Определения

Инженерия знаний (ИЗ) была определена Фейгенбаумом и МакКордаком в 1983 году как:

«ИЗ - раздел (дисциплина) инженерии, направленный на внедрение знаний в компьютерные системы для решения сложных задач, обычно требующих богатого человеческого опыта.»

В настоящее время это также предполагает создание и обслуживание подобных систем (Кендэл, 2007). Это также тесно соприкасается с разработкой программного обеспечения и используется во многих информационных исследованиях, например таких, как исследования искусственного интеллекта, включая базы данных, сбор данных, экспертные системы, систем поддержки принятия решений и географические информационные системы. ИЗ связана с математической логикой, также используемой в разных научных дисциплинах, например в социологии где «подопытными» являются люди, а цели исследований - понимание, как работает человеческая логика на примере взаимоотношений в обществе.

Примеры

Пример действия системы, базирующейся на ИЗ:

• Рассмотрение задачи
• Запрос к базам данных по задаче
• Внесение и структурирование полученной информации (IPK модель)
• Создание базы данных по структурированной информации
• Тестирование полученной информации
• Внесение корректировок и эволюция системы.

Будучи скорее искусством, нежели чисто инженерной задачей, ИЗ не имеет большого практического применения. Подразделом ИЗ является метаинженерия знаний, пригодная для разработки ИИ.

Принципы

С середины 1980-х в ИЗ появилось несколько принципов, методов и инструментов, которые облегчили процесс получения и работы со знаниями. Вот некоторые ключевые из них:

• Существуют разного рода типы знаний [какие? ] и для работы с ними должны использоваться конкретные методы и техника. [какие? ]
• Существуют различные типы экспертов и опыта. [какие? ] Для работы с ними должны использоваться определенные методы и техника. [какие? ]
• Существуют разные способы предоставления, использования, понимания знаний [какие? ] и работа с ними может помочь переосмыслить и использовать уже имеющиеся знания по-новому.

В инженерии знаний используются методы структурирования знаний для убыстрения процесса получения и работы со знаниями.

Теории

• Трансляционная (традиционная): предполагает прямой перенос человеческих знаний в машину.
• Модельная (альтернативный взгляд): предполагает моделирование задачи и её способов решения самой системой ИИ .
• Гибридные.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Днестровские плавни
• Пршо, Дадо

Смотреть что такое "Инженерия знаний" в других словарях:

Инженерия знаний - научное направление, занимающееся разработкой языков и форм представления знаний, методов их наполнения и использования при решении тех или иных проблем, исследованием процедур проверки корректности знаний. Инженерия знаний разрабатывает такие… … Основы духовной культуры (энциклопедический словарь педагога)

Фрейм (инженерия знаний) - У этого термина существуют и другие значения, см. Фрейм. Фрейм (англ. frame «каркас» или «рамка») способ представления знаний в искусственном интеллекте, представляющий собой схему действий в реальной ситуации. Первоначально… … Википедия

Инженерия - Инженерное дело (инженерия) область человеческой интеллектуальной деятельности, дисциплина, профессия, задачей которой является применение достижений науки, техники, использование законов физики и природных ресурсов для решения конкретных… … Википедия

Инженерия производительности - (англ. Performance Engineering) часть системотехники, включающая в себя набор ролей, знаний, практик, инструментов и результатов и применяющаяся на каждом этапе Цикла разработки программного обеспечения с целью убедиться в том, что создаваемое,… … Википедия

Инженерия программного обеспечения - Новый Airbus A 380 использует довольно много ПО, чтобы создать современную кабину в самолете. Метод инженерии программного обеспечения позволил создать программное обеспечение самолёта, описываемое миллионами строк … Википедия

Представление знаний - Представление знаний вопрос, возникающий в когнитологии (науке о мышлении), в информатике и в исследованиях искусственного интеллекта. В когнитологии он связан с тем, как люди хранят и обрабатывают информацию. В информатике с подбором … Википедия

База знаний - (БЗ; англ. knowledge base, KB) в информатике и исследованиях искусственного интеллекта это особого рода база данных, разработанная для оперирования знаниями (метаданными). База знаний содержит структурированную информацию, покрывающую… … Википедия

Продукционная модель представления знаний - В данной статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из за отсутствия сносок … Википедия

Логическая модель представления знаний - Логическая модель представления знаний модель в представлении знаний. Основная идея подхода при построении логических моделей представления знаний вся информация, необходимая для решения прикладных задач, рассматривается как… … Википедия

Инженерия знаний (ИЗ) была определена Фейгенбаумом и МакКордак в 1983 году как:

«ИЗ - раздел (дисциплина) инженерии, направленный на внедрение знаний в компьютерные системы для решения сложных задач, обычно требующих богатого человеческого опыта.»

