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 характеризують лише поверхневу складову знань експерта, не торкаючись 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 спрямовані безпосередньо на випробуване. 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 разі дослідник отримує чисельно подані стандартизовані дані, що легко піддаються статистичному опрацюванню.

Психосемантика – як один з нових напрямів сучасної пси­холо- гії – відразу була оцінена фахівцями в галузі штуч­ного інтелекту як перспективний інструмент, що дає змогу ре­конструювати семантичний простір пам’яті як психологічну модель глибинної структури знань експерта. Уже перші досяг­нення психосемантики в середині 80-х рр. XX ст. дали можливість одержати доволі наочні результати. У пси­хології семантичні простори виступають як модель категоріальної структури індивідуальної свідомості. В концептуальному аналізі знань структуру семантичного простору експерта можна вва­жати основою для формування поля знань. 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 дає змогу групувати низку окремих ознак опису в місткіші категорії-фактори. Мовою поля знань, це – побудова концептів вищого рівня абстракції. У 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, у такий спосіб передбачає 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 коливатися. Ця особливість семантичних просторів може бути використана на стадії контролю в процесі навчання, під час тестування експериментів і користувачів.

Так, для перевірки знань і розуміння англійської мови в роботі [118] було взято десять найпоширеніших приймен­ників, які доволі важко перекладати. На екрані дисплея ви­пробовуваному пропонували кілька прийменників і запитува­ли, чи часто в нього викликає труднощі вибір одного із цих прийменників. Ступінь затруднення оцінювали в балах від 1 до 9. На основі цих даних методами багатомірного граду­ювання 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.

Найчіткіша й найзв’язніша структура наведена на рис. 4.1. За її допомогою можна пояснити особливості диференціації прий­менників в англійській мові. Основу структури подано у ви­гляді кола, близькі крапки на якому відповідають прийменни­кам, що 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. Аналізуючи індивідуальні семан­тичні простори 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) визначатиме рівень знань новачка.

Рис. 4.1. Семантичний простір близькості англійських прийменників

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] описано подібний експеримент. Отри­мані когні­тивні структури знань досвідченого льотчика-винищувача й пілота-новачка з використанням двох методів: багато­вимірного градуювання (алгоритм MDS – Alscal) і мережного градуювання із урахованими 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 опрацьовували із застосуванням обох алго­ритмів градуювання.

Відповідно до алгоритмів MDS кожний концепт, що вира­жає деяке поняття, вміщують в k-вимірний простір так, що відстань між точками характеризує 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.

Результівні 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, низку 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 здійс­нене в галузі 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 показано на рис. 4.2. Екс­перимент засвідчив, що всіх програмістів на основі аналізу структури семантичного простору можна поділити на три групи: но­вачки, недосвідчені фахівці середнього рівня, досвідчені фахівці. Цей вис­новок збігається з результатами, отриманими в роботі [29]. Крім того, досліджували еволюцію когнітивної структури програміста в міру його розвитку 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 запропоновано пару 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 на семантичну.

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

• кластерний аналіз породжує деревоподібну структуру;

• багатомірне градуювання й факторний аналіз – просто­рову;

• алгоритм МDS – мережну;

• репертуарні решітки – конструкти або мета-виміри.

Таблиця 4.1