3：4.1）、
• 文字（a、i、\）、
• 行（abbgde）、
• バイナリデータ（0x34DF48FA87D139B3EE2378）、
• 関数（（x）：x + 1、（x、y）：x * y）。

テキスト内に同じ名前の名前と値のペアが複数回ある場合、同じ名前の配列が作成されます。 順番に、名前と値のペアの順序付けられていないセットのセットと見なされるオブジェクトの説明（抽象概念）は、常に値を指定せずにオブジェクトの名前で始まり、その後、それに含まれる名前と値のペアがリストされ、リストが完了すると追加されます鋭いサイン：



// x #

x = #

a = 12.4 #

b = 12.4e-1 #

c = 3:4:5 #

d = 12.4.2018 #

e = 12.4.2018 3:4:5 #

f = #

g = #

h = 0x34DF48FA87D139B3EE2378 #

// i, a x #

i = (a): a * $.a #

// j #

j = 1 #

j = 3:4:5 #

j = #

u = -2.5 #

v = abcd #

#

#







以前に説明したオブジェクトへのリンクを指定するには、ルートから（説明の最初から）参照オブジェクトへのパスを指定する名前のない値を使用します。



// x #

x = #

// xy #

y = #

// xyz = xy #

z = #

// xy #

x # y #

// xy #

c = 12 #

#

// c = 12 #

#

#







追加の名前と値のペアがリンクオブジェクトに指定されている場合、それらはリンクオブジェクトを補充します。 これは、参照オブジェクトがそのリンクについて、または説明時に部分的に定義されているオブジェクトについて「知る必要がある」場合に使用すると便利です。



後者の状況は、プロジェクト計画を説明するときに発生しました。プロジェクト計画では、オブジェクトとしてのタスクが以前に発生し、それに割り当てられたリソースが後で決定されます。 この場合、リソースがアタッチされているタスクへのリンクがリソースの説明に追加され、タスク自体はそれに割り当てられたリソースの説明によって補足されます。



NNの名前は任意の文字列であることに注意してください。ただし、「Equal」および「Sharp」の記号は除きます。名前に含まれる場合は、中括弧で囲まれます。「x {=} 5 = y＃」、「{＃} x = y＃ "。 値では、「シャープ」記号のみがフレーミングの対象となります：「x = y {＃}＃」。 空の名前「= y」と空の値「x = {}＃」を使用できます。



名前（値）に境界空白文字がある場合、名前が中括弧で囲まれている場合、名前が2つの「スラッシュ」文字で始まる場合、または単純なデータ型としての値の解釈を抑制する必要がある場合、そのような名前（値）も中括弧で囲まれています：「{ x} = {{y}}＃ "、" {// x} = y＃ "、" x = {-132}＃ "。

すべての世界に当てはまること

このセクションは論理的で哲学的です。 この側面に興味がない人は、このセクションをスキップできます。 ただし、記事の最初の部分で得た問題については、Habrの読者の「進歩」を判断し、このセクションを記事から除外すべきかどうかはわかりません。



そして、続けましょう...完全性や一貫性などの特性を特徴とする形式言語。



正式な言語の完全性は、その表現力のある目的のために十分であることを特徴付ける特性と見なされます。 意味的な完全性を確立するために、形式言語の記述セットと特定の主題領域のエンティティとの間の対応を確立するマッピングが使用されます。これは解釈の領域と呼ばれます。 マッピングが見つかった場合、そのような形式言語は、この解釈に関して意味的に完全と呼ばれます。



セマンティックな完全性のプロパティに加えて、別のプロパティも定義されます。これは、言語自体の内部プロパティと見なされ、その解釈に依存しません。 正式な言語は、それによって生成された記述のセットが解釈のあらゆる領域に十分である場合、構文的に完全と呼ばれます。



一次述語計算（述語論理）は、一貫性があり完全な唯一の形式言語であることが知られています。 自然数の算術は、一貫しているものの、完全ではありません。 集合論については、それが一貫していると言うことすらできません。



このことから、述語計算を使用してサブジェクトドメインをモデル化しないすべての情報システムは、おそらく一貫しているが、実質的に不完全であると結論付けます。



ただし、述部計算を使用すると、決定性（克服可能な問題）が発生します（任意の文字列が言語の多くの行に属するかどうかを判断します）および克服が困難な計算可能性の問題（形式言語での記述の処理の非多項式の複雑さ）。



