Языковые средства создания информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений

В.И. НОВОСЕЛЬЦЕВ 
С.С. КОЧЕДЫКОВ 
Д.Е. ОРЛОВА 
В.А. ЧЕРТОВ
ЯЗЫКОВЫЕ СРЕДСТВА СОЗДАНИЯ 
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ 
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
МОНОГРАФИЯ
Под редакцией В.И. Новосельцева
Москва
ИНФРА-М
2024

УДК 004+519.816+81’33(075.4)
ББК 16.2:22.171:81.1
 
Н76
А в т о р ы:
Новосельцев В.И., доктор технических наук, старший научный сотрудник, 
профессор Воронежского института Федеральной службы исполнения наказаний Российской Федерации;
Кочедыков С.С., кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры 
организации режима, охраны и конвоирования Воронежского института Федеральной службы исполнения наказаний Российской Федерации;
Орлова Д.Е., кандидат технических наук, преподаватель Воронежского института Федеральной службы исполнения наказаний Российской Федерации;
Чертов В.А., кандидат технических наук, доцент Воронежского государственного технического университета
Р е ц е н з е н т:
Кострова В.Н., доктор технических наук, профессор, профессор Воронежского государственного технического университета
Новосельцев В.И.
Н76  
Языковые средства создания информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений : монография / 
В.И. Новосельцев, С.С. Кочедыков, Д.Е. Орлова, В.А. Чертов ; под ред. 
В.И. Новосельцева. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 245 с. — (Научная 
мысль). — DOI 10.12737/2129777.
ISBN 978-5-16-019567-4 (print)
ISBN 978-5-16-112168-9 (online)
В монографии рассматривается проблема выбора языковых средств для создания информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений при управлении критически важными объектами социальной сферы. Рассматриваются системное понимание информационной технологии интеллектуальной 
поддержки принятия решений; язык матриц; логические языки (исчисления высказываний и исчисления предикатов); язык семантических сетей; язык нечетких 
множеств; язык фреймов; язык искусственных нейронных сетей; язык математической оптимизации. Приводятся примеры использования указанных языковых 
средств для создания информационных технологий интеллектуальной поддержки 
принятия решений в различных проблемных областях.
Ориентирована на студентов, обучающихся по направлению подготовки 
09.03.02 «Информационные системы и технологии» (профиль «Прикладные 
информационные системы и технологии»), а также аспирантов, обучающихся 
по специальности 1.2.3 «Управление в организационных системах». Будет полезна 
специалистам, занимающимся практическими вопросами разработки и внедрения 
информационных технологий.
УДК 004+519.816+81’33(075.4)
ББК 16.2:22.171:81.1
ISBN 978-5-16-019567-4 (print)
ISBN 978-5-16-112168-9 (online)
© Новосельцев В.И., Кочедыков С.С., 
Орлова Д.Е., Чертов В.А., 2024

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение  
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
Глава 1. СИСТЕМНОЕ ПОНИМАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ 
ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ  
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ 
 
 
 
 
 
 
13 
1.1. Основные принципы построения информационных  
технологий интеллектуальной поддержки принятия решений 
15 
1.1.1.Соответствие технологий контурам, механизмам  
и критериям управления 
 
 
 
 
 
 
16 
1.1.2.Адекватное отражение системной сущности процесса  
принятия решений 
 
 
 
 
 
 
 
28 
1.1.3.Комплексное применение языковых средств  
представления знаний  
 
 
 
 
 
 
34 
1.2. Обобщенная структура информационной технологии  
интеллектуальной поддержки принятия решений 
 
 
37 
1.3. Общая схема разработки информационной технологии  
интеллектуальной поддержки принятия решений 
 
 
47 
1.4. Эффективность решений  
 
 
 
 
 
52 
1.5. Критерии качества информационных технологий  
интеллектуальной поддержки принятия решений 
 
 
56 
Глава 2. ЯЗЫК МАТРИЦ  
 
 
 
 
 
61 
2.1. Язык матриц в математическом понимании 
 
 
63 
2.2. Язык матриц в системно-аналитическом понимании 
 
68 
2.3. Пример использования языка матриц для создания  
информационной технологии интеллектуальной поддержки  
принятия решений при выявлении организационно- 
управленческих конфликтов в системах организационного  
поведения  
 
 
 
 
 
 
 
 
71 
3 
 

Глава 3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЯЗЫКИ 
 
 
 
 
85 
3.1. Язык исчисления высказываний 
 
 
 
 
86 
3.2. Язык исчисления предикатов  
 
 
 
 
93 
3.3. Пример использования логических языков для создания  
информационной технологии интеллектуальной поддержки  
принятия решений при планировании организационно- 
технических мероприятий на информационно- 
коммуникационных сетях 
 
 
 
 
 
