Учебник Макаровой

диалог по извлечению знаний; заключительная стадия (благодарность эксперту, подведение итогов, договор о последующих встречах).

Активные групповые методы

К групповым методам извлечения знаний относятся: ролевые игры;

дискуссии за круглым столом с участием нескольких экспертов; мозговой штурм.

Основное достоинство групповых методов – это возможность одновременного поглощения знаний от нескольких экспертов, взаимодействие которых вносит элемент принципиальной новизны от наложения разных взглядов и позиций.

Метод круглого стола (термин заимствован из журналистики) предусматривает обсуждение какой- либо проблемы из выбранной предметной области, в котором принимают участие с равными правами несколько экспертов. Обычно вначале участники высказываются в определенном порядке, а затем переходят к живой свободной дискуссии. Число участников дискуссии колеблется от трех до пяти - семи. Существует и специфика, связанная с поведением человека в группе.

Во-первых, от инженера по знаниям подготовка круглого стола потребует дополнительных усилий, как организационных (место, время, обстановка, минеральная вода, чай, кворум и т.д.), так и психологических (умение вставлять уместные реплики, чувство юмора, память на имена и отчества, способность гасить конфликтные ситуации и т.д.).

Во-вторых, большинство участников будут говорить под воздействием "эффекта фасада" совсем не то, что они сказали бы в другой обстановке, т.е. желание произвести впечатление на других экспертов будет существенно "подсвечивать" их высказывания.

Задача дискуссии – коллективно, с разных точек зрения, под разными углами исследовать спорные гипотезы предметной области. Обычно эмпирические области богаты таким дискуссионным материалом. Для остроты на круглый стол приглашают представителей разных научных направлений и разных поколений, это также уменьшает опасность получения односторонних знаний.

Несколько практических советов по процедурным вопросам круглого стола. Перед началом дискуссии ведущему следует:

убедиться, что все правильно понимают задачу (т.е. происходит сеанс извлечения знаний); установить регламент и четко сформулировать тему.

По ходу дискуссии проследить, чтобы слишком эмоциональные и разговорчивые эксперты не подменили тему и критика позиций друг друга была обоснованной.

Мозговой штурм или мозговая атака – один из наиболее распространенных методов раскрепощения и активизации творческого мышления. Впервые этот метод был использован в США как способ получения новых идей в условиях запрещения критики. Замечено, что боязнь критики мешает творческому мышлению, поэтому основная идея штурма – это отделение процедуры генерирования идей в замкнутой группе специалистов от процесса анализа и оценки высказанных идей.

Как правило, штурм длится около 40 мин. Участникам (до 10 человек) предлагается высказывать любые идеи (шутливые, фантастические, ошибочные) на заданную тему (критика запрещена). Обычно высказывается более 50 идей. Регламент до двух минут на выступление. Самый интересный момент штурма – это наступление пика (ажиотажа), когда идеи начинают "фонтанировать", т.е. происходит непроизвольная (бессознательная) генерация гипотез участниками. При последующем анализе всего лишь 10 - 15% идей оказываются разумными, но среди них бывают весьма оригинальные. Оценивает результаты обычно группа экспертов, не участвовавшая в генерации.

Ведущий мозгового штурма – инженер по знаниям – должен свободно владеть аудиторией, подобрать активную группу экспертов-генераторов", не зажимать плохие идеи – они могут служить катализатором хороших. Искусство ведущего – это искусство задавать вопросы аудитории, "подогревая" генерацию. Вопросы служат "крючком" [19], которым извлекаются идеи. Вопросы также могут останавливать многословных экспертов и служить способом развития идей других.

Основной девиз штурма – "чем больше идей, тем лучше". Фиксация сеанса – традиционная (протокол или магнитофон).

531

ЭКСПЕРТНЫЕ ИГРЫ

Общие сведения

Игрой называют такой вид деятельности, который отражает (воссоздает) другие ее виды [7]. Понятие экспертной игры, или игры с экспертами, в целях извлечения знаний восходит к трем источникам – это понятие деловой игры, широко используемое при подготовке специалистов и моделировании, и понятие диагностической игры, введенной в [1], а также компьютерные игры, все чаще применяемые в обучении

[11].

Под деловой игрой чаще всего понимают эксперимент, где участникам предлагается производственная ситуация, а они на основе своего жизненного опыта, общих и специальных знаний и представлений принимают решения. Решения анализируются, и вскрываются закономерности мышления участников эксперимента. Именно эта анализирующая часть деловой игры полезна для получения знаний. И если участниками такой игры становятся эксперты, то игра из деловой превращается в экспертную. Из трех основных типов деловых игр (учебных, планово-производственных и исследовательских) к экспертным ближе всего исследовательские, которые используются для анализа систем, проверки правил принятия решений.

