Концептуальный анализ знаний

^} ем)понимается процесс анализа информации, полученной от источника знаний, и ее синтез (или кодирование) в неко­торые структуры, не зависящие от какой-либо программной реализации.

имодействияинженерапознаниямсэкспертом,различающийсялишь своими аспектами. Если проблема извлечения знаний заключается в выборе формы взаимодействия инженера по знаниям с экспертом, то проблема концептуального анализа знаний предполагает рассмотре­ние собственно предмета, ради которого такое взаимодействие орга­низовано, а именно, той информации, смысл которой в процессе пре­образования от представлений эксперта к представлению в компьютере должен остаться неизменным.

Процесс преобразования знаний от представлений эксперта к пред­ставлению в компьютере можно рассматривать как проблему преобразо­вания информации, решаемую путем перехода от одного материального носителя знаний к другому. В зависимости от вида материального носи­теля знаний можно выделить следующие уровни представления знаний:

□ экспертность (представления эксперта);

□ концептуальное или полуформализованное представление зна­ний как результат взаимодействия эксперта и инженера по зна­ниям (возможно на бумаге);

□ формализованноепредставлениезнанийнаспециализированных языках искусственного интеллекта (на бумаге или в компьютере);

□ представление знаний на машинных носителях информации (база знаний).

Компьютерная психодиагностика

В этом отношении концептуальный анализ знаний - это переход от экспертности или представления знаний в памяти эксперта к некото­рым концептуальным, полуформализованным представлениям или структурам, отражающим понимание экспертом предметной области в целом и стратегий рассуждений при решении профессиональных задач

Представление знаний в памяти человека - одна из проблем, рассматриваемых когнитивной психологией, которая представляет собой не только направление исследований, изучающее познавательные процессы че­ловека с точки зрения хранения, преобразования и пере­работки им информации, но и целостный, структурно-информационный подход к исследованию процесса познания. Восприятие, память, внимание и мышление человека - это фундаментальные познавательные про­цессы, исследуемые в рамках когнитивной психологии.

В соответствии с этим рассмотрим, как осуществляется репрезен­тация знаний в памяти человека, выделим формы или элементы зна­ний, а затем с помощью этих элементов опишем язык и методы кон­цептуального анализа знаний.

Когнитивные структуры

Исследованиявобластикогнитивнойпсихологии предлагают обшир­ную коллекцию моделей семантической организации памяти человека. Среди них: семантические сети, ассоциативные сети, декомпозиция процедур на элементарные действия, схемы, фреймы, скрипты и т.д. Однако любая из этих моделей в основе своей имеет два элемента-это понятия (концепты), представляющие собой репрезентации объектов (характеристик объектов, признаков объектов) в памяти человека, и вза-имосвязикакрепрезентации связеймежду'конкретными объектами или понятийными классами, возникающими в процессе отражения челове­ком объективного мира. С помощью этих элементов можно описывать любую феноменологию знаний, в том числе как «знания-что» (объекты и взаимосвязи), так и «знания-как» (действия и процедуры). Например, ситуацию, описываемую кратко как «визит к врачу», можно рассматри­вать как процедуру или последовательность действий, а можно как по­нятие, имеющее определенные атрибуты: «запись на прием», «поездка на место приема», «ожидание приема», «визит», «оплата».

Глава 3. Конструирование компьютерных психодиагностических методик

Таким образом, с точки зрения инженерии знаний понятия и взаи­мосвязи - это центральные элементы, с помощью которых можно опи­сывать любую феноменологию знаний.

Р^Конкретная вербальная форма семантической репрезента-³ ции, представленная в виде понятий и взаимосвязей, опре­деляется термином когнитивная структура.

Как отмечает ^^Холодная^^ тура» наиболее активно разрабатывалось в качестве основной пси­хологической категории в таких когнитивно ориентированных психо­логических теориях, как когнитивное направление неофрейдизма (Д. Рапапорт, Р. Гарднер, Ф. Хольцман, Г. Клейн и др.), когнитивная психология личности (Дж. Келли, У. Скотт, О. Харви, Д. Хант, X. Шро-дер и др.), когнитивная экспериментальная психология (Ф. Барлегг, У. Найссер, Э. Рош, М. Минский, Б. Величковский и др.). Объясни­тельный потенциал понятия «когнитивная структура» можно раскрыть более полно, если обратиться к основным мотивам его введения в про­фессиональный психологический словарь, общим для всех трех ука­занных выше когнитивных теорий.

Во-первых, это необходимость разведения содержательных (идеи субъекта относительно мира) и собственно когнитивных (механизмы, посредством которых идеи появляются и преобразуются) аспектов по­знавательного отражения.

Во-вторых, это потребность осмыслить факты ситуативной измен­чивости поведения человека. Поскольку ни фактор личностных черт, ни фактор ситуации не могли объяснить причины индивидуального поведения, следовало найти такой механизм его регуляции, в котором одновременно были бы представлены и характеристики субъекта, и ха­рактеристики ситуации. Этим требованиям как раз и отвечало поня­тие когнитивной структуры.

В-третьих, это ориентация на объяснение высокого творческого потенциала всех основных форм познавательной активности. Удиви­тельная гибкость, непредсказуемость и продуктивность интеллектуаль­ного поведения человека привела к идее существования «внутри» субъекта некоторых психических образований, относительно незави­симых от окружения и способных к порождению собственных правил организации информации (селекции, структурирования, преобразо­вания и т. д.).

В инженерии знаний мотивом введения понятия «когнитивная структура» является попытка найти наиболее общее структурное опи-

Компьютерная психодиагностика

сание феноменологии знаний, хорошо согласованное с основными представлениями когнитивной психологии. Еще раз подчеркнем, что описание когнитивной структуры представлено описанием понятий и взаимосвязей, не предполагающим какую-либо интерпретацию этих взаимосвязей, то есть не предполагающим наличие семантических от­ношений.

