2.3.3. Гносеологічний аспект видобування знань

Гносеологія — це розділ філософії, пов'язаний з теорією пізнання, або теорією відображення дійсності у свідомості лю­дини. Гносеологічний аспект (А3) видобування знань поєднує методологічні проблеми одержання нового наукового знання, оскільки при створенні БЗ експерт часто вперше формулює деякі закономірності, які до цього моменту складали його особистий досвід. Інженерія знань як наука, якщо можна так висловитися, двічі гносеологічна — спочатку дійсність відби­вається у свідомості експерта (М1), а потім діяльність і досвід експерта інтерпретуються свідомістю інженера зі знань (М2), що служить вже основою для побудови третьої інтерпретації (Р) — поля знань інтелектуальної системи. Процес пізнання, за суттю, скерований на створення внутрішньої репрезентації навколишнього світу у свідомості людини.

Якщо описати процеси I2 і I3 в термінології, введеній на початку розділу, то ми маємо справу з перетворенням експерт­ного знання і теоретичного (книжного) досвіду Z1 в полі знань Z2, яке є матеріалізацією моделі світу М2 інженера зі знань.

У процесі видобування знань аналітика, в основному, ціка­вить компонент Z1, пов'язаний з неканонічними індивідуаль­ними знаннями експертів, оскільки предметні області, що вимагають саме такого типу знань, вважаються найбільш сприйнятливими до впровадження інтелектуальних систем. Ці області зазвичай називають емпіричними, оскільки в них накопичений великий обсяг окремих емпіричних фактів і спо­стережень, тоді як їх теоретичне узагальнення — питання майбутнього.

Якщо вважати, що інженер зі знань витягає тільки фрагмент Z1', тобто частину із системи знань експерта Z1, то його завдання, по-перше, намагатися, щоб структура Z1' відповідала Z1, і, по-друге, щоб Z1' якомога повніше відобра­жала Z1.

Пізнання часто супроводжується створенням нових понять і теорій. Іноді експерт породжує нові знання прямо під час бесіди з аналітиком. Така генерація знань корисна і самому експертові, який до того моменту міг не усвідомлювати ряд співвідношень і закономірностей предметної області. Аналіти­кові може допомогти тут і інструментарій системної методо­логії, що дозволяє використовувати відомі принципи логіки наукових досліджень, понятійної ієрархії науки. Ця методо­логія змушує його завжди прагнути за часткою побачити за­гальне, тобто будувати ланцюжки.

Гносеологічний ланцюжок: факт — узагальнений факт — емпіричний закон — теоретичний закон.

Не завжди вдається дійти до останньої ланки цього лан­цюжка, але вже саме прагнення до руху буває надзазвичай плідним. Такий підхід повністю узгоджується зі структурою самого знання, яке має два рівні:

1) емпіричний (спостереження, явища);

2) теоретичний (закони, абстракції, узагальнення).

Але теорія — це не лише струнка система узагальнення наукового знання, це також деякий спосіб виробництва нових знань. Основними методологічними критеріями науковості, що дозволяють вважати науковим і саме нове знання й спосіб його одержання, є:

А3 — {S31, S32, S33} = (внутрішня узгодженість, систем­ність, об'єктивність, історизм}.

Внутрішня узгодженість (S31)

Основні характеристики емпіричного знання:

S31 = {s31_і} = {модальність, суперечливість, неповнота}.

На перший погляд критерій внутрішньої узгодженості знання не відповідає реальним характеристикам, що опису­ють знання з точки зору шару {s31_i}. Ці характеристики емпіричних знань підкреслюють його «багатоукладність» — так, часто факти не узгоджуються один з одним, визначення суперечать, критерії дифузні тощо. Аналітикові, що розуміє особливості емпіричного знання, доводиться згладжувати ці «шорсткості» емпірики.

Модальність (s31_1) знання означає можливість його існу­вання в різних категоріях, тобто в конструкціях існування і повинності. Отже, частина закономірностей можлива, інша обов'язкова тощо. Крім того, доводиться розрізняти такі відтінки модальності, як:

• експерт знає, що...;

• експерт думає, що...;

• експерт хоче, щоб...;

• експерт вважає, що...

Можлива суперечність (s31_2) емпіричного знання — при­родний наслідок з основних законів діалектики, і суперечності ці не завжди повинні вирішуватися в полі знань, а навпаки, саме суперечності служать найчастіше відправною крапкою в міркуваннях експертів.

Неповнота (s31_3) знання пов'язана з неможливістю пов­ного опису предметної області. Завдання аналітика цю непов­ноту обмежити певними рамками «повноти», тобто звузити границі предметної області або ввести ряд обмежень і допу­щень, що спрощують проблему.

