Интегральная система информационного обеспечения научных исследований в области математических наук: концепция создания и перспективы развития

Актуальность исследования. Информационная наука, практическое формирование информационных ресурсов и сетей прошли большой путь развития. На этом пути имеются крупные и очевидные достижения как в систематизации информационных ресурсов [30, 39, 62, 97, 111, 114−117, 135, 136, 138, 146, 207, 211, 250], так и в создании глобальных и локальных информационных сетей- [5, 19, 65, 101, 106, 123, 137, 152, 182, 189, 191, 217, 218, 247]. На сегодняшний день теоретически обеспечена возможность организации всемирного каталога публикаций через объединение каталогов, баз и банков данных крупнейших национальных научных и научно-технических библиотек и информационных центров практически всех развитых стран, включая Россию, создана всемирная сеть Интернет, обеспечивающая в реальном масштабе времени доступ к информационным ресурсам самого разного объема и содержания [56, 186, 195, 248, 275, 276, 279, 308, 310]. Таким образом, достигнуты очевидные успехи в вопросах накопления и принципиального доступа к источникам информации. Однако применение поисковых механизмов в сети Интернет ввиду некоторой анархичности и недостаточной структуризации предоставляемой информации приводит к тому, что, как правило, значительная часть полученной информации является излишней, а собранная по конкретному запросу информация оказывается неполной. В вопросах получения релевантной информации остаются нерешенными многие задачи, поскольку созданная информационная среда имеет гетерогенный (неоднородный) характер, а последующая обработка такой информации требует огромных временных, физических, интеллектуальных и, как правило, финансовых затрат. К этому следует добавить, что крайне важной, но нерешенной задачей остается ведение прямого диалога пользователя с различными по архитектуре и содержанию банками и базами данных. Здесь заметная роль в научных разработках принадлежит ученым Российской академии наук (РАН) и, в частности, Всероссийского института научной и технической информации (ВИНИТИ РАН).

Лавинообразное нарастание отечественных и зарубежных информационных ресурсов, а также необходимость повышения эффективности их использования ставят новые вопросы ' в методологии сбора, переработки, хранения и предоставления информации пользователям, требуют коренного улучшения информационного обслуживания ученых и специалистов.

В самом общем виде решение указанных вопросов предполагает ясное представление о современных центрах формирования соответствующих информационных потоков, возможность целенаправленного обращения пользователей к необходимым информационным ресурсам, обеспечение возможности пользователям строить информационные модели в гомогенной (однородной) среде.

Современным проблемам информатики и информационному сопровождению научных исследований посвящено значительное количество работ: труды Арского Ю. М. [2−9], Артамонова Г. Т. [10−14], Белоногова Г. Г. [19−27], Блюменау Д. И. [33−35], Воробьева Г. Т. [41], Гиляревского P.C. [24−26, 45−53, 149−154], Глушкова В. М. [54], Горьковой В. И. [57−62], Доброва Г. М. [77, 78, 235], Емельянова C.B. [82], Жижченко А. Б. [18, 85], Журавлева Ю. И. [86−92], КаленоваН.Е. [107−110], Лопухина М. М. [125], Малова B.C. [130−132], Марчука Г. И. [133, 134], Маршаковой И. В. [135−138], Махотенко Ю. А. [140−144], Михайлова А. И. [148−154], Полтева A.A. [189, 190], Поспелова Г. С. [192, 193], Сифорова В .И. [206−209], Соколова И. А. [217, 218], Стогния А. А. 212−216], Сумарокова Л. Н. [220, 221], Тараканова К. В. [224−226], Черного А. И. [84, 149−152, 250−255], Четвертакова М. М. [256], Финна В. К. [242−246], Шемакина Ю. И. [259−261], Шрейдера Ю. А. [1,267−271] и др.

Электронные публикации в мировой научной литературе рассеяны по многочисленным изданиям и публикуются на разных языках. Поэтому автоматизированный поиск релевантных публикаций в электронных изданиях является трудоемкой процедурой и к тому же характеризуется невысокой точностью. Это во многом объясняется тем, что, в частности, в глобальной сети Интернет применяемая для поисков система дескрипторов носит достаточно общий характер. Поэтому для процесса научных исследований крайне важно разработать и применять более точный поисковый аппарат. Очевидно, что это очень многоаспектная проблема, которая требует объединения усилий широкого круга ученых. Вместе с тем решение такой крупной проблемы, в нашем представлении, может опираться на локальные разработки по конкретным видам наук.

