Вступ

Сучасний університет являє собою усталену ієрархічну структуру, тісно пов'язану з необхідністю особистої присутності як студентів, так і викладацького складу. Подібні обмеження виникли задовго до появи всесвітньої мережі в сучасному її вигляді. Інтернет сьогодні робить професійну інформацію загальнодоступною. У деяких країнах вже можна отримати диплом, навчаючись виключно через Інтернет. Поза сумнівом, для того, щоб максимально відповідати сучасним вимогам, підхід до освіти повинен динамічно змінюватися. Моя робота присвячена одному з можливих поліпшень, необхідних сучасному університету, а саме - створенню віртуальної моделі кафедри, на яку можливо було б перенести частину навантаження викладацького складу. Наявність подібної віртуальний системи дозволить більш гнучко взаємодіяти зі студентами, використовувати індивідуальний підхід, що є дуже актуальним в світлі впровадження Болонської системи освіти.

Цілі і завдання, які повинні вирішуватися

Метою дослідження є вивчення багатоагентних систем, можливості застосування агентно-орієнтованого підходу для вирішення поставленого завдання - створення багатоагентної системи віртуальної кафедри, а також реалізація даного програмного продукту з використанням агентної системи JADE.

У процесі дослідження предметної області були сформульовані вимоги, яким повинна задовольняти система, що розробляється.

Головною метою системи є усунення жорстких фізичних і часових залежностей у процесі освіти при збереженні інших обмежень та зв'язків, які властиві кафедрі.

Також система повинна бути розподіленою та інтелектуальною, оскільки потрібно моделювати поведінку викладацького складу в різних ситуаціях, що вимагають прийняття рішень, пов'язаних з навчальним процесом.

Таким чином, повинні бути вирішені наступні завдання:

• Необхідно розробити структуру системи на основі мультиагентної технології.
• Розробити алгоритм функціонування універсальної системи дистанційної освіти та способи взаємодії між собою агентів у процесі функціонування системи.
• Створити програмний комплекс, який був би системою дистанційної освіти з необхідними навчальними предметами, тестами за даними предметами, з можливістю зберігання та перегляду результатів тестування студентів.
• Розробити структуру бази даних, необхідне інформаційне забезпечення навчального процесу, які забезпечують функціонування системи дистанційної освіти.
• Розробити і реалізувати в системі дистанційної освіти універсальний спосіб зберігання навчальних і тестових матеріалів, структурованих за предметами та темами відповідних предметів, а також доступ до них.

Актуальність теми

Розробка технології штучних агентів, створення багатоагентних систем (БАС) і віртуальних організацій являє собою одну з найбільш важливих і багатообіцяльних областей розвитку нових інформаційних і комунікаційних технологій, де сьогодні відбувається інтеграція сучасних мережевих WWW-технологій, методів і засобів штучного інтелекту (ШІ), включаючи великі бази даних / знань та багатокомпонентні розв'язателі, і систем об'єктно-орієнтованого проектування.

Вже сьогодні агентно-орієнтований підхід знаходить широке застосування в таких галузях як розподілене рішення складних задач (та ефективне рішення розподілених завдань), сполучене проектування виробів, реінжиніринг бізнесу та побудова віртуальних підприємств, імітаційне моделювання інтегрованих виробничих систем та електронна торгівля, організація роботи колективів роботів і розподілена (суміщена) розробка комп'ютерних програм. У найближчому майбутньому цей підхід, без сумніву, займе центральне місце при розвитку засобів керування інформацією і знаннями, і, звичайно, при створенні та впровадженні новітніх систем телекомунікації, розвитку глобальних комп'ютерних мереж, особливо мережі Інтернет.