このため、複数の引数を持つ述語の使用が禁止されている、述語計算の絞り込みが発見されました。述語論理は、述語はオブジェクト変数の論理関数です。 その結果、可解性の問題はなくなりました。 ただし、効率的な計算可能性の問題は残っています。



LANCAD情報システムで使用される概念の計算と、この計算に対応する言語の一貫性、完全性、決定可能性、および計算可能性について、論理的な疑問が生じます。



最初に、述部計算の一貫性と完全性の理由を調べます。 論理的真理の概念は、G。ライプニッツによって明確に定式化されました。 すべての「世界」で当てはまる場合、彼は式を論理的に真と呼びました。つまり、 すべての解釈で。 これは、ロジックが特定の「世界」に関連する事実の真実を含まないことを意味します。



論理的真理の概念は、A。タースキーによって指定されました。 彼は、「真」という用語は知識の特性、特に発話の特性のみを表し、現実そのものではないことを示しました。 その結果、解釈のさまざまな領域における真実の不変性は、これらの領域の特性からではなく、私たちの意識の特性から生じます。



次に、述語計算に加えて、他のセマンティック不変式がありますか？ 概念の計算を使用して任意のサブジェクト領域をモデル化する場合、この計算は意味的に不変でなければなりません。



抽象化するときに概念が形成されることを思い出してください。 抽象化は、人間の精神活動の形態の1つであり、これにより、精神的に分離し、世界の個々のプロパティ、側面、要素または状態、プロセス、現象の個別の表現に変えることができます。



明らかに、抽象化のプロセスは解釈の領域に依存せず、知識主体自身の質によってのみ決定されます。 次に、概念の形成と表現の方法を形式化することに基づいて、述語計算のように、すべての「考えられる世界」における意味的不変性を主張する計算を構築できます。



セマンティック不変量として論理解釈のドメインを持つ述語計算とは対照的に、コンセプトの計算は、別のセマンティック不変条件を考慮して定義されます-コンセプト解釈のドメイン。



概念の計算の一貫性は、論理サイクルの概念構造が存在しないこと、またはそれ自体を介して直接的または間接的に概念が定義されていないことによって保証されます。 後者は、適切であると主張する形式的または実質的な理論では受け入れられないと認識されています。



論理サイクルの定義は、概念構造を検証して概念を作成するときに実行されます。 概念の数は有限であるため、検証は解決可能な問題です。 明らかに、解決可能な問題は、前述のすべてのタスクです。



したがって、プレゼンテーション層のLANCAD情報システムは、一貫性があり、完全で、解決可能で、効率的に計算可能なモデリング言語を使用します。

データが知識であるとき

知識を処理するように設計された情報システムの中心にあるのは、人間の推論をシミュレートして適用された問題を解決するために知識を表現し操作するメカニズムです。 同様に、知識ベースは、特定のサブジェクト領域に関する事実、および利用可能な事実に基づいて自動的に結論を出し、既存または新たに導入された事実に関する新しい声明を受け取ることができる推論規則を含むデータベースであると理解されます。



サブジェクト領域の概念モデルを備えた情報システムは、知識ベースと見なすことができます。 この場合、概念構造は、知識に関する推論のルール、および概念の内容（対応するテーブルの行）-サブジェクト領域に関する事実（判断）を決定します。



事実。 ファクトとは、サブジェクトドメインのエンティティが特定の概念に属していることに関する記述です。 この場合、エンティティは、このエンティティの属性（属性）の値のセットが対応するコンセプトのテーブルの行として発生する場合にのみ、コンセプトに属します。

たとえば、データベースにユーザーを説明するテーブルがあり、特定のユーザーがいる場合、その属性（名前とパスワード）がわかれば、そのユーザーが情報システムのユーザーであるかどうかを簡単に確認できます。 これを行うには、テーブルにこのユーザーの名前とパスワードを含むエントリが含まれている必要があります。

判断 判断は、論理接続詞「AND」、「OR」、「NOT」を含むステートメントであり、2つのタイプの述語が使用されます。

• 単一の述語N（E）エンティティEが概念Nに属するかどうかを決定します。
• P [E] * V形式の関係。ここで、P [E]はエンティティEの属性Pの値を返すファンクター、*は関係記号（= 、! =、>、> =、<、<=など）です。 Vはある概念の本質です。