В настоящее время это также предполагает создание и обслуживание подобных систем (Кендэл, 2007). Это также тесно соприкасается с разработкой программного обеспечения и используется во многих информационных исследованиях, например таких, как исследования искусственного интеллекта, включая базы данных, сбор данных, экспертные системы, систем поддержки принятия решений и географические информационные системы. ИЗ связана с математической логикой, также используемой в разных научных дисциплинах, например в социологии где «подопытными» являются люди, а цели исследований - понимание, как работает человеческая логика на примере взаимоотношений в обществе.

Примеры

Пример действия системы, базирующейся на ИЗ:

• Рассмотрение задачи
• Запрос к базам данных по задаче
• Внесение и структурирование полученной информации (IPK модель)
• Создание базы данных по структурированной информации
• Тестирование полученной информации
• Внесение корректировок и доработка системы.

ИЗ имеет практическое применение. В США до 90 % кредитных решений по клиентам розничного банковского бизнеса принимается с использованием экспертных систем на основе баз знаний FICO . Подразделом ИЗ является метаинженерия знаний, пригодная для разработки ИИ.

Принципы

С середины 1980-х в ИЗ появилось несколько принципов, методов и инструментов, которые облегчили процесс получения и работы со знаниями. Вот некоторые ключевые из них:

В инженерии знаний используются методы структурирования знаний для убыстрения процесса получения и работы со знаниями.

Классификация знаний

Знания бывают классифицированы на следующие категории:

¨ Поверхностные – знания о видимых взаимосвязях между отдельными событиями и фактами в предметной области.

¨ Глубинные – абстракции, аналогии, схемы, отображающие структуру и природу процессов, протекающих в предметной области. Эти знания могут использоваться для прогнозирования поведения объекта.

К примеру, поверхностные знания бывают описаны следующим предложением:

ʼʼВ случае если болит голова, то следует выпить аспиринʼʼ.

При этом можно также рассмотреть глубинные знания:

ʼʼЗнания физиологов и врачей высокой квалификации о причинах, видах головных болей и методах их леченияʼʼ.

Знания, которыми обладает человек, делятся на формализованные (точные) и слабо формализованные (неточные). Формализованные знания можно зафиксировать в виде определœений, формул, алгоритмов, моделœей и т.п. Неформализованные знания - ϶ᴛᴏ знания, для которых отсутствует алгоритм (модель, метод) их получения. Эти знания трудно сформулировать, так как они, как правило, являются результатом обобщения многолетнего опыта человека. К примеру, мы не всœегда можем ответить: почему мы приняли то или иное решение, говорим, что оно пришло на интуитивном уровне.

Инженерия знаний – достаточно молодое направление искусственного интеллекта͵ появившаяся тогда, когда практические разработчики столкнулись с весьма нетривиальными проблемами трудности ʼʼдобычиʼʼ и формализации знаний. Инженерия знаний напрямую связана с проектированием баз знаний , ᴛ.ᴇ. получению и структурированию знаний специалистов для последующей разработки интеллектуальных информационных систем (ИИС).

Для БЗ характерны информационные массивы небольшого объёма (в отличие от баз данных) являющиеся исключительно дорогими. В базе знаний можно проводить выбор по запросу информации, явно не хранимой, а выводимой из имеющихся данных. Базы знаний используются для хранения знаний и построения на их базе ИИС. Для этого знания крайне важно представить в форме, понятной компьютеру.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, идеология создания базы знаний в основном связана с формализацией знаний (или памяти человека). Модели памяти разрабатываются когнитивной психологией. Когнитивная психология (психология познания) занимается, прежде всœего, изучением способов восприятия и понимания знаний человеком.

Процесс представления знаний представляет собой формализацию знаний об определœенной области. В конечном итоге, знания должны быть представлены в форме, которая будет пригодна для создания интеллектуальной системы. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, крайне важно создание определœенных схем, позволяющих описать знания на некотором формальном языке.

Выделяют декларативные и процедурные знания. Декларативные знания хранятся в виде фактов и утверждений об объектах и отношений между этими объектами. К моделям представления таких знаний относятся, предикаты, семантические сети, фреймы. Процедурные знания хранятся в процедурах и выводятся в виде алгоритмов. К моделям их представления относятся правила продукции.

Особенности, присущие некоторым слабоструктурированным задачам, такие, как разнородность информации, неполнота и неопределœенность исходных данных и т.д. делают привлекательным использование качественных знаний. Для их формализации используются методы нечеткой математики.

Извлечение знаний - ϶ᴛᴏ процедура взаимодействия специалиста с источником знаний, в результате которой становится явным процесс рассуждений специалиста при принятии решения и структура его представления о предметной области.

