Знания как особая форма информации. Отличие знаний от данных. Различие информации и данных
Классификация знаний
Трактовки знаний
Представление знаний
Тема 1. Понятие знания
Знание – это проверенный практикой результат познания действительности, отражение в сознании человека.
Знание – закономерности предметной области (принципы, связи, законы), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам решать задачи в этой области.
Знания – это результат, полученный познанием.
Знания – это формализованная информация, на которую ссылаются когда делают различные заключения на основе имеющихся данных с помощью логических выводов.
Знаниями называют хранимую в ЭВМ информацию, формализованную в соответствии со структурными правилами, которую можно использовать при решении проблем.
· Психологическая : Знание – психологические образы или мысленные модели.
· Интеллектуальная : Знания – совокупность сведений о некоторой предметной области, включающих факты об объектах предметной области, о свойствах объекта, и связывающих их отношений, описаний процессов протекающих в данной предметной области и содержащих информацию о решении типовых задач.
· Формально – логическая : Знание – формализованная информация, используемая для получения или вывода новых знаний с помощью специализированных процедур.
· Информационно -технологическая : Знание – структурированная информация, хранящаяся в памяти ЭВМ и используемая при работе интеллектуальных систем.
1. В зависимости от источника:
a. априорные
b. накапливаемые
i. экспертные
ii. наблюдаемые
iii. выводимые
2. В зависимости от характера использования при решении задач:
a. декларативные
b. процедурные
c. метазнания
3. В зависимости от степени достоверности:
a. четкие знания
b. нечеткие знания
4. В зависимости от глубины:
i. поверхностные:
b. знании-копии
c. знания-знакомства
i. глубинные:
1.1. Априорные – закладываются в базу знаний до начала функционирования ИИС включающую эту базу знаний. Кроме того, при работе с базой знаний достоверность содержащихся в ней априорных знании непереоценивается.
1.2. Накапливаемые знания – формируются в процессе работы базы знаний. Источниками этих знаний могут быть эксперты (экспертные), внешние искусственные устройства наблюдатели (наблюдаемые), правила и процедуры вывода и верификация знаний действующих в рамках интеллектуальной системы (выводимые).
2.2. Процедурные знания – информация о способах решения типовых задач в некоторой предметной области.
2.3. Метазнания – знания о знаниях, которые сдержат общие сведения о принципах использования знаний. К уровню метазнаний также относят стратегию управления выбором и применением процедурных знаний.
3. В основе классификации знания в зависимости от степени их достоверности лежат т.н. нефакторы присущие знаниям: неполнота информации о рассматриваемом фрагменте предметной области – это неточность количественных и качественных оценок, неоднозначность правил вывода новых знаний, несогласованность некоторых положений в базе знаний.
4. Поверхностные – знания о видимых взаимосвязях объектов и явлений. Глубинные знания основываются на абстрактных аналогиях позволяющих объяснять суть явлений.
Представление знаний – выражение на к\л формальном языке свойств различных объектов и закономерностей существенных для решения задач.
Основные направления исследований, связанные с представлением знаний:
· разработка методологии построения проблемно-ориентированных математических моделей;
· разработка формального аппарата для описания таких моделей;
· разработка теорий вычислений в таких моделях;
· разработка технологий реализации программной поддержки таких моделей.
При разработке модели представлений знаний могут быть поставлены вопросы: «Что представлять?» и «Как представлять?».
Первый вопрос связан с организацией или выбором структуры знаний.
Второй связан с представлением знаний в выбранной структуре.
Состав знаний ИИС зависит от предметной области от требований и целей пользователя и от назначения структуры системы. При разработке практически любой ИИС требуется иметь следующий минимальный набор знаний:
· знания о процессе решения задач;
· знания о языке общения и способах организации диалога системы с пользователем;
· знания о проблемной области и знания о способах представления и модификации знаний.
Данными называют информацию фактического характера, описывающую объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства.
Знания являются более сложной категорией по сравнению с данными. Знания описывают не только отдельные факты, но и взаимосвязи между ними, поэтому знания иногда называют структурированными данными. Знания представляют собой результат мыслительной деятельности человека, направленной на обобщение его опыта, полученного в результате практической деятельности.
Знания получаются в результате применения к исходным данным некоторых методов обработки, подключения внешних процедур.
ДАННЫЕ + ПРОЦЕДУРА ОБРАБОТКИ = ИНФОРМАЦИЯ
ИНФОРМАЦИЯ + ПРОЦЕДУРА ОБРАБОТКИ = ЗНАНИЯ
Характерная особенность знаний состоит в том, что они не содержаться в исходной системе. Знания возникают в результате сопоставления информационных единиц, нахождения и разрешения противоречий между ними, т.е. знания активны их появление или недостача приводит к реализации некоторых действий или появлению новых знания. Знания отличаются от данных наличием следующих свойств.
