Математичні та програмні засоби побудови мережевих навчальних інформаційних систем

18

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський університет імені Тараса Шевченка

Донченко Андрій Володимирович

УДК 681.3.06

Математичні та програмні засоби побудови мережевих навчальних інформаційних систем

01.05.03 - Математичне та програмне забезпечення обчислювальних машин та систем.

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інформаційних систем факультету кібернетики Київського університету імені Тараса Шевченка.

Наукові керівники академік, доктор фіз. - мат. наук, профессор Михалевич Володимир Сергійович, кандидат фіз. - мат. наук, доцент Шевченко Володимир Петрович.

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор Цейтлін Георгій Овсійович (Міжнародний Соломонів університет, м. Київ).

Кандидат фіз. - мат. наук, доцент Глібовець Микола Миколайович (національний університет "Києво-Могилянська академія").

Провідна організація - Інститут програмних систем НАН України (відділ автоматизованих інформаційних систем).

Захист відбудеться "_25__" ___03_____ 1999 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.09 Київського університету імені Тараса Шевченка, Київ, пр. Глушкова, 2, корп.6, ауд.40 о 15 годині (тел. /факс 252-58-83), e-mail rada@cyb.univ.kiev.ua.

З дисертацією можна ознайомитися у Науковій бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка, Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий "_24_" лютого 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.П. Шевченко



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інформатизація держави потребує великої кількості програмних систем що забезпечують ефективне освоєння засобів обчислювальної техніки. Важливе місце серед таких програмних комплексів посідають інформаційні системи глобальних мереж, зокрема - Internet/Intranet-базовані інформаційно-довідкові системи автоматизованого навчання, орієнтовані на масового користувача.

Розробка засобів інформаційної підтримки сучасних комп'ютерних технологій за своїми темпами швидко випереджає розробку конкретних програмних систем, адже програмна система без відповідних довідкових та навчальних засобів не має шансів на успіх. Тому стільки уваги приділяється інструментальним засобам розробки систем інформаційної підтримки. Особливої актуальності набувають спеціалізовані мови програмування, що призначені для опису тих об'єктів та взаємозв'язків між ними, з якими ці системи оперують.

Вивченню математичних та програмних аспектів цієї проблеми було присвячено дослідження В.М. Глушкова, В.С. Михалевича, О.А. Летічєвського, Г.О. Цейтлина, К.Л. Ющенко.

Дослідження математичних та програмних засобів побудови інформаційних систем, проведені у дисертації, є актуальними для розробки інформаційно-довідкових систем глобальних мереж та інформаційних систем автоматизованого навчання.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є дослідження математичних властивостей алгоритмів та розробка спеціалізованих мов програмування побудови спеціалізованих інформаційних систем, зокрема - систем автоматизованого навчання та інформаційно-довідкових систем глобальних (Internet/Intranet) мереж.

Загальна методика досліджень базується на запропонованому В. М. Глушковим автоматно-алгебраїчному підході до побудови виконавчих частин мовних процесорів. Для математичного обґрунтування результатів роботи також використано апарат теорії графів та скінчених автоматів.

Розроблені у процесі роботи мови визначені описом їх лексичних аналізаторів, їх формального синтаксису у БНФ-подібній формі та відповідними мовними процесорами, реалізованими в межах створених систем.

Наукова новизна. В процесі роботи

Розроблено та математично обґрунтовано нові алгоритми автоматизації об'єктивного контролю знань з процедурних мов програмування. Досліджено властивості алгоритмів контролю семантики програми користувача, опису та виконання контролюючого курсу в цілому.

Спроектовано програмну систему, що за результатами розв'язку користувачем окремої задачі та за використання формалізованих знань спеціаліста - експерта у предметній галузі (викладача) автоматизує процес контролю знань з процедурних мов програмування (реалізовано на прикладі підмножин мов Бейсик, Паскаль, Фортран). Розроблено та реалізовано мову опису сценарію контролюючого курсу та мову опису окремої задачі.

