Примерами прикладных систем являются все системы, с которыми работают пользователи ЭВМ в сфере своих профессиональных интересов - это: различного рода автоматизированные системы управления, системы автоматизированного проектирования, пакеты прикладных программ и др. Эти системы характеризуются тем, что диалог ведется в терминах проблемной области и на выходе пользователь получает конечный результат, являющийся целью его общения с программным приложением. Некоторые системы могут работать не только в диалоговом, но и в пакетном режиме. Семантика конечного результата при этом не зависит от используемого режима работы. Диалоговый компонент является надстройкой над прикладной системой и помогает пользователю уточнить постановку проблемной задачи, предоставляя для этого соответствующие лингвистические формы и набор сервисных функций. Диалог в этом случае ведется в терминах диалоговой системы и называется метадиалогом. Используемая терминология практически не зависит от проблемной области. Наличие в прикладной системе paзвитого метадиалога дает возможность пользователю, знакомому только с проблемной областью, получать требуемые результаты без предварительного детального, изучения диалоговой системы. Поэтому доступность и распространенность использования прикладной системы во многом зависят от качества построения диалоговой надстройки.

С учетом наличия двух компонентов в диалоговой системе на рис.3. представлена обобщенная схема алгоритма диалога с программным приложением.

При этом однократное прохождение по одной из ветвей схемы алгоритма от блока "Начало” до блока "Конец" или до возврат к началу схемы алгоритма будем называть шагом диалога или транзакцией. Шаг диалога характеризуется активным взаимодействием человека с ЭВМ, т.е. в данном случае в ответ на ввод сообщения пользователя после его обработки диалоговой системой выдается выходное сообщение, отражающее состояние системы или диалога. Восприятие системой входного сообщения включает 2 этапа:

синтаксический анализ - проверка соответствия формы, в которой введена информация, разрешенным на данном шаге, диалога шаблонам или правилам ввода-вывода;

семантический анализ - выявление смысла входного сообщения, определение ближайших задач системы и анализ возможности их выполнения при данном состоянии процедурной части.

Рассмотренная последовательность начинается с вывода системой выходного сообщения, т.е. инициатором взаимодействия является система. Помимо данной последовательности известны еще две формы распределения инициативы в диалоге: инициатива, принадлежащая пользователю (когда пользователь сам управляет работой системы посредством команд и запросов), и смешанная инициатива, предполагающая периодическое перераспределение инициативы с помощью управляющих сигналов, с помощью которых пользователь имеет возможность прервать исполнение как процедурной, так и диалоговой части программы и перевести ЭВМ в состояние ожидания своей команды).

Количество транзакций при работе с диалоговой системой может быть произвольным и зависит от потребностей пользователя и объема обрабатываемой информации, однако, последовательность транзакций всегда фиксирована и определена сценарием диалога, заложенным в алгоритм программы.

По характеру информации, содержащейся во входных и выходных сообщениях, различаются 2 типа диалога:

управляющий, когда в результате транзакции определяются функции системы и осуществляется управление ее работой (для этой цели используются также и управляющие-сигналы);

информационный, в процессе которого в систему вводятся данные, требуемые для решения конкретной задачи.

В зависимости от числа пользователей диалоговые системы могут быть однопользовательскими (рассчитанными на одного пользователя) и многопользовательскими (с коллективным доступом пользователей к ресурсам системы).

Для реализации транзакций диалога используются следующие формы:

синтаксически ограниченная (меню, запросы с ответом по шаблону, запросы с ответом ДА/НЕТ);

директивная (команды);

фразовая (взаимодействие на ограниченном естественном языке);

объектно-ориентированная.

Для более быстрого освоения диалоговой системы пользователю необходимо знать основные этапы диалога и формы его реализации. Наиболее известны в человеко-машинной среде следую типы диалога:

меню;

вопросы, требующие ответа ДА/НЕТ;

шаблон;

простой запрос;

команда;

взаимодействие на естественном языке.

Рисунок 3.

Сценарий взаимодействия

Взаимодействие человека-оператора с ЭВМ обычно подчиняется определенному сценарию диалога. Сценарий диалога представляет собой алгоритм взаимодействия оператора с программной системой. Его проектируют, исходя из задач, стоящих перед АСОИиУ, характера и функций человека в процессе управления, технических возможностей средств отображения информации. Сценарий диалога представляет собой детальное описание диалогового взаимодействия, выраженное в виде структуры диалога, а также его информационной и операционной моделей. Формально сценарий определяется следующим образом:

D = <S, A, C, R. G, I, O>,

где: S - множество состояний; A - множество операций; C=Q U F - множество условий (Q - множество входных условий, F - множество программных условий); R - множество выходных сообщений; G: SxC® S - граф диалога; I: {S® R; SxC® R} - информационная модель диалога; O: {S® A; SxC® A} - операционная модель диалога.

Ведение диалога согласно сценарию называется интерпретацией диалога. Графическое изображение сценария напоминает блок-схему программы на алгоритмическом языке, состоящую из элементов ветвления, ввода вывода сообщений и исполнения операций. Элементарная конструкция такой блок - схемы называется узлом сценария.

