Программные продукты и системы, 2015, № 1 (109)

Научно-исследовательский институт 

«Центрпрограммсистем» 

 
 
 
Программные 
продукты и системы 

 
 
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 
 
 
 
 
Главный редактор 
С.В. ЕМЕЛЬЯНОВ, академик РАН 
 
 
 
 
 
Тверь 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROGRAMMNYE PRODUKTY  
I SISTEMY 

 
(SOFTWARE & SYSTEMS) 

 
 
 
International research and practice journal 
 
 
 
no. 1 (109), 2015 
 
 
 
 
Editor-in-Chief  

S.V. EMELYANOV, Academician of the Russian Academy of Sciences 
 
 
 
 
 
Tver 
Russian Federation 
 

Research Institute CENTERPROGRAMSYSTEM 

ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ И СИСТЕМЫ 
Международное научно-практическое  
приложение к международному журналу  
«ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ УПРАВЛЕНИЯ» 
 
Главный редактор  
С.В. ЕМЕЛЬЯНОВ, академик РАН (г. Москва, Россия) 
 
Научный редактор номера 
Н.А. СЕМЕНОВ, д.т.н., профессор ТвГТУ (г. Тверь, Россия) 
 
Рецензенты номера:  
Ю.М. Лисецкий, к.т.н., ген. директор «S&T Украина» (г. Киев, Украина) 
В.Н. Решетников, д.ф.-м.н., профессор, МАТИ (г. Москва, Россия) 
А.П. Афанасьев, д.ф.-м.н., профессор МФТИ (г. Москва, Россия) 
В.Н. Вагин, д.т.н., профессор МЭИ (ТУ) (г. Москва, Россия) 
Н.Г. Ярушкина, д.т.н., профессор УлГТУ (г. Ульяновск, Россия) 
В.А. Галактионов, д.ф.-м.н., профессор ИПМ РАН (г. Москва, Россия) 
А.С. Дорофеев, к.т.н., доцент ИрГТУ (г. Иркутск, Россия) 
В.Е. Сорокин, к.т.н., зав. отделом НИИ «Центрпрограммсистем»  
(г. Тверь, Россия) 

Издатель НИИ «Центрпрограммсистем»
(г. Тверь, Россия)
Учредители: МНИИПУ (г. Москва, Россия),
Главная редакция международного журнала 
«Проблемы теории и практики управления»
(г. Москва, Россия),

Закрытое акционерное общество 

«Научно-исследовательский институт 

«Центрпрограммсистем» (г. Тверь, Россия)
Журнал зарегистрирован
в Комитете Российской Федерации
по печати 26 июня 1995 г.

Регистрационное
свидетельство № 013831
Подписной индекс в каталоге

Агентства «Роспечать» 70799
ISSN 0236-235X (печатн.)
ISSN 2311-2735 (онлайн)
 
МЕЖДУНАРОДНАЯ РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
Семенов Н.А. – д.т.н., профессор Тверского государственного технического университета, заместитель главного  
редактора (г. Тверь, Россия) 
Решетников В.Н. – д.ф.-м.н., профессор Российского государственного технологического университета  
им. К.Э. Циолковского (МАТИ), заместитель главного редактора (г. Москва, Россия) 
Арефьев И.Б. – д.т.н., профессор Морской академии Польши (г. Щецин, Польша) 
Афанасьев А.П. – д.ф.-м.н., профессор МФТИ, заведующий Центром распределенных вычислений  
Института проблем передачи информации РАН (г. Москва, Россия) 
Батыршин И.З. – д.т.н., профессор Мексиканского института нефти (г. Мехико, Мексика) 
Вагин В.Н. – д.т.н., профессор Московского энергетического института (технического университета)  
(г. Москва, Россия) 
Голенков В.В. – д.т.н., профессор Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники  
(г. Минск, Беларусь) 
Еремеев А.П. – д.т.н., профессор Московского энергетического института (технического университета) 
(г. Москва, Россия) 
Котов А.С. – кандидат наук, ассистент профессора университета Уэйна (штат Мичиган) (г. Детройт, США) 
Кузнецов О.П. – д.т.н., профессор Института проблем управления РАН (г. Москва, Россия) 
Курейчик В.М. – д.т.н., профессор Технологического института Южного федерального университета  
(г. Таганрог, Россия) 
Лисецкий Ю.М. – к.т.н., генеральный директор «S&T Ukraine» (г. Киев, Украина) 
Мамросенко К.А. – к.т.н., доцент МАТИ, заведующий отделом Центра визуализации и спутниковых  
информационных технологий НИИСИ РАН (г. Москва, Россия) 
Нгуен Тхань Нги – д.ф.-м.н., профессор, проректор Ханойского открытого университета (г. Ханой, Вьетнам) 
Николов Р.В. – доктор наук, профессор Университета библиотековедения и информационных технологий Софии  
(г. София, Болгария) 
Осипов Г.С. – д.ф.-м.н., профессор, заместитель директора Института системного анализа РАН (г. Москва, Россия) 
Палюх Б.В. – д.т.н., профессор Тверского государственного технического университета (г. Тверь, Россия) 
Попков В.К. – д.ф.-м.н., профессор, академик МАИ (г. Новосибирск, Россия) 
Рахманов A.A. – д.т.н., профессор, заместитель генерального директора Концерна «РТИ Системы» (г. Москва, Россия) 
Серов В.С. – д.ф.-м.н., профессор Университета прикладных наук Оулу (г. Оулу, Финляндия) 
Сотников А.Н. – д.ф.-м.н., профессор, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (г. Москва, Россия) 
Сулейманов Д.Ш. – академик АН Республики Татарстан, д.т.н., профессор Казанского государственного  
технического университета (г. Казань, Республика Татарстан, Россия) 
Тарасов В.Б. – к.т.н., доцент Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (г. Москва, Россия) 
Таратухин В.В. – доктор философии, к.т.н., управляющий директор Европейского исследовательского центра  
в области информационных систем (ERCIS) Вестфальского университета им. Вильгельма (г. Мюнстер, Германия) 
Хорошевский В.Ф. – д.т.н., профессор Московского физико-технического института (технического университета)  
(г. Москва, Россия) 
Язенин А.В. – д.ф.-м.н., профессор Тверского государственного университета (г. Тверь, Россия) 
 