Розроблено системно-незалежний комплекс програм для прототипіювання та підтримки малих та середніх інформаційно-довідкових систем у межах Internet/Intranet вузла. Розроблено та реалізовано директивну мову опису шаблонів документів, базованих на даних у табличному представленні.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі результатів роботи було розроблено та реалізовано три програмних комплекси, а саме:

Експертну систему вдосконалення та перевірки знань з мов програмування «Analyzer», яка увійшла як складова частина до комплексу навчальних програм «Сезам», що використовується більш ніж у 400 школах України.

Систему прототипіювання та підтримки інформаційно-довідкових систем у межах Internet/Intranet вузла. На базі системи прототипіювання та підтримки інформаційно-довідкових систем у межах Internet/Intranet вузла з використанням запропонованої схеми побудови інформаційно-довідкової системи реалізовано та розміщені на Internet кілька тематичних міні-сайтів. З частиною з них можна ознайомитися за наступними URL:

3. За використання розглянутого інструментального засобу прототипіювання та підтримки інформаційно-довідкових систем у межах Internet/Intranet вузла та розглянутої у роботі концепції організації інтерфейсу користувача розроблено навчально-довідкову систему з філософії для студентів природничих факультетів Київського університету імені Тараса Шевченка. Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на наукових семінарах факультету кібернетики Київського університету імені Тараса Шевченка, Інституту кібернетики Національної академії наук України, Інституту програмних систем Національної академії наук України, а також:

- «1-st Moscow International HCI'91 Workshop" ("Взаимодействие человека с компьютером", 1-й московский международный семинар. Москва, 1991 р.).

- конференція «Математические методы распознавания образов (ММРО-V) « (Москва, 1991 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у трьох роботах. Попередні результати друкувалися також у матеріалах 1-го Московського міжнародного семінару "Взаємодія людини з комп'ютером".

Структура та обсяг. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, списку літератури та додатків. Робота викладена на 112 сторінках тексту, список використаних джерел містить 62 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі стисло викладений зміст дисертаційної роботи, розкривається сутність і стан наукової проблеми, актуальність теми дисертації, мета і задачі дослідження, їх наукова новизна і практичне значення.

У першому розділі роботи конкретизовано проблематику предметних областей, яких стосується робота, а саме - побудови систем автоматизованого навчання та інформаційно-довідкових систем глобальних мереж.

Рисунок 1 - Загальна схема процесу навчання

В загальному випадку процес навчання має основними складовими частинами модель предметної області, інформаційні курси та активний контроль. Відповідно до цих складових задача побудови інформаційних систем автоматизованого навчання включає в себе:

Задачу побудови моделі предметної області, що відбиває не тільки інформаційну сторону(простий підбір фактів), а й порядок їх викладення. Модель будується на підставі аналізу всієї множини фактів обраної предметної області за допомогою відбору відповідної підмножини даних. Визначає обсяг, структуру та порядок подання користувачеві (учневі) інформації.

2. Задачі побудови інформаційних курсів та активного контролю. На підставі моделі предметної області будуються:

а) Інформаційний курс, що має на меті подання інформації учневі. Полягає у простому викладенні обраного матеріалу предметної області.

б) Активний контроль реалізується через контролюючий курс. Метою є організація «зворотного зв'язку» з учнем. Якість засвоєння учнем кожної частини навчального курсу визначає порядок подання та кількість наступних частин інформаційного курсу. Підставою для цього визначення є "зворотній зв'язок" з учнем - його відповіді на контрольні запитання за навчальним курсом.

Система автоматизованого навчання мовам програмування, що реалізує активний (зі зворотнім зв'язком) підхід, має надавати наступні функціональні можливості:

Персоніфікація процесу навчання. Проходження курсу контролю має бути індивідуальним для кожного учня

Надання, у разі необхідності, методичних вказівок щодо вивчення окремих розділів мови програмування.