1. Внутренняя интерпретация – независимость знаний от интерпретирующей программы, возможность отвечать на вопросы, касающиеся содержимого памяти. Она позволяет соотнести данные хранящиеся в памяти с их смысловым содержанием. Ее наличие обеспечивает возможность построения процедур отвечающих от имени компьютера на вопросы человека о содержимом памяти.
2, 3. Наличие внутренних и внешних структур знания . Распространение принципа деления объектов на уже выделенные компоненты целого, позволяет строить многоуровневые иерархические представления. Объекты части могут интерпретироваться независимо друг от друга, т.е. как элементы множества. Если взаимосвязь отдельных элементов частей является существенной, то ее необходимо отражать в базе знаний. На множестве объектов предметной области, как целых, так и их частей вводятся различные семантические отношения (родовидовые отношения, временные. пространственные) описывающие структуру фрагмента предметной области. Такое структурное представление предметной области является очень важным аспектом знаний, т.к. принципы декомпозиции объектов предметной области и выделения системы отношений между ними базируются на подобных механизмах человеческого мышления.
4. Шкалирование. Позволяет сопоставлять и упорядочивать качественно одинаковые, но различающиеся в количественном плане свойства и отношения объектов предметной области. В памяти человека знания об окружающем мире упорядочены, что определяются различными шкалами. Шкала представляет собой последовательность меток с каждой из которых связано значение оценки или значение некоторой величины. Выделяют следующие виды шкал: 1) Метрические, которые делятся на Абсолютные и Относительные; 2) Порядковые шкалы, которые делятся на лингвистические и оппозиционные. В метрических шкалах по расположению точек можно определить степень отличия соответствующих информационных единиц. С помощью метрических шкал можно установить количественные отношения и порядок тех или иных оценок или величин. В абсолютных метрических шкалах начало отсчета никогда не меняется. В относительных шкалах, начало отсчета меняется в каждом случае и определяется ситуацией или текущим моментом времени. В порядковых шкалах фиксируется порядок информационных единиц в лингвистических порядковых шкалах используются квантификаторы, которые служат для введения количественных или качественных мер. Такие квантификаторы как никогда, очень редко, редко, часто и т.д. В оппозиционных порядковых шкалах концы шкалы соответствуют крайним или несовместимым свойствам и отношениям объектов, которые обозначаются парами антонимов, среднее положение считается нейтральным. Примерами таких антонимов могут служить такие пары: медленный – быстрый, сильный – слабый. Шкалы задаются тремя параметрами.
1. В чем отличие знаний от данных.
Информация (данные) явл-ся неотъемлемой частью материального мира, характериз-его его упорядоченность или структуру в мире, обусловлена их способностью распознавать стр-ру окружающего мира и использовать рез-т распознавания (знаний о мире). Знания – это информация, воспринятая из внешнего мира. Знание субъективно. Знание уникально, и обмен знаниями м/у индивидами не происходит без потерь, в отличие от данных, в кот. закодирована информация и кот. м. передаваться без потерь. Знание передается посредством к-л метода представления знаний, типичным естественным языком.
Отличаются:
Знания более структурированы;
В знаниях наибольшее зн-ие имеют не атомарные эл-ты знаний, а взаимосвязи м/у ними;
Знания более самоинтерпритируемые, чем данные, т.е. в знаниях содержится информация о том, как их использовать;
Знания активны, в отличие от пассивных данных, т.е. м. порождать действия системы, использующей их.
2. Каковы два основных направления исследований в ИИ
1. Нейронные сети.
Идея. «Единственный объект, способный мыслить – это человеческий мир»; 10 21 нейронов в мозгу, кот. связаны м/у собой. Розенблед, Мак-Каллок – 1936 – 1965 модель percepton
Модель перцетона:
каж. точка предыдущего слоя связана со всеми точками данного слоя
1 слой 2 слой
Распределенная ВС. Индексирование БД. Это синтаксические системы, основанные на формальном подходе. (Модель нервных цепей).
2. Семантические модели.
Идея. Противоположная нейронной идеологии: «не имеет зн-ия, как устроено вычислительное устройство, главное чтобы на заданные входные действия оно реагировало как чел. мозг » - концепция «черного ящика».
Тезис Тьюринга, кот. определил семантический подход (ф-ии мозга).
Языки: Lisp, Fortran.
3. Приведите примеры нечетких знаний.