АССОЦИИРОВАННЫЕ ЧЛЕНЫ РЕДАКЦИИ 

Московский энергетический институт (технический университет), г. Москва, Россия 
Технологический институт Южного федерального университета, г. Таганрог, Россия 
Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия 
Научно-исследовательский институт «Центрпрограммсистем», г. Тверь, Россия 
 
АДРЕС РЕДАКЦИИ
Россия, 170024, г. Тверь, пр. 50 лет Октября, 3а 
Телефон (482-2) 39-91-49 
Факс (482-2) 39-91-00 
E-mail: red@cps.tver.ru 
www.swsys.ru 

Подписано в печать 27.02.2015 г.
Отпечатано ООО ИПП «Фактор и К»
Россия, 170028, г. Тверь, ул. Лукина, д. 4, стр. 1
Выпускается один раз в квартал. Год издания двадцать восьмой
Формат 60×84 1/8. Объем 176 стр.
Заказ № 5. Тираж 1000 экз. Цена 198 руб.
Автор статьи отвечает за подбор, оригинальность и точность приводимого фактического материала. 
Авторские гонорары не выплачиваются. При перепечатке материалов ссылка на журнал обязательна.

PROGRAMMNYE PRODUKTY I SISTEMY 
(SOFTWARE & SYSTEMS) 

 
International research and practice supplement for International magazine  
″THEORETICAL AND PRACTICAL ISSUES OF MANAGEMENT″ 
Editor-in-chief  
S.V. Emelyanov, Academician of the Russian Academy of Sciences (Mosсow, Russian Federation) 
Science editor of the issue 
N.A. Semenov, Dr.Sc. (Engineering), Professor, TSTU (Tver, Russian Federation) 
Reviewers of the issue:  
Yu.M. Lisetskiy, PhD (Engineering), General Manager of “S&T Ukrain” (Kiev, Ukraine) 
V.N. Reshetnikov, Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor MATI (Moscow, Russian Federation) 
A.P. Afanasev, Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor MIPT (Moscow, Russian Federation) 
V.N. Vagin, Dr.Sc. (Engineering), Professor MPEI (Moscow, Russian Federation) 
N.G. Yarushkina, Dr.Sc. (Engineering), Professor UlGTU (Ulyanovsk, Russian Federation) 
V.A. Galaktionov, Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor Keldysh Institute of Applied Mathematics  
(Moscow, Russian Federation) 
A.S. Dorofeev, PhD (Engineering), Associate Professor ISTU (Irkutsk, Russian Federation) 
V.E. Sorokin, PhD (Engineering), Head of Department Research Institute CENTERPROGRAMSYSTEM  
(Tver, Russian Federation) 

Publisher Research Institute 
CENTERPROGRAMSYSTEM 

(Tver, Russian Federation)

The Founders: International Scientific 

and Research Institute 
for Management Issues 

(Moscow, Russian Federation),

the Chief Editorial Board 

of International Magazine ″Theoretical 
and practical issues of management″

(Moscow, Russian Federation),

Research Institute 

CENTERPROGRAMSYSTEM 

(Tver, Russian Federation)
The magazine is on record 

in Russian committee

on press 26th of June 1995
Registration certificate № 013831
ISSN 0236-235X (print)
ISSN 2311-2735 (online)

INTERNATIONAL EDITORIAL BOARD 
 

Semenov N.A. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Tver State Technical University, Deputy Editor-in-Chief 
(Tver, Russian Federation) 
Reshetnikov V.N. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor of Russian State Technological University (MATI),  
Deputy Editor-in-Chief (Mosсow, Russian Federation) 
Arefev I.B. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Poland Szczecin Maritime Academy (Szczecin, Poland) 
Afanasev A.P. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor MIPT, Head of Centre for Distributed Computing of Institute for 
Information Transmission Problems (Moscow, Russian Federation) 
Batyrshin I.Z. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Mexican Institute of Petroleum (Mexico City, Mexico) 
Vagin V.N. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Moscow Power Engineering Institute (Technical University)  
(Mosсow, Russian Federation) 
Golenkov V.V. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics  
(Minsk, Republic of Belarus) 
Eremeev A.P. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Moscow Power Engineering Institute (Technical University)  
(Moscow, Russian Federation) 
Kotov A.S. – Ph.D. (Computer Science), Assistant Professor, Wayne State University (Detroit, MI, USA) 
Kuznetsov O.P. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of the Institute of Control Sciences of the Russian Academy of Sciences  
(Moscow, Russian Federation) 
Kureichik V.M. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Taganrog Technology Institute at Southern Federal University  
(Taganrog, Russian Federation) 
Lisetskiy Yu.M. – Ph.D.Tech.Sc., CEO of ″S&T Ukraine″ (Kiev, Ukraine) 
Mamrosenko K.A. – Ph.D. (Engineering), Associate Professor of MATI, Head of Department of Center of visualization and satellite information technologies SRISA RAS (Moscow, Russian Federation) 
Nguyen Thanh Nghi – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Vice-Principal of Hanoi Open University (Hanoi, Vietnam) 
Nikolov R.V. – Full Professor of the University of Library Studies and Information Technology (Sofia, Bulgaria) 
Osipov G.S. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Deputy of the Principal of Institute of Systems Analysis  
of the Russian Academy of Sciences (Mosсow, Russian Federation) 
Palyukh B.V. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Tver State Technical University (Tver, Russian Federation) 
Popkov V.K. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Academician of IIA (Novosibirsk, Russian Federation) 
Rakhmanov A.A. – Dr.Sc. (Engineering), Professor, Deputy of the CEO of Concern ″RTI Systems″  
(Mosсow, Russian Federation) 
Serov V.S. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor of the Oulu University of Applied Sciences (Oulu, Finland) 
Sotnikov A.N. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Joint Supercomputer Center of the Russian Academy  
of Sciences (Moscow, Russian Federation) 
Suleimanov D.Sh. – Academician of TAS, Dr.Sc. (Engineering), Professor of Kazan State Technical University  
(Kazan, Republic of Tatarstan, Russian Federation) 
Tarassov V.B. – Ph.D. (Engineering), Associate Professor of Bauman Moscow State Technical University  
(Mosсow, Russian Federation) 
Taratoukhine V.V. – Ph.D. (Engineering), Dr.Ph., Managing Director of the Competence Centre ERP and ERCIS Lab 
Russia of the ERCIS (Muenster, Germany) 
Khoroshevsky V.F. – Dr.Sc. (Engineering), Professor of Moscow Institute of Physics and Technology  
(Moscow, Russian Federation) 
Yazenin A.V. – Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor of Tver State University (Tver, Russian Federation) 
 