Сучасний стан науки і освіти в Україні, обумовлений економічними чинниками, характеризується підвищенням вимог до якості підготовки фахівців і визначає постійний пошук нових методів і засобів підвищення ефективності освітнього процесу. Системи дистанційної освіти забезпечують адаптацію процесу навчання до індивідуальних характеристик учнів, звільняють викладачів від ряду трудомістких і часто повторюваних операцій щодо подання навчальної інформації та контролю знань, сприяють розробці об'єктивних методів контролю знань і полегшують накопичення навчально-методичного досвіду.

Дистанційна освіта — нова форма організації освітнього процесу, що базується на принципі самостійного навчання студента. Середовище навчання характеризується тим, що учні в основному віддалені від викладача в просторі і (або) в часі, в той же час вони мають можливість у будь-який момент підтримувати діалог за допомогою засобів телекомунікації.

Розробка віртуальної кафедри постає актуальним завданням сучасного освітнього процесу, оскільки дозволяє перенести частину навантаження з викладацького складу на систему, більш гнучко взаємодіяти зі студентами, використовувати індивідуальний підхід.

Передбачувана наукова новизна

Сучасні навчальні системи надають студентам пов'язаний гіпертекстовими посиланнями мультимедійний навчальний матеріал, здійснюють контроль знань з предмету, який вивчається, забезпечують асинхронний індивідуальний режим роботи, але при цьому не підтримують в достатній мірі необхідний при навчанні діалог «викладач-студент», що знижує якість і оперативність процесу навчання. [1]

Використання інтелектуальних агентів дозволяє забезпечувати індивідуальний підхід до кожного студента на основі не тільки загальних вимог, а й особливостей та знань цього студента. Крім цього, використання багатоагентного підходу дозволить підвищити надійність за рахунок подання навчальної системи у вигляді системи з розподіленим штучним інтелектом.

У багатоагентній системі, що розроблюється мною, я використовую програмне середовище Jade. Це обумовлює відмінності від інших подібних систем, що використовують агентный підхід.

Плановані практичні результати

Після закінчення розробки програмної системи планується отримати працездатний програмний проект, призначений для впровадження у навчальний процес кафедри.

Також планується проведення комплексного аналізу та порівняння практичних аспектів реалізації багатоагентних систем з використанням різних програмних засобів розробки.

Огляд досліджень і розробок за темою

У світі вже існують розробки, що стосуються подібних програмних систем. Хотілося б перелічити найбільш успішні з них:

• KOD (Knowledge On Demand) - проект, призначений для поліпшення існуючого процесу навчання з використанням індивідуального підходу. Також використовує мультиагентну платформу JADE. Відмінність від моєї роботи полягає в тому, що KOD має більш загальну спрямованість, без залежності від університетської системи освіти [7].
• IDEAL. Система підтримує персоніфіковану взаємодію користувачів з навчальною системою, допомагає автоматично оцінювати результати і забезпечує прості у використанні засоби розробки інтерактивних мультимедійних програм [8].

Національний (хто і що робить з даної теми в країні за межами ДонНТУ):

Система дистанційної освіти, створена в Херсонському державному технічному університеті (СДО) - система, що працює в глобальній комп'ютерній мережі Internet - являє собою середовище так званої "віртуальної освіти"[9] .

локальний (за матеріалами викладачів, аспірантів і магістрантів ДонНТУ):

• Лямін Роман Володимирович, «Багатоагентна система навчання студентів на кафедральному рівні» [10]. Основна відмінність роботи Романа Володимировича від даної роботи є вибір інструментальних засобів. Він у своїй роботі використовує багатоагентну систему Bee Gent, у той час як у моїй роботі використано систему Jade. Одним з результатів моєї роботи на даний момент є порівняльний аналіз агентних систем, який стає можливим завдяки наявності аналогічних розробок, що використовують різні інструментальні засоби.
• Грач Євгенія Григорівна, «Модель підприємства як інтелектуальна штучна система для аналізу та управління на основі знань» [11]. У роботі автора також використовується багатоагентний підхід для вирішення задач прийняття рішень і керування підприємством.

