Многообразие задач, ситуаций и источников знаний обусло­вило появление большого количества методов извлечения, при­обретения и формирования знаний. Одна из возможных класси­фикаций методов извлечения знаний приведена на рис.1.1, на первом уровне которой выделены два больших класса. Первый класс образуют коммуникативные методы, которые ориентированы на непосредственный контакт инженера по знаниям с экс­пертом (источником знаний), второй класс — текстологические методы, основанные на приобретении знаний из документов и специальной литературы.

Рис. 1.1. Классификация методов извлечения знаний

Коммуникативные методы. Они разделяются на пассивные и активные. В пассивных методах ведущую роль играет эксперт, в активных — инженер по знаниям. При решении конкретных за­дач, как правило, используются как пассивные, так и активные методы. Активные методы делятся на индивидуальные и групповые. В групповых методах знания получают от множества экспер­тов, в индивидуальных — от единственного эксперта. Индивиду­альные методы получили более широкое применение на практи­ке по сравнению с групповыми.

Пассивные коммуникативные методы включают наблюдение, анализ протоколов «мыслей вслух», процедуры извлечения зна­ний из лекций.

Метод наблюдения является одним из наиболее применяемых на начальных этапах разработки экспертных систем. Его суть за­ключается в фиксировании всех действий эксперта, его реплик и объяснений. При этом аналитик не вмешивается в работу экс­перта, а только наблюдает за процессом решения реальных задач либо за решением проблем, имитирующих реальные задачи. На­блюдения за процессом решения реальных задач позволяют ин­женеру по знаниям глубже понять предметную область. Однако эксперт в этом случае испытывает большое психологическое на­пряжение, понимая, что осуществляет не только свою професси­ональную деятельность, но и демонстрирует ее инженеру по знаниям.

Метод анализа протоколов «мыслей вслух» отличается от мето­да наблюдения тем, что эксперт не только комментирует свои действия, но и объясняет цепочку своих рассуждений, приводя­щих к решению. Основной проблемой, возникающей при ис­пользовании этого метода, является принципиальная сложность для любого человека словесного описания собственных мыслей и действий. Повысить полноту и качество извлекаемых знаний можно за счет многократного уточняющего протоколирования рассуждений эксперта.

Метод извлечения знаний из лекций предполагает, что эксперт передает свой опыт инженеру по знаниям в форме лекций. При этом инженер по знаниям может заранее сформулировать темы лекций. Если этого не удается сделать, то когнитолог конспекти­рует лекции и задает вопросы. Качество информации, предостав­ленной экспертом в ходе лекции, определяется четкостью сфор­мулированной темы, а также способностями лектора в структу­рировании и изложении своих знаний и рассуждений.

Сравнительные характеристики пассивных методов извлече­ния знаний приведены в табл. 1.2.

Одна из возможных классификаций людей по психологичес­ким характеристикам делит всех на три типа:

• мыслитель (познавательный тип);
• собеседник (эмоционально-коммуникативный тип);
• практик (практический тип).

Мыслители ориентированы на интеллектуальную работу, уче­бу, теоретические обобщения и обладают свойствами поленезависимости и рефлексивности. Собеседники — общительные, от­крытые люди, готовые к сотрудничеству. Практики предпочита­ют действия разговорам, хорошо реализуют замыслы других.

Таблица 1.2

Сравнительные характеристики пассивных методов извлечения знаний

Предметные области отличаются уровнем документирован­ное™ и структурированности.

• хорошо структурированными (с четкой аксиоматизацией, широким применением математического аппарата, устоявшейся терминологией);
• среднеструктурированными (с определившейся терминоло­гией, развивающейся теорией, явными взаимосвязями между яв­лениями);
• слабоструктурированными (с размытыми определениями, богатым эмпирическим материалом, скрытыми взаимосвязями).

