Лекционный материал по ИИС для самостоятельного изучения. 2 Модели представления знаний 2 Логическая модель представления знаний
 Скачать 2.32 Mb.
|
|
Описание и обобщение фактов. Это как бы "сухой остаток" бесед аналитика с экспертом. Тщательность и полнота ведения протоколов во время процесса извлечения и пунктуальная "домашняя работа" над ними - вот залог продуктивного первого этапа познания. 192 На практике оказывается трудным придерживаться принципов объективности и системности, описанных выше. Чаще всего на этом этапе факты просто собирают и как бы бросают в "общий мешок"; опытный инженер по знаниям часто сразу пытается найти "полочку" или "ящичек" для каждого факта, тем самым подспудно готовясь к этапу концептуализации. Рис. 5.5. Структура познания. Установление связей и закономерностей. В голове эксперта связи установлены, хотя часто и неявно; задача инженера - выявить каркас умозаключений эксперта. Реконструируя рассуждения эксперта, инженер по знаниям может опираться на две наиболее популярные теории мышления - логическую и ассоциативную. При этом, если логическая теория благодаря горячим поклонникам в лице математиков широко цитируется и всячески эксплуатируется в работах по искусственному интеллекту, то вторая, ассоциативная, менее известна и популярна, хотя имеет также древние корни. Красота и стройность логической 193 теории не должны заслонять печального факта, что человек редко мыслит в категориях математической логики . Ассоциативная теория представляет мышление как цепочку идей, связанных общими понятиями. Основными операциями такого мышления являются ассоциации, приобретенные на основе различных связей; припоминание прошлого опыта; пробы и ошибки со случайными успехами; привычные ("автоматические") реакции и пр. Построение модели. Для построения модели, отражающей представление субъекта о предметной области, необходим специализированный язык, с помощью которого можно описывать и конструировать те идеализированные модели мира, которые возникают в процессе мышления. Язык этот создается постепенно с помощью понятийного аппарата, принятого в соответствующей предметной области, а также формально-знаковых средств математики и логики. Для эмпирических, предметных областей такой язык пока не разработан, и поле знаний, которое полуформализованным способом опишет аналитик, может быть первым шагом к созданию такого языка. Объяснение и интерпретация моделей. Этот завершающий этап структуры познания является одновременно и частичным критерием истинности полученного знания. Если выявленная система знаний эксперта полна и объективна, то на ее основании можно делать прогнозы и объяснять любые явления из данной предметной области. Обычно базы знаний экспертных систем страдают фрагментарностью и модульностью (несвязанностью) компонентов. Все это не позволяет создавать действительно интеллектуальные системы, которые, равняясь на человека, могли бы предсказывать 194 новые закономерности и объяснять случаи, не указанные в явном виде в базе. Исключением тут являются системы формирования знаний, которые ориентированы на генерацию новых знаний и "предсказание". В заключение перечислим наиболее часто встречающиеся неудачи, связанные с гносеологическими проблемами инженерии знаний : обрывочность, фрагментарность знаний (из-за нарушений принципа системности или ошибок в выборе фокуса внимания); противоречивость знаний (из-за естественной противоречивости природы и общества неполноты извлеченных знаний, некомпетентности эксперта); ошибочная классификация (из-за неправильного определения числа классов или неточного описания класса); ошибочный уровень обобщения (из-за чрезмерной детализации или обобщенности классов объектов). 5.2. Классификация методов извлечения знаний. Изложим классификацию методов извлечения знаний (рис. 10) , что позволит инженерам по знаниям, в зависимости от конкретной задачи и ситуации, выбрать конкретный метод. Из предложенной схемы классификации видно, что основной принцип деления связан с источником знаний. Коммуникативные методы охватывают все виды контактов с живым источником знаний - экспертом, а текстологические касаются методов извлечения знаний из документов (методик, пособий, руководств) и специальной литературы (статей, монографий, учебников). 195 Разделение этих групп методов на верхнем уровне классификации не означает их антагонистичности, обычно инженер по знаниям комбинирует различные методы, например, сначала изучает литературу, затем беседует с экспертами, или наоборот. Рис.5.6. Классификация методов извлечения знаний. В свою очередь, коммуникативные методы можно также разделить на две группы: активные и пассивные. Пассивные методы подразумевают, что ведущая роль в процедуре извлечения знаний как бы передается эксперту, а инженер по знаниям только протоколирует рассуждения эксперта во время его реальной работы по принятию решений или записывает то, что эксперт считает нужным самостоятельно рассказать в форме лекции. В активных методах, напротив, инициатива полностью в руках инженера по знаниям, который активно контактирует с экспертом различными 196 способами - в играх, диалогах, беседах за "круглым столом" и т.