ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА СИТУАЦИЙ
А.А. Артамонов, А.Г. Ананьева, Е.С. Третьяков, Б.Н. Оныкий, Л.В. Проничева, К.В. Ионкина, А.С. Суслина
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
AAArtamonov@mephi.ru, a_ananieva@bk.ru, EvheniyTretyakov@yandex.ru, BNOnykij@mephi.ru, LVPronicheva@mephi.ru, ionkinakristina@gmail.com, suslinaalena@gmail.com
Содержание
2. Методология ситуационного анализа
3.3. Инструменты визуализации и графическое оформление
Аннотация
В статье рассматривается типичный случай анализа текущей ситуации в какой-либо научной или технологической сфере. Заказчиками информационно-аналитических исследований являются различные органы принятия решений, руководители проектов, руководство компаний, и корпораций, правительственные и международные организации. Абсолютное большинство систем принятия решения имеют иерархическую структуру. Поэтому результаты ситуационного анализа движутся снизу-вверх по иерархической лестнице в зависимости от важности и критичности результатов достигают самых верхних уровней вплоть до руководителей правительства. Отсюда вытекают непременные требования к аналитическим отчетам: краткость, наглядность, ясность, доказательность. Визуальное представление результатов экспресс-анализа одновременно составляет аргументационную базу для принятия решений и ускоряет процесс принятия решения. Авторы статьи составляют операционную группу коллективно выполняющую ситуационные исследования в составе Мультиагентной информационно-аналитической системы по естественно-научным и технологическим направлениям в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ. Изложенная в статье методика ситуационного экспресс-анализа возможно окажется полезной для специалистов по системному анализу, выполняющих аналогичные работы.
Kлючевые слова: агент, мультиагентная система, data mining, экспресс-анализ, ситуационный анализ.
1. Введение
В настоящее время в Интернет быстро растет количество информационных ресурсов научно-технической направленности и вместе с тем происходит их рассеивание по большому количеству источников. Несмотря на попытки стандартизации информационных ресурсов увеличивается количество различных систем доступа к этой информации.
В связи с этими обстоятельствами традиционные диалоговые системы доступа уже не могут давать оперативные ответы на не стандартизованные запросы пользователей. Решение таких задач возможно с использованием агентных технологий поиска и обработки больших массивов информации.
С 2010 года на кафедре «Анализ конкурентных систем» Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» ведутся работы по разработке специализированной системы поддержки специалистов по естественно-научным и технологическим направлениям. Разрабатываемая система получила название - Мультиагентная информационно-аналитическая система по естественно-научным и технологическим направлениям (МИАС). МИАС введена в опытно-промышленную эксплуатацию в ряде научных организаций России.
В начале разработки системы было автоматизировано выполнение таких регулярных агентных технологий, как выпуск новостных тематических сборников – дайджестов, построение семантический сетей, связывающих множества объектов, представляющих профессиональный интерес, различными типами отношений [1],[2]. Однако при эксплуатации системы возникали различные задачи, требующие оперативного решения, как следствие возникла задача добавления в систему возможности выполнять целевые запросы пользователей по информационно-аналитической поддержке.
Одна из задач информационно-аналитических исследований заключается в анализе состояний объекта или ситуации. При этом вся совокупность информационно-аналитических работ, которую нужно проделать, называется экспресс-анализом. В данной статье рассматривается типичная процедура экспресс-анализа, способы получения исходных данных и общий подход к решению задачи.
Обычные требования к результату экспресс-анализа состоят в следующем:
· Отчет должен быть подготовлен в течение нескольких дней или даже нескольких часов.
· Он должен быть предельно кратким и понятным на всех уровнях принятия решений, на которые он представлен.
Удовлетворение последнего требования возможно с использованием в отчете средств визуализации результатов.
Для большей определенности экспресс-анализа в статье выбрана и описана одна из реальных задач по оценке ситуации в области «Лазерных промышленных технологий». Задача появилась в связи с необходимостью оценки перспективности работ и объемов финансирования конкретной университетской лаборатории в составе кафедры «Лазерной физики».