Рис. 1.3. Классификация предметных областей по уровню документированности:

Активные индивидуальные методы включают методы анкети­рования, интервьюирования, свободного диалога и игры с экс­пертом. Сравнительный анализ методов данной группы приведен в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Сравнение активных индивидуальных методов

Преимуществом методов анкетирования является то, что ан­кета или вопросник составляются инженером по знаниям зара­нее и используются для опроса экспертов. Составление анкеты следует проводить с учетом рекомендаций, выработанных в соци­ологии и психологии. Основными требованиями к анкетам явля­ются следующие:

1. Анкета не должна быть монотонной и однообразной, чтобы не вызывать скуку или усталость. Для этого необходимо разнообразить тематику и форму задания вопросов, включить вопросы-шутки и применить стиль игры.
2.  Анкета должна быть приспособлена к языку эксперта.
3. Следует учитывать, что вопросы влияют друг на друга, по­этому важно расположить их в правильной последовательности.
4. В анкете должно содержаться оптимальное число избыточ­ных вопросов, часть которых предназначена для контроля пра­вильности ответов, а другая часть — для снятия напряжения.

Метод интервьюирования отличается от метода анкетирова­ния тем, что позволяет аналитику опускать ряд вопросов в зави­симости от ситуации, вставлять новые вопросы в анкету, изме­нять темы и разнообразить ситуацию общения. Важную роль в методе интервьюирования играют вопросы, классификация ко­торых показана на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Классификация вопросов при интервьюировании

Открытый вопрос называет тему или предмет, оставляя эксперту полную свободу в отношении формы и содержания от­вета. Закрытый вопрос предлагает эксперту выбрать ответ из предложенного набора.

Личный вопрос непосредственно касается личного опыта экс­перта. Безличный вопрос направлен на выявление наиболее рас­пространенных закономерностей предметной области.

Прямой вопрос непосредственно указывает на интересую­щий предмет или тему (используется при «зажатости» эксперта). Косвенный вопрос исподволь затрагивает рассматриваемую проблему.

Вербальный вопрос — традиционный устный вопрос. Вопрос с использованием наглядного материала позволяет разнообразить интервью и снять усталость эксперта (используются фотографии, рисунки, карточки).

Основной вопрос направлен на выявление знаний. Зондирую­щий вопрос направляет рассуждения эксперта в нужную сторону. Контрольный вопрос проверяет достоверность и объективность информации, полученной в интервью ранее.

Нейтральный вопрос подчеркивает беспристрастность инже­нера по знаниям к предмету исследования. Наводящий вопрос ориентирует эксперта принять во внимание позицию инженера по знаниям.

Дополнительно в интервью рекомендуется включать следую­щие вопросы: контактные (снимающие психологический барьер между аналитиком и экспертом), буферные (разграничивающие отдельные темы интервью), оживляющие память экспертов (ре­конструирующие отдельные случаи из практики), «провоцирую­щие» (способствующие получению неподготовленных ответов).

При использовании метода интервьюирования следует иметь в виду, что его эффективность во многом определяется языком вопросов (понятностью, лаконичностью, терминологией); по­рядком вопросов (логическая последовательность); уместностью вопросов (этичностью и вежливостью).

Прежде чем готовить вопросы, аналитик должен овладеть ключевым набором знаний исследуемой предметной области, поскольку любой вопрос имеет смысл только в контексте.

Метод свободного диалога позволяет извлекать знания в фор­ме беседы с экспертом, поэтому здесь не предусматривается ис­пользование жесткого вопросника или плана. В то же время под­готовка к свободному диалогу должна проводиться по специаль­ной методике, в которую входит общая, специальная, конкретная и психологическая подготовка. Общая подготовка направлена на повышение научной эрудиции, овладение общей культурой, зна­комство с системной методологией. Специальная подготовка сводится к овладению теорией и навыками интервьюирования. Конкретная подготовка предполагает изучение предметной обла­сти, подготовку ситуации общения, знакомство с экспертом, тес­тирование эксперта. Психологическая подготовка включает зна­комство с теорией общения и с когнитивной психологией.