Можливості зміни курсів навчання в залежності від підготовки учня та від специфіки викладання тієї чи іншої мови.

Можливості контролю процесу навчання з боку експерта у галузі навчання (учителя).

Інформаційно-довідкові системи вирішують суміжне з системами автоматизованого навчання завдання, що полягає у наданні користувачеві можливості швидко та гнучко отримувати інформацію з необхідної предметної галузі. З цієї точки зору, інформаційні частини систем автоматизованого навчання можна розглядати як підмножину інформаційно-довідкових систем. Відмінність між інформаційно-довідковими системами та інформаційними частинами систем автоматизованого навчання полягає тільки у обсязі інформаційного наповнення.

Специфікою інформаційно-довідкових систем є:

Великі обсяги інформації, з якими ці системи оперують.

Орієнтація на непідготованого масового користувача. Великий клас інформаційно-довідкових систем зараз реалізовано та використовується у межах глобальних мереж, зокрема - у Internet.

На підставі аналізу існуючих інформаційно-довідкових систем глобальних мереж можна сформулювати наступні положення, що визначають основні вимоги до таких систем:

Інформація представляється лінійною однорідною множиною інформаційних повідомлень (статей) з унікальними ідентифікаторами.

Кожне повідомлення (документ) належить одній чи декільком індексним послідовностям, що побудовані на основі зв'язних посилань і репрезентують ієрархії (зміст, глосарій, бібліографія, атлас і т. і.).

Ідентифікатори та шляхи у ієрархіях представляють альтернативні методи адресування обраного повідомлення.

Інтерфейс користувача визначений у термінах фреймів: екран поділено за функціональною ознакою на пов'язані між собою фрейми (наприклад: згори - список індексованих послідовностей, нижче ліворуч - зміст, праворуч - зміст повідомлення або ліворуч - індекс, праворуч - список інформаційних повідомлень за обраним індексом).

Перехід до нових інформаційних статей здійснюється у залежності від методу адресації повідомлення: або на повідомлення за обраним ідентифікатором, або на фреймовий стан для шляху у ієрархії.

Повнотекстовий пошук надає можливості для формування запитів (регулярні вирази) на пошук інформаційних повідомлень та для лімітування області пошуку (визначення індексних послідовностей, за якими здійснюється пошук) та перегляду або навігації за списком знайдених інформаційних статей.

Вбудовані засоби зворотного зв'язку (наприклад - кнопка для виклику вікна діалогу для визначення помилки, подання пропозицій за системою і т. і. з відсилкою повідомлення для подальшої обробки) між користувачем та автором (адміністратором) системи надають можливість фіксувати пропозиції та зауваження користувача не перериваючи роботи з системою. Вбудований механізм серверу розсилки здійснює функцію "off-line" повідомлення зареєстрованих користувачів про зміни у стані системи.

Система має допускати використання як у автономному режимі (вбудований механізм доступу до дискових даних), так і у комплексі з існуючими СКБД.

Загально усталена структура будь-якої інформаційно-довідкової системи є трьохрівневою:

Зберігання даних (інформаційного наповнення) системи.

Бізнес-правила. Відтворюють різні способи структурування інформації у системі (інвертовані за різними критеріями таблиці інформаційних статей, різного роду класифікатори документів).

Інтерфейс з користувачем. Репрезентує різні способи відтворення логічних структур інформації.

Усталеною архітектурою - архітектура типу "клієнт-сервер".

Другий розділ роботи присвячено математичному аналізу проблеми конструювання та підтримки автоматизованих контролюючих навчальних систем. На прикладі системи автоматизованого навчання мовам програмування "Analyzer" подано концепцію побудови системи прийняття рішень у межах навчального курсу. У межах цієї ж системи сформульовано алгоритм прийняття рішень щодо правильності та ефективності програми користувача за заданих граничних умов. Описано розроблені спеціалізовані мови програмування для опису сценаріїв контролюючих курсів та опису однієї тестової задачі.