ASSOCIATED EDITORIAL BOARD MEMBERS 

Moscow Power Engineering Institute (Technical University), Moscow, Russian Federation 
Technology Institute at Southern Federal University, Taganrog, Russian Federation 
Tver State Technical University, Tver, Russian Federation 
Research Institute CENTERPROGRAMSYSTEM, Tver, Russian Federation 

EDITORIAL OFFICE ADDRESS 
50 let Oktyabrya Ave. 3а, Tver, 170024, Russian Federation 
Phone: (482-2) 39-91-49  Fax: (482-2) 39-91-00 
E-mail: red@cps.tver.ru 
www.swsys.ru 

Passed for printing 27.02.2015

Printed in printing-office “Faktor i K”

Lukina St. 4/1, Tver, 170028, Russian Federation

Published quarterly. 28th year of publication

Format 60×84 1/8. Circulation 1000 copies

Prod. order № 5. Wordage 176 pages. Price 198 rub.

 

 

Вниманию авторов! 
 
Международный журнал «Программные продукты и системы» публикует материалы научного и научно-практического характера по новым информационным технологиям, результаты академических и отраслевых исследований в 
области использования средств вычислительной техники. Практикуются выпуски тематических номеров по искусственному интеллекту, системам автоматизированного проектирования, по технологиям разработки программных средств и 
системам защиты, а также специализированные выпуски, посвященные научным исследованиям и разработкам отдельных вузов, НИИ, научных организаций.  
Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии (ВАК) Министерства образования и науки РФ № 8/13 
от 02.03.2012 международный журнал «Программные продукты и системы» внесен в Перечень ведущих рецензируемых 
научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук. 
Информация об опубликованных статьях по установленной форме регулярно предоставляется в систему Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), в CrossRef и готовится для передачи в международные базы цитирования. 
 
Условия публикации 
 
К рассмотрению принимаются ранее нигде не опубликованные материалы, соответствующие тематике журнала 
(специализация 05.13.ХХ – Информатика, вычислительная техника и управление) и отвечающие редакционным требованиям. 
Работа представляется в электронном виде в формате Word (шрифт Times New Roman, размер 11 пунктов с полуторным межстрочным интервалом). При обилии сложных формул обязательно наличие статьи и в формате PDF. Формулы должны быть набраны в редакторе формул Word (Microsoft Equation или MathType). Объем статьи вместе с иллюстрациями – не менее 10 000 знаков. Диаграммы, схемы, графики должны быть доступными для редактирования (Word, Visio, Exel). Все иллюстрации для полиграфического воспроизведения представляются в черно-белом варианте. Цветные, 
тонированные, отсканированные, не подлежащие редактированию средствами Word рисунки и экранные формы следует 
присылать в хорошем качестве в формате tiff или jpeg с разрешением 300 dpi для их дополнительного размещения на 
сайте журнала в макете статьи с доступом по ссылке. (Публикация материалов с использованием гипертекста, графики, 
аудио-, видео-, программных средств и др. возможна в нашем новом электронном издании «Программные продукты, 
системы и алгоритмы», сайт www.swsys-web.ru.) Заголовок должен быть информативным; сокращения, а также терминологию узкой тематики желательно в нем не использовать. Количество авторов на одну статью – не более 4, количество 
статей одного автора в номере, включая соавторство, – не более 2. Список литературы (оформленный в соответствии с 
ГОСТ Р 7.05–2008), наличие которого обязательно, должен включать не менее 10 пунктов. 
Необходимы также аннотация (не менее 200 слов), ключевые слова (7–10) и индекс УДК. Название статьи, аннотация и ключевые слова должны быть переведены на английский язык (машинный перевод недопустим), а фамилии авторов, названия и юридические адреса организаций (если нет официального перевода), пристатейные списки литературы 
– транслитерированы по стандарту BGN/PCGN.  
Вместе со статьей следует прислать отзыв-рекомендацию в произвольной форме, экспертное заключение, лицензионное соглашение, а также сведения об авторах: фамилия, имя, отчество, название и юридический адрес организации, 
должность, ученые степень и звание (если есть), контактный телефон, электронный адрес, почтовый адрес для отправки 
бесплатного авторского экземпляра журнала.  
 