Диагностическая игра – это та же деловая игра, но применяемая конкретно для диагностики методов принятия решения в медицине (диагностика методов диагностики). Эти игры возникли при исследовании способов передачи опыта от квалифицированных врачей новичкам. В нашем понимании диагностическая игра – это игра, безусловно, экспертная без всяких оговорок, только с жестко закрепленной предметной областью – медициной.

В соответствии с введенной классификацией разделим экспертные игры на: индивидуальные; групповые.

Кроме того (рис. 17.12), продолжим и разовьем эту классификацию, введя другие критерии: использование специального оборудования; применение компьютерной техники.

Плодотворность моделирования реальных ситуаций в играх подтверждается сегодня практически во всех областях науки и техники. Они развивают логическое мышление, способности быстро принимать решения, вызывают интерес у экспертов.

Индивидуальные игры с экспертом

Вэтом случае с экспертом играет инженер по знаниям, который берет на себя какую-нибудь роль в моделируемой ситуации. Например, игра "Учитель и ученик", в которой инженер по знаниям берет на себя роль ученика и на глазах эксперта выполняет его работу, а эксперт поправляет ошибки "ученика". Эта игра – удобный способ разговорить застенчивого эксперта.

Вдругой игре (описана в [1]) инженер по знаниям берет на себя роль врача, который хорошо знает больного, а эксперт – роль консультанта. Консультант задает вопросы, делает прогноз о

целесообразности применения того или иного вида лечения. Такая игра "двух врачей" позволила, например, выявить, что эксперту понадобилось всего 30 вопросов для успешного прогноза, в то время как первоначальный вопросник, составленный медиками для этой же цели, содержал 170.

Основные советы инженеру по знаниям по проведению индивидуальных игр:

играйте смелее, придумывайте игры сами; не навязывайте игру эксперту, если он не расположен; в игре "не давите" на эксперта; не забывайте цели игры; играйте весело, нешаблонно; не забывайте о времени и о том, что игра утомительна для эксперта.

532

определить содержимое "черного ящика", в котором находится некое животное, при этом надо набрать наибольшее количество очков, не истратив выделенного ресурса денег. В ходе игры эксперт делает ставки на различные гипотезы, указывая при этом, какими признаками обладает то или иное животное. После каждого ответа он получает необходимую информацию о своих результатах. По ходу игры невидимо для эксперта формируются правила, отражающие знания эксперта на основании сделанных им ходов. В данной игре – это знания о том, какими признаками обладают те или иные животные. Таким образом выявляется алфавит значимых признаков для диагностики и классификации животных.

ТЕКСТОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Группа текстологических методов объединяет методы извлечения знаний, основанные на изучении специальных текстов из учебников, монографий, статей, методик и других носителей профессиональных знаний.

Задачу извлечения знаний из текстов можно сформулировать как задачу понимания и выделения смысла текста. Сам текст на естественном языке является лишь проводником смысла, а замысел и знания автора лежат во вторичной структуре (смысловой структуре или макроструктуре текста), настраиваемой над естественным текстом [3].

При этом можно выделить две такие смысловые структуры: М1 смысл, который пытался заложить автор, это его модель мира, и М2 смысл, который постигает читатель, в данном случае инженер по знаниям (рис. 17.13) в процессе интерпретации I. При этом Т – это словесное одеяние М1, т.е. результат вербализации V.

Сложность процесса заключается в принципиальной невозможности совпадения знаний, образующих М1 и М2, из-за того, что M1 образуется за счет совокупности представлений, потребностей, интересов и опыта автора, лишь малая часть которых находит отражение в тексте Т. Соответственно и М2 образуется

в процессе интерпретации текста Т за счет привлечения всей совокупности научного и человеческого багажа читателя.

Рис. 17.13. Извлечение знаний из текстов

Встает задача выяснить, за счет чего можно достичь максимальной адекватности М1 и М2, помня о том, что понимание всегда относительно. Рассмотрим подробнее, какие источники питают модель М1 и создают текст Т. В [17] указаны два компонента любого научного текста. Это первичный материал наблюдений и система научных понятий в момент создания текста. В дополнение к этому, на наш взгляд, помимо объективных данных экспериментов и наблюдений, в тексте обязательно присутствуют субъективные взгляды автора, результат его личного опыта, а также некоторые "общие места", или "вода". Кроме того, любой научный текст содержит заимствования из других источников (статей, монографий) и т.д.