Теорія агентно-орієнтованих систем

Відмітною особливістю сучасних мультиагентних систем є перехід від локалізованого до розподіленого типу. Кожен агент - це процес, який володіє достатньою частиною знань про об'єкт і може обмінюватися цими знаннями з іншими агентами. На даний момент маємо велику різноманітність спеціального програмного інструментарію розробки агентних систем [2]. Серед них можна виділити JADE (Java Agent Development Environment).

Основою архітектури агента є контекст, або серверне середовище, в якому він виконується. Один і той же сервер може підтримувати декілька контекстів, кожен з яких має власний набір захисних обмежень. Одна з найголовніших особливостей агента - це інтелектуальність. Інтелектуальний агент володіє певними знаннями про себе і про навколишнє середовище і на основі цих знань він здатний визначати свою поведінку. Інтелектуальні агенти є основною сферою інтересів агентної технології. Важливе також середовище існування агента: це може бути як реальний світ, так і віртуальний, що є важливим у зв'язку з широким поширенням мережі Internet.

Від агентів вимагають здатність до навчання і навіть самонавчання. Система, в якій декілька агентів можуть спілкуватися один з іншим, здійснювати обмін поточною інформацією, взаємодіяти між собою, називається мультиагентною (МАС). Цей напрямок розподіленого штучного інтелекту розглядає вирішення однієї задачі декількома інтелектуальними системами. Ключовою особливістю моєї роботи є застосування багатоагентного підходу при створенні системи віртуальної кафедри.

Розглянемо найпростішу схему застосування агентів в комп'ютерній системі підтримки дистанційного навчання. Нехай ми маємо три агенти: «студент», який взаємодіє з «викладачем», перебуваючи під контролем «лаборанта». При цьому функціональність кожного агента така ж, як і в реальному процесі навчання. Наприклад, одним із сценаріїв такої взаємодії може бути: «студент» складає тест перевірки знань і відправляє його «викладачу» для перевірки; «викладач» перевіряє тест і передає результати тестування «лаборанту».

Використання агентів дає змогу спростити перехід від реального світу, реального навчального процесу до його відображення у віртуальному світі. Зберігаючи ту ж саму модель навчання, що і в реальному університеті, ми робимо перший крок для збереження якості дистанційного навчання. Відповідно до загального визнання, базовим стандартом до розробки КСПДО останнім часом стала система IDEAL (The intelligent distributed environment for active learning) [5], [8].

Використання JADE (Java Agent Development Environment)

Агентна платформа - це проміжний виконавчий рівень, який знаходиться між агентами та операційною системою. У деяких випадках платформа може опиратися не на саму операційну систему, а використовувати вже існуючу надбудову / платформу. Такою надбудовою може бути, наприклад, Java Virtual Machine або .NET Framework. Ніщо не заважає, втім, розробити необхідну агентну платформу, яка буде спиратися на вже існуючу.

В даний час найбільше застосування отримали системи, що використовують в якості основи платформу Java Virtual Machine. Тому в роботі використана подібна інструментальна середа Jade, яка має широку область застосування, здібності до розширення та інтеграції з іншими системами. JADE повністю написана мовою програмування Java з використанням таких новітніх можливостей, як Java RMI, Java CORBA IDL, Java Serialization і Java Reflection API. Вона спрощує розробку мультиагентних систем завдяки використанню FIPA-специфікацій і за допомогою ряду інструментів (tools), які підтримують фази виправлення помилок (debugging) і розгортання (deployment) системи. Ця агентна платформа може поширюватися серед комп'ютерів з різними операційними системами, її можна конфігурувати через віддалений GUI-інтерфейс [4].

Висновки, перелік основних результатів та перспектив дослідження

На поточний момент завершено аналіз обраної предметної області, сформовані технічні вимоги. Розроблена структура БД, що задовольняє предметній області. Обрано програмне середовище, яке слугує платформою агентам, найкраще підходить для даної розробки. Розпочата розробка програмної системи на основі сформульованих вимог.