Системність (S32)

Системно-структурний підхід до пізнання (введений Геге­лем) орієнтує аналітика на розгляд будь-якої предметної області з позицій закономірностей системного цілого і взаємодії складових його частин. Сучасний структуралізм виходить із багаторівневої ієрархічної організації будь-якого об'єкту, тоб­то всі процеси і явища можна розглядати як дрібніші підмножини (ознаки, деталі) і, навпаки, будь-які об'єкти можна (і потрібно) розглядати як елементи вищих класів узагаль­нень. Наприклад, системний погляд на проблематику структурування знань дозволяє побачити його ієрархічну організа­цію. Докладніше про це нижче.

Об'єктивність (S33)

Процес пізнання глибоко суб'єктивний, тобто він істотно залежить від особливостей самого суб'єкта, що пізнає. «Факти існують для одного ока й відсутні для іншого» (Віппер). Отже, суб'єктивність починається вже з опису фактів і збільшується в міру поглиблення ідеалізації об'єктів.

Коректніше говорити про глибину розуміння, ніж про об'єктивність знання. Розуміння — це співтворчість, процес тлумачення об'єкту з погляду суб'єкта. Це складний і неодно­значний процес, що здійснюється в глибинах людської свідо­мості і вимагає мобілізації всіх інтелектуальних і емоційних здібностей людини. Всі свої зусилля аналітик повинен зосере­дити на розумінні проблеми.

У психології відомий результат, який підтверджує факт, що люди, які швидко і успішно вирішують інтелек­туальні завдання, більшу частину часу витрачають на зро­зуміння його, тоді як погані вирішувачі швидко розпочинають до пошук рішення і найчастіше не можуть його знайти.

Історизм (S34)

Цей критерій пов'язаний з розвитком. Пізнання сьогоден­ня — є пізнання породжувача його минулого. І хоча більшість експертних систем дають «горизонтальний» зріз знань — без урахування часу (у статиці), інженер зі знань повинен завжди розглядати процеси з урахуванням тимчасових змін — як зв'язок з минулим, так і зв'язок з майбутнім. Наприклад, структура поля знань і база знань повинні допускати відлагодження і корекцію як у період розроблення, так і під час експлу­атації ЕС.

Розглянувши основні критерії науковості пізнання, спро­буємо тепер описати його структуру. Методологічна структура пізнання може бути подана як деяка послідовність етапів. Па­раметри {S3і} органічно вписуються в цю структуру пізнання, яка може подаватися як послідовність етапів, описаних далі з позицій інженера зі знань:

• Е_1: опис і узагальнення фактів;

• Е_2: встановлення логічних і математичних зв'язків, де­дукція й індукція законів;

• Е_3: побудова моделі, що ідеалізується;

• Е_4: пояснення і прогноз явищ.

Е_1. Опис і узагальнення фактів

Ретельність і повнота ведення протоколів під час процесу видобування і пунктуальна «домашня робота» над ними — ось ґарантія продуктивного першого етапу пізнання та матеріал для опису й узагальнення фактів.

На практиці виявляється важко дотримуватися принципів об'єктивності й системності, описаних вище. Найчастіше на цьому етапі факти просто збирають і як би кидають у «загаль­ний мішок»; досвідчений інженер зі знань часто відразу нама­гається знайти «поличку» або «скриньку» для кожного факту, тим самим приховано готуючись до етапу концептуалізації.

Е_2. Встановлення зв'язків і закономірностей

У пам'яті експерта всі поняття пов'язані й закономірності встановлені, хоча часто і неявно завдання інженера — вияви­ти каркас висновків експерта. Реконструюючи міркування експерта, інженер зі знань може спиратися на дві найпопулярніші теорії мислення — логічну й асоціативну. При цьому, якщо логічна теорія завдяки гарячим шанувальникам в особі математиків широко цитується і всіляко експлуатується в ро­ботах зі штучного інтелекту, то друга, асоціативна, набагато менш відома і популярна, хоча має також стародавнє коріння. Так, Р. Фейнман у своїх «Лекціях з фізики» відзначає, що у фізиці, як і раніше, переважальним є вавілонський, а не грецький метод побудови знань. Відомо, що давньосхідні мате­матики вміли робити складні обчислення, але формули їх не були логічно зв'язані. Навпаки, грецька математика дедук­тивна (наприклад, «Початок» Евкліда).

Традиційна логіка формує критерії, які гарантують точність, валідність, несуперечність загальних понять, мірку­вань і висновків. Її основи закладені ще в «Органоне» Арістотеля в IV ст. до н. е. Великий внесок у розвиток логіки зробив Джон Стюарт Мілль (1806-1873).

Інженер зі знань і сам використовує операції традиційної логіки, і виділяє їх у схемі міркувань експерта. Це такі опе­рації:

• визначення;

• порівняння і розрізнення;

• аналіз;

• абстрагування;

• узагальнення;

• класифікація;

• категоризація;

• виникнення думок;

• висновок;

• складання силогізмів тощо.

