Методы и модели построения интелектуальных адаптивных гипермедиа систем (стр. 1 )

Для заказа доставки работы

воспользуйтесь поиском на сайте http://www. /search. html

 

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

На правах рукописи

підпис

УДК 519.7:007.52

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕЛЕКТУАЛЬНЫХ АДАПТИВНЫХ ГИПЕРМЕДИА СИСТЕМ

05.13.23 – системы и средства искусственного интеллекта

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Цей примірник дисертації ідентичний

за змістом з іншими, поданими до

спеціалізованої вченої ради Д 64.052.01

Вчений секретар спецради Д 64.052.01 підпис Литвинова Є. І.

Гербова печатка

Харьков – 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

Раздел 1. Анализ состояния разработки интелектуальных обучающих систем постановка задач исследования 11

1.1 Анализ результатов научных разработок в области адаптации совре мен - ных технологий обучения 11

1.2 Анализ работ по образовательным Интернет-системам 19

1.3 Обзор исследований по адаптивным и интеллектуальным технологиям для образовательных Интернет-систем 25

1.4 Модели адаптации в компьютеризированных дидактических системах обучения 29

1.4.1 Цели пользователя. 33

1.4.2 Знания пользователя. 34

1.4.3 Уровень подготовки пользователя и имеющийся у него опыт. 35

1.4.4 Предпочтения пользователя. 36

1.4.5 Личностные характеристики пользователя. 36

1.4.6 Адаптация к среде пользователя. 37

1.5 Постановка задач исследования 38

Раздел 2. Виды адаптации, поиск и идентификация знаний в адаптивных компьютеризированных обучающих системах 39

2.1 Анализ видов адаптации в дидактических системах 39

2.1.1 Выстраивание программы обучения. 40

2.1.2 Интеллектуальный анализ решений обучаемого. 42

2.1.3 Анализ поддержки в решении задач. 42

2.1.4 Анализ подбора моделей обучаемых. 45

2.1.5 Анализ адаптации на уровне содержания, цели адаптации. 46

2.1.6 Анализ технологии адаптации на уровне содержания. 48

2.1.7 Анализ адаптации на уровне ссылок: цели адаптации навигации. 51

2.1.8 Анализ технологии поддержки адаптивной навигации. 55

2.2 Моделирование знаний на основе алгебры предикатов 61

2.3 Модели получения новых знаний как отношений на базе алгебры предикатных операций 66

2.4 Выводы по разделу 2 70

Раздел 3. Разработка структурно-функциональных моделей основных компонентов интелектуальной адаптивной гипермедиа системы 71

3.1 Разработка аналитической и структурно-функциональной моде лей предметной области обучающей системы 71

3.2 Представление и классификация неструктурированных данных в адаптивных дидактических системах на основе метода компараторной идентификации 75

3.3 Построение структурно-функциональной модели обучения в компьютеризированных системах обучения 80

3.4 Разработка модели обучаемого ( ) дидактической системы 82

3.5 Разработка метода обучения ( ) обучающей системы 89

3.6 Выводы по разделу 3 98

Раздел 4. Модель обучения. Разработка алгоритмической базы навигацион - ных методов при генерации стратегии 100

4.1 Перспективы использования задачно-ориентированной методологии для реализации компетентностного подхода к обучению 100

4.2 Разработка алгоритмической базы навигационных методов при генерации стратегии обучения 103

4.3 Разработка навигационных методов при генерации стратегии обучения 108

4.4 Разработка модели объяснения ( ) обучающей системы 112

4.5 Выводы по разделу 4 112

Раздел 5. Практические приложения результатов исследования построения интеллектуальных адаптивных гипермедиа систем 114

5.1 Анализ методологии проектирования ИАГС 114

5.2 Разработка методики построения инструментальных средств автоматизации проектирования ИАГС 122

5.3 Программа эксперимента и обработка результатов 128

5.4 Выводы по разделу 5 136

Выводы 138

Список использованных источников 140

Приложения 153

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Развитие информационного общества, переход к обществу знаний и непрерывное образование, наряду с углублением глобализации, усиление конкуренции на рынке труда требуют создания условий для качественного профессионального образования.

