ТЕХНОЛОГІЇ МЕНЕДЖМЕНТУ ЗНАНЬ

Широке розповсюдження об’єктно-орієнтованих мов програмування C++, CLOS, Smalltalk і ін. успішно демонструє життєздатність і перспективність цього підходу.

2.4.4. Об’єктно-структурний підхід (ОСП)

Можна запропонувати як базисну парадигму методології структурного аналізу знань і формування поля знань Pz узагальнений об’єктно-структурний підхід (ОСП), послідовно розроблений від математичного обґрунтування до технології і програмної реалізації. Основні постулати цієї парадигми запозичені з ООП і розширені.

1.Системність (взаємозв’язок між поняттями).

2.Абстрагування (виявлення істотних характеристик поняття, які відрізняють його від інших).

3.Ієрархія (ранжування на впорядковані системи абстракцій).

4.Типізація (виділення класів понять із частковим спадкуванням властивостей у підкласах).

5.Модульність (розбиття завдання на підзадачі або “можливі

світи”).

6.Наочність і простота нотації.

Використання п’ятого постулату ОСП в інженерії знань дає змогу будувати глобальні БЗ із можливістю виділити локальні завдання за допомогою горизонтальних і вертикальних перетинів на окремі модулі простору-опису предметної області.

Шостий постулат внесений у список останнім, але не за значущістю. В інженерії знань формування Pz традиційно є критичною точкою, оскільки створювана неформальна модель предметної області повинна бути гранично зрозумілою і лаконічною. Традиційно мовою інженерії знань були діаграми, таблиці та інші графічні елементи, що сприяють наочності уявлень. Саме тому пропонований у цій роботі підхід до мови пов’язаний з можливою візуалізацією процесу проектування.

ОСП дає можливість наочно і компактно відобразити об’єкти і відносини предметної області на основі використання шести постулатів.

Об’єктно-структурний підхід має на увазі інтегроване використання сформульованих вище постулатів від першої до останньої стадій

71

розроблення БЗ інтелектуальних і навчальних систем. На основі ОСП пропонується алгоритм об’єктно-структурного аналізу (ОСА) предметної області, що дає змогу оптимізувати і упорядкувати доволі розмиті процедури структуризації знань.

Стратифікація знань

Основи ОСА були успішно застосовані під час розроблення ЕС (таких як МІКРОЛЮШЕР і АВЕКС).

ОСА має на увазі дезагрегацію ПО, як правило, на вісім страт або шарів (табл. 2.1).

Об’єктно-структурний аналіз має на увазі розроблення і використання матриці ОСА (див. табл. 2.2), що дає змогу всю зібрану інформацію дезагрегувати послідовно по шарах-стратах (вертикальний аналіз), а потім по рівнях – від рівня проблеми до рівня підзадачі (горизонтальний аналіз). Або навпаки – спочатку по рівнях, а потім по стратах.

72

Таблиця 2.2

Матриця об’єктно-структурного аналізу

За потребою число страт може бути збільшено. Своєю чергою, знання кожної страти піддаються подальшому ОСА й декомпозуються на складові

emn ,

де m – номер рівня; n – номер страти, а еmn належить множині К всіх концептів (понять) предметної області.

Матриця (2.1) є матрицею над К. Нехай М(К) – сукупність всіх mxn матриць над К. Тоді можна визначити клітинну матрицю Е, у якій:

m=m1+…+mk; n=n1+…+nl,

де m i n – цілі додатні числа Е Mmn (К), і її можна зобразити у вигляді

де Est Mst (K), s 1,..., k;t 1,...,l.

Матриця Е є несиметричною, оскільки частина клітинних елементів Еst можуть піддаватися декомпозиції, а частина відображає деякі базисні атомарні концепти з К, що не підлягають деталізації.

Пропонований підхід припускає реалізацію концепції послідовного генезису ОСП через ОСА до об’єктно-структурного розроблення (ОСР).