За класифікацією навчальних систем "Analyzer" належить до систем активного напрямку, реалізує активний підхід до контролю знань з мов програмування. Процес навчання у цій системі полягає у послідовному виконанні учнем-користувачем тестових задач з курсу перевірки. Результатом курсу перевірки є підсумкова оцінка та методичні вказівки щодо порядку вивчення окремих розділів інформаційного курсу. Рішення щодо якості знань та необхідності методичних вказівок приймаються системою на підставі спеціалізованої бази даних про курси перевірки. Наповнення цієї бази даних здійснюється на підставі знань експерта, людини - спеціаліста з конкретної мови програмування.

На кожному кроці об'єктом аналізу у системі є програма, написана користувачем. Головний акцент зроблено на семантичному аналізі програми, написаної учнем-користувачем. Аналіз семантики провадиться з урахуванням знань про цілі, що їх було поставлено у тестовому завданні. Узагальнені описи правильних програм-розв`язків зберігаються у спеціалізованій базі даних системи про тестові задачі.

Після того, як описано сценарії курсів та тестові завдання втручання людини-експерта в роботу системи більше не є необхідним. Подальший контроль та проходження курсу забезпечує система у інтерактивному режимі на підставі даних про тестові задачі та курси контролю з одного боку та дій учня-користувача - з іншого.

Сценарій контролюючого курсу репрезентується як навантажений орієнтований граф (граф перевірки). Кожний вузол цього графу може мати необмежену не порожню множину вхідних дуг, але завжди має чотири впорядкованих вихідних дуги, що дозволяють, залежно від якості виконання завдання, однозначно обрати наступну задачу для перевірки. Кожна вершина графу має дві наступні характеристики: вагу задачі та кількість спроб учня-користувача на оцінки «відмінно», «добре» та «задовільно». Може також мати додаткове навантаження, пов'язане з необхідністю видачі методичних вказівок учневі у залежності від кількості спроб вирішення конкретної задачі.

Вага дуги, пов'язаної з кожною задачею, відповідає важливості задачі для сприйняття курсу та якості її розв'язку. Кожний контролюючий курс представляється як шлях від початкового до кінцевого вузла у цьому графі.

Вага кожної задачі залежить від її складності та від кількості спроб учня-користувача перевірити тестову програму, що, на його думку, вирішує поставлену задачу. Вага тестової задачі може бути і нульовою, коли, наприклад, учневі потрібне тренування. Якщо програма-розв`язок не є ефективною, результуюча вага вузла (та відповідної дуги) зменшується. Оцінка, помножена на вагу всього контролюючого курсу дає підстави для визначення результуючої оцінки наприкінці всього курсу контролю.

Навігація сценаріями контролюючих курсів здійснюється блоком роботи зі сценарієм контролю, який аналізує положення у графі перевірки, шлях до обраної (активної) задачі та результати перевірки активної задачі. Після цього на підставі отриманих результатів та даних зі сценарію контролюючого курсу, або здійснює перехід до блоку підведення підсумків курсу, або модифікує середовище системи для наступної задачі. Таким чином формується зовнішній, глобальний, цикл, тілом якого і є аналіз чергової (наступної) задачі.

Формально, процесор сценаріїв контролюючих курсів можна представити як скінчений автомат A(А, B, A, a0, d(a, x), l(a, x)) першого роду (автомат Мілі).

Тут:

Вхідним алфавітом А є множина вхідних задач, що розширена словом e - "початок роботи".

Вихідним алфавітом B є множина невід'ємних натуральних чисел, що відображає оцінку за проходження відрізку курсу від початку до обраної точки. Нульове значення - вага (оцінка) на початку курсу контролю.

Множиною станів A є множина пар виду (q, c), де q О T, а c О B. Тут T - множина тестових завдань, до якої додано ще два елементи: елемент x - "завершення курсу". Одне з тестових завдань, t0 О T - помічене початкове завдання курсу. c репрезентує вагу (оцінку проходження) відрізку навчального курсу від завдання t0 до завдання c, виключаючи останнє. Ще однією вимогою до множини станів A є наявність пари виду (0, t0), яка визначає початок навчального курсу.