Условно данный процесс включает можно разбить на три этапа:

1. Формулировка проблемы – определœение целœей и задачей получения знаний;

2. Сбор информации из различных источников. Следует отметить, что в качестве эксперта может выступа не только человек, но и любой другой источник информации (справочники, статьи, видеозаписи и т.д.);

3. Разработка формализма (модели) знаний о предметной области.

Рис. 2.1 – Методы получения знаний

Инженерия знаний - это технология построения экспертных систем. Этот процесс требует особой формы взаимодействия создателя экспертной системы, которого называют инженером по знаниям, и одного или нескольких экспертов в некоторой предметной области. Инженер по знаниям «извлекает» из экспертов процедуры, стратегии, эмпирические правила, которые они используют при решении задач, и встраивает эти знания в экспертную систему. Одной из наиболее сложных проблем, возникающих при создании экспертных систем, является преобразование знаний эксперта и описаний применяемых им способов поиска решений в форму, позволяющую представить их в базе знаний системы, а затем эффективно использовать для решения задач в данной предметной области.

Обычно эксперт не прибегает к процедурным или количественным методам. Его основные средства - аналогия, интуиция и абстрагирование. Часто эксперт даже не может объяснить, как именно им было найдено решение. Построение базы знаний включает три этапа:
- описание предметной области;
- выбор модели представления знаний;
- приобретение знаний.

Первый шаг при построении базы знаний заключается в выделении предметной области, на решение задач которой ориентирована экспертная система. По сути, эта работа сводится к очерчиванию инженером знаний границ области применения системы и класса решаемых ею задач. При этом необходимо:
- определить характер решаемых задач;
- выделить объекты предметной области;
- установить связи между объектами;
- выбрать модель представления знаний;
- выявить специфические особенности предметной области.

Выделение предметной области представляет собой первый шаг абстрагирования реального мира. После того как предметная область выделена, инженер по знаниям должен ее формально описать. Для этого ему необходимо выбрать модель представления знаний. Формально это должна быть модель, с помощью которой можно лучше всего отобразить специфику предметной области.

Инженер по знаниям прежде всего обязан провести опрос эксперта и только потом при-ступать к построению системы. При этом необходимо определить целевое назначение системы. При этом главная цель разбивается на подцели.

На следующем этапе необходимо очертить границы исходных данных. Для построения пространства поиска решения необходимо определить подцели на каждом уровне иерархии целей общей задачи. В вершине иерархии следует поместить задачу, которая по своей общности отражает принципиальные возможности и назначение системы.

После выявления объектов предметной области необходимо установить, какие между ними имеются связи. Следует стремиться к выявлению как можно большего количества связей.

Полученное качественное описание предметной области должно быть представлено средствами какого-либо формального языка, чтобы привести это описание к виду, позволяющему поместить его в базу знаний системы. Для решения этой задачи выбирается подходящая модель представления знаний, с помощью которой сведения о предметной области можно выразить формально.>

Как уже отмечалось, технологию построения экспертных систем часто называют инженерией знаний. Как правило, этот процесс требует специфической формы взаимодействия создателя экспертной системы, которого называют инженером знаний, и одного или нескольких экспертов в некоторой предметной области. Инженер знаний «извлекает» из экспертов процедуры, стратегии, эмпирические правила, которые они используют при решении задач, и встраивает эти знания в экспертную систему. Одной из наиболее сложных проблем, возникающих при создании экспертных систем, является преобразование знаний эксперта и описания, применяемых им способов поиска решений в форму, позволяющую представить их в базе знаний системы, а затем эффективно использовать для решения задач в данной предметной области.

Обычно эксперт не прибегает к процедурным или количественным методам; его основные средства -- аналогия, интуиция и абстрагирование. Часто эксперт даже не может объяснить, как именно им было найдено решение. В лучшем случае вы получите от него лишь описание основных приемов или эвристик, которые помогли ему успешно справиться с задачей. На инженера знаний возлагается очень сложная работа по преобразованию этих описаний в строгую, полную и непротиворечивую систему, которая позволяла бы решать прикладные задачи не хуже, чем это сделал бы сам эксперт, поскольку процесс построения базы знаний плохо структурирован и по своей природе является скорее циклическим, чем линейным.

Построение базы знаний включает три этапа:

описание предметной области;

выбор модели представления знаний (в случае использования оболочки этот этап исключается);

приобретение знаний.

Первый шаг при построении базы знаний заключается в выделении предметной области, на решение задач из которой ориентирована экспертная система. По сути, эта работа сводится к очерчиванию инженером знаний границ области применения системы и класса решаемых ею задач. При этом необходимо:

определить характер решаемых задач;

выделить объекты предметной области;

установить связи между объектами;

выбрать модель представления знаний;

выявить специфические особенности предметной области.

