3. Інформація (дані) і знання
Чим відрізняється поняття "знання" від поняття "дані" або "інформація"? Останнім часом учені приходять до висновку, що разом з речовиною і енергією інформація є об’єктивно існуючою невід’ємною частиною матеріального світу, що характеризує його впорядкованість (неоднорідність) або структуру. Здатність живих істот зберігати свою структуру (впорядкованість) в світі, де, ймовірно, превалює прагнення до збільшення ентропії (однорідності), обумовлена їхньою здатністю розпізнавати структуру навколишнього світу і використовувати результат розпізнавання (тобто знання про світ) для цілей виживання.
Дані – це окремі факти, інформація фізичного характеру, що характеризують об’єкти, процеси та явища предметної області, а також їх властивості. Як правило, ця інформація не потребує при своєму подальшому використанні більш глибокого осмислення та аналізу. Дані – це інформація, отримана в результаті спостережень або вимірювань окремих властивостей (атрибутів), що характеризують об’єкти, процеси та явища предметної області. Зазвичай дані представляють у вигляді таблиць, діаграм, графіків.
Знання – це сприйнята живою істотою (суб’єктом) інформація із зовнішнього світу, що описує не тільки окремі факти, але й взаємозв’язки між ними.
Знання – це зв’язки та закономірності предметної області (принципи, моделі, закони), отримані в результаті практичної діяльності та професійного досвіду, що дозволяють спеціалістам ставити та розв’язувати задачі в даній області. Знання – це добре структуровані дані, або дані про дані або мета дані.
На відміну від "інформації" поняття "знання" є суб’єктивним. Воно залежить від особливостей життєвого досвіду суб’єкта, його історії взаємовідношень із зовнішнім середовищем, тобто від особливостей процесу його навчання або самонавчання. На цьому рівні абстракції знання є унікальним і обмін знанням між індивідуумами не може відбуватися без втрат на відміну від даних, в яких закодована інформація (неоднорідність), і які можуть передаватися від передавача до приймача без втрат (не враховуючи можливість спотворення унаслідок перешкод). Знання передається між суб’єктами за допомогою будь-якої мови представлення знань, найбільш типовим представником якого є природна мова. Створюючи і використовуючи природну мову, людина з одного боку прагнула в нім формалізувати та уніфікувати знання для того, щоб передавати їх однаковим чином найбільшій кількості людей з різним життєвим досвідом, а з іншого боку, намагався дати можливість передавати все багатство особистого знання. Перша тенденція призвела до появи різних формалізованих спеціальних діалектів мови в різних областях знань (математиці, фізиці, медицині та ін.). Друга призвела до появи художньої літератури, в основі якої лежить прагнення засобами мови викликати асоціації (переживання) мозку людини, тобто примусити її думати і переживати на основі знань, що почерпнули з прочитаного, і своїх власних знань. Тобто всі різновиди мистецтва направлені на це – передачу знань з використанням асоціацій.
Якщо перейти від такого високого рівня абстракції (філософського) до більш приземленого, то можна порівнювати знання і дані в їх формалізованому вигляді, що зазвичай і робиться в літературі з штучного інтелекту.
Знання є результатом, отриманим шляхом пізнання навколишнього світу та його об’єктів.
Знання – система думок з принциповою і єдиною організацією, заснована на об’єктивній закономірності.
Знання це формалізована інформація, на яку посилаються або яку використовують в процесі логічного виведення (рис. 2).
Під знаннями розумітимемо сукупність фактів і правил. Поняття правила, що представляє фрагмент знань, має вигляд:
якщо <умова> то <дія>
Наприклад, якщо X є істинним і Y є істинним, то Z є істинним з достовірністю P.
Рис.
2.
Процес логічного виведення в ІС
Визначення 1 і 2 є достатньо загальними філософськими визначеннями. В ІС прийнято використовувати визначення 3 для визначення знань. Визначення 4 є окремим випадком визначення 3.
Знання можуть бути отримані: 1) на основі обробки експериментальних даних; 2) в результаті мислительної діяльності людини.
Під статичними знаннями розумітимемо знання, введені до ІС на етапі її проектування. Під динамічними знаннями (досвідом) розумітимемо знання, отримані ІС в процесі функціонування або експлуатації в реальному часі.
База знань – основа будь-якої інтелектуальної системи, де знання описані на деякій мові представлення знань, максимально наближеній до природної.
Поверхневі знання – знання про видимі взаємозв’язки між окремими подіями та фактами в предметній області.
Глибокі знання – абстракції, аналогії та схеми, що відображають структуру та природу процесів, що протікають в предметній області.
