Разработка справочной системы железнодорожной компании

В 2001 году на  железной дороге сдана в эксплуатацию новая информационно-справочная система железнодорожного агентства.

С помощью этой системы населению и работникам железной дороги предоставляются справки в объеме информационной подсистемы, а также сведения по движению пригородных поездов по железной дороге (с учетом оперативных изменений, отмен и назначений), и ряд других сведений, интересующих пассажиров по вопросам, прямо или косвенно связанных с пользованием железнодорожным транспортом. ИСС предоставляет следующую информацию:

• расписание движения поездов дальнего следования (время в пути, отправления, прибытия);
• правила проезда в поездах дальнего следования, права и обязанности пассажиров и обслуживающего персонала, услуги в поездах;
• наличие свободных мест в поездах дальнего следования;
• стоимость проезда всех категорий пассажиров в поездах дальнего следования всех категорий;
• стоимость билетов и абонементов по пригородному движению;
• маршрут проезда поездами дальнего следования и сведения о станциях пересадок;
• правила и стоимость провоза ручной клади, багажа и грузобагажа;
• сведения о прибытии, отправлении, фактическом движении (опоздании) поездов дальнего следования; сведения об отмене и назначении пассажирских поездов дальнего следования об услугах, предоставляемых железнодорожное агентство (ЖА) и вокзалами;
• о правилах возврата билетов.

Система также предоставляет информацию о движении 3331 пригородного поезда, в том числе:

• о поездах, курсирующих между двумя станциями в определенный период времени;
• о времени отправления со станции начала поездки;
• о прибытии поезда на интересующую станцию;
• о времени в пути; о пунктах пересадки;
• сведения об отмене и назначении пригородных поездов;
• о поездах, курсирующих от станции пересадки до станции назначения.

В новой информационно-справочной системе реализовано несколько способов доступа конечных пользователей к информации, в том числе:

• по телефону через справочное бюро, операторы которого включены в корпоративную информационно-вычислительную сеть (КИВС) дороги;

• через любой персональный компьютер, включенный в КИВС дороги при наличии разрешения на доступ;

• через информационные киоски, установленные на вокзалах и других местах;

• через плазменные панели;

• через Internet.

Внешний интерфейс ИСС разработан в современном WEB-ориентированном виде. Выходные формы, получаемые по запросам, представляют собой таблицы. При построении пользовательского диалога учитываются уточняющие вопросы пассажира. Технически общение пользователя с системой осуществляется с использованием сенсорного монитора. ИСС необходимы для населения в связи с тем, что они:

• ускоряют получение информации населением без необходимости выстаивания в очередях в билетных кассах;
• снижают вероятность злоупотреблений со стороны кассиров, которые иногда скрывают наличие свободных мест, искусственно создавая их дефицит;
• снижают загрузку билетных кассиров, так как пассажир может заранее ознакомиться с вариантами поездки и выбрать оптимальный без длительного диалога с кассиром, а это, в свою очередь, положительно влияет на время обслуживания пассажиров и уменьшение очередей.

1.4. Понятие об информационно-справочных системах и их программная реализация

    Информационно-справочные системы – это программы-оболочки, служащие для управления массивами и  базами  данных.  В век  всеобщей компьютеризации информационно-справочные системы значительно облегчают труд человека во всех отраслях народного хозяйства. Значительно упростилась  работа справочных служб авиакомпаний после создания в аэропортах компьютерных баз данных рейсов самолетов. 

Области применения информационно-справочных систем безграничны: это ведение статистики удоя скота на ферме, составление каталогов книг в библиотеках и произведений искусства в музеях,  сбор данных о наличии рабочих вакансий в данном регионе и многие другие. 

Одним из  способов программной реализации информационно-справочной системы является использование для ее создания языка логического программирования  Пролог.  В  данной реализации языка содержится множество встроенных предикатов, существенно облегчающих написание таких систем.

    Информационно-справочные системы предназначены для управления различными информационными и справочными массивами, в число которых входят и базы данных. Эти системы организовывают определенный интерфейс пользователя с функциями обработки информации самой системы. Набор возможностей таких систем обычно включает в себя коррекцию структуры используемого объекта (инкапсулирующего информацию), работа с его составляющими – дополнение, редактирование, удаление (в случае, когда роль такого объекта выполняет база данных, это – записи), простой просмотр, поиск элементов. Также необходимо обеспечить для такой системы и функции постоянного надежного хранения – в простейшем случае, это – запись базы из памяти в файл на диске и считывание его с диска в память. 
Программная реализация мало отличается от подобной концепции, но конкретизирует абстрактные операции в конкретные процедуры и функции (или же объекты) и зависит полностью от возможностей языка и поставленной задачи.  