Алгоритм ОСА

Алгоритм ОСА (об’єктно-структурного аналізу) призначений для детальної практичної структуризації знань ПО. В основу ОСА закладений алгоритм заповнення ОСА-матриці Emn. Алгоритм містить послідовність аналітичних процедур, що дають змогу спростити і оптимізувати процес структуризації. Алгоритм поділяється на дві складові:

А_І. Глобальний (вертикальний) аналіз, що передбачає розбиття ПО на методологічні страти (Які-Знання, Як-Знання тощо) на рівні всієї ПО. У результаті заповнюється перший стовпець матриці (2.2).

А_ІІ. Аналіз страт (горизонтальний), що передбачає побудову багаторівневих структур за окремими стратами. Число рівнів n визначається особливостями стратифікованих знань ПО і може істотно відрізнятися для різних страт. З боку методології n < 3 свідчить про слабке опрацювання ПО.

Перший рівень відповідає рівню всієї ПО (рівень області). Другий – рівню проблеми, виділеної для вирішення. Третій – рівню конкретного виконуваного завдання. Подальші рівні відповідають підзадачам, якщо має сенс їх виділяти.

Можливе як послідовне застосування висхідної (bottom-up) і спадної концепцій (top-down), так і їхнє одночасне застосування.

74

Глобальний аналіз

Технологія глобального аналізу зводиться до розбиття простору основного завдання структуризації ПО на підзадачі, що відповідають особливостям ПО. Для розроблення інтелектуальних систем існує мінімальний набір s-страт, що забезпечує формування БЗ. Мінімальний набір об’єднує три страти:

s3 – формування концептуальної структури Sk; s4 – формування функціональної структури Sf; s7 – формування підсистеми пояснень Sо.

Формування інших страт дає змогу істотно оптимізувати процес розроблення і уникнути багатьох традиційних помилок проектування. Страти s4 і s5 є додатковими і формуються у разі, коли знання предметної області істотно залежать від тимчасових і просторових параметрів (системи реального часу, планування дій роботів тощо). Алгоритм А_1 глобального аналізу може бути коротко сформульований отже:

А_1_1. Зібрати всі матеріали з ідентифікації завдання і за результатами з витягу знань.

А_1_2. Вибрати набір страт N, що підлягають формуванню (Nmin=3). А_1_3. Відібрати всю інформацію з першої обраної страти ( i–1, де i –

номер з вибраного набору страт N).

А_1_4. Повторити крок А_1_3 для i+1 для всіх вибраних страт до N. А_1_5. Якщо частина інформації залишиться невикористаною,

збільшити число страт і повторити для нових страт крок А_1_3; інакше перейти до послідовної реалізації алгоритмів горизонтального аналізу страт А_2.

Аналіз страт

Послідовність кроків горизонтального аналізу залежить від номера страти, але фактично зводиться до реалізації дуальної концепції структуризації для розв’язвання конкретної підзадачі.

Нижче пропонується алгоритм ОСА для однієї з обов’язкових страт s3 (Що-Аналіз), результатом якого є формування концептуальної структури предметної області Sk.

А_2_3_1. З групи інформації, що відповідає Що-Страті, вибрати всі значущі поняття і сформулювати відповідні концепти.

А_2_3_2. Виявити наявні ієрархії і зафіксувати їх графічно у вигляді структури.

75

А_2_3_3. Деталізувати концепти, користуючись спадною концепцією

(top-down).

А_2_3_4. Утворити мшароняття за концепцією (bottom-up). А_2_3_5. Вилучити повтори, надмірність і синонімію.

А_2_3_6. Обговорити поняття, що не увійшли в структуру Sf, з експертом і перенести їх в інші страти або вилучити.

А_2_3_7. Отриманий граф або набір графів поділити на рівні і позначити – відповідно до матриці ОСА (2.1).

Запитання для повторення та контролю знань

1.Що таке інженерія знань?

2.Що таке поле знань?