Игры с экспертом существенно отличаются от приведенных выше индивидуальных активных методов извлечения знаний и рассматриваются в классе групповых активных методов, где осо­бое место принадлежит ролевым и экспертным методам.

Активные групповые методы включают «мозговой штурм», дискуссии за круглым столом и ролевые игры. Групповые методы позволяют творчески интегрировать знания множества экспер­тов. Сравнительный анализ методов приведен в табл. 1.6.

Метод «мозгового штурма» — один из наиболее известных и широко применяемых методов генерирования новых идей путем творческого сотрудничества группы специалистов. Являясь в не­котором смысле единым мозгом, группа пытается штурмом преодолеть трудности, мешающие разрешить рассматриваемую про­блему. В процессе такого штурма участники выдвигают и разви­вают собственные идеи, стимулируя появление новых и комби­нируя их. Для обеспечения максимального эффекта «мозговой штурм» должен подчиняться определенным правилам и основы­ваться на строгом разделении во времени процесса выдвижения идей и процесса их обсуждения и оценки. На первой стадии штурма запрещается осуждать выдвинутые идеи и предложения (считается, что критические замечания уводят к частностям, пре­рывают творческий процесс, мешают выдвижению идей). Роль аналитика состоит в том, чтобы активизировать творческое мыш­ление участников заседания и обеспечить выдвижение возможно большего числа идей.

Таблица 1.6 Сравнение активных групповых методов извлечения знаний

После выдвижения идей выполняются тщательное их обсуж­дение, оценка и отбор лучших. На стадии обсуждения участники «мозгового штурма» должны сконцентрироваться на положи­тельных сторонах идей, найти в них рациональные зерна и пред­ложить направления их развития. Выдвигаемые в процессе об­суждения дополнительные идеи могут базироваться на идеях дру­гих участников или, наоборот, служить для них фундаментом, ка­тализатором. Значительный эффект дает комбинирование идей при одновременном выявлении преимуществ и недостатков син­тезируемых при этом вариантов.

Метод «мозгового штурма» эффективен при решении не слишком сложных задач общего организационного характера, когда проблема хорошо знакома всем участникам заседания и по рассматриваемому вопросу имеется достаточная информация. Существует ряд модификаций этого метода.

Индивидуальный «мозговой штурм» проводится по тем же пра­вилам, что и коллективный, но выполняется одним экспертом, который одновременно генерирует идеи, дает им объективную оценку и критикует их.

Массовый «мозговой штурм» проводится в массовой аудито­рии (до нескольких десятков человек). Отбор идей проводится на промежуточных этапах. Эксперты группируются по 6 — 8 чело­век, при этом важно, чтобы непосредственное отношение к зада­че имел лишь руководитель группы, а остальные были лишь зна­комы с нею (иначе амбиции могут сыграть негативную роль). Штурм проводится в два этапа. На первом этапе оперативные группы осуществляют прямой коллективный «мозговой штурм».

При этом желательно, чтобы каждая группа работала над задачей, наиболее близкой по тематике к профилю вошедших в нее спе­циалистов. На втором этапе руководители каждой группы в тече­ние нескольких минут оценивают выдвинутые идеи, отбирают из них наиболее интересные и сообщают их на «пленарном засе­дании».

Двойной «мозговой штурм» органически соединяет в себе про­цессы генерирования идей и их доброжелательной позитивной критики.

Обратный «мозговой штурм» отличается от прямого тем, что в нем больше внимания уделяется критике высказанных идей.

Метод дискуссии за круглым столом предполагает равноправ­ное обсуждение экспертами поставленной проблемы. Отличи­тельной особенностью метода дискуссии является коллективное рассмотрение предметной области с разных точек зрения и ис­следование спорных гипотез.

Экспертные игры предназначены для извлечения знаний и ба­зируются на деловых, диагностических и компьютерных играх (табл. 1.7).

По числу участников игры подразделяют на индивидуальные (игры с экспертом) и групповые (ролевые игры в группе). По применению специального оборудования — игры с тренажерами и игры без реквизита. Особый класс представляют собой компьютерные игры.

