Стратегии получения знаний

При формировании поля знаний ключевым вопросом является сам процесс по­лучения знаний, когда происходит перенос компетентности экспертов на инже­неров по знаниям. Для названия этого процесса в литературе по ЭС получило распространение несколько терминов: приобретение, добыча, извлечение, полу­чение, выявление, формирование знаний. В англоязычной специальной литера­туре в основном используются два: acquisition (приобретение) и elicitation (вы­явление, извлечение, установление).

Термин "приобретение" трактуется либо очень широко — тогда он включает весь процесс передачи знаний от эксперта к базе знаний ЭС, либо уже как способ автоматизированного построения базы знаний посредством диалога эксперта и специальной программы (при этом структура поля знаний заранее закладывает­ся в программу). Рассмотрим варианты этого "приобретения".

Извлечение знаний (knowledge elicitation) — это процедура взаимодействия эксперта с источником знаний, в результате которой становятся явными процесс рассуждений спе­циалистов при принятии решения и структура их представлений о предметной области.

В настоящее время большинство разработчиков ЭС отмечает, что процесс извле­чения знаний остается самым «узким» местом при построении промышленных ЭС. При этом им приходится практически самостоятельно разрабатывать методы из­влечения, сталкиваясь со следующими трудностями:

• организационные неувязки;

• неудачный метод извлечения, не совпадающий со структурой знаний в данной области;

• неадекватная модель (язык) для представления знаний;

• неумение наладить контакт с экспертом;

• терминологический разнобой;

• отсутствие целостной системы знаний в результате извлечения только «фраг­ментов»;

• упрощение «картины мира» эксперта и др.

Процесс извлечения знаний — это длительная и трудоемкая процедура, в кото­рой инженеру по знаниям, вооруженному специальными знаниями по когнитив­ной психологии, системному анализу, математической логике и пр., необходимо воссоздать модель предметной области, которой пользуются эксперты для принятия решения. Часто начинающие разработчики ЭС, желая упростить эту про­цедуру, пытаются подменить инженера по знаниям самим экспертом. По многим причинам это нежелательно.

Во-первых, большая часть знаний эксперта — это результат многочисленных на­слоений, ступеней опыта. И часто, зная, что из А следует В, эксперт не отдает себе отчета, что цепочка его рассуждений была гораздо длиннее, например А —> D —> С ->В или А -> Q-> R -> В.

Во-вторых, как было известно еще Платону, мышление диалогично. И поэтому диалог инженера по знаниям и эксперта — наиболее естественная форма изуче­ния лабиринтов памяти эксперта, в которых хранятся знания, частью носящие невербальный характер, то есть выраженные не в форме слов, а в форме нагляд­ных образов, например.

В-третьих, эксперту труднее создать модель предметной области вследствие глу­бины и объема информации, которой он владеет. Еще в ситуационном управле­нии было выявлено: объекты реального мира связаны более чем 200 типами отношений (временные, пространственные, причинно-следственные, типа «часть—целое» и др.). Эти отношения и связи предметной области образуют сложную систему, из которой выделить «скелет» или главную структуру иногда доступнее аналитику, владеющему к тому же системной методологией.

Термин "приобретение" применяется при упоминании об автомати­зированных системах прямого общения с экспертом. Они действительно непосредственно приобретают уже готовые фрагменты знаний в соответствии со структурами, заложенными разработчиками систем. Большинство этих ин­струментальных средств специально ориентировано на конкретные ЭС с жестко обозначенной предметной областью и моделью представления знаний, то есть не являются универсальными.

Приобретение знаний (knowledge acquisition) — процесс наполнения базы знаний экспертом с использованием специализированных программных средств.

Термин формирование знаний традиционно закрепился за чрезвычайно перспек­тивной и активно развивающейся областью инженерии знаний, которая занима­ется разработкой моделей, методов и алгоритмов обучения. Она включает индук­тивные модели формирования знаний и автоматического порождения гипотез. Эти модели позволяют выявить причинно-следственные эмпирические зависимости в базах данных с неполной информацией, содержащих структурированные числовые и символьные объекты (часто в условиях неполноты информации).

Формирование знаний (machine learning) — процесс анализа данных и выявление скрытых закономерностей с использованием специального математического аппарата и программных средств.

Традиционно к задачам формирования знаний или машинного обучения отно­сятся задачи прогнозирования, идентификация (синтеза) функций, расшифров­ки языков, индуктивного вывода и синтеза с дополнительной информацией.

Наиболее продвинутыми среди методов машинного обучения являются, по-видимому, методы распознавания образов, в частности, алгебраический подход, в котором предусматривается обогащение исходных эвристических алгоритмов с помощью алгебраических операций и построение семейства алгоритмов, гаран­тирующего получение корректного алгоритма для решения изучаемого класса задач, то есть алгоритма, правильно классифицирующего конечную выборку по всем классам.

Однако применение методов формирования зна­ний пока не стало промышленной технологией разработки баз знаний. Для того чтобы эти методы стали элементами технологии интеллектуальных си­стем, необходимо решить ряд задач:

• обеспечить механизм сопряжения независимо созданных баз данных, имею­щих различные схемы, с базами знаний интеллектуальных систем;

• установить соответствие между набором полей базы данных и множеством элементов декларативной компоненты базы знаний;

• выполнить преобразование результата работы алгоритма обучения в способ представления, поддерживаемый программными средствами интеллектуаль­ной системы.

Помимо перечисленных существуют также и другие стратегии получения знаний, например, в случае обучения на примерах (case-based reasoning), ког­да источник знаний — это множество примеров предметной области. Обучение на основе примеров (прецедентов) включает настройку алгоритма распознавания на задачу по­средством предъявления примеров, классификация которых известна.

Таким образом, можно выделить три основные стратегии проведения стадии по­лучения знаний при разработке ЭС (рис. 3.6).

1. С использованием ЭВМ при наличии подходящего программного инструмен­тария, иначе приобретение знаний.

3. Без использования вычислительной техники путем непосредственного контак­та инженера по знаниям и источника знаний (будь то эксперт, специальная литература или другие источники), иначе извлечение знаний.

Процессы извлечения и приобрете­ния знаний являются наиболее эффективными и перспективными на современном этапе разработки ЭС.