3.Як виглядає мова опису поля знань?

4.Як задаються мови семіотичного моделювання?

5.Що входить в семіотику?

6.Як виглядає семіотична модель поля знань?

7.Чи можуть особливості предметної області вплинути на форму і зміст компонентів структури поля знань?

8.Як виглядає узагальнена синтаксична структура поля знань?

9.Як задається понятійна структура предметної області?

10.Як задається семантика поля знань?

11.Як визначити: чи рівні семантики поля знань?

12.Як відбувається інтерпретація інформації різними експертами? Наведіть приклади.

13.Як задається прагматика поля знань?

14.Що таке “піраміда” знань?

15.Які існують стратегії одержання знань?

16.Яка процедура називається видобуванням знань?

17.У чому полягає складність процесу видобування знань?

18.Який процес називається придбанням знань?

19.Дайте означення терміна формування знань.

20.Як навчання на прикладах пов‟язане з машинним навчанням?

21.Які існують стратегії одержання знань під час розроблення інтелектуальних систем?

22.Які є аспекти процедури видобування знань?

23.Який аспект процедури видобування знань є головним? Поясніть

чому.

24.Наведіть чотири основні рівні спілкування.

76

25.Чому відбуваються втрати інформації під час розмовного спіл-

кування?

26.Які існують структурні компоненти моделі спілкування під час видобування знань?

27.Які існують психологічні аспекти видобування знань?

28.У чому полягає суть контактного шару?

29.У чому полягає суть процедурного шару?

30.У чому полягає суть когнітивного шару?

31.У чому полягає суть лінгвістичного аспекту видобування знань?

32.Які шари лінгвістичних проблем можна виділити в інженерії

знань?

33.Що є відображенням “внутрішньої мови” експерта й аналітика?

34.Чому існує неоднозначна інтерпретація термінів двома фахів-

цями?

35.Чому існують проблеми формування понятійної структури?

36.Як задається лінгвістичний еквівалент ієрархії?

37.Для чого потрібен словник користувача?

38.У чому полягає суть гносеологічного аспекту видобування знань?

39.Поясніть гносеологічний ланцюжок.

40.Які існують рівні структури знань?

41.Які існують основні характеристики емпіричного знання?

42.У чому полягає суть системно-структурного підхіду до пізнання?

43.Чому коректніше говорити про глибину розуміння, ніж про об‟єктивність знання?

44.Як виглядає структура пізнання?

45.Як здійснювати опис і узагальнення фактів?

46.Які операції традиційної логіки використовує інженер зі знань?

47.Як відбувається встановлення логічних і математичних зв‟язків, дедукція і індукція законів?

48.Як відбувається побудова моделі, що ідеалізується?

49.Як відбувається пояснення і прогноз явищ?

50.У чому полягає суть теоретичних аспектів структурування знань?

51.Чому методи структуризації інформації традиційно використовують ієрархічний підхід?

52.Який підхід називається блочно-ієрархічним?

53.Які існують традиційні методології структуризації?

54.У чому полягає суть об‟єктно-структурного підходу формування поля знань?

55.Як відбувається стратифікація знань предметної області?

56.Наведіть приклад матриці об‟єктно-структурного аналізу.

57.У чому полягає суть алгоритму об‟єктно-структурного аналізу?

77

Розділ 3

ТЕХНОЛОГІЇ МЕНЕДЖМЕНТУ ТА ІНЖЕНЕРІЇ ЗНАНЬ

Класифікація методів практичного видобування знань

Комунікативні методи видобування знань

Текстологічні методи видобування знань

Розглянуто практичні методи одержання знань, їхню класифікацію та принципи використання. Спочатку детально описано комунікативні методи, а потім текстологічні методи видобування знань.