а)
Молодой б) Пусть S – множество людей. Пусть «высокий» - нечетное подмножество S, кот. ответит на вопрос: «какой человек X явл-ся высоким?». Каж. человеку из области наследования нужно назначить степень принадлежности к нечетному подмножеству «высокий». Для этого используем ф-ию принадлежности, основанную на росте человека:
0, если рост(х)<5 футов;
Высокий(х)= (рост(х) – 5ft)/2ft, если 5 футов<= рост(х) <=7 футов;
1, если рост(х) > 7 футов.
Графически:
4. Приведите пример, характеризующий поверхностные и глубинные знания.
Поверхностные знания:
Я знаю, что на авиазаводе в цехе собирают самолеты;
Y = a 0 x 0 + a 1 (x 0 *2) + a 2 (x 0 *3) + . . .
Глубинные знания:
Я знаю как, с помощью чего собирается самолет;
5. В чем отличие процедурных знаний от декларированных? Приведите примеры.
Процедурные знания – хранят информацию о том, как надо действовать, чтобы получить нужный результат. Декларированные знания – хранят в себе информацию о том, над чем надо выполнить эти действия.
Чтобы собрать самолет необходимо скрепить его основные части (проц. знания), для его сбора необходимы крылья, носовая часть, хвостовая и т.п. и их нужно соединить (декларир. знания).
Различие между декларативным и процедурным предпочтением в том, что последнее определяет не только логические связи между головой предложения и целями в его теле, но еще и порядок в котором эти цели обрабатываются.
6. Охарактеризуйте морфологический, синтаксический, семантический и прагматический анализы в естественных языковых интерфейсах.
a) Морфологический анализ – анализ слова в предложении.
b) Семантический анализ – распознавание смысла в составных частях предложения на основе некоторой предметно - ориентированной БЗ.
c) Синтаксический анализ – анализ распознавания структуры предложения.
d) Прагматический анализ – анализ смысла предложения в реальном контексте на основе собственной БЗ.
7. В чем разница интенсионала и экстенсионала. Пример.
Интенсионал – способствует связи с выделением закономерностей.
Экстенсионал – способ перечисления фактографических сторон (описание на уровне данных)
Пр. : объект (философия): 1. Высокий уровень
2. Примитивный
8. Построить фрейм для следующего примера: “Пингвин и синица- птицы, однако пингвин не умеет летать, о умеет плавать и живет в Антарктиде”.
Прежде чем продолжить рассмотрение проблематики управления знаниями важно определиться с ключевыми понятиями этой области: «данные», «информация», «знания».
В литературе, посвященной управлению знаниями, представлены различные подходы к их трактовке. Не претендуя на полномасштабный анализ, попробуем обозначить некоторые важные моменты.
Под данными понимаются неупорядоченные наблюдения, числа, слова, звуки, изображения. Это – набор дискретных, объективных факторов о событиях. При этом в организационном контексте данные трактуются как структурированные записи об актах деятельности. Организации обычно хранят данные в информационных системах, в которые они поступают из различных подразделений и служб.
Когда данные организованы, упорядочены, сгруппированы категоризированы, они становятся информацией . Она трактуется как совокупность данных, упорядоченная с определенной целью, придающей им смысл.
Сообщение - это текст, цифровые данные, изображения, звук, графика, таблицы и др
Сведения – практически синоним понятия “Сообщения”. Они чаще всего носят бытовой характер.
Знание же трактуется как информация, готовая к продуктивному применению, действенная, снабженная смыслом. Оно представляет собой совокупность оформленного опыта, ценностей, контекстуальной информации, экспертного понимания, составляющих основу для оценки и интеграции нового опыта и информации. Оно формируется и применяется в умах людей, а в организациях зачастую оказывается закрепленным не только в документах и в хранилищах, но также в организационных процедурах, процессах, способах выполнения работы и нормах.
В таблице на основе обзора литературных источников приводятся различные определения знания.
В большинстве рассмотренных определений подчеркивается, что знания – понятие более широкое, глубокое и богатое по сравнению с информацией. Они представляют собой подвижное соединение разных элементов – опыта, ценностей, информации и экспертного понимания - и постоянно меняются; они интуитивны; характерны для людей и являются неотъемлемой частью человеческой сущности с ее непредсказуемостью.
Характерным признаком интеллектуальных систем является наличие знаний, необходимых для решения задач конкретной предметной области.
Введение в инженерию знаний
Введение в инженерию знаний
2. Знания как особая форма информации. Отличие знаний от данных.
5. Подразделение знаний. Декларативная и процедурная формы представления знаний
6. Свойства знаний
7. Интенсионал и экстенсионал понятия.