 
97 
Глава 4. ЯЗЫК СЕМАНТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 
 
 
105 
4.1. Понятие семантической сети  
 
 
 
 
105 
4.2. Формирование вариантов решений с помощью  
семантических сетей 
 
 
 
 
 
 
 
109 
4.3. Выбор решений на семантических сетях 
 
 
 
112 
4.4. Пример использования языка семантических сетей  
для разработки информационной технологии интеллектуальной  
поддержки принятия решений при оценке экологической  
ситуации на объекте  
 
 
 
 
 
 
 
117 
Глава 5. ЯЗЫК НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ   
 
 
125 
5.1. Понятие нечеткого множества  
 
 
 
 
125 
5.2. Операции над нечеткими множествами 
 
 
 
127 
5.3. Нечеткие отношения  
 
 
 
 
 
 
129 
5.4. Методы построение функции принадлежности  
 
132 
5.5. Рекомендации по выбору вида функции принадлежности 
135 
5.6. Пример использования языка нечетких множеств для  
создания информационной технологии интеллектуальной  
поддержки принятия решений при оценке комплексной  
безопасности объекта  
 
 
 
 
 
 
136 
 
 
4 
 

Глава 6. ЯЗЫК ФРЕЙМОВ  
 
 
 
 
 
144 
6.1. Понятие фрейма 
 
 
 
 
 
 
 
144 
6.2. Фрейм-функции 
 
 
 
 
 
 
 
147 
6.3. Пример использования языка фреймов для создания  
информационной технологии интеллектуальной поддержки  
принятия компромиссных решений в условиях конфликта  
интересов  
 
 
 
 
 
 
 
 
149 
Глава 7. ЯЗЫК ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ  
СЕТЕЙ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
155 
7.1. Общие положения  
 
 
 
 
 
 
155 
7.2. Элементы и архитектура искусственных нейронных сетей 
157 
7.3. Некоторые задачи, решаемые с помощью искусственных  
нейронных сетей  
 
 
 
 
 
 
 
161 
7.4. Пример использования языка искусственных нейронных  
сетей для создания информационной технологии  
интеллектуальной поддержки принятия решений при оценке  
пожароопасных ситуаций 
 
 
 
 
 
 
171 
Глава 8. ЯЗЫК МАТЕМАТИЧЕСКОЙ  
ОПТИМИЗАЦИИ 
 
 
 
 
 
 
 
179 
8.1. Задачи математической оптимизации и методы их решения 180 
8.2. Пример использования языка математической оптимизации  
для интеллектуальной поддержки решений при управлении  
процессами обеспечения комплексной безопасности объектов  
социального назначения в условиях преднамеренных угроз 
187 
8.2.1. Постановка и формализация задачи 
 
 
 
187 
8.2.2. Алгоритм разграничения ресурсов между  
исполнителями при организации управления процессами  
обеспечения комплексной безопасности объектов  
социального назначения 
 
 
 
 
 
 
193 
5 
 

8.2.3. Алгоритмы оптимизации управления процессами 
обеспечения комплексной безопасности объектов  
социального назначения в штатных, угрожающих  
и критических ситуациях  
 
 
 
 
 
196 
8.2.4. Определение условий устойчивости оптимальных  
решений  
 
 
 
 
 
 
 
 
199 
8.2.5. Программный комплекс интеллектуальной поддержки  
решений при управлении процессами обеспечения  
комплексной безопасности объектов социального назначения  
в условиях преднамеренных угроз 
 
 
 
 
206 
Заключение 
 
 
 
 
 
 
 
 
211 
Используемые термины и их трактовка 
 
 
 
218 
Список использованной литературы  
 
 
 
238 
6 
 

Введение 
Текущий период времени характеризуется тотальной цифровизацией общества, в том числе внедрением информационных технологий 
интеллектуальной поддержки принятия решений практически во все 
сферы человеческой деятельности. В особой мере это касается управления процессами функционирования критически важных объектов социальной сферы, в частности объектов топливно-энергетической, банковской и медицинской инфраструктуры, учреждений министерства внутренних дел и федеральной службы исполнения наказаний, отраслевых, 
территориальных и общегосударственных коммуникационных и логистических систем, торговых, спортивно-оздоровительных и культурно-развлекательных центров.  
Разработка информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений при управлении объектами данного типа связана с преодолением ряда принципиальных трудностей. Во-первых, 
управленческие решения, принимаемые должностными лицами, характеризуются сложной структурой и многообразием типов, что приводит к 
тому, что системы поддержки решений приобретают черты территориально распределенных человеко-машинных комплексов, в которых возникают проблемы не только оптимизации, но и согласования и координации решений. Во-вторых, решения, принимаемые при 
управлении критически важными объектами социальной сферы, носят 
исключительно ответственный характер, поскольку допущенные 
ошибки могут привести не только к потере функциональной работоспособности объектов, но и иметь катастрофический характер. Этим накладываются особые требования к используемым технологиям интеллектуальной поддержки принятия решений в части их надежности и эффективности. В-третьих, управление процессами функционирования 
7 
 