3.1. Класифікація методів практичного видобування знань

Детально розглянувши у попередньому розділі теоретичні аспекти інженерії знань, однак, в явному вигляді не визначено, яким практичним методом можна одержати ці знання. У неявному вигляді передбачалось, що це деяка взаємодія інженера зі знань та експерта, що відбувається у процесі безпосереднього живого спілкування. Проте, це не єдина форма одержання знань, хоча достатньо поширена. У працях [27, 96] йдеться про близько 15 ручних (неавтоматизованих) методів видобування і понад 20 автоматизованих методів одержання і формування знань.

Рис. 3.1 ілюструє запропоновану класифікацію методів видобування, в якій використовуються найвживаніші терміни, що дасть змогу інженерам зі знань залежно від конкретної задачі та ситуації обрати метод, який найбільш влаштовує.

78

Рис. 3.1. Класифікація методів видобування знань

Із запропонованої схеми класифікації видно, що основний принцип поділу пов’язаний із джерелом знань.

Комунікативні методи видобування знань охоплюють методи та процедури контактів інженера зі знань з безпосереднім джерелом знань – експертом, а текстологічні об’єднують методи видобування знань з документів (методик, посібників, інструкцій) та спеціальної літератури (статей, монографій, підручників).

Поділ цих груп методів на верхньому рівні класифікації не означає їх антагоністичності, зазвичай інженер зі знань комбінує різні методи. Наприклад, спочатку вивчає літературу, після цього спілкується з експертами, або навпаки.

Водночас комунікативні методи також можна поділити на дві групи: активні та пасивні. Пасивні методи передбачають, що головна роль у процедурі видобування, передається експерту, а інженер зі знань лише складає протокол міркувань експерта під час його реальної роботи з прийняття рішень або записує те, що, на його думку, варто самостійно розповісти у формі лекції. В активних методах, навпаки, ініціативу подає інженер зі знань, який активно контактує з експертом різноманітними способами – в іграх, діалогах, бесідах за круглим столом тощо.

79

Ще раз наголосимо на тому, що активні та пасивні методи можуть чергуватися навіть у межах одного сеансу видобування знань. Наприклад, якщо інженер зі знань сором’язливий і не має великого досвіду, то спочатку він може використовувати пасивні методи, а поступово, краще знайомлячись з експертом, захоплювати ініціативу і переходити в “наступ”.

Пасивні методи на перший погляд достатньо прості, але насправді вимагають від інженера зі знань вміння чітко аналізувати потік відомостей від експерта і виявляти в них значущі фрагменти знань. Відсутність зворотнього зв’язку (пасивність інженера зі знань) значно зменшує ефективність цих методів. Саме цим пояснюється їх допоміжне значення за активних методів.

Активні методи можна поділити на дві групи залежно від кількості експертів, які віддають свої знання. Якщо їх більше ніж один, то доцільно, окрім індивідуальних контактів з кожним, застосовувати ще й метод групових обговорень предметної області. Такі групові методи зазвичай активізують міркування учасників дискусії та дають змогу виявляти достатньо нетривіальні аспекти їх знань. Водночас, індивідуальні методи сьогодні залишаються головними, оскільки така делікатна процедура, як “видобування знань”, не може відбуватись із зайвими свідками.

Окремо варто сказати про ігри. Ігрові методи зараз широко використовують в соціології, економіці, менеджменті, в педагогіці для підготовки керівників, вчителів, лікарів та інших спеціалістів. Гра – це особлива форма діяльності та творчості, де людина стає розкутою і почувається дещо вільніше, ніж у звичайній трудовій діяльності.

На вибір методу впливають три фактори: особисті риси інженера зі знань, особисті риси експерта і характеристика предметної області.

Одна з можливих класифікацій людей за психологічними характеристиками ділить всіх на три типи:

мислитель (пізнавальний тип); співбесідник (емоційно-комунікативний тип); практик (практичний тип).

Мислителі зорієнтовані на інтелектуальну роботу, навчання, теоретичне узагальнення і мають такі характеристики когнітивного стилю, як полінезалежність і рефлективність (див. попередній розділ).

80