たとえば、「Ivanovは従業員です」、および述語形式では従業員（Ivanov）です。 または「Petrovユーザーパスワード属性は*****です。」

推論。 推論は、推論の前提を構成する1つ以上の命題から、推論の結果である命題への移行として定義できます。



推論を構築するためのルールは、サブジェクトエリアで普遍的に有効なものとして受け入れられた推論ルールによって決定されます。 考えられるすべての前提に対して真のステートメントを生成します。 論理的には、このようなルールはよく知られているModus ponensルールです。Aが発生し、BがAから続く場合、Bもtrueです。



私たちの場合、推論を構築するための規則は、概念構造に格納されている推論規則によって決定され、概念構造自体は、主題領域の意味のある理論とみなされ、そこに推論されるすべての結果の真実を保持します。

簡単な例を考えてみましょう。 会社の人員構成を説明する概念モデルがあります。 このモデルでは、研修生、従業員、役職、ユニット、従業員（インターンおよび従業員の概念の一般化）およびスタッフ（部署、役職、従業員の概念の関連付け）などの概念があります。 次に、スタッフの世界では、「X（一部のエンティティ）はインターン（従業員、役職、部隊、従業員、州）」という形式の判断、「if（A、B、C）は国家の概念の本質、そしてA-ユニット、B-ポジション、C-従業員」およびその派生物。結論の1つ以上の判断が省略され、「Xがインターン（従業員）の場合、Xは従業員」、Xが従業員の場合、X 「従業員またはX-インターン。」

LANCAD情報システムはオープンワールドモデルを実装していることに注意してください。その機能の過程で、出力の単調性が侵害されているためです。 結論は、以前に得られた声明について、新しい事実が到着したときに、この声明の派生性が消失しない場合に単調と呼ばれます。



リクエスト 情報システムを本格的な知識ベースに変えるには、事実（判断）を抽出し、モデル化されたサブジェクト領域に関するステートメントを導き出すためのクエリを実装する必要があります。 クエリに必要なすべてのステートメントは、データベース言語で表現できることに注意してください。



図 図14は、テンプレートを使用して指定された条件を満たすコンセプトエンティティを検索するために設計された簡単なクエリフォームを示しています。 テンプレートは、コンセプト属性のリストで構成され、フォームの左ペインに表示され、ポインターが検索ノード（双眼鏡アイコンのあるノード）にインストールされています。



情報システムは、1つ以上の属性の値に制限を設定した後、指定された条件を満たすエンティティを検索し、後者を子ノード（青でマーク）の形式で表示します。







図 14.検索



概念エンティティの簡易検索は、検索ノードの名前に検索文字列（任意の希望する部分文字列）を入力した後に実行されます（図14の<検索文字列>）。



より複雑な検索では、単一の概念だけでなく、知識ベース全体に対するクエリが使用されます。 このために、適切なインターフェースとそれをサポートする出力マシンが提供されます。 ただし、多くのアプリケーションクエリでは、クライアントアプリケーションのアドレスバーを使用して、名前で概念構造の概念を検索し、その後、見つかった概念のテーブルで必要なエンティティを検索するだけで十分です。

単一のロジックではない...

知識を提示、抽出、および更新するタスクに加えて、別の重要なタスクがあります-それらの表現です。 知識の表現は、プレゼンテーションの形式を変更することで構成され、特別なプログラムによる後続の処理（視覚化）を伴う概念サブモデルの構築に基づいて実行されます。



すべての概念モデルが処理（視覚化）の対象となるわけではありません。 したがって、知識の表現には、その断片の一部の構築が必要です。 これを行うには、次の手順を使用します。



最初に、表現するエンティティを指定します。



次に、概念構造の初期近似が構築されます。これには、初期エンティティを決定するために必要な概念が含まれます。



次に、現在のセットの概念を決定するために必要な概念が概念構造に補充されます。 反復は、建設中の概念構造に新しい概念が補充されなくなると完了します。



手順の最後に、構築された概念構造に含まれる概念の表現に必要なエンティティの説明が作成されます。



NN言語で表現されたサブモデルは、視覚化など、それを処理する対応するアプリケーションに転送されます。



プロジェクト管理。 知識の表現の例として、プロジェクト計画を視覚化するプロセスを検討してください。 プロジェクトを管理するために、概念モデルが構築され（図15）、「タスク」（タブ「タスク」）、「リソース」（タブ「リソース」）、およびタスク間の関係とタスクへのリソースの割り当て（タブ「計画」）。







