2.3.3. Гносеологічний аспект видобування знань

Гносеологія – це розділ філософії, пов’язаний з теорією пі­знання, або теорією відображення дійсності у свідомості лю­дини. Гносеологічний аспект (А3) видобування знань поєднує методологічні проблеми одержання нового наукового знання, оскільки, створюючи БЗ, експерт часто вперше формулює деякі закономірності, які до цього моменту становили його особистий досвід. Інженерія знань як наука, якщо можна так висловитися, двічі гносеологічна – спочатку дійсність відображється у свідомості експерта (М1), а потім діяльність і досвід експерта інтерпретуються свідомістю інженера зі знань (М2), що слугує вже основою для побудови третьої інтерпретації (Р) – поля знань інтелектуальної системи. Процес пізнання, за суттю, скерований на створення внутрішньої репрезентації навколишнього світу у сві­домості людини.

Якщо описати процеси I2 і I3 в термінології, введеній на початку розділу, то маємо справу з перетворенням експерт­ного знання і теоре­тичного (книжного) досвіду Z1 в полі знань Z2, яке є матеріалізацією моделі світу М2 інженера зі знань.

У процесі видобування знань аналітика, здебільшого, ціка­вить компонент Z1, пов’язаний з неканонічними індивідуаль­ними знаннями експертів, оскільки предметні області, що вимагають саме такого типу знань, вважаються найсприйнятливішими до впровадження інтелекту­альних систем. Ці області зазвичай називають емпіричними, оскільки в них нагромаджений великий обсяг окремих емпіричних фактів і спо­стережень, тоді як їх теоретичне узагальнення – питання майбутнього.

Якщо вважати, що інженер зі знань витягає тільки фрагмент Z1’, тобто частину із системи знань експерта Z1, то його завдання, по-перше, намагатися, щоб структура Z1’ відповідала Z1, і, по-друге, щоб Z1’ якомога повніше відобра­жала Z1.

Пізнання часто супроводжується створенням нових понять і теорій. Іноді експерт виявляє нові знання прямо під час бесіди з аналітиком. Така генерація знань корисна і самому експертові, який до того моменту міг не усвідомлювати багато співвідношень і законо­мір­ностей предметної області. Аналіти­кові може допомогти тут і інст­рументарій системної методо­логії, що дає змогу використовувати ві­домі принципи логіки наукових досліджень, понятійної ієрархії науки. Ця методо­логія змушує його завжди прагнути за часткою побачити за­гальне, тобто будувати ланцюжки.

Гносеологічний ланцюжок: факт – узагальнений факт – ем­піричний закон – теоретичний закон.

Не завжди вдається дійти до останньої ланки цього лан­цюжка, але вже саме прагнення до руху буває надзвичайно плідним. Такий підхід повністю узгоджується зі структурою самого знання, яке має два рівні:

1) емпіричний (спостереження, явища);

2) теоретичний (закони, абстракції, узагальнення).

Але теорія – це не лише струнка система узагальнення нау­кового знання, це також деякий спосіб виробництва нових знань. Основними методологічними критеріями науковості, що дають змогу вважати науковим і саме нове знання, й спосіб його одержання, є:

А3 – {S31, S32, S33} = (внутрішня узгодженість, систем­ність, об’єктивність, історизм}.

Внутрішня узгодженість (S31)

Основні характеристики емпіричного знання:

S31 = {s31_і} = {модальність, суперечливість, неповнота}.

На перший погляд критерій внутрішньої узгодженості знання не відповідає реальним характеристикам, що опису­ють знання з погляду етапу {s31_i}. Ці характеристики емпіричних знань підкреслюють його “багатоукладність” – так, часто факти не узгоджуються один з одним, визначення суперечать, критерії дифузні тощо. Аналітикові, що розуміє особливості емпіричного знання, доводиться згладжувати ці “шорсткості” емпірики.

Модальність (s31_1) знання означає можливість його існу­вання в різних категоріях, тобто в конструкціях існування і повинності. Отже, частина закономірностей можлива, інша обов’язкова тощо. Крім того, доводиться розрізняти такі відтінки модальності, як:

• експерт знає, що...;

• експерт думає, що...;

• експерт хоче, щоб...;

• експерт вважає, що...

Можлива суперечність (s31_2) емпіричного знання – при­родний наслідок з основних законів діалектики, і суперечності ці не завжди повинні вирішуватися в полі знань, а навпаки, саме суперечності слугують найчастіше відправною точкою в міркуваннях експертів.

Неповнота (s31_3) знання пов’язана з неможливістю пов­ного опису предметної області. Завдання аналітика цю непов­ноту обмежити певною “повнотою”, тобто звузити межі предметної області або ввести обмеження і допу­щення, що спрощують проблему.

