4.1. Латентні структури знань і психосемантика

Більшість систем, що видобувають знання, полегшують складний і трудомісткий процес формування баз знань і реалі­зують прямий діалог з експертом. Однак виявлені в такий спосіб структури знань часто відбивають лише поверхневу складову знань експерта, не зачіпаючи їхньої глибинної структури. Такий самий недолік має більшість методів безпо­середнього видобування знань.

Щоб видобути глибинні шари експертного знання, можна скористатися методами психосемантики — науки, що виник­ла на стику когнітивної психології, психолінгвістики, психо­логії сприйняття і досліджень індивідуальної свідомості. Психосемантика досліджує структури свідомості через моде­лювання індивідуальної системи знань і виявлення тих категоріальних структур свідомості, які можуть не усвідом­люватися (латентні, імпліцитні або приховані).

4.1.1. Семантичні простори і психологічне градуювання

Основним методом експериментальної психосемантики є метод реконструкції суб'єктивних семантичних просторів. Тут психосемантика тісно пов'язана із психолінгвістикою й лінгвістичною семантикою — з методологією виявлення зна­чень слів, лексикографією, «відмінковою граматикою» і струк­турними дослідженнями. Однак лінгвістичні методи, в ос­новному, спрямовані на аналіз текстів, відчужених від суб'єкта, від його мотивів і задумів.

Психолінгвістичні методи звертаються безпосередньо до випробуваного. Більшість із них пов'язані з різними формами суб'єктивного градуювання. Перед випробуваним ставиться завдання оцінити «подібність знань» за допомогою деякої гра­дуйованої шкали, наприклад, від 0 до 5 або від 0 до 9. У цьому випадку дослідник отримує чисельно подані стандартизовані дані, що легко піддаються статистичному опрацюванню.

Психосемантика — як один з нових напрямів сучасної пси­хології — відразу була оцінена фахівцями в галузі штуч­ного інтелекту як перспективний інструмент, що дозволяє ре­конструювати семантичний простір пам'яті як психологічну модель глибинної структури знань експерта. Уже перші досяг­нення психосемантики в середині 80-х XX ст. років дозволили одержати досить наочні результати. У психології семантичні простори виступають як модель категоріальної структури індивідуальної свідомості. При концептуальному аналізі знань структуру семантичного простору експерта можна вва­жати основою для формування поля знань. При цьому окремі параметри семантичного простору відповідають різним компо­нентам поля (розмірність простору співвідноситься зі склад­ністю поля, виділені понятійні структури — з метапоняттями, змістовні зв'язки між поняттями-стимулами — це суть відно­шення тощо).

Найлегше ознайомитися з експериментальною психосе­мантикою на прикладі, пов'язаному з виявленням структури і розмірності семантичного простору знань із деякої предмет­ної області. В основі побудови семантичних просторів, як правило, лежить статистична процедура (наприклад, фактор­ний аналіз, багатомірне градуювання або кластерний аналіз), що дозволяє групувати ряд окремих ознак опису в місткіші категорії-фактори. Говорячи мовою поля знань, це — побудова концептів вищого рівня абстракції. При гео­метричній інтерпретації семантичного простору значення ок­ремої ознаки відображається як точка або вектор із заданими координатами усередині n-мірного простору, координатами якого виступають виділені фактори. Побудова семантичного простору, таким чином, включає перехід до опису предметної області на вищому рівні абстракції, тобто перехід від мови, що містить великий алфавіт ознак описування, до місткішої мови концептуалізації, що містить менше число концептів і висту­пає своєрідною метамовою стосовно першої. Залежно від досвіду та професійної компетентності тих, кого випробову­ють, розмірність простору і розташування в ній первинних по­нять може істотно варіюватися. Ця особливість семантичних просторів може бути використана на стадії контролю в процесі навчання, при тестуванні експериментів і користувачів.