図 15.プロジェクト計画の概念モデル



そのようなモデルを表示するには、対応するアプリケーションプログラムによって実装されたフォームを使用できます。ガントチャート（図16）、リソースリスト、リソース使用のグラフなど。 このために、他のアプリケーションを使用した概念モデルに基づいてプロジェクト計画の視覚化を実装するモジュールが情報システムに含まれています。







図 16.スケジュールの視覚化



視覚化された計画の場合、計画に加えられた変更により、そのような計画の作成に使用された概念モデルを更新できるフィードバックも実装されます。



ドキュメント生成。 概念モデルの使用の別の例は、さまざまな種類のドキュメントの自動作成です。 この場合、表現されたモデルは、ドキュメントの本文で概念を表現するためのルールとともに使用されます。 そのような表現に必要な表現手段は、希望する表示形式（テキスト、グラフィックス、サウンド、アニメーションなど）に依存します。



概念モデルをテキスト形式で表示するには、概念を表現するための規則をドキュメントテンプレートの形式で発行します。 テンプレートを作成するとき、特別なマークアップ言語が使用されます。これにより、テキスト内の概念の表現形式を指定できます。



図 図17は、概念モデルのテキスト表現の言語の正式な文法を示しています。非終端言語の概念は矢印記号の左側に指定され、終端および非終端概念のシーケンスの形式での表現は右側に指定されています。







図 17.テキスト表現の言語の文法



文法は空白まで指定され、オプションの概念の出現は角括弧で囲まれ、代替は「垂直バー」記号で示されます。 端末の概念は、一重引用符で囲まれた文字列で表されます。



テンプレートのテキストは、任意の行と演算子で構成されています（ルール1）。 概念モデルを表すために、抽出、計算、インストール、選択、および反復の演算子が使用されます（ルール2）。



抽出演算子を使用すると、概念モデルの特定のパスに沿って抽出されたフォーマット済みの値を取得してその場所に貼り付けることができます（ルール3）。 計算演算子は、計算された式のフォーマットされた値をテキスト形式で表すために使用されます（ルール4）。 式の構文とセマンティクスは、高級言語と同じです。



インストールオペレーターは、概念モデルの値を変更する役割を果たし、特に一時的な単純な概念または変数を作成するために使用できます（ルール5）。 選択演算子は、モデル表現のプロセスでテキスト分岐を実装するために必要です（規則6）。反復演算子は、複合概念を表現するために必要です（規則7）。 演算子のすべての部分はプレーンテキストであるため、演算子は互いにネストできます。



図の例として 図18はドキュメントテンプレートを示し、図18では 19-いくつかの概念モデルの表現の結果として取得されたドキュメント自体。







図 18.ドキュメントテンプレート







図 19.テキスト文書



他の表現形式。 同様に、サブジェクト領域の他の安定したフラグメントの概念モデルは、適切な形式での表現のために作成されます。例えば：

• グラフとチャート（線形セグメントまたは幾何学的形状によるデータのグラフィカル表現）;
• ( , , , ..);
• ( , , );
• - ( ).

「少しずつコーディング」-A.およびB. Strugatskyの小説「The Tale of the Three」のマシュキンエーデルワイスザハロビッチによる「質問に答える」ためのヒューリスティックマシンの発明者の声明への暗示。



概念モデルで問題を解決する方法と手段を議論して、それらに直接含まれていない回答を取得しましょう。そのような回答の形式は、もはや声明ではありません。知識ベースの推論は、クレームを取得するために使用されます。適用された問題を解決した結果が、更新された概念モデルまたは新しく作成された概念モデルの形式で表現された新しい知識の生成になることを除いて、他に何も残っていません。



特定の適用された問題を解決するためのアルゴリズムを構成するアクションの特定のコンテンツから抽象化すると、そのようなアルゴリズムはすべて、以前に考えられた概念の操作を通じて定式化されたと結論付けることができます。そうでなければ、アルゴリズムの説明を提供する必要がありますが、これは概念的なレベルでは表現されません。明らかに、そのような説明の存在とその検索さえもばかげているようです。