Системність (S32)

Системно-структурний підхід до пізнання (введений Геге­лем) орієнтує аналітика на розгляд будь-якої предметної області з позицій закономірностей системного цілого і взаємодії складових його частин. Сучасний структуралізм виходить із багаторівневої ієрархічної орга­нізації будь-якого об’єкта, тоб­то всі процеси і явища можна розглядати як дрібніші підмножини (ознаки, деталі) і, навпаки, будь-які об’єкти можна (і потрібно) розглядати як елементи вищих класів узагаль­нень. Наприклад, системний погляд на проблематику структурування знань дає змогу побачити його ієрархічну організа­цію. Докладніше про це нижче.

Об’єктивність (S33)

Процес пізнання глибоко суб’єктивний, тобто він істотно зале­жить від особливостей самого суб’єкта, що пізнає. “Факти існують для одного ока й відсутні для іншого” (Віппер). Отже, суб’єктивність по­и­нається вже з опису фактів і збільшується в міру поглиблення ідеалізації об’єктів.

Коректніше говорити про глибину розуміння, ніж про об’єк­тив­ність знання. Розуміння – це співтворчість, процес тлумачення об’єк­та з погляду суб’єкта. Це складний і неодно­значний процес, що здійсню­ється в глибинах людської свідо­мості і вимагає мобілізації всіх інте­лек­туальних і емоційних здібностей людини. Всі свої зусилля аналітик повинен зосере­дити на розумінні проблеми.

У психології відомий результат, який підтверджує факт, що лю­ди, які швидко і успішно вирконують інтелек­туальні завдання, більшу частину часу витрачають на зро­зуміння його, тоді як погані виконавці швидко починають шукати рішення і найчастіше не можуть його знайти.

Історизм (S34)

Цей критерій пов’язаний з розвитком. Пізнання сьогоден­ня – пізнання породжувача його минулого. І хоча більшість експертних систем дають “горизонтальний” зріз знань – без урахування часу (у статиці), інженер зі знань повинен завжди розглядати процеси з ураху­ванням тимчасових змін – як зв’язок з минулим, так і зв’язок з май­бутнім. Наприклад, структура поля знань і база знань повинні допус­кати відлагодження і корекцію як у період розроблення, так і під час експлу­атації ЕС.

Розглянувши основні критерії науковості пізнання, спро­буємо тепер описати його структуру. Методологічна структура пізнання може бути подана як деяка послідовність етапів. Па­раметри {S3і} органічно вписуються в цю структуру пізнання, яка може подаватися як послідовність етапів, описаних далі з позицій інженера зі знань:

• Е_1: опис і узагальнення фактів;

• Е_2: встановлення логічних і математичних зв’язків, де­дукція й індукція законів;

• Е_3: побудова моделі, що ідеалізується;

• Е_4: пояснення і прогноз явищ.

Е_1. Опис і узагальнення фактів

Ретельність і повнота ведення протоколів під час процесу видо­бування і пунктуальна “домашня робота” над ними – ось гарантія продуктивного першого етапу пізнання та матеріал для опису й узагальнення фактів.

На практиці виявляється важко дотримуватися принципів об’єк­тивності й системності, описаних вище. Найчастіше на цьому етапі факти просто збирають і як би кидають у “загаль­ний мішок”; досвід­чений інженер зі знань часто відразу нама­гається знайти “поличку” або “скриньку” для кожного факту, тим самим приховано готуючись до етапу концептуалізації.

Е_2. Встановлення зв’язків і закономірностей

У пам’яті експерта всі поняття пов’язані й закономірності встановлені, хоча часто і неявно завдання інженера – вияви­ти каркас висновків експерта. Реконструюючи міркування експерта, інженер зі знань може спиратися на дві найпопулярніші теорії мислення – логічну й асоціативну. Якщо логічна теорія завдяки гарячим шанувальникам в особі математиків широко цитується і всіляко експлуатується в ро­ботах зі штучного інтелекту, то друга, асоціативна, набагато менше відома і популярна, хоча має також стародавнє коріння. Так, Р. Фейн­ман у своїх “Лекціях з фізики” відзначає, що у фізиці, як і раніше, пе­ре­важним є вавілонський, а не грецький метод побудови знань. Відо­мо, що давньосхідні мате­матики вміли робити складні обчислення, але формули їх не були логічно зв’язані. Навпаки, грецька математика дедук­тивна (наприклад, “Початок” Евкліда).

Традиційна логіка формує критерії, які гарантують точність, валідність, несуперечність загальних понять, мірку­вань і висновків. Її основи закладені ще в “Органоне” Арістотеля в IV ст. до н. е. Великий внесок у розвиток логіки зробив Джон Стюарт Мілль (1806–1873).

Інженер зі знань і сам використовує операції традиційної логіки, і виділяє їх у схемі міркувань експерта. Це такі опе­рації:

• визначення;

• порівняння і розрізнення;

• аналіз;

• абстрагування;

• узагальнення;

• класифікація;

• категоризація;

• виникнення думок;

• висновок;

• складання силогізмів тощо.