Початковим станом a0 О A є стан (0, t0).

Функція переходів d(a, x) пропонує тестове завдання, що визначене станом a учневі, визначає вагу завдання a на підставі його (тестового завдання) результатів виконання і за використання ваги попереднього відрізку курсу, що також заданий станом a, визначає наступний стан автомату.

Функція виходів l(a, x) на підставі стану a та ваги (результатів виконання) активної задачі x формує вихідне слово (підсумкову оцінку відрізку курсу або курсу у цілому) та видає, у разі необхідності, методичні вказівки.

Навігація сценарієм курсу контролю це, власне, блукання цього скінченого автомату графом сценарію курсу контролю. Напрямок блукання залежить від виконання учнем тестових завдань, що пропонуються. Кожен курс контролю визначається шляхом, який автомат пройшов графом сценарію.

Аналіз програми-розв'язку провадиться двома незалежними методами:

Метод динамічного тестування на добре підібраних наборах даних.

Перевірка ефективності програми.

Для опису алгоритму перевірки ефективності програми введемо необхідні означення.

Ефективною будемо називати програму, що реалізує алгоритм, який має хоча б одну з наступних властивостей: мінімальність за розміром; мінімальна кількість операцій, що мають бути виконаними для досягнення мети; використання мінімальних ресурсів пам'яті; мінімальна кількість дискових операцій.

Цільовим текстом програми (цільовою програмою) будемо називати програму користувача, яку треба перевірити на ефективність.

Цільовою мовою програмування будемо називати мову програмування, на якій було реалізовано цільову програму.

Мовою описів шаблонів програм будемо називати підмножину мови опису задач, що відповідає за опис структури цільової програми.

Еталони - базові оператори мови опису шаблонів програм, що безпосередньо задають вигляд фрагменту цільової програми у термінах наборів лексем або текстових строк.

Ціллю будемо називати функцію, яку реалізовано групою послідовно розташованих операторів мови опису шаблонів програм. Заміна однієї групи операторів на іншу, що виконує однакові функції призводить до отримання еквівалентної на функціональному рівні програми. Ціль може містити у собі інші цілі (бути композицією цілей).

Еталонна структура програми є не пустою послідовністю цілей, кожна з яких має наступні характеристики: ціль може зустрічатись або на фіксованому місці, або у будь-якому місці у межах заданого інтервалу.

Еталонна структура програми задає множину усіх можливих текстових представлень ефективної програми (еталонних розв'язків) за умови наступних обмежень:

Кількості конструкцій цільової мови програмування, що їх може бути використано при написанні цільової програми.

Загального обсягу цільової програми.

Цільова програма вважається ефективною, якщо вона співпадає хоча б з одним еталонним розв'язком.

У загальному випадку задача автоматичного аналізу ефективності довільної програми не розв'язана. Проте обмеження користувача у виборі засобів мови програмування та використання у процесі аналізу формалізованих знань людини-експерта уможливлюють отримання задовільних результатів.

Теорема 2.1.За умови накладання обмежень на загальний обсяг програми-розв'язку, множина усіх припустимих цільових текстів програм є скінченою.

Задача автоматичного перевірки програм користувача будь-якого коректно описаного тестового завдання за алгоритмом, викладеним вище є обчислюваною та скінчується за наперед відому кількість кроків, оскільки згідно теореми 2.1, множина усіх можливих текстів програм є скінченою.

Теорема 2.2.Множина еталонних розв'язків є скінченою множиною і її потужність для кожної конкретної задачі не перевищує наперед визначеного числа.

Згідно теоремі 2.2, множини еталонних розв'язків і текстів програм з помилками є також скінченими. Кількість кроків при аналізі кожної цільової програми залежить від опису конкретної задачі та обраної цільової мови програмування.