したがって、プレゼンテーション層で適用される問題の解決策を記述する意味的に不変の（主題領域に依存しない）形式は、概念の本質に関する3つの基本操作で構成されるアルゴリズムです。

対応するデータ型に対して提供される操作を実行できる概念、つまり意味を個別に区別する必要があります。たとえば、数値、文字列の連結、部分文字列の検索、文字列の別の部分文字列での置換などのために、標準の算術演算を提供する必要があります。



概念モデルの問題を解決する例として、次の問題を検討します。建設作業文書の主な文書の1つは、製品、機器、および材料の仕様であることが知られています（図20）。







図 20.仕様



多くの場合、推定標準のベースを使用して、そこから作業のローカル推定を取得するために問題が発生します（図21）。







図 21.見積もり



この問題を解決するために、データベース層からロードされプレゼンテーション層で実行される特別なモジュールが開発および使用されています（図22）。







図 22.推定値を作成するためのモジュールの呼び出し



情報システム自体にも、クライアントアプリケーションを介して処理される概念モデルがあります（図23）。このモデルには、次のような概念が含まれる場合があります。

• クライアントアプリケーションの動作中に接続され、概念モデルを表示したり、サブジェクト領域の特定の問題を解決したりする特定の機能を実装するのに役立つモジュール。
• 情報システムに記録され、コンセプトの作成、削除、または変更の操作のハンドラーを指定できるイベント。
• さまざまな特定のユーザー入力シナリオを実装するために作成されたフォーム。
• 特定のサブジェクト領域のモデルの要件を実装するために必要な他の概念。

図 23-クライアントアプリケーション

結論として：課題と利点

この記事では、サブジェクト領域の概念モデルを使用した情報システムの構築について説明します。ドメインモデルは、既知の概念モデルと区別するために概念モデルと呼ばれます。概念モデルでは、モデルのセマンティックロードの一部を運ぶ概念（概念）とそれらの間のさまざまな種類の接続（関係）が定義されます。概念モデルのセマンティクスの別の部分は、論理式、式、関数などの形で概念間の関係をさらに定義する追加データに含まれています。



概念モデルでは、概念間の接続自体が概念であり、モデルは概念の形成（定義）に使用された抽象化の識別と記述に基づいて構築されます。さまざまなセマンティックマークアップとの関係の形で関連付けを記述することを拒否すると、サブジェクトエリアの概念構造がツリーの形でより見やすくなります。



サブジェクトのセマンティクスは概念構造によって完全に決定され、概念の属性はデータベース層の概念の記述の構造化にすぎません。この場合、概念を特徴づける推論規則である論理ステートメント（式、関数）を指定する必要はありません。知識に関する結論に必要なものはすべて、主題領域の概念構造と概念の表に含まれています。



したがって、考慮されたアプローチの根本的な違いは、ロジックに加えて、別のセマンティック不変式、概念の形成と表現のルールの使用です。これには、独立した概念の形で概念間の関連付け（接続）を定義する必要がありました。



サブジェクト領域の概念モデリングを備えた情報システムのその他の重要な利点は次のとおりです。

• 透明性-サブジェクトエリアを分析するための極めて一般的かつ自然な方法の使用、情報システムを実装する前の企業調査の統合。
• カスタマイズ可能性-企業の業界仕様、あらゆる規模および活動範囲の企業での適用可能性、速度および段階的実装を考慮に入れる能力。
• – , , ;
• – , , ;
• – , ;
• – , ;
• – , .

– , .

その結果、主題領域の概念モデリングを備えた情報システムは、方法論、技術、および運用の観点から見た新世代の情報システムの代表です。概念モデルの使用は、企業のビジネスプロセスの透明性を改善するための前提条件を作成し、コストを最適化して投資の魅力を高め、情報システムの所有リスクを減らします。

• 情報システムの作成に関連する設計リスク。
• モデルの更新プロセスにおけるデータの損失または歪みに関連する技術的リスク。
• 情報システムを稼働状態に維持し、サプライヤからの独立性を確保することに伴う運用リスク。
• ドメインの変動に伴う護衛のリスク。