Лекционный материал по ИИС для самостоятельного изучения. 2 Модели представления знаний 2 Логическая модель представления знаний
 Скачать 2.32 Mb.
|
|
Интервью. Под интервью понимаем специфическую форму общения инженера по знаниям и эксперта, в которой инженер по знаниям задает эксперту серию заранее подготовленных вопросов с целью извлечения знаний о предметной области. Наибольший опыт в проведении интервью накоплен также в журналистике и социологии . 206 Интервью очень близко к анкетированию, когда аналитик сам заполняет анкету, занося туда ответы эксперта. Основное отличие в том, что интервью позволяет аналитику опускать ряд вопросов в зависимости от ситуации, вставлять новые вопросы в анкету, изменять темп, разнообразить ситуацию общения. Кроме того, у аналитика появляется возможность "взять в плен" эксперта своим обаянием, заинтересовать его самой процедурой и тем самым увеличить эффективность сеанса извлечения. Теперь подробнее о центральном звене активных индивидуальных методов - о вопросах. Инженеры по знаниям редко задумываются: умеют ли они задавать вопросы? В философии и математике эта проблема обсуждается с давних пор. Существует даже специальная ветвь математической логики - логика вопросов. Вопрос в интервью - это не просто средство общения, но и способ передачи мыслей и позиции аналитика. Отсюда необходимость фиксировать в протоколах не только ответы, но и вопросы, предварительно отработав их форму и содержание. Очевидно, что любой вопрос имеет смысл только в контексте. Поэтому вопросы может готовить инженер по знаниям, уже овладевший ключевым набором знаний. Вопросы для эксперта имеют диагностическое значение - несколько откровенно "глупых" вопросов полностью разочаруют эксперта и отобьют у него охоту к дальнейшему сотрудничеству. Диалог - это метод извлечения знаний в форме беседы инженера по знаниям и эксперта, в которой нет жестко регламентированного плана и вопросника. 207 Это определение не означает, что к свободному диалогу не надо готовиться. Напротив, внешне свободная и легкая форма этого метода требует высочайшей профессиональной и психологической подготовки. Подготовка к свободному диалогу практически может совпадать с предлагаемой в подготовкой к журналистскому интервью. Квалифицированная подготовка к диалогу помогает аналитику стать истинным драматургом или сценаристом будущих сеансов, т.е. запланировать гладкое течение процедуры извлечения - от приятного впечатления в начале беседы к профессиональному контакту, - пробудив интерес и завоевав доверие эксперта. Для обеспечения желания эксперта продолжить беседу необходимо проводить подбадривать эксперта и подтверждать всячески его уверенность в собственной компетентности. Так, в одном из исследований по технике журналистских диалогов экспериментально доказано, что одобрительное и поощрительное "хмыканье" интервьюера увеличивает длину ответов респондента. Чтобы разговорить собеседника, аналитику следует рассказать о себе, о работе, т.е. поговорить самому. В свободном диалоге важно выбрать правильный темп или ритм беседы: без больших пауз, так как эксперт может отвлечься, но и "без гонки", иначе быстро утомляются оба участника и нарастает напряженность; кроме того, некоторые люди говорят и думают очень медленно. Умение чередовать разные темпы; напряжение и разрядку существенно влияет на результат беседы. Подготовка к диалогу так же, как и к другим активным методам извлечения знаний, включает план сеанса 208 извлечения, в котором необходимо предусмотреть следующие стадии: начало беседы (знакомство, создание у эксперта "образа" аналитика, объяснение целей и задач работы); диалог по извлечению знаний; заключительная стадия (благодарность эксперту, подведение итогов, договор о последующих встречах). Экспертные игры. 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, а также компьютерные игры, все чаще применяемые в обучении. 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 209 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. Компьютерные экспертные игры. Идея использовать компьютеры в деловых играх известна давно. Но только когда компьютерные игры взяли в плен практически всех пользователей персональных ЭВМ от мала до велика, стала очевидной особая притягательность игр такого рода. В соответствии с приведенной классификацией экспертные игры делятся на: индивидуальные; групповые. Кроме того можно ввести другие критерии (рис.5.7): по числу участников; использование специального оборудования; применение компьютерной техники. Рис.5.7. Классификация экспертных игр. 210 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.