    1.5. Базы данных и способы их представления

    База данных в простейшем случае – упорядоченная структура  данных в  виде  таблицы, имеющей определенный идентификатор (имя), каждая  запись которой может объединять разнотипные данные,  причем все записи одной базы имеют одинаковую структуру. Каждая таблица состоит из n-го количества записей (величина n зависит от возможностей конкретной системы), каждая из которых имеет одну и ту же структуру (в рамках одной таблицы) и может объединять в себе несколько разнородных объектов (их количество также зависит целиком и полностью от возможностей системы). 
Работа с базой данных предполагает в себе возможность работать с записями (либо изменять структуру таблиц).

    В языке программирования Пролог база данных описывается в отдельном разделе, именуемом database. Таких разделов может быть несколько в одной программе и каждый из них, если они действительно представляют собой разные БД, должны иметь разные имена. В случае отсутствия имени у базы данных, ей дается имя по умолчанию – dbasedom.

Работу с загружаемыми базами данных в Прологе реализуют следующие стандартные предикаты: assert – добавить запись в БД, retract – удалить  указанную запись, save – сохранить указанную БД в файле, consult – загрузить  БД из файла в память.

    Существуют три модели представления баз данных: иерархическая, сетевая и реляционная. В силу особенностей языка Пролог, с его помощью реализуется  реляционная модель.  Каждая строка в базе данных называется элементом отношения,  каждая колонка – атрибутом отношения,  количество колонок арностью,  а количество строк - мощностью. В языке программирования Пролог атрибуту отношения соответствует аргумент  предиката, арности – количество аргументов в предикате, отношению – предикат, элементу – факт, и мощности – число фактов.

Исходя из  выше перечисленных соответствий Пролог был выбран для реализации работы. 

 

2. Логическое программирование

 

    Логическое программирование — это направление современного программирования, возникшее первоначально в рамках работ по искусственному интеллекту. Язык программирования Пролог относится к числу важнейших языков,  используемых в символьной обработке и в исследованиях по искусственному интеллекту. Он составляет основу для обучения методам искусственного интеллекта, исследованиям и практическому применению в этой области. К системам искусственного интеллекта относятся экспертные системы, программы доказательства теорем, интеллектуальные роботы, системы машинного перевода и др. Все эти задачи, делающие использование Пролога естественным, имеют свои особенности реализации:

1. Все они используют символьное представление информации и символьные вычисления в широком смысле, включая не только операции обработки цепочки символов, но и достаточно сложные структуры вроде графов. Такого рода работа обеспечивается следующими средствами Пролога:

• сопоставлением с образцом, позволяющим идентифицировать элементы структуры с определенными (синтаксическими) свойствами;
• рекурсией, позволяющей лаконично описывать операции на структурах в терминах операций на подструктурах;
• синтаксисом, позволяющим описывать структуры данных в удобной форме выражений.

2. Это задачи, в которых требуется некоторый вид поиска.  Пролог идеально подходит для создания баз данных и баз знаний, а также экспертных систем, основанных на базах знаний.

2.1. Пролог

    Пролог (РROLOG, PROgramming in LOGic - программирование в терминах логики) -  один из наиболее широко используемых языков логического программирования.

Пролог может быть использован в различных приложениях, относящихся к искусственному интеллекту:

         – общение с ЭВМ на естественном языке;

         – символьные вычисления;

         – написание компиляторов;

         – базы данных;

         – экспертные системы и т.д. 

2.2. Базовые понятия и термины Пролога

Пролог - это язык программирования, предназначенный для обработки символьной нечисловой информации. Особенно хорошо он приспособлен для решения задач, в которых фигурируют объекты и отношения между ними.

    Любой класс объектов определяется набором составляющих его подъобъектов и структурой. Элементарные классы объектов не имеют структуры и описываются одним из встроенных типов данных, которые называются еще встроенными доменами.

1. Домен - имя простого или составного терма, которое, в свою очередь, может замещать этот терм в определении другого сложного терма.

domains

...............................

dom1=functor1(integer,string)

dom2=functor2(symbol,real,dom1)

...............................

Конкретный экземпляр элементарного класса называется атомом. Это - числовые, символьные и строчные константы.

2. Термы - объекты данных в Прологе. Терм может быть константой, переменной или составным термом (структурой). Константами являются целые и действительные числа, например:

0, -l, 123.4, 0.23E-5,

К константам относятся также атомы, такие, как:

голди, а, атом, +, :, 'Фред Блогс', [ ]

3. Атом - любая последовательность символов, заключенная в одинарные кавычки. Кавычки опускаются, если и без них атом можно отличить от символов, используемых для обозначения переменных. Приведем еще несколько примеров атомов:

abcd, фред, ':', Джо

    Допустимы случаи, когда атом не содержит ни одного символа (так называемый 'нулевой атом') или содержит непечатаемые символы.

Как и в других языках программирования, константы обозначают конкретные элементарные объекты, а все другие типы данных в Прологе составлены из сочетаний констант и переменных. Имена переменных начинаются с заглавных букв или с символа подчеркивания "_". Примеры переменных:

X, Переменная, _3, _переменная

    Если переменная используется только один раз, необязательно называть ее. Она может быть записана как анонимная переменная, состоящая из одного символа подчеркивания "_". Переменные, подобно атомам, являются элементарными объектами языка Пролог.