Выполненный автором анализ публикаций на указанную тему позволяет сделать выводы о том, что [160,163, 165]: а) важнейшим направлением развития качественного и оперативного информационного сопровождения является совершенствование классификации знаний, обеспечивающей единообразное понимание определений, терминов, понятий, категорий в различных отраслях науки как в России, так и в зарубежных странах. При этом особую роль играет дальнейшее развитие классификации знаний в смысле их детализации и охвата новых областей и направлений в наукеб) при наличии указанных классификационных систем становится необходимым развитие и практическое внедрение соответствующих навигационных средств, позволяющих пользователю осуществлять целенаправленный и масштабный поиск информации в отечественных и зарубежных источникахв) поэтапное решение первых двух задач должно сопровождаться разработкой и развитием представлений о рубрикаторах по математическим и другим точным наукам, совершенствованием систем указателей, терминологических словарей, тезаурусов и др.

Автор представляет, что решение указанных задач, как и собственно переход на качественно новый уровень информационного обслуживания ученых, является сложным и многоэтапным процессом, в котором участвуют многие научные коллективы, отдельные ученые и специалисты. Очевидно, что успехи в этом направлении будут определяться трудами различных коллективов по конкретным сферам знаний. Вместе с тем, по мнению автора, современный этап исследований в указанном направлении требует в первую очередь разработки концептуальных понятий, определяющих возможность сопряжения информационных ресурсов из различных источников и формирования у пользователей интегральных проблемно-ориентированных информационных полей. В представлении автора последующий этап исследований должен определить возможности сопряжения содержательной части информационных ресурсов. Под этим понимается гармонизация условий и факторов, на основе которых получены те или иные решения. В итоге речь идет о том, что исследователь может исключить существенные затраты времени на предварительный анализ проблемно-ориентированного информационного массива.

На первом этапе речь идет о том, чтобы дать возможность пользователю собрать необходимую ему информацию из различных отечественных и зарубежных источников, структурированных различным образом, и привести ее в сопоставимый вид путем гармонизации структурирующих элементов этих источников. Одновременно с этим на первом этапе необходимо применять строго ориентированные процедуры поиска информации, которые позволяли бы осуществлять выборки из информационных массивов, строго соответствующих запросу пользователей. При этом должна исключаться излишняя информация, которая в настоящее время составляет существенную часть от общего объема информационной выборки. Тем самым определяется возможность создания у пользователей интегральных проблемно-ориентированных информационных полей и последующего обмена между пользователями содержательной частью созданных информационных полей.

Последующий этап исследований заключается, по мнению автора, в том, чтобы в рамках интегрального проблемно-ориентированного информационного поля добиться максимально возможной гармонизации условий и факторов, на которых базируются решения задач, полученных разными авторами при решении тематически подобных проблем. Достаточно очевидно, что в этом направлении уже проделана большая работа многими исследователями при построении самых различных информационных моделей, прогнозирующих те или иные решения научных задач. В' итоге речь идет о том, чтобы существенно повысить эффективность научно-исследовательской работы пользователей при аналитической обработке информационных массивов, используемых ими для решения аналогичных по тематике задач.

Цель диссертационной работы состоит в разработке основ формирования интегрального проблемно-ориентированного информационного поля и эффективной системы взаимодействия пользователя с этим полем на примере математических и других точных (смежных) наук (физики, механики, астрономии, информатики и др.) в рамках создаваемой интегральной информационной системы «Математика» в банке данных ВИНИТИ.

По мнению автора, достижение указанной цели требует в качестве первого шага рассмотрения существующих источников генерации тематических информационных ресурсов. Вторым шагом, по-видимому, должен являться сравнительный анализ методов систематики этих ресурсов в различных мировых центрах генерации. В результате становится очевидной необходимость сопряжения соответствующих тематических фрагментов из различных генерирующих информацию структур. Завершающим шагом в этой цепи должно стать создание эффективной системы информационной навигации.

В настоящее время соответствующие исследования ведутся в ряде крупных отечественных и зарубежных научных центров, среди которых существенную роль играют научные исследования и практические разработки ВИНИТИ РАН. На сегодняшний день в ВИНИТИ создана и продолжает развиваться одна из крупнейших информационных систем мира, которая включает уникальный по составу и объему политематический банк данных (БнД), архивы, представленные как в традиционной печатной форме, так и в электронном видеразвивается специализированный портал, который призван обеспечить многоцелевую информационную навигацию в электронных ресурсах по различным отраслям науки и техники, между регионами России и зарубежными странами и эффективное взаимодействие с международной сетью Интернет.