8. Парадигмы представления знаний. Классификация моделей представления знаний
Теоретическими и практическими вопросами представления и обработки знаний в компьютерных системах активно занимаются исследователи, работающие в области инженерии знаний. Это понятие в 1977 г. ввел Э. Фейгенбаум, который писал: «По опыту нам известно, что большая часть знаний в конкретной предметной области остается личной собственностью эксперта. И это происходит не потому, что он не хочет разглашать своих секретов, а потому, что он не в состоянии сделать этого - ведь эксперт знает гораздо больше, чем сам осознает». Инженерия знаний - направление ИИ, которое связано с развитием теоретических и прикладных аспектов приобретения и формализации знаний специалистов, с проектированием и разработкой баз знаний.
Данными называют информацию фактического характера, описывающую объекты, процессы и явления предметной области, а также их свойства. В процессах компьютерной обработки данные проходят следующие этапы преобразований:
исходная форма существования данных (результаты наблюдений и измерений, таблицы, справочники, диаграммы, графикии т.д.);
представление на специальных языках описания данных предназначенных для ввода и обработки исходных данных в ЭВМ;
базы данных на машинных носителях информации.
Знания являются более сложной категорией информации по сравнению с данными. Знания описывают не только отдельные факты, но и взаимосвязи между ними, поэтому знания иногда называют структурированными данными. Знания могут быть получены на основе обработки эмпирических данных. Они представляют собой результат мыслительной деятельности человека, направленной на обобщение его опыта, полученного в результате практической деятельности.
3. Способы наделения знаниями программных систем
Для того чтобы наделить ИИС знаниями, их необходимо представить в определенной форме. Существуют два основных способа наделения знаниями программных систем .
Первый - поместить знания в программу, написанную на обычном языке программирования. Такая система будет представлять собой единый программный код, в котором знания не вынесены в отдельную категорию. Несмотря на то, что основная задача будет решена, в этом случае трудно оценить роль знаний и понять, каким образом они используются в процессе решения задач. Нелегким делом являются модификация и сопровождение подобных программ, а проблема пополнения знаний может стать неразрешимой.
Второй способ базируется на концепции баз данных и заключается в вынесении знаний в отдельную категорию, т.е. знания представляются в определенном формате и помещаются в БЗ. База знаний легко пополняется и модифицируется. Она является автономной частью интеллектуальной системы, хотя механизм логического вывода, реализованный в логическом блоке, а также средства ведения диалога накладывают определенные ограничения на структуру БЗ и операции с нею. В современных ИИС принят этот способ.
Задача представления знаний в информационных системах
Для того, чтобы поместить знания в компьютер, их необходимо представить определенными структурами данных, соответствующих выбранной среде разработки интеллектуальной системы. Следовательно, при разработке ИИС сначала осуществляются накопление и представление знаний, причем на этом этапе обязательно участие человека, а затем знания представляются определенными структурами данных, удобными для хранения и обработки в ЭВМ.
Знания в ИИС существуют в следующих формах:
исходные знания (правила, выведенные на основе практического опыта, математические и эмпирические зависимости, отражающие взаимные связи между фактами; закономерности и тенденции, описывающие изменение фактов с течением времени; функции, диаграммы, графы и т. д.);
описание исходных знаний средствами выбранной модели представления знаний (множество логических формул или продукционных правил, семантическая сеть, иерархии фреймов и т. п.);
представление знаний структурами данных, которые предназначены для хранения и обработки в ЭВМ;
базы знаний на машинных носителях информации.
4. Определение понятия знание
Из толкового словаря С. И. Ожегова: 1) «Знание - постижение действительности сознанием, наука»; 2) «Знание - это совокупность сведений, познаний в какой-либо области».
Из японского толкового словаря: «Знания - это результат, полученный познанием», или, более подробно, «система суждений с принципиальной и единой организацией, основанная на объективной закономерности».
Исследователями в области ИИ даются более конкретные определения знаний.
«Знания - это закономерности предметной области (принципы, связи, законы), полученные в результате практической деятельности и профессионального опыта, позволяющие специалистам ставить и решать задачи в этой области
«Знания - это хорошо структурированные данные или данные о данных, или метаданные»
«Знания - формализованная информация, на которую ссылаются или используют в процессе логического вывода»
Знание о предметной области - это описание объектов, их окружения, необходимых явлений, фактов, а также отношений между ними.
5. Подразделение знаний
Существует множество классификаций знаний. Вместе с тем, с помощью классификаций, как правило, систематизируют знания конкретных предметных областей. На абстрактном уровне рассмотрения можно говорить о признаках, по которым подразделяются знания, а не о классификациях.