2. Методология ситуационного анализа
Ситуационный анализ, как и любая другая деятельность, может быть представлен последовательностью операций. Существует большое количество моделей и программных средств, отражающих последовательность операций. Особенность решаемой задачи состоит в том, что нам в некоторой карте необходимо представить следующую информацию:
· информационные ресурсы, которые мы будем использовать в описании и анализе некоторой ситуации;
· инструментальные средства, необходимые для работы с выбранными информационными ресурсами;
· специалистов, которые отвечают за выполнение аналитической работы;
· логическую последовательность и интерпретацию результатов анализа.
Графический документ, отражающий описанную выше информацию, будем называть операционной картой. Общий вид Операционной карты представлен на рис.1.
Рис. 1. Операционная карта экспресс-анализа.
Как видно из рисунка 1, для успешного формирования итогового документа необходимо сформировать коллектив исполнителей, а именно операционную группу в составе четырёх человек, со следующими обязанностями:
· Системный администратор – взаимодействует с заказчиком, координирует работу всех членов операционной группы;
· Системный аналитик – выстраивает общую схему связи всех процессов, требуемых для решения задачи, подбирает ресурсы и инструменты для каждого из них, и в дальнейшем, пользуясь выбранными средствами, осуществляет аналитическое исследование;
· Системный программист – занимается разработкой или настройкой программного инструментария, оказанием технической поддержки;
· Компьютерный дизайнер – отвечает за структуризацию материала, визуализацию результатов и формирование финального отчета.
Из операционной карты видно, что, исходя из особенностей задачи, необходимо рассмотреть и проанализировать научную и промышленную составляющую современных лазерных технологий. Эти два процесса являются параллельными и в явном виде не зависят друг от друга. Собранные материалы обрабатываются системным аналитиком при помощи настраиваемого инструментария с целью получения пертинентной информации. Сводный документ поступает к компьютерному дизайнеру для графической визуализации, исходя из соответствующего уровня принятия решений, на которые он представляется.
Существо ситуационного анализа состоит в поиске ответа на вопросы, которые интересуют заказчика и предоставлении необходимого объема информации в максимально сжатые сроки. Использование операционной карты и формирование команды исполнителей с соответствующим распределением обязанностей способствует автоматизации процессов на всех этапах создания документа.
3. Эксперименты и результаты
3.1. Научные достижения
Идеология использования агентных технологий состоит в максимальной автоматизации механизмов поиска и структуризации информации. Основываясь на трехуровневой модели структуризации научно-технической информации необходимо было определить группу информационных источников как с открытым, так и с ограниченным доступом, на которые следовало настроить агентов-почтальонов.
В данном случае источниками информации стали: материалы конференций, периодические научные издания, специализированные сайты, патенты и так далее.
В связи с невозможностью оперативной настройки системы на все организации, работающие по тематическому направлению, было принято решение о получении информации из таких реферативных баз данных, как Web of Science и Scopus [3],[4]. В качестве источника информации по патентам была выбрана база данных Espacenet [5].
Существенным ограничением для выполнения работы стала невозможность использования уже имеющегося в системе тезауруса по «Лазерным промышленным технологиям», так как он ориентирован на информационную поддержку данного определения, а в данном случае задача состоит в анализе всего направления.
С перечисленных выше источников была получена репрезентативная выборка по публикациям и патентам за 2006-2015 годы по тематическому направлению «Лазерные технологии» (таблица 1).
Таблица 1. Результаты поиска по научным достижениям.
|
Год |
Кол-во публикаций |
Кол-во патентов |
|
2006 |
32127 |
39102 |
|
2007 |
34515 |
40898 |
|
2008 |
34879 |
41581 |
|
2009 |
34823 |
41233 |
|
2010 |
36302 |
41690 |
|
2011 |
37416 |
46351 |
|
2012 |
39327 |
51473 |
|
2013 |
40724 |
54179 |
|
2014 |
39741 |
53374 |
|
2015 |
37284 |
25910 |
В результате анализа и систематизации собранного материала был построен график, отражающий динамику публикационной и патентной деятельности за период с 2006 по 2015 год. Линии тренда, расположенные в верхней части графика, отражают направление развития лазерных технологий и дают прогноз на краткосрочную перспективу (рисунок 2).
Рис. 2. Динамика публикационной и патентной деятельности 2006-2015.
Необходимо отметить, что данные по научным статьям в реферативных базах данных публикуются с некоторым запозданием, так как каждая статья проходит процедуру рецензирования, после чего существенное время тратится на ожидание своей очереди в печати (от нескольких месяцев до года).