В качестве примера приведем когнитивную структуру для предло­жения «Ветер дул с севера, и высокий эвкалипт, возвышавшийся над всеми прочими деревьями и над домами, раскачивался на ветру край­не недовольно». На рис. 3.3 понятия изображаются в виде вершин или узлов, а взаимосвязи - в виде дуг, соединяющих эти вершины. В дан­ном примере взаимосвязи не имеют названия, они просто либо уста­новлены, либо нет (есть дуга между узлами или нет). Дуга отражает толь­ко лишь сам факт установления взаимосвязи. Например, очевидно, что в предложении ничего не говорится о связи между понятиями «север» и «деревья», а потому дуга на рисунке отсутствует.

Отметим, что в этом примере процесс установления взаимосвязей между понятиями не вызывает никаких сложностей, и каждый сможет нарисовать одну и ту же когнитивную структуру. Однако это не всегда так. Следующий пример показывает, что существуют определенные факторы, влияющие на установление взаимосвязей между понятиями.

Рассмотрим предложение «Цветник, с его великолепными розами, содержался в исключительном порядке, трава всегда была зеленой и только что подстриженной» и попытаемся представить (и нарисовать), как в процессе отражения это предложение может быть репрезентиро­вано в памяти человека. Прежде всего выделим понятия: цветник, розы,

Рис. 3.3.Когнитивная структура предложения «Ветер дул с севера,

и высокий эвкалипт, возвышавшийся над всеми прочими деревьями

и над домами, раскачивался на ветру крайне недовольно»

Рис. 3.4.Когнитивная структура предложения «Цветник, с его великолеп­ными розами, содержался в исключительном порядке, трава всегда была зеленой и только что подстриженной»

великолепные, порядок, исключительный, трава, зеленая, подстри­женная, недавно. Без всяких затруднений установим взаимосвязи: цветник-розы, розы-великолепные, цветник-порядок, порядок-ис­ключительный, трава-зеленая, трава-подстриженная, подстрижен-ная-недавно и изобразим это в виде когнитивной структуры. На рис. 3.4 эти взаимосвязи изображены сплошными линиями. Заметим, что установление таких взаимосвязей не вызывает сомнений ни у кого, также какиотсутствиесвязимеждупонятиямивеликолепные-исклю-чительный. Но на рисунке изображены еще две связи (пунктиром): цветник-траваитрава-порядок.Установлениесвязеймеждуэтимипо-нятиями у некоторых людей может вызывать сомнение. О том, что «тра­ва находится в цветнике», явно в предложении не говорится, а связь между травой и порядком устанавливается лишь на основании допол­нительного знания: «Если трава недавно подстрижена, то трава нахо­дится в порядке». Если человек этого не знает или считает, что это не­верно, то связь между травой и порядком он не установит.

Этот пример иллюстрирует, что когнитивные структуры даже тако­го, казалось бы, простого предложения у различных людей могут су­щественно различаться. Кто-то нарисует связь между цветником и тра­вой, а кто-то скажет, что там, где растут розы, травы быть не должно.

Что же происходит, когда человек, постоянно накапливая опыт, обучается какой-либо профессиональной деятельности? Оказывается, что по мере накопления опыта человек изменяет когнитивные струк­туры путем «приобретения», «добавления», «стирания» или «видоиз­менения» взаимосвязей.

Компьютерная психодиагностика

Г Результаты экспериментов по изучению человеческо- !

0 го опыта на основании сравнения когнитивных структур I

1 новичков и опытных специалистов [Кук, Макдональд, У I 1986] показали, что когнитивные структуры профессио- ] I налов мало чем различаются между собой и сильно раз- *; I нятся с когнитивными структурами новичков. *

R. \У. ЗсНуапеуеШ*, F. Т. Оигзо и D. \У. ОеагЬок [Кук, Макдональд, 1986] получили когнитивные структуры знаний опытного летчика-истребителя и пилота-новичка, используя два метода: многомерное шкалирование (алгоритм КГОЗ - А1₈са1) и сетевое шкалирование со взвешенными связями (алгоритм Ра1пПпс1еr). Оба алгоритма основаны на использовании оценок психологичес­кой близости. Опытный пилот и пилот-новичок оценивали все возможные парные сочетания 30 связанных с полетом понятий, приписывая числа от 0 до 9 каждой паре, где 0 обозначал самую слабую степень связи между понятия­ми, а 9 - самую сильную. Эти оценки затем обрабатывались с применением обоих алгоритмов шкалирования.

В соответствии с алгоритмами MОЗ каждый концепт, выражающий неко­торое понятие, помещается в ^-мерное пространство таким образом, что рас­стояние между точками отражает психологическую близость соответствую­щих концептов. Алгоритм Ра1hПпс1er строит семантическую сеть. Дуги могут быть либо ориентированными (несимметричное отношение), либо неориен­тированными (симметричное отношение).

Результирующие когнитивные структуры оказались близкими для летчи­ков-истребителей с одинаковым уровнем опыта, но были различными для разных групп испытуемых. Авторы экспериментов обнаружили, что по ког­нитивной структуре, характерной для летчика-истребителя, можно установить, новичок он или опытный пилот. Наконец, проведенный ими же анализ ког­нитивных структур выявил наличие концептов и взаимосвязей, общих для представлений опытного специалиста и новичка, и, кроме того, ряд концеп­тов и взаимосвязей, которые были обнаружены только в одном из представ­лений. Прямым развитием рассмотренной работы стала экспертная система управления воздушным боем АСЕЗ [Go№ткh, ЗсНуапеуе1аЧ, 1985].