Проте краса і стрункість логічної теорії не повинні заперечувати те, що людина рідко мислить у категоріях математичної логіки. Теорія асоціацій подає мислення як ланцюжок ідей, зв’язаних загальними поняттями. Основними опе­раціями такого мислення є:

• асоціації, придбані на основі різних зв’язків;

• пригадування минулого досвіду; проби і помилки з ви­падковими успіхами;

• звичні (“автоматичні”) реакції тощо.

Проте ці дві теорії не вичерпують усього різноманіття пси­хологічних шкіл. Великий інтерес для інженерії знань може становити ґештальт-психологія. Одним з її засновників є ви­датний німецький психолог М. Вертгеймер (1880–1943). Під ґештальтом (нім. Gestalt) розуміється принцип цілісності сприйняття як основа мислення. Ґештальт-психологи праг­нуть у всьому виділяти якийсь цілісний образ або структуру як базис для розуміння процесів і явищ навколишнього світу. Ця теорія близька до теорії фреймів і об’єктного підходу й спрямована на збагнення глибинного знання, що характери­зується стабільністю і симетрією. До того ж важливий “центр ситуації”, щодо якого розвивається знання про предметну область.

Для інженера зі знань це означає, що, виявляючи різні фраг­мен­ти знань, він не повинен забувати про головний, про ґештальт-фраг­мент, який впливає на решту компонентів і пов’язує їх у деяку струк­турну одиницю. Ґештальтом може бути якийсь головний принцип, або ідея, або гіпотеза експер­та, або його віра через якісь окремі концепції. Цей принцип рідко формулюється експертом явно, він завжди так би мовити, за “кадром”, і мистецтво інженера зі знань – вияви­ти цей основний ґештальт експерта.

У ґештальт-теорії існує закон “прагнення до хорошого ґеш­тальту”, згідно з яким структури свідомості прагнуть до гармонії, зв’язності, простоти. Це близьке до стародавнього класичного прин­ципу “бритви Оккама” – “сутності не по­винні множитися без необхід­ності” – і формулюється як принцип прегнантності Вертгеймера: “Організація поля має тенденцію бути настільки простою і зрозу­мілою, наскіль­ки дають можливість задані умови”. Міркування про ґештальт підво­дять впритул до третього етапу в структурі пізнання.

Е_3. Побудова ідеалізованої моделі

Для побудови моделі, що відображає уявлення суб’єкта про предметну область, необхідна спеціалізована мова, за допомо­гою якої можна описувати і конструювати ті ідеалізовані мо­делі світу, які виникають у процесі мислення. Мова ця ство­рюється поступово за допомогою категоріального апарата, прийнятого у відповідній пред­метній області, а також фор­мально-знакових засобів математики і ло­гіки. Для емпірич­них предметних областей така мова поки що не роз­роблена, і по­ле знань, яке напівформалізованим способом опише ана­літик, може бути першим кроком до створення такої мови.

Будь-яке пізнавальне відбиття містить у собі умовність, тобто спрощення та ідеалізацію. Інженерові зі знань необхідне оволодіння такими специфічними гносеологічними прийома­ми, як ідеалізація, огрублення, абстрагування, які дають можливість адекватно відобра­жати в моделі реальну картину світу. Ці прийоми доводять властивості й ознаки об’єктів до меж, що дають змогу відтворювати закони дійсності в лаконічнішому вигляді (без впливу неістотних деталей).

На тернистому шляху пізнання перевірений діалектичний підхід виявляється кращим “поводирем”. Інженер зі знань, що прагне пізнати проблемну область, має бути готовим постійно змінювати свої вже затверділі способи сприйняття й оцінювання світу і навіть відмовлятися від них. Найретельніше треба перевіряти правильність думок, які зда­ються найочевиднішими.

Е_4. Пояснення і пророкування моделей

Цей завершальний етап у структурі пізнання є одночасно і частковим критерієм істинності отриманого знання. Якщо виявлена система знань експерта повна й об’єктивна, то на її підставі можна робити прогнози й пояснювати будь-які явища з певної предметної області. Зазвичай бази знань ЕС стражда­ють фрагментарністю і мо­дуль­ною незв’язаністю компонентів. Все це не дає змогу створювати дійсно інтелектуальні систе­ми, які, рівняючись на людину, могли б передбачати нові закономірності й пояснювати випадки, не вказані в явному вигляді в базі. Винятком тут є навчальні системи, які орієн­товані на генерацію нових знань і “прогноз”.

Пропонована методологія озброює аналітика апаратом, що дає змогу уникнути традиційних помилок, що призводять до не­повноти, суперечливості, фрагментарності БЗ, і вказує напря­мок, в якому необхідно рухатися розробникам. І хоча сьо­годні більшість БЗ опрацьовуються лише до етапу Е_3, знання повної схеми збагачує і поглиблює процес проектування.