Бронфельд Г.Б. Формальное представление структуры знаний

(Сокращенный доклад на ИСТ-2011, НГТУ им.Р.Е.Алексеева)


___В последние десятилетия уделяется все большое внимание работе со знаниями.
___Важным моментом в этой проблеме является анализ структуры знаний, поскольку понимание структуры знаний приводит к определенным методам, необходимым для моделирования знаний и выводам на их основе.
___Проблематику знаний изучают философия, психология, лингвистика, в рамках ИТ-технологий и направление «искусственный интеллект» (ИИ). Будем вести рассмотрение, в основном, с точки зрения направления ИИ (далее просто ИИ).

Нас будет интересовать научное знание, личное знание и реальная окружающая природа.
___Научное знание претендует на адекватное отражение действительности и выступает от имени истины.
___Личное знание – это совокупность знаний конкретного человека, отражающих его опыт и представления об окружающей действительности, не имеющих, как правило, теоретико-систематическую форму, и которые помогают ориентироваться в окружающем мире.
___Действительность - это окружающий нас мир с совокупностью всех существующих объектов, их взаимосвязей и природных явлений.
___Действительность – объективна и существует независимо от человека. Но человек в любом случае может описывать окружающий мир лишь с помощью языковых средств, фиксируемых, в частности, в виде текстов.

Текст представляет собой последовательность языковых единиц, объединенных смысловой связью . Типичным представителем языковых единиц являются слова, являющиеся некими понятиями, отражающие определенные явления действительности.
___Личное знание человек может выразить или опять-таки языковыми единицами или действиями, которые описываются также с помощью текстов.

В результате получается, что мы в основе имеем понятия или данные (сведения), отражающие уровень неких параметров действительности (известных или неизвестных нам).

Для описания знаний в ИИ давно сформировалась представление о двухуровневой структуре знаний. В основе находятся данные (понятия), т.е. отдельные факты, характеризующие объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства. Тогда знания - это хорошо структурированные данные, или данные о данных, или метаданные. Есть традиционные представления знаний, использующих такую основу, в частности, - семантические сети и фреймы.

Но есть и относительно новое, менее знакомое, и, на мой взгляд, более интересное представление о системологии знаний.
___В соответствии с ним (авторы Р.Акофф и М.Желена) знания состоят из
- данных (понятий);
- информации;
- собственно знаний;
- и мудрости.

Данные (понятия) — самые простые элементы знания, их цель неясна и неоднозначна, им свойственна большая степень свободы.

Информации свойственна более высокая конкретность цели, включающей объединение сведений или данных. Как только данные преобразованы в информацию, вернуть их в исходное состояние трудно (так же как невозможно реконструировать от¬дельные наблюдения из их средней величины).

Собственно знания охватывают реальный процесс обработки входных данных, включая координацию действия для достижения результатов, целей или получения продуктов.

Тогда мудрость соотносится с объяснимостью: если человек знает почему - а не просто, что и как - тогда он не просто хорошо информирован или осведомлен, а обладает знанием и компетентностью.

Вообще говоря, хорошо известно уже упомянутое ранее представление моделей знаний с помощью семантических сетей, которые можно описать в виде ориентированного графа G(V,E), где V – множество вершин, а Е – множество дуг (отношений) между ними. Вершинам соответствуют определенные дефиниции данных (понятий) в виде множества Xпон, дефиниции видов отношений (связей) в виде множества Тсв , связанные отображениями D:Xпон --> V и F:Тсв --> Е .

Разовьем эту двухуровневую структуру знаний до четырехуровневой.
___Итак:
- данные(понятия) – это вершины V графа G(V,E);
- информация – это граф G(V,E) , как минимум, с одной дугой;
- знания – это маршрут в графе, ведущий к некоему результату (вершине);
- мудрость - это разъяснение (интерпретация), почему выбран именно данный маршрут из бесконечного множества.

Полное формальное описание четырехуровневой структуры знаний имеет вид семерки

ZN = < D , F, G(V,E), X0пон ,XRпон , S, Msk >,

где D – определение исходных данных (понятий);
G(V,E) – информация;
X0пон – подмножество начальных данных (понятий) X0пон Xпон , относительно которых существуют знания;
XRпон – подмножество конечных данных (понятий) XRпон Xпон , относительно которых существуют знания;
S – множество путей на графе, который обеспечивает полезный переход из начального состояния X0пон в конечное состояние XRпон;
Msk – множество интерпретаций, поясняющих полезность k-го маршрута Sk .

Интересно, что при определенных условиях выполняется отображение

ZN --> G(V,E).

Это означает, - несмотря на то, что исходно информация входит как структурная составляющая знания, в свою очередь, знание при определенных условиях можно рассматривать, как составляющий элемент информации.

Такое представление пригодно как для формального описания как научного знания, отражающего окружающую действительность, так и для описания личного знания и знаний содержащихся в текстах на естественном языке.
___Подобное представление удобно для разработки новых подходов к созданию интеллектуальных систем в рамках ИИ.