Если опираться на сказанное, то становится очевидной необходимость дальнейшего развития информационной системы ВИНИТИ в указанных направлениях. В этом смысле встраивание в информационную систему ВИНИТИ новых баз данных обязывает учитывать как накопленный опыт, так и новые предложения по решению указанных выше задач. В этой ситуации на первый план выдвигаются проблемы принципов взаимосвязи разнородных баз и банков данных и создание проблемно-ориентированных интегральных информационных полей на основе взаимодействия пользователей с информационными массивами.

Автор понимает термин «интегральное проблемно-ориентированное информационное поле» как консолидированную совокупность электронных данных, полученных пользователем из гетерогенных (разнородных) отечественных и зарубежных информационных источников и адаптированных к одной из выбранных пользователем классификационной системе. Тем самым обеспечивается возможность дальнейших поисков необходимой информации из гетерогенных источников и приведение этой информации к виду, пригодному для решения стоящих перед пользователем задач.

В представлении автора решение указанных проблем, в значительной мере, может быть продемонстрировано созданием в составе политематического банка данных ВИНИТИ базы данных «Математика». Следует отметить, что последующее развитие базы данных «Математика» в соответствии с предлагаемой концепцией и приводит к формированию информационной системы «Математика».

Настоящая работа посвящена созданию нового для информационной системы ВИНИТИ представления об интегральных проблемно-ориентированных информационных полях для комплекса математических и других точных (смежных) наук. Построение таких полей требует создания качественно новой информационной системы «Математика», центральным ядром которой является впервые созданная база данных по математике, и обеспечения взаимодействия создаваемой системы с комплексами как смежных наук, так и с другими базами и банками данных. В итоге речь идет о возможности создавать для индивидуальных и коллективных пользователей (НИИ, ВУЗов, информационных центров, библиотек и др.) интегральные проблемно-ориентированные информационные поля для решения широкого круга научно-исследовательских задач, а практически — о переходе на качественно новый уровень информационной поддержки научных исследований.

Хорошо известно, что политематический банк данных (БнД) ВИНИТИ, включающий информацию о фундаментальных, точных, естественных и технических науках относится к числу крупнейших банков данных мира. Однако до последнего времени в нем отсутствовала база данных по математическим наукам. Вместе с тем становилась все более очевидной необходимость прямого взаимодействия БнД ВИНИТИ с другими отечественными и зарубежными источниками информации, имея в виду формирование специализированных информационных полей по запросам пользователей. Основными задачами исследования в данной работе являются:

— анализ состояния существующих классификационных систем, применяемых для структуризации информационных ресурсов в банках и базах данных;

— обоснование идеологии сопряжения классификационных систем для целей формированияинтегральных проблемно-ориентированных информационных полейобоснование направлений развития элементов поисковых систем, обеспечивающих эффективный поиск данных по математическим и другим точным наукам в отечественных и зарубежных информационных ресурсах;

— разработка основ формирования интегральной информационной системы «Математика» в составе политематического БнД ВИНИТИ.

Решение поставленных задач тесно связано с научными исследованиями ВИНИТИ за последние 10 лет, в которых автор принимал участие в качестве исполнителя, ответственного исполнителя, руководителя соответствующих программ (федеральные целевые программы, проекты РФФИ, государственные контракты и др.). Выполнение всей работы стало возможным благодаря тому, что интегральная информационная системы и база данных «Математика» встраивались в широко развитую и имеющую многолетний опыт работы информационную систему ВИНИТИ.

Объектом исследования являются собственно информационные ресурсы математических и смежных с ними наук, методы их систематики, средства доступа к этим ресурсам.

Предметом исследования являются: широко известная в России и в мире автоматизированная система по информационному сопровождению научных исследований ВИНИТИ;

— направления и процессы, определяющие формирование качественно новых баз данных по математическим наукам в действующей информационной системе ВИНИТИ;

— поисковые и пользовательские интерфейсы для обеспечения эффективного взаимодействия с отечественными и зарубежными пользователями.

Методы исследования базируются на применении системного анализа, математической статистики, теории графов, теории информации и информационных процессов, компьютерного моделирования, положений, стандартов и нормативных документов, анализе полученных результатов по созданию баз и банков данных.

Связь выполняемой работы с другими научными исследованиями.' Научные исследования, проводимые в ВИНИТИ за последние 10 лет, тесно связаны с постановками и решениями указанных выше задач современной информатики.