Погляд на систему підтримки дистанційного навчання як реалізацію потужного програмного комплексу - це основа даної роботи. Більшість систем ДО, що існують сьогодні в різних університетах України, майже не розглядаються комплексно як складні програмні системи. Тому цілком природним є виникнення потреби створення саме такої моделі, яка давала б цілісний погляд на процес побудови ефективних систем комп'ютерної підтримки дистанційного навчання. Ця спроба реалізована в роботі за допомогою агентної архітектури, яка є новою, дуже перспективною технологією завдяки своїм інтелектуальним властивостям, можливості оперувати знаннями. Для процесу дистанційного навчання важливим є той факт, що агент здатний виконувати роль експерта, а також навчатися. У перспективі планується розширення системи «віртуальна кафедра», збільшення області застосування до розмірів всього університету. Також планується додавання функціональності.

Список використаної літератури

1. Жабская Т.Е., Федяев О.И. Многоагентная модель процесса обучения студентов на кафедральном уровне. // Сб. науч. тр. ДонНТУ. Серия: «Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем» (МАП-2006), выпуск 5(116) — Донецк: ДонНТУ, 2006. — с. 105-116.
2. Городецкий В.И. Многоагентные системы: современное состояние исследований и перспективы развития // Сб. докл. V национальной конференции «Искусственный интеллект — 96», т.1 — Казань, 1996. — с. 36-45.
3. Глибовець М.М. Один из подходов к организации дистанционного обучения // Проблемы программирования. №1-2 — Киев, 2000. — с. 672-677.
4. Глибовец Н.Н. Использование JADE (Java Agent Development Environment) для разработки компьютерных систем поддержки дистанционного обучения агентного типа. // Educational Technology & Society — №8(3) — 2005. — с. 325-345.
5. Yi Shang, Hongchi Shi, Su-Shing Chen An Intelligent Distributed Environment for Active Learning // Departament of Computer Engineering and Computer Science University of Missouri-Columbia — 2001.
6. Документация JADE (Java Agent Development Environment) [Электронный ресурс] / Сайт JADE, — http://jade.cselt.it
7. KOD — Knowledge on demand (personal learning system) [Электронный ресурс] / Сайт KOD, — http://kod.iti.gr/
8. Соколова Н.А., Радванская Л.Н. Система дистанционного образования ХГТУ на основе мультиагентного похода. // Сб. докладов II междун. конф. «Internet-Education-Science» — Винница: ВНТУ, 2000. [Электронный ресурс] / Сайт международной конференции IES-2000, — http://vstu.vinnica.ua/ies2000/doclad/c/232.htm
9. Лямин Р. В., Федяев О.И. Многоагентная система обучения студентов на кафедральном уровне. // Сб. науч. тр. ДонНТУ. Серия: «Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем» (МАП-2006), выпуск 5(116) — Донецк: ДонНТУ, 2006. — с. 46-49. [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ, — http://masters.donntu.ru/2008/fvti/lyamin/diss/index.htm
10. Грач Е.Г. Модель предприятия как интеллектуальная искусственная система для анализа и управления на основе знаний //Сб. трудов Международной студенческой научно-практической конференции «Информатика и компьютерные технологии». — Донецк: ДонНТУ, 2005. — с. 231-232. [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ, — http://masters.donntu.ru/2006/fvti/grach/diss/index.htm
11. Тарасов В.Б. Агенты, многоагентные системы, виртуальные сообщества: стратегическое направление в информатике и искусственном интеллекте // Жур. «Новости искусственного интеллекта» Киев, 1998. — с.21-37
12. Клышинский Э.С. Некоторые аспекты построения агентных систем. [Электронный ресурс] / Программирование магических игр, — http://pmg.org.ru/ai/agent.htm