критически важных объектов социальной сферы происходит в условиях 
деструктивных внешних воздействий. Имеются в виду не только и не 
столько конкуренты, сколько злоумышленники и преступные элементы. 
Уже сегодня они располагают достаточным арсеналом средств 
электронной и акустической разведки, взлома защитных ограждений, проникновения в компьютерные сети, нарушения работы систем жизнеобеспечения критически важных объектов социальной 
сферы. В результате управление этими объектами приобретает 
форму многоаспектного конфликта, для выигрыша в котором необходимо создание и внедрение соответствующих информационных 
технологий интеллектуальной поддержки принятия решений в части обеспечения комплексной безопасности объекта. 
Вместе с тем, в настоящее время преодоление отмеченных трудностей тормозится прежде всего тем, что процесс разработки технологий 
данного типа рассматривается скорее, как искусство создания программных продуктов с ориентацией на существующие языки и системы 
программирования, стандартные базы данных, типовые интерфейсы и 
т.п., но не как наука, опирающаяся на системную методологию и языки 
представления знаний о предметной области. Фактически основу существующего подхода к разработке информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений составляет принцип: «делаем то, что можем, а не то, что нужно». В результате конечный 
пользователь зачастую получает некий продукт, в котором его потребности удовлетворяются постольку поскольку это допускается используемыми языками и системами программирования. Негативные последствия такого подхода очевидны, как и очевидно то, что именно ограниченность палитры используемых языковых средств обусловливает все 
те трудности, которые приходится преодолевать разработчикам 
8 
 

информационных технологий, и именно это предопределяет те неудачи, 
которые превращают компьютеры не в партнеров человека, а в «хранилище» данных или в быстродействующие логарифмические линейки.  
В то же время современная наука располагает достаточно большим 
арсеналом языковых средств, вполне применимых для создания информационных технологий рассматриваемого типа. Более того, в сфере искусственного интеллекта происходит интенсивное развитие новых языковых средств, использование которых позволяет повысить эффективность и надежность создаваемых информационных технологий. В 
настоящее время наибольший практический интерес для разработки информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений представляют следующие типы языковых средств: язык матриц, 
логические языки; язык семантических сетей, язык нечетких множеств, 
язык фреймов, язык искусственных нейронных сетей и язык математической оптимизации. Очевидно, что при создании конкретных технологий эти языковые средства в конечном счете реализуются с помощью 
языков программирования. Эти языки исключены из монографии, поскольку детально рассматриваются в доступной литературе [3,9,13,14]. 
Материал учебного пособия является обобщением работ авторов 
[22,24-28,38-40,42-50,56,57,61-63]. При этом проблема выбора языковых 
средств для создания информационных технологий интеллектуальной 
поддержки принятия решений решается на основе известного закона необходимого разнообразия в его диалектическом понимании. Суть этого 
закона применительно к нашему случаю состоит в том, какие бы возможности не декларировали разработчики того или иного языкового средства, для создания действительно эффективных и надежных технологий 
данного типа необходимо использовать всю палитру существующих 
языковых средств представления знаний. Конечно, в случае относительно простых в системном отношении и узко ориентированных 
9 
 

технологий (типа распознавания изображений) можно использовать какой-либо один язык. Но, если речь идет о крупномасштабных технологиях, поддерживающих всю палитру решений, принимаемых в системах 
с многочисленными и разнородными контурами управления, такой подход нельзя признать правомочным. И суть не в том «хороший» или «плохой» данный язык - проблема в его способности адекватно отображать 
предметную область и в возможности производить с этими описаниями 
операции, ориентированные на потребности конечного пользователя. 
Материал монографии подразделяется на восемь глав.  
Первая глава – вводная. Она посвящена раскрытию системной сущности информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений. В ней размариваются такие вопросы как: основные 
принципы построения данных технологий; обобщенная структура информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений; схема разработки этих технологий; эффективность решений; 
критерии качества информационных технологий интеллектуальной поддержки принятия решений. В целом материалы этой главы предопределяют понимание необходимости и целевой направленности использования широкого спектра языковых средств для разработки информационных технологий рассматриваемого типа. 
Во второй главе рассматривается язык матриц с точки зрения его 
применимости при разработке информационных технологий данного 
класса. Дается понятие матрицы в ее математическом и системно-аналитическом понимании. Рассматриваются операции над матрицами, матричные уравнения и функции матриц. Дается пример использования 
языка матриц для создания информационной технологии поддержки 
принятия решений при выявлении организационно-управленческих конфликтов в системах организационного поведения. 
10