В частности, речь идет о координирующей роли ВИНИТИ в разработке Государственной системы научно-технической информации (ГСНТИ), Федеральной целевой программы (ФЦП) «Электронная Россия», о реализации важнейших программ РАН (например, — «Разработка фундаментальных основ создания научной распределенной информационно-вычислительной среды на основе технологий ГРИД»), реализации контрактов и договоров с Министерством промышленности, науки и технологий РФ (ныне Министерство образования и науки РФ) («Формирование открытых баз данных научной и научно-технической информации, развитие Государственной системы научно-технической информации» Гос. контракт № 37.670.11.0131 от 14.05.2002, «Программно-технологический комплекс обеспечения формирования и использования государственных ресурсов научно-технической информации» Гос. контракт № 37.053.1.1.0055 от 01.02.2002 г. в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002;2006 гг.», «Навигационные системы по информационным ресурсам Государственной системы НТИ», Гос. контракт № 37.053.1.1.0058 от 01.02.2002 г.), с Министерством экономического развития РФ («Формирование открытых баз данных научно-информационных ресурсов в области образования, науки и культуры (2002;2010)» в рамках ФЦП «Электронная Россия», Гос. контракты № 14.152 и № ЭР.06.19 от 29.11.2005 г.), в выполнении серии-проектов РФФИ (01−07−90 130-" Создание базы данных «Математика»", 04−07−90 332 и 06−07−89 154 «Развитие базы данных „Математика“», 0101−14 045, 02−01−14 047 и 06−01−14 042 «Издание сборников научных статей „Итоги науки и техники“». Серия «Современная математика и ее приложения»), а также НИР, выполняемых в ВИНИТИ. Целый ряд названных работ выполнялся в ВИНИТИ («Совершенствование классификационных систем ВИНИТИ (в части Рубрикатора отраслей знания, рубрицирования информационных продуктов ВИНИТИ индексами УДК» (январь 2003;декабрь 2005), «Совершенствование классификационных систем областей знания для целей индексирования и информационного поиска в базах данных ВИНИТИ» (2004;2006), «Генерация Единой технологической базы данных ВИНИТИ и развитие ее программно-аппаратного комплекса» (2005;2007), «Генерация и развитие базы данных и полнотекстовой электронной библиотеки русскоязычной физико-математической литературы» (2005;2007)) или в сотрудничестве с другими институтами РАН при координирующей роли ВИНИТИ («Разработка проектов государственных стандартов, рубрикаторов, кодификаторов и классификаторов для обеспечения функционирования федеральной системы кодификации знаний», Дог. № 2-кз от 04.12.2 002 г., «Концептуальное обоснование информационной он-лайн службы по физико-математическим наукам и информатике как альтернативной теоретической базы для разработки концепции GRID-интеграции научной распределенной информационно-вычислительной среды с фактическим использованием технологии GRID для Интернет-ресурсов» (2004;2006)).

Кроме того, необходимо отметить, что ВИНИТИ за последние годы провел ряд совместных исследований в указанных направлениях с Отделением математических наук РАН (ОМН РАН), Отделением информационных технологий и вычислительных систем (ОИТВС РАН), ныне Отделение нанотехнологий и информационных систем, а также с международными организациями (Международный Совет по научно-технической информации (МСНТИ), Комитет по численным данным для науки и техники (КОДАТА), Международный Консорциум УДК).

В перечисленных работах автор принимала участие в качестве исполнителя, ответственного исполнителя, руководителя разделов.

Научная новизна работы. Впервые развивается представление о создании в информационной системе ВИНИТИ ориентированного информационного поля по математическим наукам, ядром которого является впервые созданная в ВИНИТИ база данных «Математика». В состав указанного поля входят электронные ресурсы по математическим-исмежным-" сниминаукам,—а такжемеханизмы «преобразования указанных ресурсов для формирования интегрального информационного поля, необходимого пользователю для решения фундаментальных и прикладных задач.

Предлагаются направления развития соответствующих систем знаний, обеспечивающих взаимодействие различных классификаций математических и смежных с ними наук.

Развиты представления о совершенствовании важнейших элементов поисковых систем, необходимых для формирования интегрального информационного поля (указатели различного вида, рубрикаторы, терминологические словари, тезаурусы, системы ключевых слов и словосочетаний и др.).

В целом, развиваемые в работе научные представления об интегральном поле по математическим наукам являются необходимой ступенью к созданию современных навигационных систем по основным областям знаний.