Порядок рецензирования 
 
Все статьи, поступающие в редакцию (соответствующие тематике и оформленные согласно требованиям к публикации), подлежат обязательному рецензированию в течение месяца с момента поступления.  
В редакции есть устоявшийся коллектив рецензентов, среди которых члены международной редколлегии журнала, эксперты из числа крупных специалистов в области информатики и вычислительной техники ведущих вузов страны, 
а также ученые и специалисты НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь). 
Рецензирование проводится конфиденциально. Автору статьи предоставляется возможность ознакомиться с текстом рецензии. При необходимости статья отправляется на доработку. 
Рецензии обсуждаются на заседаниях рабочей группы, состоящей из членов научного совета журнала. Заседания 
проводятся раз в месяц в НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь), где принимается решение о целесообразности публикации статьи. 
Статьи, одобренные редакционным советом, публикуются в течение полугода с момента одобрения,  
а отправленные на доработку – с момента поступления после устранения замечаний. 
Редакция международного журнала «Программные продукты и системы» в своей работе руководствуется сводом 
правил Кодекса этики научных публикаций, разработанным и утвержденным Комитетом по этике научных публикаций. 
 
 

Программные продукты и системы / Software & Systems  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 

5

УДК 004.891  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Дата подачи статьи: 08.12.14 
DOI: 10.15827/0236-235X.109.005-011 
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 
И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СТРУКТУР ЗНАНИЙ 
(Работа выполнена в рамках темы «Интеллектуальные информационные технологии автоматизации  
проектирования, моделирования, управления и диагностирования производственных процессов и систем»  
Запорожского национального технического университета, № 0112U005350) 
 
С.А. Субботин, д.т.н., профессор, subbotin@zntu.edu.ua  
(Запорожский национальный технический университет,  
ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина) 

 
Разработано математическое обеспечение, позволяющее представлять на едином языке различные модели знаний 
и содержащее процедуры, автоматизирующие взаимное преобразование экспертных знаний. Созданная программа 
имеет модульную структуру и включает подсистемы для различных моделей представления знаний. Подсистема моделирования семантических сетей содержит функции для создания структуры семантической сети, добавления в нее 
узлов и связей, удаления узлов и связей, для графического отображения семантической сети с круговым, случайным и 
иерархическим расположением узлов, а также функцию для организации поиска подсети-запроса в сети-базе знаний. 
Подсистема моделирования фреймовых сетей содержит функции для создания структуры фреймовой модели, создания фреймов, добавления фреймов-узлов в сеть и удаления их из сети, добавления и удаления связей между фреймами, графического отображения иерархической фреймовой модели, а также функцию для организации поиска на 
фреймах. Подсистема моделирования продукционных моделей включает набор функций для создания, модификации 
и обработки знаний на основе продукционных моделей: функции создания структуры модели, добавления переменной 
и вопроса, добавления правила, графического отображения сети правил, поиска решений на основе продукционной 
модели с использованием различных стратегий разрешения конфликтов правил. Подсистема преобразования и анализа структур представления знаний позволяет осуществлять взаимные преобразования знаний из семантических сетей, 
фреймовых и продукционных моделей.  
Ключевые слова: модель представления знаний, система, основанная на знаниях, экспертная система, преобразование знаний, семантическая сеть, фрейм, продукционная модель. 
 
При решении задач технического и медицин
ского диагностирования, принятия решений в экономике и управлении необходимо оперировать 
большим объемом экспертных знаний, полученных из разных источников, что обусловливает актуальность разработки систем, основанных на 
знаниях (СОЗ) [1], в частности экспертных систем (ЭС) [2, 3], позволяющих автоматизировать 
процессы извлечения, хранения и использования 
знаний.  

К сожалению, в большинстве случаев извест
ные СОЗ и ЭС [1, 2, 4] либо узко проблемноориентированные (позволяют решать задачи только в одной предметной области и не могут применяться для других предметных областей), либо 
ориентированы на использование только одной 
определенной модели представления знаний и не 
дают возможности автоматизировать преобразования построенной модели знаний из одной структуры в другую. 

Цель данной работы – создание математиче
ского обеспечения, позволяющего в единой программной среде моделировать различные дискретные структуры для представления и обработки знаний, а также автоматизирующего взаимное 
преобразование структур представления знаний. 

 
Постановка задачи 

Под знанием обычно понимают формализо
ванную систему суждений с принципиальной и 

единой организацией, основанную на объективной 
закономерности, наблюдаемой в определенной 
предметной области (принципы, связи, законы) и 
установленной в результате умственной деятельности человека, направленной на обобщение опыта, полученного им в результате практической 
деятельности, которая позволяет ставить и решать 
задачи в этой области [3].  
Для построения СОЗ или ЭС необходимо формализовать знания в определенной модели их 
представления, которую можно определить как 
множество синтаксических и семантических соглашений, делающее возможным описание в определенной проблемной области (объекты в этой 
области, их свойства, отношения между объектами). Синтаксис представления знаний определяет 
набор правил, регламентирующих объединение 
символов для формирования выражений. Семантика определяет отношения между знаками и их 
концептами, то есть задает содержание или значение конкретных знаков [2].  
В настоящее время известны различные модели представления знаний [1, 3], среди которых 
широкое распространение получили семантические сети, фреймовые и продукционные модели. 
Однако известные программные реализации не 
позволяют работать в единой системе с данными 
моделями и осуществлять их преобразования [1, 2, 
5–8]. 
Для обеспечения возможности построения 
СОЗ, свободных от отмеченных недостатков, не

Программные продукты и системы / Software & Systems  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 

6

обходимо разработать соответствующее математическое обеспечение, содержащее язык представления знаний и процедуры, автоматизирующие взаимное преобразование структур знаний. 
 