Так, для перевірки знань і розуміння англійської мови в роботі [118] було взято десять найпоширеніших приймен­ників, які досить важко перекладати. На екрані дисплея ви­пробовуваному пропонували кілька прийменників і запитува­ли, чи часто в нього викликає труднощі вибір одного із цих прийменників. Ступінь утруднення оцінювалася в балах від 1 до 9. На цих даних методами багатомірного градуювання було побудовано структуру складності вживання англійських прийменників з погляду носія російської мови. Ця модель істотно залежить від рівня знань. Так, модель новачка не є ор­ганізованою структурою. У людей, що мають певні навички, виявилася деяка структурованість семантичного простору, у ньому чітко позначилися пари й трійки подібних приймен­ників.

Рис. 4.1. Семантичний простір близькості англійських прийменників.

Найбільш чітка й зв'язна структура наведена на рис. 4.1. За її допомогою можна пояснити особливості диференціації прий­менників в англійській мові. Основа структури подається у ви­гляді кола, близькі крапки на якому відповідають прийменни­кам, які важко диференціювати. Структура спирається на дві ортогональні осі. Вісь абсцис відповідає прийменникам напрям­ку руху, а вісь ординат — прийменникам мети, або засобу.

На підставі одержаних методами психосемантики моделей можна здійснювати контроль знань. При аналізі індивідуальних семантичних просторів виявляються питання, які не засвоєні й не уклалися в систему. Контроль структури знань здійс­нюється на основі зіставлення семантичних просторів хоро­ших фахівців і новачків (студентів, слухачів, молодих фахів­ців). Ступінь погодженості семантичних просторів (їхньої розмірності, ознаки й конфігурації понять) буде визначати рівень знань новачка.

Однак тут необхідно врахувати, що семантичні простори двох кваліфікованих фахівців можуть бути різними, тому що містять індивідуальні розходження сприйняття, що віддзер­калюють досвід і характер діяльності людини. Тому не завжди можна формально порівняти семантичні простори експерта й новачка, варто попередньо вивчити семантичні простори декількох фахівців, а потім уже робити порівняння.

У роботі [56] описаний подібний експеримент. Були отри­мані когнітивні структури знань досвідченого льотчика-винищувача й пілота-новачка з використанням двох методів: багато­вимірного градуювання (алгоритм MDS — Alscal) і мережного градуювання із врахованими зв'язками (алгоритм Pathfinder). Обидва алгоритми засновані на використанні оцінок психо­логічної близькості. Досвідчений пілот і новачок оцінювали всі можливі парні сполучення 30-ти пов'язаних з польотом понять, приписуючи числа від 0 до 9 кожній парі, де 0 позначав найслабший ступінь зв'язку між поняттями, а 9 — найсильніший. Ці оцінки потім опрацьовувалися із застосуванням обох алго­ритмів градуювання.

Відповідно до алгоритмів MDS кожний концепт, що вира­жає деяке поняття, вміщують в k-вимірний простір таким чи­ном, що відстань між точками відбиває психологічну близькість відповідних концептів. Алгоритм Pathfinder будує семантичну мережу. Дуги можуть бути або орієнтованими (не­симетричне відношення), або неорієнтованими (симетричне відношення). Обидва методи забезпечують стискання великих обсягів даних (у формі попарних оцінок) до меншого набору параметрів; але націлені вони на виявлення різних властивос­тей досліджуваних структур. Якщо в алгоритмі Pathfinder центром уваги є локальні відношення між концептами, то ал­горитм MDS забезпечує ширше розуміння властивостей прос­тору концептів, що підлягає метризації.

Результуючі когнітивні структури виявилися близькими для пілотів-винищувачів з однаковим рівнем досвіду, але були різ­ними для різних груп випробуваних. Автори експериментів виявили, що за когнітивною структурою, характерною для пілота-винищувача, можна встановити, новачок він чи досвідчений пілот. Нарешті, здійснений ними ж аналіз когнітивних структур виявив наявність концептів і відношень, спільних для подань досвідченого фахівця й новачка, і, крім того, ряд концептів і відносин, які з'явилися тільки в одному з подань. Прямим розвитком розглянутої роботи стала експерт­на система керування повітряним боєм ACES.

Аналогічне дослідження механізмів нагромадження досвіду було здійснене в області програмування на ЕОМ. За допомо­гою методів градуювання було показано, що один з аспектів досвіду програміста — організація знань відповідно до задуму програми, або семантики, а не відповідно до синтаксису.