Аналогічно еталонній структурі програми може бути визначеною і множина найбільш поширених помилок при написанні цільової програми (множина помилкових рішень). В цьому випадку опис цілей буде включати опис найбільш розповсюджених помилок користувача при реалізації цілі та необхідних методичних вказівок, що мають бути видані системою, якщо цю помилку знайдено.

Таким чином, алгоритм аналізу програми-розв'язку полягає у послідовному виконанні наступних кроків. Невдача на кожному з них призводить до негативного висновку щодо правильності програми.

Етап початкової перевірки даних. Аналіз синтаксичної правильності програми-розв'язку.

Перевірка програми-розв'язку методом динамічного тестування.

Аналіз ефективності програми-розв'язку.

Алгоритм аналізу ефективності програми-розв'язку полягає у виконанні наступних кроків:

Порівняння (пошук) до першого входження цільової програми у множині еталонних рішень, заданих еталонною структурою програми. Якщо текст цільової програми знайдено серед еталонних рішень, робиться висновок про правильність та ефективність цієї програми та алгоритм завершує роботу. Інакше - перехід до кроку 2.

Пошук до першого входження тексту цільової програми у множині помилкових рішень. Якщо текст програми знайдено - робиться висновок про помилковість (не ефективність) цільової програми, видаються відповідні помилці методичні вказівки та аналіз завершується. Інакше - перехід до кроку 3.

Робиться висновок про помилковість (не ефективність) цільової програми та завершується її аналіз.

У третьому розділі роботи розглянуто систему прототипіювання та підтримки малих та середніх інформаційно-довідкових систем Internet/Intranet вузлів. Описується розроблений та реалізований базований на стандартному HTTP-сервері програмний комплекс, що уможливлює побудову малих та середніх інформаційно-довідкових систем Internet/Intranet вузлів.

Специфікою інформаційно-довідкових систем Internet/Intranet мереж є орієнтація на масового віддаленого користувача. Усталеною архітектурою - архітектура типу "клієнт-сервер". Загальна схема взаємодії компонент таких інформаційно-довідкових систем наведена на рисунку 2.

internet автоматизований навчання програма

Рисунок 2 - Взаємодія компонент інформаційно-довідкової системи

Тут стрілками зображено функціональні зв'язки між компонентами системи, розрахованої на віддаленого користувача.

На кожному кроці серверна частина інформаційно-довідкової системи у відповідь на запит користувача формує вихідне представлення інформаційних статей, що доставляються користувачеві.

Клієнтна частина системи відтворює отримані документи у вигляді вихідних форм та звітів а також - надає користувачеві можливості щодо формування нових запитів до системи.

Основою серверної частини є генератор звітів, що оброблює запити користувача, які надходять від клієнтної частини системи. На кожному кроці роботи у відповідь на запит на підставі описів шаблонів вихідних документів та табличних наборів даних генератор звітів формує вихідну форму представлення документу та доставляє її клієнтній частині системи.

Вхідними даними для цього програмного комплексу є табличні дані з описами інформаційних статей та базовані на цих даних описи шаблонів документів. Вихідними - генеровані HTML-документи, що містять запитану користувачем інформацію. Після заміни блоку доступу до табличних даних може використовуватись у двох виглядах:

Як автономна система, що містить вбудовані механізми доступу до дискових даних.

Як система, що забезпечує проміжний інтерфейс між HTTP-сервером та великими системами керування базами даних.

Розглянуто також розроблену мову опису шаблонів документів, базованих на даних у табличному представленні та загальну концепцію побудови інтерфейсів користувача інформаційно-довідкової системи.

У четвертому розділі розглянуто структуру та розв'язки, застосовані при розробці навчальної системи з філософії для студентів природничих факультетів.

Ця система на практиці ілюструє зв'язок між інформаційно-довідковими та автоматизованими навчальними системами та дієвість запропонованого підходу до побудови інформаційно-довідкових систем. Призначена для забезпечення інформаційної підтримки навчальних курсів з філософії на природничих факультетах. За класифікацією, наведеній у другому розділі роботи, ця система є навчальною системою пасивного (американського) типу.

