Семиотический подход к приобретению знаний

Семиотический подход к моделированию человеческих знаний считается в настоящее время одним из самых перспективных. На рис. 8.1 показана схема, известная в семиотике как треугольник Фреге. Объекты реального мира, называемые денотатами, отражаются в сознании человека (ментальном мире), и в результате этого отражения возникают представления о денотатах. Представление — это интегрированный образ денотата (называемый в психологии гештальтом), полученный на основе ощущений и других источников информации.

Рис. 8.1. Треугольник Фреге

Для различения денотатов человек использует имена, связанные с представлениями о сущностях, и формирует соответствующие понятия, используя процедуры выявления сходства и различия представлений. Между ментальными объектами (представление, имя, понятие), образующими треугольник Фреге, существуют связи, соответствующие определенным механизмам мышления. Связь 1 позволяет по имени сущности активизировать в памяти все сведения о ее свойствах (понятие). Эта же связь в обратном направлении позволяет по описанию сущности определить ее имя («Не лает, не кусает, а в дом не пускает. Что это?»). Связь 2 позволяет по представлению о сущности найти информацию о ее свойствах или сформировать представление о сущности по совокупности свойств. Связь 3 соединяет представление о денотате с его именем, т.е. имя может активизировать представление и наоборот.

Информационная структура, соответствующая треугольнику Фреге, в котором вершины отождествляются с именем, понятием и представлением, называется знаком или семой.

Между знаками существуют различного рода отношения. Особое значение в приобретении знаний имеют отношения наследования, к которым относятся следующие типы: «элемент — класс», «часть — целое», «вид — род». Важным свойством отношений «элемент — класс» () является то, что между элементами класса может не быть никакого сходства, кроме их принадлежности к одному классу. Определение класса в подобных случаях возможно путем перечисления имен входящих в него элементов. В отношениях «часть — целое» () наследуется часть свойств сущности, которой приписана роль «целого» (X). При этом части одного целого могут быть совершенно не похожи друг на друга. Отношения «вид — род» базируются на наследовании всех свойств рода X видом z (например, любой вид млекопитающих наследует признак выкармливания детенышей молоком), поэтому между видами одного рода обязательно существует сходство.

Отношения наследования образуют иерархические структуры в системах знаков. На рис. 8.2 показан пример подобной иерархии, где первый уровень образован отношением типа «элемент — класс», второй — отношением «вид — род», а третий — отношением «часть — целое». В отношении «элемент — класс» иерархическая связь устанавливается между именами знаков, а в отношениях «часть — целое» и «вид — род» — между понятиями или представлениями.

Рис. 8.2. Пример иерархии знаков с отношениями наследования разных типов

Между знаками, находящимися на одном иерархическом уровне, тоже могут существовать связи. Типичным примером таких связей являются отношения типа «причина — следствие». Наличие отношений внутри иерархических уровней приводит к образованию сетей, в которых вершины соответствуют знакам, а дуги — отношениям между знаками. По сути дела, это и есть семантические сети. Кроме этой аналогии следует отметить сходство понятий знака и фрейма, породившее концепцию знака-фрейма, который представляет собой треугольник с вершинами:

  • Имя (имя фрейма=имя знака);
  • Протофрейм (понятие, представленное набором слотов «пустого» фрейма-прототипа);
  • Экзофрейм (представление, реализованное конкретным фреймом-экземпляром).

Для исследования операций над знаками-фреймами необходимо ввести метауровень, на котором в качестве денотатов выступают знаки-фреймы, а ментальными объектами являются метазнаки, которые характеризуются синтаксисом (именем или другим способом кодирования), семантикой (понятием, конкретным смыслом для субъекта) и прагматикой (процедурами, связанными со знаками). Взаимосвязь этих аспектов также можно представить треугольником Фреге, в котором существуют связи между синтаксисом и семантикой, позволяющие получать по имени всю информацию о сущности, и, наоборот, по описанию метазнака определить его синтаксис. Связи между семантикой и прагматикой позволяют формировать определенные действия на основе анализа ситуации, которая характеризуется данным знаком. Связь между этими аспектами в противоположном направлении можно интерпретировать как объяснение причин произошедших событий (процедур). Связь синтаксиса с прагматикой предполагает переход к действиям при упоминании имени без анализа семантики (нажать на тормоз при красном сигнале светофора), а также позволяет восстановить синтаксис (имя) ситуации по совершенным действиям.

Синтаксис, семантика и прагматика знака (метазнака) не привязаны жестко и однозначно к той сущности, которую они характеризуют. Рассмотрим пример, подтверждающий договорный характер использования знаков. Допустим, в поездке за грибами участники договорились зажечь костер в том случае, если будет обнаружено место с большим количеством грибов. Результат этой договоренности можно рассматривать как создание знака, обозначением (синтаксисом) которого является дым от костра, семантика соответствует факту обнаружения грибов, а прагматика (действия) очевидна: если кто-то не нашел грибов, нужно идти в сторону костра. Однако участники поездки могут принять другие соглашения. Например, при обнаружении грибов не разжигать костер, а громко крикнуть. В этом случае изменится только синтаксис. Если они договорятся о том, что дым костра является сигналом наступления обеда, то изменится семантика, а прагматика останется прежней — идти в сторону костра. Наконец, если принято соглашение о том, что дым от костра означает сигнал возвращения домой, то изменится не только семантика, но и прагматика, так как в этом случае нужно идти не в сторону костра, а к автобусной остановке.

Структура семиотической модели знаний некоторой предметной области, или поля знаний, на котором создается база знаний интеллектуальной системы, показана на рис. 8.3.

Синтаксис семиотической модели поля знаний можно описать следующими признаками:

Р=,

где  - структура исходных данных, подлежащих обработке и интерпретации в ИИС;

 - структура выходных данных;

М - модель предметной области, описывающая преобразование  в , которая может быть представлена двумя составляющими М= {Sk, Sf}.

Компонента Sk отражает понятийную структуру предметной области в виде статической концептуальной структуры, a Sf — динамическую функциональную структуру, моделирующую возможные схемы рассуждений эксперта на основе функциональных связей или отношений между понятиями, образующими Sk. Семантика модели определяется конкретным содержанием знаний проблемной области. Смысл используемых в модели понятий и отношений определяется и постепенно уточняется в процессе получения знаний, в котором можно выделить следующие этапы.

Рис. 8.3.Структура поля знаний

  1. Построение первичной модели, которая отражает представление эксперта о предметной области. Эта модель является семантической репрезентацией реальности и личного опыта эксперта.
  2. Эксперт вербализует свой опыт, объясняя способы рассуждений в процессе передачи знаний аналитику. Семантику знаний предметной области теперь можно представить текстом.
  3. Инженер по знаниям интерпретирует вербализованный опыт эксперта и формирует собственное представление о знаниях данной предметной области.
  4. Формируется модель поля знаний.

Под прагматической составляющей семиотической модели специалисты в области искусственного интеллекта понимают практические аспекты разработки поля знаний, связанные с созданием и применением технологий проведения структурного анализа, согласованием отдельных фрагментов знаний, разрешением противоречий и т.п. Прагматика в данном случае определяет выбор технологий, которые использует инженер по знаниям для преобразования хаотического опыта эксперта в стройную модель поля знаний проблемной области.