Разработка математического обеспечения  
для представления знаний 
 
Математическое обеспечение, удовлетворяющее поставленной цели, предполагает использование единого языка для представления знаний. Поскольку знания могут содержать динамические 
вычисляемые компоненты, язык их представления 
должен обеспечивать возможность задания и модификации пользовательских процедур, что требует использования интерпретирующей системы. 
В качестве базиса для разработки языка представления знаний целесообразно использовать 
язык пакета Matlab [9], который является всемирно признанной инструментальной средой для разработки математических моделей с элементами 
искусственного интеллекта и позволяет разрабатывать модифицируемые пользователем программы. Однако в базовой версии пакета Matlab отсутствуют средства для моделирования семантических сетей, фреймов и продукционных моделей. 
Для устранения данного недостатка предлагается 
использовать разработанный программный комплекс в среде Matlab, образующий в совокупности 
единую программную систему. 
Необходимость обеспечения в программной 
системе средств для моделирования и обработки 
различных структур представления знаний, а также их интеграции обусловила выделение в отдельные подсистемы каждой модели представления знаний, связанных с ней структур знаний и 
процедур их обработки.  
Схема структуры разработанной 
программной 
системы приведена на рисунке 1. Каждая подсистема содержит интерфейсный модуль, реализующий 
средства графического интерфейса 
пользователя 
(экранные формы) для работы со специфической 
моделью 
представления 
знаний, модуль визуализации, позволяющий графически отображать соответствующую модель знаний, 
модуль поиска, содержащий функции, реализующие вывод на соответствующей модели знаний, 
модуль 
ввода-вывода 
и 
модификации знаний, реализующий 
функции 
за
грузки и выгрузки знаний и данных в среду системы, а также функции программного добавления, 
удаления и изменения имеющихся знаний и фактов. 
Система функционирует так, как показано на 
рисунке 2.  
Вначале осуществляется выбор режима работы 
системы.  
В режиме построения системы эксперт и когнитолог выбирают модель представления знаний, 
подходящую для решения задачи, после чего заносят знания в формате соответствующих структур в базу знаний системы. Важным преимуществом разработанной системы является наличие 
средств автоматического преобразования структур 
представления знаний, использование которых позволяет легко преобразовывать базы знаний и 
сравнивать различные модели и методы обработки 
знаний. 
В режиме консультации пользователь (на этапе 
тестирования это может быть эксперт или когнитолог) передает системе описание текущей проблемной ситуации в виде набора фактов, представленных в формате соответствующей модели 
представления знаний, после чего система осуществляет поиск подходящих знаний, при необходимости обеспечивая объяснения полученных решений и визуализацию используемых структур представления знаний. 
 
Подсистема моделирования  
семантических сетей 
 
Данная подсистема основана на ранее разработанной автором библиотеке Semantic Network 
Toolbox (SNToolbox) [10] и содержит функции для 

Пакет Matlab

Программный комплекс для
представления и преобразования
дискретных структур  знаний

Подсистема
 моделирования
семантических сетей

Подсистема
 моделирования
продукционных моделей

Подсистема
моделирования
фреймовых сетей

Подсистема преобразования
и анализа структур 
представления знаний

Стандартные библиотеки
функций
Matlab

 
Рис. 1. Структура программного комплекса 
 
Fig. 1. A software package structure 
 

Программные продукты и системы / Software & Systems  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 

7

работы с моделями на основе семантических сетей (МCC) [1, 6]. Процесс создания и использования МCC состоит в последовательном выполнении следующих этапов. 
Этап 1. Построение МCC: создается структура 
МСС, которая заносится в переменную среды, после чего осуществляется добавление в структуру 
сети узлов, а затем отношений (связей) между узлами. По желанию пользователя МСС из переменной среды сохраняется в файл на диске. 
Этап 2. Загрузка и визуализация МСС: осуществляется загрузка сети с диска в переменную 
среды, если сеть отсутствует в среде; затем для 
заданной переменной, содержащей МСС, выполняется вызов функции визуализации МСС, после 
чего по желанию пользователя построенная схема 
МСС сохраняется в файле на диске или выводится 
на принтер.  
Этап 3. Поиск на МСС: для МСС-базы знаний 
формируется МСС-запрос в отдельной переменной среды. Это можно сделать либо выполнением 
этапов 1 и 2 для создания сети-запроса в новой 
переменной, либо копированием имеющейся переменной сети-базы знаний в новую переменную 
сети-запроса с удалением из нее лишних узлов и 
связей. Затем добавляется узел цели с соответствующими связями, после чего вызывается функция поиска, которая возвратит результаты поиска. 
Работа с подсистемой может осуществляться 
на двух уровнях: пользовательском – с помощью 
средства SNTool с графическим интерфейсом  
(см. рис. 3), и консольном программистском – посредством прямого вызова функций из командной 
строки.  
Функции подсистемы предъявляют определенные требования к семантической сети: каждый 
узел должен носить уникальное имя; сеть должна 
иметь узлы указанного типа (AND или OR); для 
поиска в сети-запросе должен быть только один 
целевой узел; обеспечивается только вывод от 