При извлечении знаний аналитику, интерпретирующему текст, приходится решать задачу

декомпозиции этого текста на перечисленные выше компоненты для выделения истинно значимых для реализации базы знаний фрагментов. Сложность интерпретации научных и специальных текстов заключается еще и в том, что любой текст приобретает смысл только в контексте, где под контекстом понимается окружение, в которое "погружен" текст.

Основными моментами понимания текста являются (частично из [ 17]):

534

выдвижение предварительной гипотезы о смысле всего текста (предугадывание); определение значения непонятных слов (т.е. специальной терминологии); возникновение общей гипотезы о содержании текста (о знаниях);

уточнение значения терминов и интерпретация отдельных фрагментов текста под влиянием общей гипотезы (от целого к частям);

формирование некоторой смысловой структуры текста за счет установления внутренних связей между отдельными важными (ключевыми) словами и фрагментами, а также за счет образования абстрактных понятий, обобщающих конкретные фрагменты знаний; корректировка общей гипотезы относительно содержащихся в тексте фрагментов знаний (от частей к целому); принятие основной гипотезы, т.е. формирование М2

Следует отметить наличие как дедуктивной (от целого к частям), так и индуктивной (от частей к целому) составляющей процесса понимания.

Центральными моментами процесса I являются шаги формирования смысловой структуры или выделения "опорных", или ключевых, слов, а также заключительное схватывание "смысловых вех" в единую семантическую структуру. В качестве ключевого слова может служить любая часть речи (существительное, прилагательное, глагол и т.д.) или их сочетание. Существует гипотеза лингвостатистики о том, что наиболее употребляемые слова являются наиболее важными с точки зрения содержания текста, т.е. отражают его тематическую структуру.

Подготовкой к прочтению специальных текстов является выбор совместно с экспертами некоторого "базового" списка литературы, который постепенно введет аналитика в предметную область. В этом списке могут быть учебники для начинающих, главы и фрагменты из монографий, популярные издания. Только после ознакомления с "базовым" списком целесообразно приступать к чтению специальных текстов.

Наиболее простым методом является анализ учебников, в которых логика изложения обычно соответствует логике предмета, и поэтому макроструктура такого текста будет, наверное, более значима, чем структура текста какой-нибудь специальной статьи. Анализ методик затруднен как раз сжатостью изложения и практическим отсутствием комментариев, т.е. фоновых знаний, облегчающих понимание для неспециалистов. Поэтому можно рекомендовать для практической работы комбинацию перечисленных методов.

В заключение предложим одну из возможных практических методик анализа текстов с целью извлечения и структурирования знаний.

Составление "базового" списка литературы для ознакомления с предметной областью и чтения по списку.

Выбор текста для извлечения знаний.

Первое знакомство с текстом (беглое прочтение). Для определения значения незнакомых слов

– консультации со специалистами или привлечение справочной литературы. Формирование первой гипотезы о структуре текста.

Внимательное прочтение текста с выписыванием ключевых слов и выражений, т.е. выделение "смысловых вех" (компрессия текста).

Определение связей между ключевыми словами, разработка макроструктуры текста в форме графа или "сжатого" текста (реферата).

Формирование поля знаний на основании структуры текста.

17.3. СТРУКТУРИРОВАНИЕ ЗНАНИЙ

Концептуальная структура предметной области Функциональная структура предметной области Формализация и программная реализация базы знаний

КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Одна из наиболее творческих процедур при построении экспертных систем – процедура концептуального анализа полученных знаний или структурирование.

Структурирование - это процесс создания полуформализованного описания предметной области.

535

Такое полуформализованное описание называется полем знаний. Обычно оно создается в графической форме.

Поле знаний Pz можно описать следующим образом:

где Sk – концептуальная структура предметной области; Sf – функциональная структура предметной области.

Концептуальная структура, или модель предметной области, служит для описания ее объектов и отношений между ними, т.е. можно сказать, что концептуальная модель Sk представляет собой следующее:

где А – множество объектов предметной области;

R – множество отношений, связывающих объекты.

Множество отношений представляет собой связи между объектами. При помощи этих отношений инженер по знаниям фиксирует концептуальное устройство предметной области, иерархию понятий, свойства и структуру объектов. Разработка концептуальной структуры имеет самостоятельное значение, не зависимое от конечной цели – разработки экспертных систем. Эта структура может служить для целей обучения, повышения квалификации, для прогнозирования, объяснения, реструктурирования и т.п.