Интенсивное внедрение информационных технологий в образовательный процесс продемонстрировало значительные преимущества компьютеризированного обучения. Значительные достижения в области формального представления знаний с использованием теории искусственного интеллекта создают основу для построения интеллектуальных адаптивных гипермедиа систем (ИАГС). Использование новых информационных технологий и методов искусственного интеллекта значительно повышает качество и процесс интенсификации обучения, существенно повышая его возможности. Данные системы поддерживают модель пользователя и применяют эту модель для адаптации гипермедиа пространства и методов обучения к его потребностям. Каждый пользователь имеет свои собственные траектории обучения и индивидуальные навигационные возможности для работы с гипермедиа пространством.

Проведенные исследования опираются на современные достижения в области автоматизации процессов обучения, создания современных интеллектуальных обучающих гипермедиа систем на основе искусственного интеллекта. В пределах изложенных вопросов, важными задачами есть разработка моделей, методов, алгоритмов и приложений. Моделирование процессов интеллектуальной обработки данных с целью определения их основных характеристик для создания информационного, математического, лингвистического и программного обеспечения при создании автоматизированных информационных интеллектуальных систем. В решении проблем искусственного интеллекта и формализации знаний существенный вклад внесли , , М. Минский, , Ч. Дж. Филлмор, Н. Хомский, Р. Шенк и др.

Теоретические аспекты моделирования функций интеллекта, могзгоподобных компьютеров, построение человеко-машинных, естественно-языковых интерфейсов, нашли отображение в трудах , -Кушнаренко, , В. Є. Ярушека и других.

Задача обучения рассматривается как часть более общей задачи получения, структурирования, передачи и преобразования знаний, что позволяет применить научные методы, основанные на системном анализе и математическом моделировании.

Все вышесказанное определяет актуальность задачи усовершенствования методов и моделей построения интеллектуальных адаптивных гипермедиа систем.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НГР, программ и договоров, которые выполнялись в Харьковском национальном университете радиоэлектроники в рамках госбюджетной темы МОН Украины «Методы, модели и информационные технологии развития социально-экономической образовательно-научной сети с целью интеграции в европейское пространство» (ДР № 000U002497). Соискателем были предложены методы построения интеллектуальных адаптивных гипермедиа систем и реализованы модели адаптивных интеллектуальных систем.

Диссертационная работа является составной частью тематической программы исследований кафедры Программной инженерии ХНУРЭ.

Цель и задачи исследования. Разработка моделей и методов построения интеллектуальных адаптивных гипермедиа систем, которые за счет использования персональных способностей пользователя способствуют интенсификации и повышению качества процесса компьютеризированного обучения.

Достижение поставленной цели определило необходимость решения следующих научных задач:

1. Обосновать основные требования и разработать метод обучения и обновления знаний в области исследования искусственного интеллекта и провести оценку возможности его применения при построении интеллектуальных информационных систем для повышения эффективности обучения.

2. Разработать модель обучения в интеллектуальных адаптивных гипермедиа системах, с использованием навигационных правил для реализации совокупности процедур генерации и динамической модификации стратегии представления гипермедиа, которые представляют собой упорядоченную последовательность гипермедиа воздействий для автоматизации процесса создания компьютерных обучающих гипермедиа пространств и виртуальных сред с элементами искусственного интеллекта.

3. Разработать многоуровневую модель организации гипермедийного пространства для дальнейшей формализации и автоматизации процесса создания гипермедиа среды с элементами искусственного интеллекта благодаря применению метода компараторной идентификации.

4. Усовершенствовать комплексную модель интеллектуальной адаптивной учебной гипермедийной системы за счет представления знаний и процесса обучения в виде алгебры конечных предикатов.

5. Усовершенствовать модель пользователя на основе введения коэффициента толерантности знаний, что позволяет индивидуализировать процесс обучения в соответствии с уровнем знаний пользователя.

Объект исследования - интеллектуальные адаптивные гипермедиа системы компьютеризированного обучения, соответствующие персональным способностям пользователя.

Предмет исследования - методы и модели построения адаптивных интеллектуальных гипермедиа систем.

Методы исследования: комплекс методов математического моделирования, теории множеств, теории интеллекта; алгебры предикатов и предикатных операций с целью формализации знаний, описания моделей управления адаптацией и моделирования стратегии обучения; метод компараторной идентификации - для описания интеллектуальных функций адаптивной гипермедиа системы.