Підсумки.

Основні результати роботи.

В дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати по математичному обґрунтуванню та програмній реалізації алгоритмів побудови інформаційних мережевих систем автоматизованого навчання, які в сукупності вирішують важливе наукове завдання інформаційної підтримки сучасних комп'ютерних технологій та мають суттєве значення для теорії та практики створення математичного та програмного забезпечення обчислювальних машин та систем. Основний результат складають:

Розроблено та математично обґрунтовано алгоритми автоматизації об'єктивного контролю знань з процедурних мов програмування. Досліджено математичні властивості алгоритмів контролю семантики програми користувача, опису та виконання контролюючого курсу в цілому. Розроблено та програмно реалізовано мову опису сценарію контролюючого курсу та мову опису окремої задачі.

Спроектовано програмну систему, що за результатами розв'язку користувачем окремої задачі та за використанням формалізованих знань спеціаліста - експерта у предметній галузі автоматизує процес контролю знань з процедурних мов програмування (реалізовано на прикладі підмножин мов Бейсик, Паскаль, Фортран). Інструментальні засоби побудови програмного забезпечення - мови програмування C, C++, Assembler I8x86 та Forth. Операційне середовище - MS DOS.

Розроблено системно-незалежний комплекс програм для прототипіювання та підтримки малих та середніх інформаційно-довідкових систем у межах Internet/Intranet вузла. Розроблено та реалізовано директивну мову опису шаблонів документів, базованих на даних у табличному представленні. Інструментальні засоби побудови програмного забезпечення - мови програмування Perl 5.0 та C++. Експлуатується під керівництвом операційних систем Windows NT та UNIX (RedHat Linux).

Розроблену систему автоматизованого контролю знань з процедурних мов програмування Analyzer впроваджено у складі комплексу навчальних програм "Сезам". З використанням системи для прототипіювання та підтримки малих та середніх інформаційно-довідкових систем у межах Internet/Intranet вузла розроблено і впроваджено довідково-навчальну систему з філософії для студентів природничих факультетів Київського університету імені Тараса Шевченка.



СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ

1. Двоеглазов И.М., Донченко А.В. Система контроля и совершенствования знаний по языкам программирования. // УСіМ. - 1991. - №6. С. 69 - 73/

2. Донченко А.В., Лесюк Ю.М. Інформаційно-довідкові системи Internet/Intranet вузлів. // Вісник Київського університету. - 1998. - №3. С. 180 - 184.

3. Донченко А.В. Мова опису шаблонів документів, базованих на табличних даних для прототипіювання Internet/Intranet вузла. // Вісник Київського університету. - 1998. - №4. С. 133 - 140.

4. Особистий внесок. У спільно виконаних роботах Двоєглазов Ігор Михайлович брав участь у спільному обговоренні алгоритмів семантичного контролю програм-розв'язків тестових завдань та представлення контролюючих курсів. Ідеї ергономічної реалізації інтерфейсів користувача інформаційно-довідкових систем належать Лесюкові Юрію Миколайовичу.



АНОТАЦІЯ

Донченко А.В. Математичні та програмні засоби побудови мережевих навчальних інформаційних систем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.05.03 - Математичне та програмне забезпечення обчислювальних машин та систем. - Київський університет імені Тараса Шевченка, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено проблемам розробки мережевих навчальних інформаційних систем. Основну увагу приділено розробці та математичному обґрунтуванню алгоритмів автоматизованого контролю знань процедурних мов програмування та побудови інформаційно-довідкових систем глобальних мереж. Всі алгоритми розглянуто у контексті прикладних програмних систем, що їх реалізують. Отримані результати можуть бути використаними при розробці та реалізації інформаційно-довідкових систем глобальних (Internet/Intranet) мереж та при проектуванні автоматизованих навчаючих систем з елементами штучного інтелекту.