Проте краса і стрункість логічної теорії не повинні затуля­ти того, що людина рідко мислить у категоріях математичної логіки. Теорія асоціацій подає мислення як ланцюжок ідей, зв'язаних загальними поняттями. Основними опе­раціями такого мислення є:

• асоціації, придбані на основі різних зв'язків;

• пригадування минулого досвіду; проби і помилки з ви­падковими успіхами;

• звичні («автоматичні») реакції та ін.

Проте ці дві теорії не вичерпують усього різноманіття пси­хологічних шкіл. Великий інтерес для інженерії знань може становити ґештальт-психологія. Одним з її засновників є ви­датний німецький психолог М. Вертгеймер (1880-1943). Під ґештальтом (нім. Gestalt) розуміється принцип цілісності сприйняття як основа мислення. Ґештальт-психологи праг­нуть у всьому виділяти якийсь цілісний образ або структуру як базис для розуміння процесів і явищ навколишнього світу. Ця теорія близька до теорії фреймів і об'єктного підходу й спрямована на збагнення глибинного знання, що характери­зується стабільністю і симетрією. При цьому важливий так званий «центр ситуації», щодо якого розвивається знання про предметну область.

Для інженера зі знань це означає, що, виявляючи різні фрагменти знань, він не повинен забувати про головний, про ґештальте фрагмента, який впливає на решту компонентів і пов'язує їх у деяку структурну одиницю. Ґештальтом може бути якийсь головний принцип, або ідея, або гіпотеза експер­та, або його віра через якісь окремі концепції. Цей принцип рідко формулюється експертом явно, він завжди так би мовити, за «кадром», і мистецтво інженера зі знань — вияви­ти цей основний ґештальт експерта.

У ґештальт-теорії існує закон «прагнення до хорошого ґештальту», згідно з яким структури свідомості прагнуть до гармонії, зв'язності, простоти. Це близьке до стародавнього класичного принципу «бритви Оккама» — «сутності не по­винні множитися без необхідності» — і формулюється як принцип прегнантності Вертгеймера: «Організація поля має тенденцію бути настільки простою і зрозумілою, наскіль­ки дозволяють задані умови». Міркування про ґештальт підво­дять впритул до третього етапу в структурі пізнання.

Е_3. Побудова ідеалізованої моделі

Для побудови моделі, що відображає уявлення суб'єкта про предметну область, необхідна спеціалізована мова, за допомо­гою якої можна описувати і конструювати ті ідеалізовані мо­делі світу, які виникають у процесі мислення. Мова ця ство­рюється поступово за допомогою категоріального апарата, прийнятого у відповідній предметній області, а також фор­мально-знакових засобів математики і логіки. Для емпірич­них предметних областей така мова наразі не розроблена, і по­ле знань, яке напівформалізованим способом опише аналітик, може бути першим кроком до створення такої мови.

Будь-яке пізнавальне відбиття містить у собі умовність, тобто спрощення та ідеалізацію. Інженерові зі знань необхідне оволодіння такими специфічними гносеологічними прийома­ми, як ідеалізація, огрублення, абстрагування, які дозволя­ють адекватно відображати в моделі реальну картину світу. Ці прийоми доводять властивості й ознаки об'єктів до меж, що дозволяють відтворювати закони дійсності в лаконічнішому вигляді (без впливу несуттєвих деталей).

На тернистому шляху пізнання перевірений діалектичний підхід виявляється кращим «поводирем». Інженер зі знань, що прагне пізнати проблемну область, має бути готовим постійно змінювати свої вже затверділі способи сприйняття й оцінювання світу і навіть відмовлятися від них. При цьому найретельніше треба перевіряти правильність думок, які зда­ються найочевиднішими.

Е_4. Пояснення і пророкування моделей

Цей завершальний етап у структурі пізнання є одночасно і частковим критерієм істинності отриманого знання. Якщо виявлена система знань експерта повна й об'єктивна, то на її підставі можна робити прогнози й пояснювати будь-які явища з певної предметної області. Зазвичай бази знань ЕС стражда­ють фрагментарністю і модульною незв'язаністю компонентів. Все це не дозволяє створювати дійсно інтелектуальні систе­ми, які, рівняючись на людину, могли б передбачати нові закономірності й пояснювати випадки, не вказані в явному вигляді в базі. Виключенням тут є навчальні системи, які орієнтовані на генерацію нових знань і «прогноз».

Пропонована методологія озброює аналітика апаратом, що дозволяє уникнути традиційних помилок, що приводять до не­повноти, суперечливості, фрагментарності БЗ, і вказує напря­мок, в якому необхідно рухатися розробникам. І хоча на сьо­годні більшість БЗ опрацьовуються лише до етапу Е_3, знання повної схеми збагачує і поглиблює процес проектування.