Максимально новую информацию о новейших разработках можно найти в материалах мероприятий, проводимых по заданной тематике (конференции, симпозиумы и т.д.), потому что в данном случае промежуток между датой их появления до даты публикации сборника конференций значительно меньше.
В систему МИАС была загружена репрезентативная выборка с 42 крупнейших конференций в области «Лазерные технологии» за 2015 год. Из полученной выгрузки были выделены все ключевые слова и сформирован первоначальный кластер, включающий более 9 000 слов и словосочетаний. После проведения анализа частоты употребления единичных слов в словосочетаниях, из наиболее часто встречаемых был сформирован словарь, который использовался для дальнейшего анализа.
Распределение, по ключевым словам, представленное на рисунке 3, дает возможность отследить важнейшие направления развития лазерных технологий, основываясь на материалах конференций за 2015 год. На основе данного распределения можно сделать вывод о существующих трендах в области «Лазерные технологии» на основе научной деятельности ведущих мировых центров. Наиболее популярными являются словосочетания: волоконный лазер, высокая мощность и диодный лазер.
|
|
|
Рис. 3. Результаты анализа частоты употребления ключевых слов.
3.2. Промышленные приложения
В качестве источника данных по промышленным приложениям был взят результат мониторинга отчетов специализированных организаций, занимающихся публикацией данных об исследованиях и текущем состоянии лазерных технологий.
Использование уже подготовленных и систематизированных отчетов позволяет получить качественный материал, значительно сократив время его поиска. В данном случае были взяты выводы к годовому отчету, составленному Laser Focus World [6] – ежемесячным тематическим изданием по лазерным технологиям, - так как частота употребления ключевых слов и атрибутов публикаций в нем была высока.
В результате были выявлены следующие перспективные направления развития лазерных технологий:
1. связь и оптические носители;
2. обработка материалов и литография;
3. медицина и эстетика;
4. приборы и датчики;
5. специальные разработки;
6. развлечения и дисплеи;
7. запись изображений и печать.
На основе полученной информации системным аналитиком было составлено краткое резюме по каждому направлению и построен график финансирования каждого из них. На рисунке 4 приведен пример графика финансирования по направлению «Связь и оптические носители».
Рис. 4. График финансирования по направлению «Связь и оптические носители».
3.3. Инструменты визуализации и графическое оформление
Одной из основных целей экспресс-анализа является визуализация полученных результатов, чтобы специалист любого уровня мог бы ей воспользоваться без дополнительных пояснений. В связи с этим возникает задача соблюдения точности информации в сочетании с простотой ее восприятия.
В данном отчете для достижения максимальной точности расчетов использовалась Matplotlib [7] – библиотека языка программирования Python [8], которая создана для научных вычислений.
Графическое представление осуществлялось через сервис www.highcharts.com [9], где построения проводятся при помощи языка программирования JavaScript, модуля jQuery [10]. Для дизайнерского оформления использовались программы Adobe Illustrator, Photoshop и InDesign [11].
На рисунке 5 представлен фрагмент графической визуализации данных по наиболее перспективным направлениям лазерных промышленных технологий.
Рис. 5 Фрагмент визуализации.
4. Заключение
Разработанный МИАС автоматизированный механизм позволяет получить уникальный тип документа - экспресс-анализ ситуаций по научно-техническим направлениям.
Благодаря быстрой и эффективной работе поисковых агентов, грамотно отобранным источникам и инструментам поиска стало возможно создание качественного, информативного отчета за максимально сжатые сроки. Сочетание точности и новизны данных, систематизации и визуализации делает этот документ универсальным для принятия управленческих решений руководителем любого уровня и ускоряет процесс принятия решения.
Приведенное в данной статье решение возможно за короткий срок масштабировать на любое тематическое направление. В связи с использованием большой выборки материалов и отсутствием использование экспертных оценок при составлении данного документа можно говорить об объективности проведенного анализа.
Благодарности
Авторы выражают благодарность руководителю лаборатории «Лазерные промышленные технологии» Петровскому В.Н. – заказчику и консультанту по рассмотренному ситуационному анализу. Работа выполнена при поддержке Программы повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ.
Список литературы
1. Ananieva A.G., Artamonov A.A., Galin I.U., Tretyakov E.S., Kshnyakov D.O. Algoritmizatiom of search operations in multiagent information-analytical systems. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 2015. vol. 81. no. 1. pp. 11-17.
