Проблемы структурирования знаний

В настоящее время для структурирования знаний использу­ются структурный и объектный подходы. Структурный подход основан на идее алгоритмической декомпозиции, где каждый модуль системы выполняет один из важных этапов общего про­цесса.

В рамках структурного подхода разработано большое чис­ло выразительных средств: диаграммы потоков данных, структу­рированные словари (тезаурусы), языки спецификаций систем, таблицы решений, стрелочные диаграммы, диаграммы перехо­дов, деревья целей, средства управления проектом (PERT-диаграммы) и др.

Объектный (объектно-ориентированный) подход связан с объ­ектной декомпозицией, при которой каждый объект рассматри­вается как экземпляр определенного класса. К базовым поняти­ям этого подхода относятся следующие:

• Абстрагирование, которое М. Шоу определил как упро­щенное описание системы, где выделяются наиболее существен­ные для рассмотрения свойства и детали, а незначительные ас­пекты опускаются. Абстрактное представление реальности отражено моделью сущности (объект) и моделью поведения (ме­тод). Объекты соответствуют понятиям предметной области. Методы представляют собой операции, которые можно выпол­нять над объектами.
• Класс — множество объектов, связанных общностью струк­туры и свойств.
• Иерархия — упорядоченная система абстракций (классов).
• Наследование — такое соотношение между классами, когда один класс использует структурную или функциональную часть другого класса (или нескольких других).
• Типизация — ограничение, накладываемое на класс, которое препятствует взаимозаменяемости объектов, принадлежащих различным классам.
• Модульность — свойство системы, связанное с возможнос­тью ее декомпозиции на ряд взаимосвязанных частей (модулей).
• Инкапсуляция — ограничение доступа к внутренней структу­ре и механизмам функционирования объекта.
• Полиморфизм — возможность наделения объекта различны­ми свойствами и стратегиями поведения.

В настоящее время развивается объектно-структурный под­ход к структурированию знаний на основе обобщения существу­ющих подходов. Основная идея объектно-структурного под­хода связана с проведением последовательного объектно-струк­турного анализа информации о рассматриваемой предметной об­ласти, для представления которой используется стратифициро­ванная модель (табл. 1.1). В процессе объектно-структурного анализа происходят выделение и структуризация понятий с при­менением разнообразных методов анализа знаний.

На стадии структурирования знаний предметной области не­обходимо решить следующие задачи: составление словаря ис­пользуемых терминов; выявление понятий и их атрибутов; выяв­ление связей и определение отношений между понятиями; дета­лизация и обобщение понятий; построение обобщенной структу­ры знаний предметной области.

Первым шагом структурирования знаний является определе­ние входных и выходных данных, которые в дальнейшем будут детализироваться и уточняться. На основании этих данных, а также по результатам анализа протоколов сеансов извлечения знаний составляется набор ключевых слов (терминов), в процес­се обработки которого выявляются объекты, понятия и их атри­буты. Под понятием подразумевается обобщение предметов не­которого класса по специфическим признакам.

Таблица 1.1

Стратификация знаний предметной области

Формирование понятий — серьезная проблема. Для выявления понятий исполь­зуются традиционные методы распознавания образов и класси­фикации, а также нетрадиционные методы, базирующиеся на ме­тодологии инженерии знаний. Наиболее распространенными методиками выявления объектов и понятий являются:

• методика формирования перечня понятий;
• интервьюирование специалистов;
• составление списка элементарных действий;
• составление оглавления учебника.

Практическое использование этих методик показало, что на­иболее результативными из них являются методики интервьюи­рования и составления оглавления учебника.

Существует мнение, что теория понятий есть только в од­ной науке — математике, где возможно их строгое определение. В гуманитарных науках определения понятий чаще всего отсутст­вуют, следовательно, там вместо понятий приходится иметь дело с идеями. Для строго определенных понятий существуют языки, способные выразить связи между ними, но для описания связей между идеями таких языков пока нет.

Отношения между понятиями могут иметь различную приро­ду: «целое-часть», «причина-следствие», доминирование, вре­менные и пространственные отношения, ситуативные, ассоциа­тивные, функциональные и др. Выявление связей и отношений между понятиями является сложной задачей, для решения кото­рой используются разнообразные средства. Многие инженеры по знаниям сами изобретают различные методы и приемы в процес­се работы с экспертом. К таким методам можно отнести «сорти­ровку карточек» и построение замкнутых кривых. Один из современных подходов к представлению взаимосвязанных струк­тур знаний основан на использовании сценариев, которые строят­ся по аналогии с организацией человеческой памяти, где все зна­ния объединены связями различных типов. Сценарии состоят из фрагментов (сцен), связанных пространственными или времен­ными отношениями. Элементы знаний из фрагментов могут быть связаны отношениями различной природы: функциональ­ными, ассоциативными, ситуативными, причинно-следственны­ми и др.

Процедуры обобщения и детализации понятий плохо форма­лизуемы и требуют от экспертов и аналитиков высокой квалифи­кации. Иерархическое представление знаний требует установле­ния отношений между понятиями внутри каждого уровня иерар­хии и между ними. Заключительным этапом структурирования знаний являются анализ возможных цепочек рассуждения и вы­работка правил принятия решений, которые позволяют объеди­нить сформированные понятия и отношения в динамическую модель знаний предметной области.

Последовательность структурирования знаний зависит от особенностей конкретной области и от наработанных для рас­сматриваемой категории знаний предметно-ориентированных методов структурирования.