Основными из них являются АКО, A-part-of, Has-attribute, Value и др.

АКО (A-Kind-OF) – "это есть", например, [MacII] → (АКО) → [ПК]. АКО отражает родовидовые отношения и иерархию понятий предметной области. Обязательно присутствует в любой концептуальной структуре.

A-part-of – "часть от", например, [процессор] → (A-part-of) → [компьютер]. Это отношение

служит для отражения физической структуры и декомпозиции сложных объектов на составляющие.

Has-attribute – "имеет свойство", например, [память] → (Has-attribute) → [объем памяти]. Value – "значение", например, [объем памяти] → (Value) → [16 Мбайт].

Поле знаний может напоминать семантическую сеть (см. подразд. 16.1), но оно менее формализовано. Если в сети жестко оговорены возможные виды связей, то в поле знаний они произвольны.

Краткий алгоритм формирования концептуальной структуры.

Шаг1. Определить все результирующие понятия, или выходы системы. Это может быть набор диагнозов, рекомендаций, советов системы.

Шаг2. Определить все входные понятия, или факторы, от которых зависит результат работы системы. Шаг3. Установить промежуточные понятия, участвующие в рассуждениях экспертов, если они есть. Шаг4. Для всех понятий найти обобщающие и уточняющие понятия, т.е. установить иерархии

объектов.

Шаг5. Для объектов, участвующих в рассуждениях, определить свойства и их значения. Шаг6. Попытаться определить другие связи, и все в целом отразить графически.

Шаг7. Убрать лишние связи, объекты, обсудить структуру с экспертом, дополнить, если надо, с возвратом к шагам 1 - 6.

Пример 17.1. Здесь рассматривается пример структурирования знаний для экспертной системы, которая советует, где лучше всего отдохнуть в отпуске. Сначала создается концептуальная структура, описывающая понятия данной предметной области (рис. 17.14).

На рис. 17.14 использованы связи АКО и Value. Дополните самостоятельно данное поле знаний.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

536

Функциональная структура отражает модель рассуждений и принятия решений, которой пользуется эксперт при решении задачи. Обычно функциональная структура представляется в виде каузальных отношений (cause) и может быть позднее формализована в виде коротких правил "если – то" (см. продукционные модели в подразд. 16.1), или в виде семантических сетей.

Представить функциональную структуру можно в виде таблицы, графа или предложений на естественном языке. Наглядные формы предпочтительны.

Часто в моделях рассуждений присутствуют нечеткие понятия – "часто", "много", "очень", "высокий", "большой" и др. Для их представления базе знаний используется так называемая нечеткая логика, автор которой – Л. Заде, предложил простой формализм для таких понятий. Этот формализм использует понятие нечеткой функции принадлежности, которая отражает численно на шкале [0, 10] или [0, 1] степень уверенности эксперта в том, что конкретное значение можно отнести к данному нечеткому понятию. Подробнее см. [10,14].

Также степени уверенности используются при множественных рекомендациях. Например, эксперт советует "покупать акции компании X со степенью уверенности 9, а компании Y со степенью уверенности 6".

Рис. 17.14. Концептуальная структура предметной области

Пример 17.2. Для предметной области, описанной в примере 17.1, создается функциональная структура и представляется в виде табл. 17.1. В структуре предлагается до трех рекомендаций с разной степенью уверенности на шкале [0,10].

Таблица 17.1. Функциональная структура предметной области

537

Нарисуйте структуру познания.

В чем состоит установление связей и закономерностей?

Для чего необходимо построение идеализированной модели? Назовите пассивные методы извлечения знаний.

Назовите активные групповые методы извлечения знаний. Назовите активные индивидуальные методы извлечения знаний.

Подготовьте анкету извлечения знаний по лечению простуды народными методами. Назовите текстологические методы извлечения знаний.

Что могут потребовать сеансы наблюдений от инженера по знаниям? В чем заключается протоколирование мыслей вслух?

Назовите достоинства и недостатки каждого из пассивных методов извлечения знаний.

Вчем заключается метод анкетирования?

Вчем заключается метод интервьюирования?

Какова схема подготовки к свободному диалогу?

Назовите достоинства и недостатки каждого из активных индивидуальных методов извлечения знаний.

В чем заключается метод круглого стола? Что такое мозговой штурм?