По своей природе знания можно делятся на декларативные и процедурные.
Декларативны е знания представляют собой описания фактов и явлений, фиксируют наличие или отсутствие таких фактов, а также включают описания основных связей и закономерностей, в которые эти факты и явления входят.
Процедурные знания - это описания действий, которые возможны при манипулировании фактами и явлениями для достижения намеченных целей.
По способу приобретения знания можно разделить на факты и эвристики (правила, которые позволяют сделать выбор при отсутствии точных теоретических обоснований). Первая категория знаний обычно указывает на хорошо известные в данной предметной области обстоятельства. Вторая категория знаний основана на собственном опыте эксперта, работающего в конкретной предметной области, накопленном в результате многолетней практики.
По типу представления знания делятся на факты и правила . Факты - это знания типа «А - это А», такие знания характерны для баз данных и сетевых моделей. Правила, или продукции - это знания типа «ЕСЛИ А, ТО В».
Фактические и стратегические знания . Фактические знания - основные закономерности предметной области, позволяющие решать конкретные производственные, научные и другие задачи, то есть факты, понятия, взаимосвязи, оценки, правила, эвристики. Стратегические знания - стратегии принятия решений в предметной области;
Кроме фактов и правил существуют еще метазнания - знания о знаниях. Они необходимы для управления БЗ и для эффективной организации процедур логического вывода. Классическими примерами метазнаний являются народные пословицы и поговорки, каждая из которых характеризует знания (рекомендации по деятельности) в широком классе конкретных ситуаций (например, пословица "Семь раз отмерь, один - отрежь" применима не только в среде хирургов или портных. «Не зная броду не суйся в воду»).
Глубинные и поверхностные знания . В глубинных знаниях отражается понимание структуры предметной области, назначение и взаимосвязь отдельных понятий (глубинные знания в фундаментальных науках - это законы и теоретические основания). Глубинные знания образуются как результат обобщения первичных понятий в некоторые абстрактные структуры, которые могут и не иметь вербального описания Глубинные знания обладают такими важными особенностями, как гибкость и аддитивность (лат. additio - прибавление; получаемый путем сложенияПоверхностные знания представляют собой совокупность эмпирических ассоциаций и отношений между понятиями предметной области для стандартных рассуждений и ситуаций
Жесткие и мягкие знания . Жесткие знания позволяют получать однозначные рекомендации при заданных начальных условиях. Мягкие знания допускают множественные, «размытые» решения и различные варианты рекомендаций.
В практике разработки СИИ обозначилась тенденция перехода от использования поверхностных знаний к глубинным и мягким. Использование глубинных и мягких знаний позволяет создать БЗ большой мощности.).
Знание и информация – важные составляющие нашей жизни. Полностью отождествлять между собой эти термины нельзя. Рассмотрим, что подразумевается под каждым из них и чем отличается знание от информации.
Определение
Знание – систематизированные достоверные представления о предметах и явлениях действительности. Знание применяется людьми для рациональной организации своей деятельности и решения возникающих задач.
Информация – сведения о понятиях, фактах, событиях и т. д., в передаче и принятии которых могут участвовать люди или специальные устройства. Животные сообщают друг другу особую информацию с помощью сигналов. Существует также генетическая информация, передаваемая одним организмом другому.
Сравнение
Коренным фактором, позволяющим выявить отличие знания от информации, является то, что знание приобретается только через субъективное осмысление. Информация же независима и не всегда доходит до стадии осознания.
В познавательном процессе знание и информация находятся на разных ступенях. Сначала происходит восприятие информации, транслируемой определенным источником: книгой, интернетом, преподавателем… После осмысления информация результируется в знание. Обладающий знанием способен выполнять роль нового источника информации.
Таким образом, транслируется и принимается только информация, но знание передать невозможно. Для того чтобы стать обладателем знания, необходимо воспринять нужную информацию и провести ее через собственное сознание.
Например, учитель математики обладает знаниями в области своего предмета. Объясняя классу способ решения задачи, он не передает непосредственно знания, а является источником информации. У учеников смогут сформироваться знания, только когда они не просто прослушают учителя, но и поймут, осознают то, что он пытается им донести.
Рассматривая, в чем разница между знанием и информацией, следует отметить, что избытка знания быть не может. Ведь человек стремится осмыслить лишь то, что ему действительно важно и необходимо. Информация же может поступать в избытке, люди нередко чувствуют перенасыщение ею. Из всего объема информации для получения знаний используется малая часть.
Именно знания являются критерием образованности человека. Ведь недостаточно только ознакомиться с информацией – необходимо проделать и немалый умственный труд.