д. Пассивные методы на первый взгляд достаточно просты, но на самом деле требуют oт инженера по знаниям умения четко анализировать "поток мыслей" эксперта и выявлять в нем значимые фрагменты знаний. Отсутствие обратной связи (пассивность инженера по знаниям) значительно ослабляет эффективность этих методов, чем и объясняется их обычно вспомогательная роль при активных методах. Активные методы можно разделить на две группы в зависимости от числа экспертов, отдающих свои знания. Если их число больше одного, то целесообразно помимо серии индивидуальных контактов с каждым применять и методы групповых обсуждений предметной области. Такие групповые методы обычно активизируют мышление участников дискуссий и позволяют выявлять весьма нетривиальные аспекты их знаний. В свою очередь, индивидуальные методы на сегодняшний день остаются ведущими, поскольку столь деликатная процедура, как "отъем знаний", не терпит лишних свидетелей. Отдельно следует сказать об играх. Игровые методы сейчас широко используются и социологии, экономике, менеджменте, педагогике для подготовки руководителей, учителей, врачей и других специалистов. Игра - это особая форма деятельности и творчества, где человек раскрепощается и чувствует себя намного свободнее, чем в обычной трудовой деятельности. 197 5.3. Коммуникативные методы извлечения знаний. Пассивные коммуникативные методы. Название "пассивные" не должно вызывать иллюзий, поскольку этот термин введен как противовес к "активным" методам. В реальности же пассивные методы требуют от инженера по знаниям не меньшей отдачи, чем такие активные методы, как игры и диалог. Согласно классификации к этой группе относятся. Наблюдения. В процессе наблюдений инженер по знаниям находится непосредственно рядом с экспертом во время его профессиональной деятельности или имитации этой деятельности; При подготовке к сеансу извлечения эксперту необходимо объяснить цель наблюдений и попросить максимально комментировать свои действия. Во время сеанса аналитик записывает все действия эксперта, его реплики и объяснения. Может быть сделана и видеозапись в реальном масштабе времени. Непременное условие этого метода - невмешательство аналитика в работу эксперта хотя бы на первых порах. Существуют две разновидности проведения наблюдений:наблюдение за реальным процессом и наблюдение за имитацией процесса. Обычно используют обе разновидности. Сеансы наблюдений могут потребовать от инженера по знаниям: овладения техникой стенографии для фиксации действий эксперта в реальном масштабе времени; 198 ознакомления с методиками хронометрирования для четкого структурирования производственного процесса по времени, развития навыков "чтения по глазам", наблюдательности к жестам, мимике и другим невербальным компонентам общения; серьезного предварительного знакомства с предметной областью, так как из-за отсутствия "обратной связи" иногда многое непонятно в действиях экспертов. Протоколы наблюдений после сеансов в ходе домашней работы тщательно расшифровываются, а затем обсуждаются с экспертом. Таким образом, наблюдения - один из наиболее распространенных методов извлечения знаний на начальных этапах разработки. Обычно он применяется не самостоятельно, а в совокупности с другими методами. Анализ протоколов "мыслей вслух". Протоколирование "мыслей вслух" отличается от наблюдений тем, что эксперта просят не просто прокомментировать свои действия и решения, но и объяснить, как это решение было найдено, т.е. продемонстрировать всю цепочку своих рассуждений. Во время рассуждения эксперта все его слова протоколируются инженером по знаниям: при этом полезно отмечать даже паузы и междометия. Вопрос об использовании для этой цели магнитофонов и диктофонов является дискуссионным, поскольку магнитофон иногда действует на эксперта парализующе, разрушая атмосферу доверительности, которая может и должна возникать при непосредственном общении. Основной трудностью при протоколировании "мыслей вслух" является принципиальная сложность для любого человека объяснить, как он думает. При этом существуют экспериментальные психологические доказательства, что 199 люди не всегда в состоянии достоверно описать мыслительные процессы. Кроме того, часть знаний, хранящихся в невербальной форме (например, различные процедурные знания типа "как завязывать шнурки"), вообще слабо кореллируют с их словесным описанием. Автор теории фреймов М.Минский считает, что "только как исключение, а не как правило человек может объяснить то, что он думает". Расшифровка полученных протоколов производится инженером по знаниям самостоятельно с коррекциями на следующих сеансах извлечения знаний. Удачно проведенное протоколирование "мыслей вслух" является одним из наиболее эффективных методов извлечения, поскольку в нем эксперт может проявить себя максимально ярко, он ничем не скован, он как бы свободно парит в потоке своих умозаключений и рассуждений. Для большого числа экспертов это самый приятный и лестный способ извлечения знаний. Лекции. Лекция - самый старый способ передачи знаний. Лекторское искусство издревле высоко ценилось во всех областях науки и культуры. Но нас интересует не столько способность к подготовке и чтению лекций, сколько способность эту лекцию слушать, конспектировать и усваивать. Уже говорилось, что экспертов чаще всего не выбирают, и поэтому инженер по знаниям учить эксперта чтению лекций не сможет. Но если у эксперта опыт преподавателя (например, профессора клиники или опытного руководителя производства), то можно воспользоваться таким концентрированным фрагментом знаний, как лекция. В лекции эксперту предоставлено много степеней свободы для самовыражения; при этом необходимо сформулировать 200 эксперту тему и задачу лекции. При такой постановке опытный лектор может заранее структурировать свои знания, ход рассуждении. От инженера по знаниям в этой ситуации требуется лишь грамотно законспектировать лекцию и в конце задать необходимые вопросы. Продолжительность лекции стандартная - от 40 до 50 мин и через 5-10 мин - еще столько же. Курс - от двух до пяти лекций. Метод извлечения знаний в форме лекций, как и все пассивные методы, используют в начале разработки как эффективный способ быстрого погружения инженера по знаниям в предметную область. Известны основные моменты, позволяющие слушателю - инженеру по знаниям качественно использовать данный метод для извлечения знаний: к лекции подготовьтесь, т.