В играх с экспертом инженер по знаниям берет на себя чью-нибудь роль в моделируемой ситуации. Ролевые игры в группе предусматривают участие в игре нескольких специалистов. Уча­стники игры наделяются определенными ролями, а собственно игра проводится по составленному когнитологом сценарию. В целях повышения эффективности ролевых игр в них необходимо вводить элементы состязательности.

Игры с применением тренажеров позволяют зафиксировать трудно уловимые знания, которые возникают в реальных ситуа­циях и могут быть потеряны при выходе из них.

Компьютерные экспертные игры в настоящее время использу­ются в основном в целях обучения. Они полезны для «разминки» экспертов перед сеансом извлечения знаний.

Таблица 1.7

Текстологические методы включают методы извлечения зна­ний, основанные на изучении текстов учебников, специальной литературы и документов. Текстология — это наука, целью которой является практическое прочтение текстов, изучение и интер­претация литературных источников, а также рассмотрение семи­отических, психолингвистических и других аспектов извлечения знаний из текстов. Схема извлечения знаний из специальных текстов приведена на рис. 4.10, где— смысл, заложенный ав­тором и основанный на его собственной модели мира; — смысл, который постигает инженер по знаниям;— интерпрета­ция текста, изложенного словесно; Т— словесное изложение зна­ний; V — результат вербализации.

Рис. 1.8. Схема извлечения знаний из текста

Научный текст Т, который формируется автором на основе модели М₁ включает в себя пять компонентов, пофуженных в языковую среду— первичный материал наблюдений;— система научных понятий;— субъективный взгляд автора;— дополнительная информация, не касающаяся научного знания (общие места);— заимствования. На процесс понимания (интерпретации)и на модель М₂ влияют следующие компоненты:— экстракт компонентов, почерпнутый из текста— предварительные знания аналитика о предметной области; е — общенаучная эруди­ция инженера по знаниям;— личный опыт аналитика.

Автор книги, являющийся в данном случае экспертом, на ос­новании собственной модели мирапишет книгу, представляя свои знания в виде текста (см. рис. 1.8). Затем инженер по зна­ниям на основании своей модели знанийи информации, почерпнутой из текста Т, интерпретирует знания эксперта. Схема процесса извлечения знаний из текста показывает, что смысл М₁, заложенный автором книги, отличается от смысла М₂, который постигает читатель (инженер по знаниям). Эти различия определяются тем, насколько развиты факторыу конкретного аналитика (читателя).

Немецкий философ и языковед В. фон Гумбольдт так охаракте­ризовал сложную и трудно формализуемую процедуру взаимного понимания людей: «Люди понимают друг друга не потому, что пе­редают собеседнику знаки предметов, и даже не потому, что взаим­но настраивают друг друга на точное и полное воспроизведение идентичного понятия, а потому, что взаимно затрагивают друг в друге одно и то же звено цепи чувственных представлений и зачат­ков внутренних понятий, прикасаются к одним и тем же клавишам инструмента своего духа, благодаря чему у каждого вспыхивают в сознании соответствующие, но не тождественные смыслы».

Особую сложность представляет извлечение знаний из спе­циальной литературы и методик, поскольку в них очень высока степень концентрации специальных знаний.

Простейший алгоритм извлечения знаний из текстов включает следующие шаги.

1.  Составить «базовый» список литературы для ознакомления с предметной областью.
2. Выбрать текст для извлечения знаний.
3. Беглое знакомство с текстом. Провести консультации со специалистами для определения значений незнакомых слов.
4. Сформировать первую гипотезу о макроструктуре текста.
5. Внимательно прочитать текст и выписать ключевые слова и выражения, определив тем самым «смысловые вехи».
6. Определить связи между ключевыми словами, разработать макроструктуры текста в форме фафа или реферата.
7. Сформировать новое представление знаний на основании макроструктуры текста.