В ІС знання можна поділити на факти та правила. Під фактами маються на увазі знання типу «A це A», вони характерні для баз даних. Під правилами (продукціями) розуміються знання виду «ЯКЩО-ТО». Окрім цих знань існують так звані метазнання (знання про знання). Створення продукційних систем для представлення знань дозволило поділити знання та управління в комп’ютерній програмі, забезпечити модульність продукційних правил, тобто відсутність синтаксичної взаємодії між правилами. При створенні моделей представлення знань слід враховувати такі чинники, як однорідність уявлення і простота розуміння. Виконати цю вимогу в рівній мірі для простих і складних завдань досить складно.
Розглянемо докладніше систему управління ІРС, структурна схема якої представлена на рис. 3.
Рис.
3.
Структурна схема інтелектуальної
робототехнічної системи
На цьому малюнку стрілками позначений напрям руху інформації, двонаправленими стрілками позначена взаємодія типу «запит-відповідь» і «дія-підтвердження», вельми поширена в інформаційних системах. Входом системи є Блок введення інформації, призначений для введення числових даних, тексту, мови, розпізнавання зображень. Інформація на вхід системи може поступати (залежно від завдання, що розв’язується) від користувача, зовнішнього середовища, об’єкту управління. Далі вхідна інформація поступає до Блоку логічного виведення, або відразу в базу даних (БД) – сукупність таблиць, що зберігають, як правило, символьну і числову інформацію про об’єкти предметної області (у нашому випадку – об’єкти робототехніки).
Блок логічного доведення (БЛД) і формування керуючої інформації забезпечує знаходження розв’зків для нечітко формалізованих завдань ІС,а також здійснює планування дій і формування керуючої інформації для користувача або об’єкту управління на основі Бази Знань (БЗ), БД, Бази Цілей (БЦ) і Блоку Алгоритмічних Методів Розв’язання (БАМР).
БЗ – сукупність знань, наприклад, система продукційних правил, про закономірності наочної області.
БЦ – це сукупність локальних цілей системи, що є сукупністю знань, активізованих в конкретний момент і в конкретній ситуації для досягнення глобальної цілі.
БАМР містить програмні модулі розв’язання завдань предметної області за жорсткими алгоритмами.
Блок засвоєння знань (БЗЗ) здійснює аналіз динамічних знань з метою їх засвоєння і збереження в БЗ.
Блок пояснення рішень (БПР) інтерпретує користувачеві послідовність логічного виведення, що застосовується для досягнення поточного результату.
На виході системи Блок виведення інформації забезпечує виведення даних, тексту, мови, зображень та інші результати логічного виведення користувачеві і/або Об’єкту Управління (ОУ).
Контур зворотного зв’язку дозволяє реалізувати властивості адаптивності та навчання ІС. На етапі проектування експерти й інженери зі знань наповнюють базу знань і базу цілей, а програмісти розробляють програми алгоритмічних методів розв’язків. База даних створюється і поповнюється, як правило, в процесі експлуатації ІС.
Динаміка роботи ІРС може бути описана таким чином. Під час надходження інформації на зовнішній мові системи на вхід БВІ проводиться її інтерпретація у внутрішнє представлення для роботи з символьною моделлю системи. БЛВ вибирає з БЗ множину правил, активізованих вхідною інформацією, що поступила, і поміщає ці правила в БЦ як поточні цілі системи. Далі БЛВ за заданою стратегію, наприклад, стратегією максимальної достовірності, вибирає правило з БЦ і намагається довизначити змінні моделі, оточуючого середовища і виконавчої системи з об’єктом управління. На основі цього активізуються нові правила БЗ і починається логічне виведення в системі продукцій (правил). Ця процедура закінчується, як тільки рішення буде знайдено, або коли буде вичерпана БЦ. Знайдене рішення з внутрішнього представлення інтерпретується Блоком Виведення інформації у зовнішню мову підсистеми управління нижчого рівня і об’єкту управління.
Тоді можна сформулювати наступні відмінності знань та даних:
знання більш структуровані;
в знаннях найбільшого значення мають не атомарні елементи знань (як в даних), а взаємозв’язки між ними;
знання більш самостійно інтерпретуються, ніж дані, тобто в знаннях міститься інформація про те, як їх використовувати;
знання активні на відміну від пасивних даних, тобто знання можуть породжувати дії системи, що використовує їх.
Слід мати на увазі, що різкої межі між даними і знаннями немає, оскільки в останні двадцять років розробники систем управління базами даних все більш роблять їх схожими на знання. Прикладом може служити застосування семантичних мереж (формалізму для представлення знань) для проектування баз даних та ін.
Таким чином, відмінності знань від даних, перераховані вище, з розвитком засобів інформатики згладжуються.
ІС дозволяють проводити автоматичну обробку даних в умовах істотної апріорної неповноти знань про те, як необхідно вести цю обробку для отримання необхідного результату.