Глава 5

Теоретические аспекты извлечения знаний

1. Поле знаний

Поле знаний — это условное неформальное описание основных понятий и вза­имосвязей между понятиями предметной области, выявленных из системы знаний эксперта, в виде графа, диаграммы, таблицы или текста.

Поле знаний формируется на третьей стадии разработки ЭС (стадии структурирования).

Аналитик должен представить модель знаний о предметной области на некотором «своем» языке. Наиболее применима к сложным сферам челове­ческой деятельности семиотическая модель.

Семиотика включает:

• синтаксис, то есть совокупность правил построения языка, или отноше­ния между знаками;

• семантику, то есть связь между элементами языка и их значениями, или отношения между знаками и реальностью;

• прагматику, то есть отношения между знаками и их пользователями.

Поле знаний — это некоторая семиотическая модель. Рассмотрим компо­ненты поля знаний.

Синтаксическую структуру поля знаний можно представить как

P = (I,O,M),

где I — структура исходных данных, подлежащих обработке и интерпрета­ции в ЭС; O — структура выходных данных, т.е. результат работы ЭС; M — операциональная модель предметной области, на основании которой проис­ходит модификация I в O .

Семантика придает определенное значение предложениям любого фор­мального языка. При проведении структурного анализа предметной области инженер по знаниям формирует поле знаний.

2. Стратегии получения знаний

Формирование поля знаний — процесс получения знаний, когда происходит перенос компетентности экспертов на инженеров по знаниям.

Можно выделить три основные стратегии проведения стадии получения знаний при разработке ЭС.

Извлечение знаний (knowledge elicitation) — это процедура взаимодейст­вия аналитика с источником знаний (экспертом), в результате которой ста­новятся явными процесс рассуждений специалистов при принятии решения и структура их представлений о предметной области.

Это длительная и трудоемкая процедура, в которой инженер по знаниям воссоздает модель предметной области, которой пользуются эксперты для принятия решений.

Приобретение знаний (knowledge acquisition) — процесс наполнения ба­зы знаний экспертом с использованием специализированных программных средств.

Формирование знаний (machine learning) — процесс анализа данных и вы­явления скрытых закономерностей с использованием специального матема­тического аппарата и программных средств.

3. Теоретические аспекты извлечения знаний

Существует три основных аспекта процедуры извлечения знаний:

• психологический;

• лингвистический;

• гносеологический.

Психологический аспект является ведущим. Он определяет успешность и эффективность взаимодействия инженера по знаниям с экспертом.

При разговорном общении происходят следующие потери информации:

• задумано —100%;

• приобрело словесную форму —90%;

• высказано — 80%;

• выслушано — 70%;

• понято — 60%;

• осталось в памяти — 24% .

Общение невозможно без следующих компонентов:

• участники общения (партнеры);

• средства общения (процедура);

• предмет общения(знания).

Поэтому возникает три слоя психологических проблем:

• контактный слой;

• процедурный слой;

• когнитивный слой.

Следующие параметры партнеров (участников общения) влияют на ре­зультат процедуры извлечения знаний: пол, возраст, личность, темперамент, мотивация и др.

Процедурный слой включает следующие параметры:

• ситуация общения (место, время, продолжительность);

• оборудование (средства, мебель, освещенность);

• профессиональные приемы (темп, стиль, методы).

Когнитивный слой описывается следующим набором факторов:

• когнитивный стиль (импульсивность—рефлексивность, полезависимость— поленезависимость, ригидность-гибкость, когнитивная эквивалентность);

• семантическая репрезетативность поля знаний.

Лингвистический аспект касается исследований языковых проблем, так как язык — основное средство в процессе извлечения знаний. Можно выде­лить три слоя лингвистических проблем:

• «общий код»;

• понятийная структура;

• словарь пользователя.

«Общий код» связан с проблемой различия языков эксперта и инженера по знаниям.

Язык аналитика состоит из

• общенаучной терминологии из его «теоретического багажа»;

• терминов предметной области, которые он почерпнул из специальной литературы;

• бытового разговорного языка.

Язык эксперта включает

• общенаучную терминологию;

• специальную терминологию, принятую в предметной области;

• бытовой язык;

• неологизмы (профессиональный жаргон).

В дальнейшем «общий код» преобразуется в семиотическую сеть, которая является прообразом поля знаний.

Формирование понятийной структуры состоит в построении иерархиче­ской сети понятий. Основная особенность естественного интеллекта и памя­ти — это связность всех понятий в некоторую сеть. Поэтому для разработки базы знаний нужен не словарь, а энциклопедия, в которой все термины объ­яснены в словарных статьях со ссылками на другие термины.

Создание «общего кода» и понятийной структуры направлены на созда­ние адекватной базы знаний. Однако часто профессиональный уровень ко­нечного пользователя не позволяет ему применить специальный язык пред­метной области в полном объеме. Таким образом, необходимо формировать отдельный словарь для создания дружеского интерфейса с пользователем.

Гносеологический аспект извлечения знаний объединяет методологиче­ские проблемы получения нового научного знания, поскольку при создании базы знаний эксперт часто впервые формулирует некоторые закономерности, до того момента составляющие его личный опыт.

Познание часто сопровождается созданием новых понятий и теорий. Ино­гда эксперт порождает новые знания прямо в ходе беседы с аналитиком. Такая генерация знаний полезна и самому эксперту, который до того мо­мента мог не осознавать ряд соотношений и закономерностей предметной области. Аналитику может помочь тут и инструментарий системной мето­дологии, позволяющий использовать известные принципы логики научных исследований, понятийной иерархии науки. Эта методология заставляет его за частным всегда стремиться увидеть общее, то есть строить цепочки.

Гносеологическая цепочка имеет вид: факт — обобщенный факт — эмпи­рический закон — теоретический закон.

Такой подход согласуется со структурой самого знания, которое имеет два уровня — эмпирический (наблюдения, явления), теоретический (законы, абстракции, обобщения).

Основными методологическими критериями научности, позволяющими считать научным и само новое знание и способ его получения, являются внутренняя согласованность, системность, объективность, историзм.