2. Artamonov A.A., Leonov D.V., Nikolaev V.S., Onykiy B.N., Pronicheva L.V., Sokolina K.A., Ushmarov I.A. Visualization of semantic relations in multi-agent systems. Scientific Visualization. 2014. Vol. 6. No. 3. pp 68-76.
3. Реферативная база данных Web of Science URL: https://webofknowledge.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
4. Реферативная база данных Scopus URL: https://www.scopus.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
5. Патентная база данных Espacenet URL: https://worldwide.espacenet.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
6. Материалы компании Laser Focus World URL: www.laserfocusworld.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
7. Библиотека на языке программирования Python для визуализации данных URL: http://matplotlib.org/ (Дата обращения: 27.06.2016)
8. Высокоуровневый язык программирования общего назначения URL: https://www.python.org/ (Дата обращения: 27.06.2016)
9. Программный продукт для визуализации данных URL: http://www.highcharts.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
10. Библиотека JavaScript, фокусирующаяся на взаимодействии JavaScript и HTML URL: https://jquery.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
11. Программное обеспечение компании Adobe для визуализации информации URL: http://www.adobe.com/ (Дата обращения: 27.06.2016)
THE EXPRESS CASE ANALYSIS RESULTS VISUALIZATION
A.A. Artamonov, G.A. Ananieva, E.S. Tretyakov, B.N. Onykiy, L.V. Pronicheva, K.V. Ionkina, A.S. Suslina
National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), Russian Federation
AAArtamonov@mephi.ru, a_ananieva@bk.ru, EvheniyTretyakov@yandex.ru, BNOnykij@mephi.ru, LVPronicheva@mephi.ru, ionkinakristina@gmail.com, suslinaalena@gmail.com
Abstract
This article comprises example of typical analysis of cases that may occur in any scientific or technological area. The submitters for information-analytical researches are various decision-making bodies, project managers, companies’ and corporations’ management, governmental and international organizations. The vast majority of decision-making systems are hierarchically structured. Therefore, the results of case analysis are allocated from the bottom to the top of hierarchy’s levels in relation to the importance and criticality and reach the highest management levels and even government leaders. That forms the indispensable requirements to the analytical reports: brevity, visualization, clarity, conclusiveness. A visual representation of the Express analysis results is both an argumentation framework for decision-making and decision-making process accelerator. The authors form operational group that collectively performs case analysis as part of Multiagent informational and analytical system on scientific and technological areas in the National Research Nuclear University MEPhI. Suggested methodology of express case analysis might be of the interest for experts on system analysis that perform similar kind of studies.
Keywords: agent, multi-agent system, data mining, rapid analysis, situational analysis.
References
1. Ananieva A.G., Artamonov A.A., Galin I.U., Tretyakov E.S., Kshnyakov D.O. Algoritmizatiom of search operations in multiagent information-analytical systems. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 2015. vol. 81. no. 1. pp. 11-17.
2. Artamonov A.A., Leonov D.V., Nikolaev V.S., Onykiy B.N., Pronicheva L.V., Sokolina K.A., Ushmarov I.A. Visualization of semantic relations in multi-agent systems. Scientific Visualization. 2014. Vol. 6. No. 3. pp 68-76.
3. Abstract database Web of Science URL: https://webofknowledge.com/ (Date of access: 27.06.2016)
4. Abstract database Scopus URL: https://www.scopus.com/ (Date of access: 27.06.2016)
5. Patent database Espacenet URL: https://worldwide.espacenet.com/ (Date of access: 27.06.2016)
6. Materials of Laser Focus World company URL: www.laserfocusworld.com/ (Date of access: 27.06.2016)
7. Library for the Python programming language for data visualization URL: http://matplotlib.org/ (Date of access: 27.06.2016)
8. High-level programming language General purpose URL: https://www.python.org/ (Date of access: 27.06.2016)
9. Software for data visualization URL: http://www.highcharts.com/ (Date of access: 27.06.2016)
10. JavaScript library focused on interaction between JavaScript and HTML URL: https://jquery.com/ (Date of access: 27.06.2016)
11. Software Adobe for imaging information URL: http://www.adobe.com/ (Date of access: 27.06.2016)