В этом 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. В другой игре 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. Ролевые игры в группе.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 вытягивают по жребию. Роль - это комплекс образцов поведения. Роль связана с другими ролями. "Короля играет 211 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". Игры с тренажерами.Игры с тренажерами в значительной степени ближе не к играм, а к имитационным упражнениям в ситуации, приближенной к действительности. Наличие тренажера позволяет воссоздать почти производственную ситуацию и понаблюдать за экспертом. Тренажеры широко применяют для обучения (например, летчиков или операторов атомных станций). Очевидно, что применение тренажеров для извлечения знаний позволит зафиксировать фрагменты "летучих" знаний, возникающих во время и на месте реальных ситуаций и выпадающих из памяти при выходе за пределы ситуации. Компьютерные экспертные игры. Идея использовать компьютеры в деловых играх известна давно. Но только когда компьютерные игры взяли в плен практически всех пользователей персональных ЭВМ от мала до велика, стала очевидной особая притягательность игр такого рода. 212 5.4. Текстологические методы извлечения знаний. 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. При этом можно выделить две такие смысловые структуры: M1 смысл, который пытался заложить автор, это его модель мира, и М2 смысл, который постигает читатель, в данном случае инженер по знаниям (рис. 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 M2, из-за того, что М1 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. 213 Рис.5.8. 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. Существуют 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. Основными моментами понимания текста являются: выдвижение предварительной гипотезы о смысле всего текста (предугадывание); определение значения непонятных слов (т.е. специальной терминологии); возникновение общей гипотезы о содержании текста (о знаниях); 214 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. Выделяют три вида текстологических методов: анализ специальной литературы; анализ учебников; анализ методик. Перечисленные три метода существенно отличаются, во- вторых, по степени концентрированности специальных знаний, и, во-вторых, по соотношению специальных и фоновых знаний. 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, то есть фоновых знаний, облегчающих понимание для неспециалистов. Поэтому можно 215 рекомендовать для практической работы комбинацию перечисленных методов. Алгоритм извлечения знаний из текста. 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. 5.5. Понятие машинного обучения. Изучение алгоритмов, которые позволяют компьютерам развивать их представления и базы знаний называется машинным обучением. Исследования по этой теме начались еще в середине 1950-х годов. Первые значительные успехи принадлежат программе Артура Самьюэла, которая играла в шашки на уровне профессионала. Она выбирала наиболее подходящий ход исходя из сложившейся ситуации и использовала математические функции, 16 параметров 216 которых описывали позиции на доске. Программа развивала их представление через выяснение значимости ходов для выбора наиболее удачных ходов. Машинное обучение появилось как отдельная область исследований, приблизительно в 1980 и с тех пор была темой семинаров, конференций и журнала "Машинное Обучение", который появился в 1986 году. Многочисленные технологии развивались чтобы позволить компьютерам учиться разными путями. Хотя не было единой теории обучения, различные подходы доказывались вычислительно сильно и когнитивно интересно. Машинное обучение (англ. MachineLearning) — обширный подраздел искусственного интеллекта, изучающий методы построения алгоритмов, способных обучаться. Различают два типа обучения. Обучение по прецедентам (индуктивное обучение) основано на выявлении закономерностей в эмпирических данных. Дедуктивное обучение предполагает формализацию знаний экспертов и их перенос в компьютер в виде базы знаний. Дедуктивное обучение принято относить к области экспертных систем, поэтому термины машинное обучение и обучение по прецедентам можно считать синонимами. Машинное обучение находится