предпосылок к следствиям; функция Snfind работает исключительно с иерархическими (слоистыми) сетями. То есть для корректного использования этой функции нельзя задавать полносвязные 
сети, сети с латеральными связями (связями между узлами одного слоя) и сети с элементами, которые связаны сами с собой. Рассмотрим основные 
функции подсистемы. 
Функция SN=Snnew создает новую структу- 
ру для семантической сети в переменной SN.  
В структуру семантической сети переменной  
SN будут входить поля: SN.node – клеточный одномерный массив, содержащий названия узлов сети, которые являются строками; SN.relation – клеточный двухмерный массив, содержащий названия отношений между узлами сети, являющимися 
строками (строки массива соответствуют узлам, от 
которых направлены отношения, а столбцы – узлам, 
к 
которым 
направлены 
отношения); 
SN.nodetype – обычный одномерный массив, содержащий коды типов узлов сети (0 – AND-узел,  
1 – OR-узел). 
Узлы семантической сети в подсистеме делятся на два типа:  
– AND-узлы (И-узлы); как правило, они должны 
сопоставляться понятиям, объектам, названиям атрибутов; в процессе вывода AND-узлы считаются 
истинными (сработавшими, конкретизированными), 
если они присутствуют как в сети базы знаний, так и 
в сети-запросе, либо если все узлы, являющиеся их 
родителями в иерархии (то есть имеют связи, направленные к ним), истинные; 
– OR-узлы (ИЛИ-узлы); как правило, они 
должны сопоставляться значениям атрибутов; в 
процессе вывода OR-узлы считаются истинными 
(сработавшими, конкретизированными), если они 
содержатся как в сети базы знаний, так и в сетизапросе, либо если существует больше одного родительского узла и хотя бы один из них является 
истинным; если OR-узел имеет лишь один роди
Пользователь

Подсистема преобразования
и анализа структур
представления знаний

Подсистема
 моделирования
продукционных моделей

Подсистема
моделирования
фреймовых сетей

Фреймовая
модель
Фреймовая
модель

Продукционная
модель

Подсистема
 моделирования
семантических сетей

Семантическая
сеть

Семантическая
сеть

Семантическая
 сеть

Продукционная
модель

Фреймовая
модель

Знания

Факты

Управляющие команды

Вопросы

Вопросы
Вопросы

Продукционная
модель

 
Рис. 2. Схема функционирования программного комплекса 
 
Fig. 2. A functional sceme of a software package 

Программные продукты и системы / Software & Systems  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 

8

тельский узел, то он не будет наследовать его истинность. 
Функции Res=SNaddANDnode(SN, 'node1', 'node2', ..., 'node') и Res=SNaddORnode(SN, 'node1', 
'node2', ..., 'node') добавляют узлы 'node1', 'node2', 
..., 'node' типа AND и OR, соответственно, в семантическую сеть переменной SN (переменная SN 
при этом не модифицируется). Результат возвращается в переменной Res. 
Функция Res=SNdelnode(SN, 'node1', 'node2', ..., 
'node') удаляет узлы 'node1', 'node2', ..., 'node' из 
семантической сети переменной SN (переменная 
SN при этом не модифицируется). Результат возвращается в переменной Res. 
Функция Res=SNaddrelation(SN, 'node1', 'relation', 'node2') добавляет отношение 'relation', направленное от узла 'node1' к узлу 'node2' семантической сети переменной SN (переменная SN при 
этом не модифицируется). Результат возвращается 
в переменной Res.  
Функция Res=SNdelrelation(SN, 'node1', 'relation', 'node2') удаляет отношение 'relation', направленное от узла 'node1' к узлу 'node2' семантической сети переменной SN (переменная SN при 
этом не модифицируется). Результат возвращается 
в переменной Res. 
Функция SNplot(SN, type, NodeColour, RelationColour) строит графическое изображение структуры семантической сети переменной SN (см. рис.: 
http://www.swsys.ru/uploaded/image/2015/2015_dop/1.jpg). 
Параметр type должен быть строкой, задающей 
расположение узлов семантической сети на графике: 'circle' – по кругу, 'random' – случайно, 
'hierarchy' – иерархично. Параметры NodeColour и 
RelationColour являются необязательными, они 
должны быть строками, определяющими цвет узлов и цвет связей сети соответственно. Цвета 
должны быть заданы символами: b – синий, g – зе
леный, r – красный, c – светло-голубой, m – сиреневый, y – желтый, k – черный. 
Функция Res=SNfind(SN, SN1) ищет целевой 
узел МСС переменной SN1 в МСС переменной SN. 
Сеть переменной SN1 должна быть подсетью сети 
переменной SN. Целевой узел в переменной SN1 
должен иметь название '?'. Функция возвращает 
результат в переменной Res. В итоге получаем 
значение "[]", если целевой узел не был найден, 
или имена целевых узлов, если они были найдены. 
 
Подсистема моделирования  
фреймовых сетей 
 
Подсистема моделирования фреймовых сетей 
(ФС) [5, 8] содержит набор функций для создания, 
модификации и обработки знаний на основе 
фреймовых моделей. Процесс создания и использования ФС состоит в последовательном выполнении следующих этапов. 
Этапы 1 и 2 выполняются аналогично этапам 
рассмотренного выше процесса создания МСС: 
простые узлы заменяются на фреймы, которые 
можно задавать как программно в консольном режиме, так и в графической форме. 
Этап 3. Поиск на ФС: для заданной переменной ФС-базы знаний осуществляется последовательный поиск сверху вниз с последовательной 
конкретизацией значений слотов фреймов посредством задания системой вопросов пользователю. 
Работа с подсистемой может осуществляться 
на двух уровнях: пользовательском – с помощью 
интерфейсного средства FNTool, и консольном – 
посредством прямого вызова функций из командной строки. Рассмотрим основные функции подсистемы. 
Функция FN=Fnnew создает новую структуру 
для ФС в переменной FN аналогично функции 
Snnew, однако поле FN.node будет содержать клеточный одномерный массив структур узловфреймов; FN.relation – клеточный двумерный 
массив, содержащий названия отношений между 
узлами сети, являющимися строками (строки массива соответствуют узлам, от которых направлены 
отношения, а столбцы – узлам, к которым направлены отношения). 
Функция Res=FNnewframe('framename', slots) 
создает переменную-фрейм Res в среде. Узлы ФС 
в подсистеме описываются структурой, содержащей следующие поля: framename – имя фрейма, 
slots – клеточный массив слотов фрейма. Каждый 
слот представляет собой структуру, содержащую 
поля: slotname – имя слота, slottype – тип значений 
слота, slotvalue – значение слота, slotinheritance – 
указатель типа наследования (определяет, наследуются ли слот и его значение от родительского 
фрейма и каким образом), slotproc – имя функции, 
реализующей присоединенную к слоту процедуру 
обработки событий. По умолчанию каждому слоту 