е. познакомьтесь с предметной областью; слушайте с максимальным вниманием. Для этого: устраните мешающие факторы (скрип двери, шорохи и т.д.); удобно устройтесь; поменьше двигайтесь; учитесь отдыхать во время слушания (например, когда лектор приводит цифры, которые найдете в справочнике); слушайте одновременно и лектора, и самого себя (параллельно рассуждениям лектора по ассоциации возникают и собственные мысли); слушайте и одновременно записывайте, но записывайте текст сокращенно, используя условные значки (для всего этого достаточно только установить для себя ряд условных значков и ими неизменно пользоваться); расшифруйте записи лекции в тот же день; 201 не спорьте с лектором во время слушания. Активные коммуникативные методы. Различают активные групповые методы и активные индивидуальные методы. Активные групповые методы. Основное достоинство групповых методов - это возможность одновременного поглощения знаний от нескольких экспертов, взаимодействие которых вносит элемент принципиальной новизны от наложения разных взглядов и позиций. К групповым методам извлечения знаний относятся: 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 202 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", 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). 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.). 203 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 рекомендаций инженеру по знаниям по процедурным вопросам круглого стола перед началом дискуссии: 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. Ролевые групповые игры предусматривают участие в игре нескольких экспертов. К такой игре обычно заранее составляется сценарий, распределяются роли, к каждой роли готовится портрет-описание и разрабатывается система оценивания игроков. Существует несколько способов проведения ролевых игр. В одних играх игроки придумывают себе новые имена и играют под ними; в других - игроки переходят на "ты"; в третьих роли выбирают игроки, в четвертых роли 204 вытягивают по жребию. Роль - это комплекс образцов поведения. Роль связана с другими ролями. "Короля играет свита". Поскольку в нашем случае режиссером и сценаристом является инженер по знаниям, то ему и предоставляется полная свобода в выборе формы проведения игры. Создание игровой обстановки потребует немало фантазии и творческой выдумки от инженера по знаниям. Ролевая игра, как правило, требует некоторых простейших заготовок (например, табличек "Директор", "Бухгалтерия", "Плановый отдел", специально напечатанных инструкций с правилами игры). Но главное, конечно, чтобы эксперты в игре действительно "заиграли", раскрепостились и "раскрыли свои карты". Активные индивидуальные методы.Активные индивидуальные методы извлечения знаний на сегодняшний день наиболее распространенные. В той или иной степени к ним прибегают при разработке практически любой экспертной системы.В этих методах активную функцию выполняет инженер по знаниям, который пишет сценарий и режиссирует сеансы извлечения знаний. Анкетирование - наиболее «жесткий» метод, т.е. наиболее стандартизованный. Инженер по знаниям заранее составляет вопросник или анкету, размножает ее и использует для опроса нескольких экспертов. Это основное преимущество анкетирования. Сама процедура может проводиться двумя способами: аналитик вслух задает вопросы, и сам заполняет анкету по ответам эксперта; 205 эксперт самостоятельно заполняет анкету после предварительного инструктирования. Выбор способа зависит от конкретных условий. Второй способ нам кажется предпочтительнее, так как у эксперта появляется неограниченное время на обдумывание ответов. Вопросник (анкета) заслуживает отдельного разговора. Существует несколько общих рекомендаций при составлении анкет. Эти рекомендации универсальны, т.е. не зависят от предметной области. Наибольший опыт работы с анкетами накоплен в социологии и психологии. Во-первых, анкета не должна быть монотонной и однообразной, т.е. вызывать скуку или усталость. Это достигается вариациями вопросов, сменой тематики, вставкой вопросов-шуток и игровых вопросов. Во-вторых, анкета должна быть приспособлена к языку экспертов. В- третьих, следует учитывать, что вопросы влияют друг на друга, и поэтому последовательность вопросов должна быть строго продумана. В-четвертых, желательно стремиться к оптимальной избыточности. Известно, что в анкете всегда много лишних вопросов, часть из них необходима - это так называемые контрольные вопросы, а другую часть нужно минимизировать. И, наконец, в-пятых, у анкеты должны быть "хорошие мане-ры", т.е. ее язык ясен, понятен, предельно вежлив. Методическим мастерством составления анкеты овладевают только на практике. |