При проектировании взаимодействия пользователя с программной системой сценарий диалога является ключевым понятием. Он позволяет формализовать процесс разработки диалогового взаимодействия, а также проводить анализ и оптимизацию процедур общения пользователя с системой. Рассмотрим основную составную часть сценария - структуру диалога, наиболее наглядно отображающую процесс взаимодействия. Структура диалога - это связанная совокупность состояний диалога достижимых в процессе общения пользователя с диалоговой системой. Состояния диалога складываются из трех компонент: формы диалога; совокупности функций системы, предоставляемой пользователю; предыстории диалога. Основное графическое представление структуры диалога - диаграмма состояний - ориентированный взвешенный граф. Каждая вершина графа соответствует определенному состоянию диалога, а дуга определяет смену состояний. Веса вершин и дуг характеризуют содержание диалога: входные и выходные сообщения, исполняемые программные операции и условия. Переход от одной вершины графа диалога к другой соответствует одной транзакции диалога.

Произвольная последовательность переходов (путь по графу) образует сеанс общения пользователя с системой. Если не принимать во внимание переходы по ошибкам и петли, то можно выделить три структуры диалога: линейную; древовидную и сетевую (рис 4).

Линейная структура Древовидная структура Сетевая структура

Рисунок 4.

Рассмотрим диалог в форме меню.

Меню - наиболее распространенный тип диалога. При обращении система инициирует диалог. Таким образом, шаг диалога начинается с выдачи системой входного сообщения. После выдачи пользователем выходного сообщения и обработки его системой шаг диалога завершается.

Возможно несколько форм машинной реализации данного типа диалога. Во всех случаях в качестве входного сообщения на экране дисплея высвечивается подмножество (как правило, нумерованное) функций системы, реализация которых возможна в текущем состоянии диалога. Такое входное сообщение будем называть меню.

Пользователь может выбрать требуемую функцию одним из следующих основных способов:

а) набором требуемой директивы или ее аббревиатуры;

б) набором номера выбранной директивы;

в) подведением курсора в строку экрана с требуемой директивой;

г) нажатием фотоселектора в соответствующей строке экрана.

Графически диалог можно представить в виде графа. Узлы графа соответствуют подмножеству функций системы, а дуги, направленные вниз, - возможным альтернативам пользователя. При этом число дуг равно числу предлагаемых системой функций. Дуга вместе с вершиной, из которой она исходит, соответствует шагу диалога. Верхний узел (корень) дерева соответствует начальному сообщению системы. На рис.5 приведен граф диалога меню в виде дерева. Корень дерева (верхний узел, соответствующий начальному сообщению системы) и исходящие из него дуги соответствуют шагу диалога. После выполнения некоторых шагов диалога система высветит меню, обозначенных прямоугольниками. Движение вниз по дереву графа меню в направлении прикладной системы называется "погружением" [12]. Для выполнения функции, соответствующей соседним ветвям дерева графа, при работе с прикладной системой используется механизм "всплытия”. Его можно реализовать двумя способами:

а) последовательным движением вверх по дугам графа диалога до узла, непосредственно содержащего заданную функцию или содержащего ее в узлах, в которые из него можно перейти, используя "погружение”;

б) непосредственным переходом в корень дерева графа диалога с последующим погружением.

Рисунок 5.

Графически второй способ соответствует наличию в каждом узле ориентированной к вершине дерева дуги графа. Одна из таких дуг изображена на рис.3 штриховой линией.

Тип диалога в форме вопросов, требующих ответа ДА/НЕТ, являются частным случаем диалога типа "меню”, когда в шаге диалог; в качестве альтернатив пользователю предлагаются два ответа: ДА и НЕТ.

Графическая интерпретация рассматриваемого типа диалога изображена на рис.6.

Рисунок 6.

Это граф бинарного дерева, из каждого узла которого выходит вниз (к прикладной системе) по две ветви. "Погружение” и "всплытие” в этом типе диалога аналогичны меню. В данном типе диалога для работы с прикладной системой приходится выполнять, как правило, больше шагов по сравнению с диалогом типа "меню”. Основным достоинством данной формы диалога является простота выполнения каждого отдельного шага диалога.

Шаблон - это инициированный системой диалог, на каждом шаге которого система воспринимает только синтаксически ограниченное входное сообщение пользователя в соответствии с заданным форматом. Как и в меню, диалог начинает система. Данный тип диалога называют также параметрической системой. Возможные варианты ответа пользователя ограничиваются форматами, предъявляемыми ему на дисплее. Поэтому гибкость пользования системой с диалогом такого типа относительно невысока, однако достаточно низка ее операционная сложность.

Из нескольких возможных вариантов реализации такого типа диалога назовем два:

1) указание системой на экране дисплея формата вводимого пользователем сообщения;

2) резервирование места для сообщения пользователя в тексте сообщения системы на экране дисплея (например, с помощью поля повышенной яркости).