Дайте классификацию экспертных игр. Что такое игры с экспертом?

Что такое ролевые игры?

Назовите достоинства и недостатки каждого из видов экспертных игр. Нарисуйте схему извлечения знаний из текста.

Как образуется семантическая структура текста? Что такое набор ключевых слов?

Что называется структурированием знаний?

Что представляет собой концептуальная и функциональная структура предметной области? Опишите концептуальную структуру для экспертной системы "Как делать подарки".

Создайте функциональную структуру, отражающую модель рассуждений эксперта по выбору подарка.

ЛИТЕРАТУРА

1.Алексеевская М.А., Недоступ А.В. Диагностические игры в медицинских задачах // Вопросы кибернетики. Задачи медицинской диагностики и прогнозирования с точки зрения врача, 1988, №112.

2.Берн Э. Игры, в которые играют люди. Люди, которые играют в игры: Пер. с англ. - М.: Прогресс,

1988.

3.Величковский Б.М. Когнитивная психология. - М.: Наука, 1987.

4.Гаврилова Т.А., Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. - М.: Радио и связь, 1992.

5.Гинкул Г.П. Игровой подход к приобретению знаний и его реализация в системе КАПРИЗ. Проблемы применения экспертных систем в народном хозяйстве. Тез. докл. респ. школы-семинара. - Кишинев, 1989.

6.Карнеги Д. Как приобретать друзей и оказывать влияние на людей: Пер. с англ. - М.: Прогресс,

1989.

7.Комаров В.Ф. Управленческие имитационные игры. - Новосибирск: Наука, 1989.

8.Коршунов A.M., Манталов В.В. Диалектика социального познания. - М.: Политиздат, 1988.

9.Мицич П.П. Как проводить деловые беседы. - М.: Экономика, 1987.

10.Нейлор К. Как построить свою эспертную систему. - М.: Атомиздат, 1991.

11.Ноэль Э. Массовые опросы: Пер. с нем. - М.: Прогресс, 1978.

12.Пажитнов Л.А. Логическая структура компьютерной игры. // Микропроцессорные средства и

системы, 1987, №3.

13.Погосян Г.А. Метод интервью и достоверность социологической информации. - Ереван: АН Арм. ССР, 1985.

14.Поспелов Д.А. Моделирование рассуждений. Опыт анализа мыслительных актов. - М.: Радио и

539

связь, 1989.

15. Ребельский И.В. Азбука умственного труда //ЭКО, 1989, №7.

16. Построение экспертных систем / Под ред. Ф. Хейес-Рота, Д. Уотермена, Д. Лената., - М.: Мир, 1987.

17.Соколов А.Н. Внутренняя речь и мышление. - М.: Просвещение, 1968.

18.Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и реализация экспертных систем на ПЭВМ. - М., Финансы и статистика, 1991.

19.Шепотов Е.Г., Шмаков Б.В., Крикун П.Д. Методы активизации мышления. - Челябинск: ЧПИ,

1985.

20.Шумилина Т.В. Интервью в журналистике. - М.: МГУ, 1973.

Глава 18. СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА

18.1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ

18.2.СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ

18.3.ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Создание программных продуктов – трудоемкий процесс, основанный на определенной технологии и инструментарии его разработки. В главе рассматриваются подходы к проектированию внутренней структуры и логики обработки данных (алгоритмов), этапы и содержание работ по созданию программных продуктов, используемый набор инструментальных средств и технологий проектирования и программирования.

Цель главы – сформировать представления о методологии создания программного продукта, используемых технологиях проектирования и программирования.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:

Классификацию методов и подходов к проектированию программных продуктов Этапы создания программного продукта Техническое задание на программирование Работы на этапе технического проекта Виды документации на программный продукт

Понятие о внутренней структуре и организации программного продукта Основы метода структурного проектирования алгоритмов и программ

Основы объектно-ориентированного подхода к проектированию алгоритмов и

программ Особенности различных технологий создания программных продуктов

Понятие о CASE-технологии

18.1. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ

Классификация методов проектирования программных продуктов Этапы создания программных продуктов Структура программных продуктов Проектирование интерфейса пользователя

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ

Проектирование алгоритмов и программ – наиболее ответственный этап жизненного цикла программных продуктов, определяющий, насколько создаваемая программа соответствует спецификациям и требованиям со стороны конечных пользователей. Затраты на создание, сопровождение и эксплуатацию программных продуктов, научно-технический уровень разработки, время морального устаревания и многое другое – все это также зависит от проектных решений.

540