на стыке математической статистики, методов оптимизации и дискретной математики, но имеет также и собственную специфику, связанную с проблемами вычислительной эффективности и переобучения. Многие методы индуктивного обучения разрабатывались как альтернатива классическим статистическим подходам. Многие методы 217 тесно связаны с интеллектуальным анализом данных (DataMining). Различаюттриосновныхнаправления в машинном обучении: обучение на примерах, искусственные нейронные сети, генетические алгоритмы. Хотя вместе эти подходы не предлагают полной теории того, как люди и машины учатся, но они представили строгие описания обучения, которые были проверены на компьютерную силу и психологическое соответствие (релевантность). Каждый из этих подходов может быть охарактеризован в терминах ввода, вывода, алгоритмов и приложений. Разные подходы к машинному обучению получили разные приложения к практическим проблемам и когнитивному моделированию. Кратко охарактеризуем каждый подход. Обучение на примерах ( англ. LearningfromExamples) - вид обучения, при котором интеллектуальной системе предъявляется набор положительных и отрицательных примеров, связанных с какой-либо заранее неизвестной закономерностью. В интеллектуальных системах вырабатываются решающие правила, с помощью которых происходит разделение множества примеров на положительные и отрицательные. Качество разделения, как правило, проверяется экзаменационной выборкой примеров. Искусственные нейронные сети (ИНС) — математические модели, а также их программные или аппаратные реализации, построенные по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей — сетей нервных клеток живого организма. Это 218 понятие возникло при изучении процессов, протекающих в мозге, и при попытке смоделировать эти процессы. Первой такой попыткой были нейронные сети Маккалока и Питтса Впоследствии, после разработки алгоритмов обучения, получаемые модели стали использовать в практических целях: в задачах прогнозирования, для распознавания образов, в задачах управления и др. ИНС представляют собой систему соединѐнных и взаимодействующих между собой простых процессоров (искусственных нейронов). Такие процессоры обычно довольно просты, особенно в сравнении с процессорами, используемыми в персональных компьютерах. Каждый процессор подобной сети имеет дело только с сигналами, которые он периодически получает, и сигналами, которые он периодически посылает другим процессорам. И тем не менее, будучи соединѐнными в достаточно большую сеть с управляемым взаимодействием, такие локально простые процессоры вместе способны выполнять довольно сложные задачи. Нейронные сети не программируются в привычном смысле этого слова, они обучаются . Возможность обучения — одно из главных преимуществ нейронных сетей перед традиционными алгоритмами . Технически обучение заключается в нахождении коэффициентов связей между нейронами. В процессе обучения нейронная сеть способна выявлять сложные зависимости между входными данными и выходными, а также выполнять обобщение . Это значит, что в случае успешного обучения сеть сможет вернуть верный результат на основании данных, которые отсутствовали в обучающей выборке, а также неполных и/или «зашумленных», частично искаженных данных. 219 Генетический алгоритм ( англ. geneticalgorithm) — это эвристический алгоритм поиска, используемый для решения задач оптимизации и моделирования путѐм случайного подбора, комбинирования и вариации искомых параметров с использованием механизмов, напоминающих биологическуюэволюцию Является разновидностью эволюционных вычислений . Отличительной особенностью генетического алгоритма является акцент на использование оператора «скрещивания», который производит операцию рекомбинации решений-кандидатов, роль которой аналогична роли скрещивания в живой природе. «Отцом- основателем» генетических алгоритмов считается Джон Холланд ( англ. ), книга которого «Адаптация в естественных и искусственных системах» (1975) является основополагающим трудом в этой области исследований. Вопросы для самостоятельного изучения (ознакомления). 1. Предметное (фактуальное) и проблемное (операционное) знания. 2. Понятие нечетких знаний и нечеткого вывода. 3. Немонотонность вывода. 4. Структура нейронных сетей. 5. Бизнес-приложения методов ИАД. 6. Программные продукты в области ИАД на рынке программного обеспечения. 7. Машинное обучение на примерах. 8. Искусственный интеллект в робототехнике. |