СВОЙСТВА И ТИПЫ ЗНАНИЙ
Обязательным элементом, определяющим эффективность функционирования любой системы искусственного интеллекта (СИИ), являются знания. В таких системах, в частности в области интеллектуальных автоматизированных информационных технологий, нет общепризнанного формального определения понятию “знания”,{Определение термина “знания” включает в себя большей частью философские элементы. Часто знания рассматривают как данные, имеющие развитую и более сложную структуру. Наиболее близко к рассматриваемой проблеме приобретения и представления знаний находится следующее определение: знания – это специальная форма представления информации, позволяющая человеческому мозгу хранить, воспроизводить и понимать ее.
Однако далеко не вся информация выступает в виде знания, которое рассматривается как ее высшая и притом совершенно особая форма. Знания есть особая информация, зафиксированная и выраженная в языке. Поэтому основные типы отношений, определяющие связь знаний с внеязыковым миром, друг с другом и системой человеческих действий, должны подчиняться особым закономерностям (правилам) семантики, синтаксиса и прагматики.
Таким образом, знания – это не только особая форма информации, но и особая система отношений.
В качестве рабочего можно принять следующее определение: знания – это особая форма информации, представляющая собой совокупность структурированных теоретических и эмпирических положений предметной области, которые представлены в различной форме, обладают определенными свойствами, связаны синтаксическими, семантическими и прагматическими отношениями и позволяют решать прикладные задачи.
Грань, отделяющая информацию от знаний, условна. О6щепризнано, что знания имеют пять важных свойств, позволяющих считать их таковыми: внутренняя интерпретируемость, рекурсивная структурируемость, взаимосвязь единиц, наличие семантического пространства с метрикой и активность.
Сущность свойств знаний состоит в следующем.
1. Внутренняя интерпретируемость. Вместе с информационной единицей, представляющей собственно элемент данных, в памяти ЭВМ стало возможным хранить систему имен, связанную с такой информационной единицей. Наличие системы имен позволяет системе “знать”, что хранится в ее памяти, и, следовательно, уметь отвечать на запросы о содержании памяти, которые могут порождаться в процессе выполнения программ в самой системе или поступать от пользователей либо других систем извне.
2. Рекурсивная структурируемость. Информационные единицы могут, при необходимости, расчленяться на более мелкие и объединяться в более крупные по принципу матрешки. Для этих операций могут использоваться родовидовые отношения и принадлежность элементов к классу. В действительности число структурообразующих отношений насчитывает более 200.
3. Взаимосвязанность единиц. Между единицами возможно установление самых разнообразных отношений, отражающих семантику и прагматику связей явлений и фактов. Когда между информационными единицами в памяти системы возникает система отношений, фрагментами этой структуры начинают определяться новые информационные единицы.
4. Наличие семантического пространства с метрикой. Оно характеризует близость-удаленность информационных единиц. Специалисты в области психологии познания считают, что знания не могут быть бессистемным "сборищем" отдельных информационных единиц, а должны быть взаимосвязанными и взаимозависимыми в некотором общем для них когнитивном семантическом пространстве.
5. Активность. В программировании процедурам всегда отводилась роль активизирующего начала. Они отражали способ решения задачи, активизировали необходимые данные, пассивно лежащие в памяти системы. Эта "безгласность" данных в ЭВМ не находит аналогов у человека. Для когнитивных структур в нашей памяти характерна внутренняя активность. Мы используем те или иные процедуры потому, что в наших знаниях возникла определенная ситуация. То или иное соотношение между информационными единицами побуждает нас к тем или иным действиям, для реализации которых должны быть выполнены определенные процедуры. Активность базы знаний позволяет СИИ формировать мотивы, ставить цели и строить процедуры для их выполнения.
В настоящее время не создано баз знаний СИИ, в которых в полной мере были бы реализованы все свойства знаний. Основными причинами этого являются: ограниченные возможности используемых моделей представления знаний, неполнота знаний предметных областей, несовершенство методов приобретения знаний и несоответствие типов используемых знаний и моделей их представления.
Справедливость этого подтверждается практикой создания СИИ, в частности экспертных систем.
Знания существуют в следующих формах: в памяти человека (эксперта); материализованные (канонизированные) знания (учебники, монографии и т.п. полуформализованная структурированная модель (поле) знаний; формализованное знание на некотором языке представления и в БЗ. Знания в СИИ представлены на уровнях: внешнем, логическом и физическом.
Существуют различные подходы к классификации знаний. Предлагаемые классификации носят открытый характер. Так,выделяют декларативные и процедурные знания, глубинные и поверхностные, жесткие и мягкие знания. Рассматривают теоретические и эмпирические знания в зависимости от уровня их осмысления. Содержание знаний является основой для выбора структуры их представления, поскольку крайне важноих соответствие и сама структура представления информативна.
В практике разработки СИИ обозначилась тенденция перехода от использования поверхностных и жестких знаний к глубинным и мягким. Глубинные знания образуются как результат обобщения первичных понятий в некоторые абстрактные структуры, которые могут и не иметь вербального описания. Мягкие знания допускают множественные, расплывчатые решения и приводят к различным вариантам рекомендаций.
Использование глубинных и мягких знаний позволяет создатьБЗ большой мощности. Глубинные знания обладают такими важными особенностями, как гибкость и аддитивность.
Поверхностные знания представляют собой совокупность эмпирических ассоциаций и отношений между понятиями предметной области для стандартных рассуждений и ситуаций.
Наибольший интерес для построения баз знанийСИИ представляют концептуальные и экспертные знания. Концептуальные знания выражают свойства объектов, процессов и ситуаций через понятия (базовые элементы) соответствующей области. Описание понятия включает описание его компонентов, указания взаимосвязи с другими понятиями, а также операциональную часть, содержащую зависимости между компонентами понятий. Концептуальные знания – более глубинные и жесткие. Применять ихцелесообразнее при решении задач анализа.
Экспертные знания – это знания специалистов предметной области. Они аккумулируют накопленный практический опыт, навыки и приемы в соответствующей области. Этот тип знания играет наиболее важную роль в слабоструктурированных предметных областях, в которых отсутствуют формальные модели. Их роль также велика в тех областях, где применимы формальнее методы, но при этом необходимо принимать решения и делать выбор в первую очередь на основе опыта. Экспертные знания более мягкие и поверхностные. Совместное использование концептуальных и экспертных знаний является крайне важным и перспективным, ибо они вместе покрывают значительную часть плоскости знаний СИИ и позволяют сочетать ассоциативные и логические рассуждения для решения задач при низких вычислительных затратах.
Синтаксические знанияхарактеризуют синтаксическуюструктуру описываемогообъекта или процесса, которая независит от смыслаисодержания используемых при этомпонятий. Семантическиезнаниясодержат информацию, непосредственно связанную со знаниеми смыслом описываемыхобъектов и процессов. Прагматическиезнания описываютобъекты и процессы относительно целейрешаемой задачи.
К понятию значение близко примыкает понятие предметной области. В научной литературе сформировалось обобщенное определение предметной области (ПрО) как совокупности элементов, объектов, явлений, процессов, их количественных и качественных характеристик, а также связей между ними, объединенных общей идеей, определенным смыслом или понятием более высокого уровня. Эта область может быть описана в виде некоторой совокупности сведений о ее структуре, основных характеристиках, процессах, протекающих в ней, а также способов решения задач. Значительная роль принадлежит отношениям. Именно они определяют смысловую сторону, окончательно формируют конкретную ПрО, выделяя ее из других областей или случайного скопления фактов. Упорядоченная и систематизированная совокупность знаний образует модель знаний ПрО.