Ключові слова: інформаційні системи, глобальні мережі, системи автоматизованого навчання, алгоритміка.



АННОТАЦИЯ

Донченко А.В. Математические и программные средства построения сетевых обучающих информационных систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.05.03 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин и систем. - Киевский университет имени Тараса Шевченко, Киев, 1999.

Диссертация посвящена проблемам разработки сетевых обучающих информационных систем. Основной акцент сделан на разработке и математическом обосновании алгоритмов автоматизированного контроля знаний процедурных языков программирования и построения информационно-справочных систем глобальных сетей. Все алгоритмы рассмотрены в контексте реализовывающих их прикладных программных систем. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и реализации информационно-справочных систем глобальных (Internet/Intranet) сетей и при проектировании автоматизированных обучающих систем с элементами искусственного интеллекта.

Задача построения информационной обучающей системы разбивается на две относительно независимых подзадачи, а именно:

Построение контролирующего курса. Цель - предоставление эффективных средств проведения контроля качества усвоения пользователем (обучаемым) предлагаемого материала.

Построение информационного курса. Цель - обеспечение информационной поддержки процесса обучения. Включает в себя предоставление возможности описания порядка и последовательности изложения предоставляемого в курсе обучения материала.

Решение первой из указанных подзадач в работе рассмотрено в контексте контроля знаний по процедурным языкам программирования. Разработаны и математически обоснованы алгоритмы описания контролирующего курса в целом и алгоритм контроля правильности одной задачи. Последний включает в себя проверку не только синтаксиса, но и семантики предлагаемой пользователем системе программы - решения тестового задания.

Указанные алгоритмы реализованы на примере обучающих курсов по процедурным языкам программирования Паскаль, Фортран и Бейсик в рамках описанной в работе системы контроля и совершенствования знаний по языкам программирования Analyzer. Особое внимание уделено вопросам анализа эффективности программы и построения сценариев курса контроля. Описана область применения экспертных знаний преподавателя и специализированные языки программирования, разработанные и реализованные для их описания.

С точки зрения функциональности автоматизированный информационный обучающий курс можно рассматривать как частный случай информационно-справочных систем.

Рассмотрена система прототипирования малых и средних информационно-справочных систем Internet/Intranet узлов.

Описан разработанный и реализованный базированный на стандартном HTTP-сервере программный комплекс, который позволяет реализовывать малые и средние информационно-справочные системы Internet/Intranet узлов.

Описан реализованный в рамках этого комплекса язык описания шаблонов документов, базированных на данных в табличном представлении.

Рассмотрена структура и решения, использованные при разработке и реализации обучающей системы по философии для студентов естественных факультетов. Данная система на практике иллюстрирует связь между информационно-справочными и автоматизированными обучающими системами и действенность предложенного подхода к построению информационно-справочных систем.

Предназначена для обеспечения информационной поддержки обучающих курсов по философии на естественных факультетах.

Реализована с помощью рассмотренного в работе средства прототипирования информационно-справочных систем Internet/Intranet узлов.

Ключевые слова: информационные системы, глобальные сети, системы автоматизированного обучения, алгоритмика.



SUMMARY

Donchenko A. Mathematics and programming tools for constructing the network information systems for education. - Manuscript.

Thesis candidate of physics and mathematics by specialty 01.05.03 - Software of computers and systems. - Kyiv Taras Shevchenko University, Kyiv, 1996.

The main emphasis has been made in the manuscript on developing and mathematical basing the algorithms for automatic testing in the tutorial system related the programming languages of procedure type and for prototyping the wide-area network information systems. All the algorithms were investigated along with the applied software, which implemented them. The results of the research may be used for designing and implementing the wide-area network information systems; for constructing the artificial intelligent tutorial systems for computerized education.

Key Words: information systems, wide-area networks, computerized tutorial systems, algorithmics (application theory of algorithms).

Размещено на Allbest.ru