 
Рис. 3. Интерфейс подсистемы моделирования  
семантических сетей 
 
Fig. 3. An interface of a semantic networks  
modeling subsystem 

Программные продукты и системы / Software & Systems  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 

9

сопоставляются функции-демоны, которые вызываются при отсутствии в слоте значений: вначале 
они пытаются получить значение слота из вышерасположенных фреймов путем наследования, а 
при невозможности это сделать выдают пользователю запрос на ввод значения. При наличии заданной присоединенной функции она вызывается 
при каждом обращении к слоту, а функция-демон 
вызывается после нее и лишь при отсутствии значения в слоте. 
Функция Res=FNaddnode(FN, 'node1', 'node2', 
..., 'node') добавляет узлы из переменных среды  
с именами 'node1', 'node2', ..., 'node' в ФС пе- 
ременной FN (переменная SN при этом не модифицируется). Результат возвращается в переменной Res. 
Функция Res=FNdelnode(FN, 'node1', 'node2', 
..., 'node') удаляет узлы с именами фреймов 
'node1', 'node2', ..., 'node' из ФС переменной FN 
(переменная FN при этом не модифицируется). 
Результат возвращается в переменной Res. 
Функция Res=FNaddrelation(FN, 'node1', 'relation', 'node2') добавляет отношение 'relation', направленное от фрейма-узла с именем 'node1' к 
фрейму-узлу с именем 'node2' ФС переменной FN 
(переменная FN при этом не модифицируется). 
Результат возвращается в переменной Res.  
Функция Res=FNdelrelation(FN, 'node1', 'relation', 'node2') удаляет отношение 'relation', направленное от фрейма-узла с именем 'node1' к фреймуузлу с именем 'node2' ФС переменной FN (переменная FN при этом не модифицируется). Результат возвращается в переменной Res. 
Функция FNplot(FN) строит графическое изображение структуры ФС переменной FN.  
Функция Res=FNfind(FN, ['frame']) осуществляет поиск в ФС переменной FN узла, соответствующего протофрейму, заданному переменной 
среды с именем 'frame'. При отсутствии параметра 
'frame' либо указанной переменной в среде осуществляется поиск сверху вниз по фреймовой модели 
с использованием корня сети как протофрейма 
(поискового образца). Результат возвращается в 
переменной Res как фрейм, наиболее соответствующий запросу. 
 
Подсистема моделирования  
продукционных моделей 
 
Подсистема содержит набор функций для создания, модификации и обработки знаний на основе продукционных моделей (ПМ) [4, 5, 7]. Процесс 
создания и использования ПМ состоит в последовательном выполнении следующих этапов. 
Этап 1. Построение продукционной базы знаний: создается переменная среды для хранения базы знаний ПМ, после чего в нее добавляются вопросы для занесения фактов в переменные и набор 
продукционных правил. По желанию пользовате
ля продукционная база знаний из переменной среды сохраняется в файл на диске. 
Этап 2. Загрузка продукционной базы знаний 
с диска в переменную среды, если переменная базы знаний отсутствует в среде.  
Этап 3. Поиск на ПМ: для заданной переменной базы знаний пользователю задаются вопросы, 
ответы на которые заносятся в рабочую память 
как факты. При этом для текущего набора фактов 
осуществляется поиск правил, соответствующих 
ему, а из них в соответствии с заданной стратегией разрешения конфликтов правил выбирается одно правило, которое выполняется. Если не получено значение целевой переменной поиска, цикл 
поиска повторяется. В качестве результата выдается найденное значение целевой переменной. 
Работа с подсистемой может осуществляться 
на двух уровнях: пользовательском – с помощью 
интерфейсного средства PMTool и консольном – 
посредством прямого вызова функций из командной строки. Рассмотрим основные функции подсистемы. 
Функция PM=PMnew создает новую структуру 
для ПМ в переменной PM. Поле PM.variables содержит массив структур переменных-фактов, поле 
PM.rules – массив структур правил. 
Функция Res=PMaddvariable(PM, 'variablename', vartype, 'question', [answers]) добавляет новую 
переменную с именем 'variablename', типом 
vartype (0 – логическая, 1 – целая, 2 – вещественная, 3 – текстовая), вопросом 'question', выдаваемым пользователю при запросе значения переменной, и answers – клеточным массивом вариантов ответов-значений переменной (если задан, то 
пользователю будут предлагаться для выбора 
только варианты, содержащиеся в массиве, в противном случае будут приниматься произвольные 
значения, удовлетворяющие типу переменной, 
вводимые в диалоговое поле). 
Функция Res=PMaddrule(PM, 'rulename', antectype, antecvar, antecval, 'consvar', consval, CF) добавляет в базу знаний PM правило с именем 
'rulename', типом объединения условий antectype 
(0 – тип «И», 1 – тип «ИЛИ»), массивом текстовых 
строк – имен переменных антецедента правила 
antecvar, клеточным массивом значений переменных антецедента правила antecval, именем переменной консеквента 'consvar', значением переменной консеквента 'consval' и коэффициентом уверенности правила CF. 
Функция PMNplot(PM) строит графическое 
изображение сети правил переменной PM.  
Функция Res=PMfind(PM, 'var', strategy) осуществляет поиск в базе знаний продукционной 
модели PM значения целевой переменной с именем 'var'. При отсутствии значения целевой пе- 
ременной пользователю задаются вопросы, необ- 
ходимые для занесения фактов в переменные рабочей памяти, и вызывается функция вывода по 