Инженер знаний должен корректно сформулировать задачу. В то же время он должен уметь распознать, что задача не структурирована, и в этом случае воздержаться от попыток ее формализовать или применить систематические методы решения. Главная цель начального этапа построения базы знаний -- определить, как будет выглядеть описание предметной области на различных уровнях абстракции. Экспертная система включает базу знаний, которая создается путем формализации некоторой предметной области, а та, в свою очередь, является результатом абстрагирования определенных сущностей реального мира.

Выделение предметной области представляет собой первый шаг абстрагирования реального мира.

После того как предметная область выделена, инженер знаний должен ее формально описать. Для этого ему необходимо выбрать какой-либо способ представления знаний о ней (модель представления знаний). Если в качестве инструментального средства определена оболочка (пустая ЭС), то модель представления знаний определяется выбранным средством. Формально инженер знаний должен воспользоваться той моделью, с помощью которой можно лучше всего отобразить специфику предметной области.

Полученная после формализации предметной области база знаний представляет собой результат ее абстрагирования, а предметная область, в свою очередь, была выделена в результате абстрагирования реального мира. Человек обладает способностью работать с предметными областями различных типов, использовать различные модели представления знаний, рассматривать понятия реального мира с различных точек зрения, выполнять абстрагирования различных видов, проводить сопоставление знаний различной природы и прибегать к самым разнообразным методам решения задач. Имеются отдельные примеры совместного использования баз знаний, ориентированных на различные предметные области, но большинство современных систем может решать задачи только из одной предметной области.

Инженер знаний, прежде всего, обязан провести опрос эксперта и только потом приступать к построению системы. Эксперт, безусловно, должен быть специалистом в той области, в которой будет работать система. Первым делом необходимо определить целевое назначение системы. Какие, собственно, задачи предстоит решать системе, основанной на знаниях? Цели разработки системы следует сформулировать точно, полно и непротиворечиво.

После того как цель разработки системы определена, инженер знаний приступает к формулированию подцелей; это поможет ему установить иерархическую структуру системы и разбить ее на модули. Введение тех или иных подцелей обусловливается наличием связей между отдельными фрагментами знаний. Проблема сводится к разбиению задачи на две или несколько подзадач меньшей сложности и последующему поиску их решений. При необходимости полученные в результате разбиения подзадачи могут дробиться и дальше.

Следующий этап построения базы знаний -- выделение объектов предметной области или, в терминах теории систем, установление границ системы. Как и формальная система, совокупность выделенных понятий должна быть точной, полной и непротиворечивой.

Ответы на все перечисленные вопросы позволяют очертить границы исходных данных. Для построения пространства поиска решения необходимо определить подцели на каждом уровне иерархии целей общей задачи. В вершине иерархии следует поместить задачу, которая по своей общности отражает принципиальные возможности и назначение системы.

После выявления объектов предметной области необходимо установить, какие между ними имеются связи. Следует стремиться к выявлению как можно большего количества связей, в идеале -- всех, которые существуют в предметной области.

Полученное качественное описание предметной области, если это необходимо, должно быть представлено средствами какого-либо формального языка, чтобы привести это описание к виду, позволяющему поместить его в базу знаний системы. Для решения этой задачи выбирается подходящая модель представления знаний, с помощью которой сведения о предметной области можно выразить формально.

И, наконец, в предметной области должны быть выявлены специфические особенности, затрудняющие решение прикладных задач. Вид этих особенностей зависит от назначения системы.

Разработку системы, основанной на знаниях, рекомендуется проводить в следующей последовательности:

Выберите задачу, характер которой позволяет применить для ее решения технологии экспертных систем.

Определите точно цель решения задачи.

Вникните как можно глубже в существо задачи.

Установите подцели, разбив задачу на подзадачи.

Выявите специфические особенности предметной области.

Найдите эксперта, специализирующегося в выбранной предметной области, и заручитесь его согласием оказать вам помощь в разработке системы, основанной на знаниях.

Участвуя вместе с экспертом в решении нескольких прикладных задач, выявите приемы, которые он применяет. Подробно их опишите.

Выберите инструментальные средства, необходимые вам для создания системы. Этот выбор будет зависеть от типа решаемой задачи, ваших финансовых возможностей и сложности предметной области.

Постройте лабораторный прототип экспертной системы, позволяющий успешно справиться с примерами тех задач, которые вы решили совместно с экспертом.

Приступите к созданию базы знаний. Выявите объекты предметной области, взаимосвязи между ними, виды иерархий, разбейте объекты на классы. Структурируйте базу знаний в соответствии с представлением эксперта о строении предметной области.

Выполните необходимое число циклов по наращиванию базы знаний, каждый из которых включает добавление знаний, проверку их непротиворечивости и модификацию с целью устранения обнаруженных несогласованностей.