Графически диалог типа "шаблон” можно интерпретировать с помощью графа, приведенного на рис.7. Из каждой вершины графа выходит по две дуги. Дуга, направляющаяся к следующему узлу, соответствует семантически правильному сообщению пользователя, а дуга, замыкающаяся на одном узле, - семантически неправильному сообщению пользователя. При неверном сообщении система выдаст предупреждение об ошибке и останется в начале текущего шага диалога.

Рисунок 7.

Шаблон обычно используется для ввода данных, значения которых или "прозрачны" (например, текущая дата), или являются профессиональными терминами и поэтому они известны пользователю. Однако формы подачи этих данных не определяются их значениями.

Простой запрос является частным случаем шаблона. Обычно используется в различного рода автоматизированных системах при сборе данных.

Простой запрос - это тип диалога, инициируемый системой и состоящий из одного шага, где пользователю предоставляется возможность ввести более одного сообщения по заранее определенному системой единому формату. Графическая интерпретация простого запроса приведена на рис.8.

Команда - это инициированный пользователем тип диалога, при котором выполняется одна из допустимых на данном шаге диалога директива (команда) пользователя. Набор допустимых команд, как правило, отсутствует на экране, однако с помощью специальных директив его можно вывести для ознакомления. Набор допустимых команд, как правило, отсутствует на экране, однако с помощью специальных директив его можно вывести для ознакомления. В случае задания недопустимой директивы выдается предупредительное сообщение об ошибке, и система остается в начале текущего шага диалога.

Рисунок 8.

Графически данный тип запроса может быть представлен с помощью ориентированного графа (рис.9). Характерным является наличие дуг, замыкающихся на каждом узле графа. Такие дуги соответствуют недопустимым директивам на данном шаге диалога.

Рисунок 9.

Взаимодействие на естественном языке возникает по инициативе пользователя. Этот тип диалога налагает наименьшие ограничения на форму ведения общения стороны пользователя, которому предоставляется возможность cвободно выбирать формулировку задачи, используя естественный язык. В связи с неоднозначностью естественных языков со стороны системы возможны вопросы, уточняющие формулировки пользователя и предметную область рассматриваемой проблемы. Взаимодействием на естественном языке будем называть тип диалога, инициированный пользователем и приводящий к решению поставленной им задачи, когда общение со стороны пользователя ведется на естественном языке.

Научные и технические трудности создания системы, взаимодействующей с пользователем на естественном языке, приводят к реализации квазиестественного (похожего на естественный) или проблемно-ориентированного (для общения в одной узкой проблемной области) языка.

Развитие диалоговых систем в направлении повышения их интеллектуальности приводит к повышению их гибкости и адаптивности, а следовательно, и большей восприимчивости к запросам на квазиестественном языке.

Графическая интерпретация взаимодействия на естественном и квазиестественном языках приведена на рис.10, а, б соответственно.

рис.10, а, б

Отличительной особенностью графа диалога на естественном языке является наличие парных противоположно направленных дуг графа между любыми парами узлов (на рисунке каждая пара противоположно направленных дуг обозначена одной неориентированной дугой). Граф диалога на квазиестественном языке является ориентированным, характерная его особенность - наличие в каждом узле дуг, замыкающихся на этом же узле, что соответствует недопустимым директивам на данном шаге диалога. В отличие от графа диалога на естественном языке на квазиестественном не все пары узлов соединены противоположно направленными дугами.

Анализ типов диалога

Анализ описанных типов диалога показывает, что применение только одного из них (за исключением последнего) не позволяет создать достаточно гибкую и эффективную систему. Рассмотрим некоторые ограничения на структуру диалога, накладываемые разными его типами;

а) вопросы, требующие ответа ДА/НЕТ - мала эффективность диалога, велика избыточность графа диалога при усложнении темы общения, чрезмерное их использование приводит к переутомлению пользователя;

б) шаблон - эффективен только в случае ввода фрагмента табличных данных, при ограниченном (от двух до четырех) выборе возможных альтернатив и малом числе шагов диалога;

в) команда - мала эффективность при значительном числе (не меньше пяти) шагов диалога и альтернативных команд на каждом его шаге. Командная форма диалога удобна для опытных пользователей, команды дают возможность сразу специфицировать необходимую функцию вместо того, чтобы отвечать на длинную серию запросов. Использование в диалоговой системе нескольких типов диалога повышает гибкость системы и снижает ее операционную сложность. Работая с диалоговой системой, пользователь должен быть готов к тому, что ему придется встретиться с несколькими типами диалога.

Контрольные вопросы

1. Какие два функциональных компонента выделяют в прикладной диалоговой системе?

2. Какие типы диалога наиболее известны в человеко-машинной среде?

3. Что означает термин "транзакция" в диалоговом взаимодействии?

4. Что означает сценарий диалога?

5. Каковы основные структуры диалога?

6. Как графически отображаются различные типы диалога?

Лекция 7. Анализ и синтез естественного языка взаимодействия. Структурная схема лингвистического транслятора. Морфологический анализ (синтез). Синтаксический анализ (синтез). Семантическая интерпретация (синтез) и проблемный анализ