Программные продукты и системы / Software & Systems  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
№ 1 (109), 2015 

10

набору правил c использованием стратегии разрешения конфликта правил с кодом strategy (0 – 
стратегия новизны правил, 1 – стратегия старости 
правил, 2 – стратегия новизны фактов, 3 – стратегия старости фактов, 4 – стратегия простоты, 5 – 
стратегия сложности). Результат возвращается в 
переменной Res в виде структуры с полями: value 
– найденное значение целевой переменной и СF – 
коэффициент уверенности в результате. 
 
Подсистема преобразования и анализа 
структур представления знаний 
 
Данная подсистема позволяет осуществлять 
автоматическое преобразование различных структур баз знаний, а также их количественный анализ. 
Преобразование семантической сети во фреймовую осуществляется посредством выделения 
иерархии в сети и создания отдельного фрейма 
для каждого варианта значений целевой переменной. В качестве имен слотов выступают имена узлов-вопросов семантической сети, а в качестве 
списков значений – имена узлов-ответов на вопросы. Для соответствующего фрейма определяются 
значения слотов на основе комбинации ответов на 
вопросы. В сеть добавляется также протофрейм, 
содержащий перечень слотов, такой же, как фреймы значений целевой переменной, но с пустыми 
значениями. От протофрейма добавляются связи к 
каждому фрейму в сети. 
Преобразование ФС в семантическую сеть: 
двигаясь от корня ФС сверху вниз, из слотов фрейма верхнего уровня осуществляется подстановка 
значений в связанные с ним фреймы нижнего уровня в соответствии с указателями наследования, после чего фреймы нижнего уровня с подставленными значениями преобразуются в вершины СМ: 
имена фреймов нижнего уровня – в вершины значений целевой переменной, имя фрейма верхнего 
уровня – в вершину целевой переменной, которые 
связываются связями type (вид), направленными от 
вершины целевой переменной к вершинам-значениям, имена слотов преобразуются в вершинывопросы, а значения слотов – в вершины ответы, 
вершины-вопросы 
связываются 
с вершинамиответами связями type (вид). От вершин-ответов устанавливаются связи includes (включает) с вершинами значений целевой переменной в соответствии 
с комбинацией значений слотов во фреймах нижнего уровня ФМ. Добавляется вершина Question (Вопрос), от которой устанавливаются связи type (вид) 
с вершинами вопросов. Добавляется вершина 
Model (Модель), от которой устанавливаются связи 
has (имеет) с вершиной Question и вершиной целевой переменной. 
Преобразование ФС в ПМ: имя каждого фрейма 
нижнего уровня преобразуется в значение целевой 
переменной, а имя фрейма верхнего уровня – в имя 

целевой переменной; имена слотов фреймов пре- 
образуются в имена переменных, с которыми связывается вопрос «Укажите, каково значение пе- 
ременной имя_переменной?»; значения слотов преобразуются в возможные значения переменных; 
присоединенные процедуры при преобразовании 
игнорируются; фреймы преобразуются в правила: в 
антецеденты попадают как имена и значения переменных, соответствующие именам и значениям 
слотов, тип антецедентов правил устанавливается 
равным нулю, в консеквенты правил заносятся для 
фреймов нижнего уровня – имя целевой переменной и название фрейма как ее значение; фреймы 
промежуточных уровней используются только для 
подстановки значений слотов во фреймы нижнего 
уровня; коэффициенты уверенности правил принимаются равными единице. 
Преобразование ПМ в семантическую сеть: 
вопросы для переменных ПМ преобразуются в 
вершины СМ с соответствующими именами, ответы на вопросы переменных ПМ преобразуются в 
вершины СМ с соответствующими именами, вершины вопросов и вершины ответов связываются 
связью type (вид); каждое продукционное правило 
преобразуется во фрагмент СМ: создается вершина с именем переменной консеквента, к которой 
направляются связи includes (включает) от вершин 
значений переменных антецедентов, указанных в 
правиле. Добавляется вершина Question (Вопрос), 
от которой устанавливаются связи type (вид) с 
вершинами вопросов. Добавляется вершина Model 
(Модель), от которой устанавливаются связи has 
(имеет) с вершиной Question и вершиной целевой 
переменной. 
Преобразование ПМ в ФС: ПМ преобразуется в 
СМ, которая затем преобразуется в ФС. 
Преобразование СМ в ПМ: вершины вопросов 
СМ преобразуются в вопросы для переменных 
ПМ с соответствующими именами, вершины ответов на вопросы СМ преобразуются в значения 
переменных вопросов ПМ; каждая комбинация 
связей СМ от вершин ответов к вершине значений 
целевой переменной преобразуется в отдельное 
продукционное правило, где имена вершин вопросов и ответов на вопросы заносятся в антецедент 
правила, а имя вершины целевой переменной и 
значение – в консеквент правила. 
Количественный анализ осуществляется посредством автоматического преобразования те- 
кущей базы знаний во все возможные модели 
представления знаний с последующим подсчетом 
числа элементов и связей между ними в каждой 
модели. Результат выдается в форме отчета. 
Таким образом, с целью создания инструментальных средств для моделирования различных 
дискретных структур представления и обработки 
знаний автором создано математическое и программное обеспечение, реализующее в едином 
языковом базисе и единой программной среде