Лично автором обоснована необходимость создания проблемно-ориентированного интегрального информационного поля по математическим наукам, выполнен анализ различных информационных систем, разработана идея сопряжения древовидных структур классификаций в области математических наук на отечественном и зарубежном уровне, обоснована структура БД «Математика», выполнен комплексный анализ отечественных и зарубежных публикаций по данной проблеме, а результаты этого анализа изложены в учебном пособии для аспирантов и магистрантов МГУ [9, тема 3 «Иерархические классификации и системы навигации» ].

Практическое значение результатов исследований. Впервые создана и функционирует БД «Математика» в единой информационной системе ВИНИТИ.

На основе выполненных разработок подготовлены и опубликованы переработанные издания рубрикатора ВИНИТИ по математике, специальные выпуски дескрипторного обеспечения и указателей.

Опыт разработки БД «Математика» обобщен в книге автора «Принципы и методы создания БД „Математика“ в составе информационной системы ВИНИТИ» [166].

Выполненные исследования обеспечили возможность создания и распространения новых электронных продуктов по математике (электронные реферативные журналы (РЖ) «Математика» и «Вычислительные науки») [167].

Впервые создан новый фрагмент в составе БД «Математика» — «Итоги науки и техники. Современная математика» — полнотекстовая электронная коллекция многотомного и многосерийного издания ВИНИТИ за период с 1962 г. по настоящее время. — - — — —.

Созданная БД «Математика» органически встроена в информационную систему ВИНИТИ и доступна для пользователей в сети Интернет.

В течение ряда лет автор являлась ответственным исполнителем следующих проектов РФФИ: 01−07−90 130 «Создание базы данных «Математика», 04−07−90 332 и 0607−89 154 «Развитие базы данных «Математика» и др. и НИР ВИНИТИ «Генерация и развитие базы данных и полнотекстовой электронной библиотеки русскоязычной физико-математической литературы» (2005;2007 гг.).

Апробация результатов работы. Все основные результаты работы докладывались в течение 2002;2007 гг. на следующих отечественных и зарубежных конференциях и семинарах: б-я Международная конференция «Информационное общество. Интеллектуальная обработка информации. Информационные технологии», 1618 октября 2002 г., ВИНИТИ, Москва- 19-я Международная конференция КО ДАТА «Информационное общество: Новые горизонты науки (The Information Society: New Horizons for Science)», 7−10 ноября 2004 г., Берлин, Германия- 11-я Международная конференция «Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире пауки, культуры, образования и бизнеса», 2004 г., КрымМеждународная конференция «Информационное обеспечение фундаментальных и прикладных наук», 27 мая 2005 г., Москва- 9-я Международная конференция и выставка «Информационные технологии, компьютерные системы и издательская продукция для библиотек („LIBCOM-2005“)», 14−18 ноября 2005 г., ЗвенигородСеминар «Универсальная десятичная классификация. Современное состояние и методика применения», 5−6 апреля 2006 г., Москва, ВИНИТИМеждународный семинар «Российские электронные ресурсы по науке и технике. Проект РусЭМБ, как часть международной электронной библиотеки по математике», 1−2 февраля 2006 г., ГПНТБ, Москва- 13-я Международная конференция «Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса»,.

2006 г., КрымМеждународный Консорциум УДК (09.12.2005, 03.03.2006, 3−4.10.2006), Гаага, Нидерланды- 7-я международная конференция «Информационное общество. Интеллектуальная обработка информации. Информационные технологии», 24−26 октября.

2007 г., ВИНИТИ, Москва.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 20 печатных работах, в числе которых две книги и одно учебно-методическое пособие и отражены в 11 отчетах по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 286 страницах, содержит 42 рисунка, 28 таблиц, 6 приложений и библиографию из 320 наименований.

Выход.

Рис. 3.4 Он-лайн приложения.

Завершение работы демона биллинга.

Рие.3.5 Общая структура подсистемы биллинга.

Представление результатов поиска для внешних и внутренних пользователей отличаются по технологии и формам представления в соответствии с различиями в технологиях Интранет и Интернет. На рис. 3.6 и 3.7 представлены некоторые фрагменты ответов на запросы пользователя по тематическому разделу «Математика».

БнД ВИНИТИ — Microsoft Internet Explorer эвка g*д Избранное Сервис ¿-правка.

—А ¦.••-'-¦.¦ О.

V: — J.

• Адресу j^u https://sun2.viniti.ru/cgi-bin/secure/frswww?querybase=ma2001 -20Q5@sun2&query text=%D'.V.

ActiveX ?IBindows™ Ц} Internet @Е-эемля Щ Intranet?? gscince ?JWebFX |?J БнД.