Мережне подання абстрактних понять програмування на основі оцінок зв'язності концептів у програмістів показане на рис. 4.2. Експеримент показав, що всіх програмістів на основі аналізу структури семантичного простору можна розбити на три групи: новачки, недосвідчені фахівці середнього рівня, досвідчені фахівці. Цей висновок збігається з результатами, отриманими в роботі [29]. Крім того, досліджувалася еволюція когнітивної структури програміста в міру його просування від новачка до досвідченого фахівця.

Рис. 4.2. Асоціативна мережа структури знань експерта-програміста.

Інтерпретація виявлених відношень (зв'язків) між понят­тями вимагає додаткових зусиль від колективу розроблювачів інтелектуальних систем. Так, наприклад, для означення дуг на рис. 4.2 необхідним став додатковий експеримент, учасни­кам якого була запропонована пара понять і поставлено зав­дання дати словесний опис зв'язку між поняттями пари. Ре­зультати наведено в табл. 4.1. Отже, асоціативна мережа на рис. 4.2 може бути перетворена в семантичну.

Таблиця 4.1. Опис зв'язку між поняттями

Пов'язані пари понять	Відношення між пов'язаною парою понять
Підпрограма — програма	Є частина
Символьні дані — вихід	Є тип
Параметр — програма	Використовується
Програма — вихід	Робить
Сортування — пошук	Містить у собі
Чисельні дані — параметр	Може бути
Функція — оператор	Є
Функція — програма	Є частина
Налагодження — програма	Піддається
Вихід — чисельні дані	Складається з...
Масив — символьні дані	Може складатися з...
Функція — підпрограма	Є
Присвоєння значень — параметр	Використовується для
Масив — глобальна зміна	Може бути
Масив — чисельні дані	Може складатися з...
Повторення — сортування	Є частина
Програма — алгоритм	Є виконання
Сортування — алгоритм	Є
Сортування — чисельні дані	Робиться на
Присвоєння — оператор	Є

Всі вищезгадані методи (включаючи кластерний аналіз) можна віднести до методів психологічного градуювання. Їхню основу становлять алгоритми перетворення складних структур даних у зрозумілішу форму, що передбачається психологічно змістовною. Результуюче подання залежить від методу:

• кластерний аналіз породжує деревоподібну структуру;

• багатомірне градуювання й факторний аналіз — просто­рову;

• алгоритм МDS — мережну;

• репертуарні решітки породжують конструкти або мета-виміри.

Формальна методологія психосемантичного градуювання дозволяє частково автоматизувати процес структурування знань і одержувати «когнітивний розріз» його подань про пред­метну область. Методологія градуювання дозволяє виявляти структури знання непрямим шляхом при одержанні відповідей від експертів на досить прості запитання (наприклад, «наскіль­ки близькі поняття Х1 і Х2» замість «скажіть, який зв'язок між Х1 і Х2, як вони впливають один на одного»).

Майже всі експерименти дозволили виявити одну зако­номірність. Розмірність семантичного простору з підвищен­ням рівня професіоналізму зменшується. Цей висновок збігається з відомими твердженнями когнітивної психології про те, що процес пізнання супроводжується узагальненням.

Побудова семантичного простору зазвичай включає три послідовних кроки.

1. Вибір і застосування відповідного методу оцінки семан­тичної подібності. Цей крок містить у собі експеримент із ви­пробовуваними особами, яким пропонується оцінити спіль­ність поданих стимульних ознак на деякій шкалі.

2. Побудова структури семантичного простору на основі математичного аналізу отриманої матриці подібності. При цьому відбувається зменшення числа досліджуваних понять за рахунок узагальнення й одержання генералізованих осей.

3. Ідентифікація, інтерпретація виділених факторних структур, кластерів або груп об'єктів, осей тощо. На цьому кроці необхідно знайти значеннєві еквіваленти, мовні «ярли­ки» для виділених структур. Тут великого значення набуває лінгвістичне чуття й професіоналізм фахівця, що здійснює дослідження, і випробуваних експертів. Часто до інтерпре­тації залучають групу експертів.