Фундаментальные теоретические проблемы интеллектуальных информационных систем

3. Фундаментальные теоретические проблемы интеллектуальных информационных систем

 

Практическая проблема	Фундаментальная проблема
Ограниченность информационной коммуникации	Создание ЭВМ по принципу такой кибернетической и коммуникационной системы, какой является сам человек
Обеспечение понимания работы ЭВМ	Научиться организовывать ее работу по образу и подобию работы человеческого мозга. Способ представления решения задачи должен быть понятен человеку и описываться знакомыми понятиями

Метод решения – максимальное использование в ИАИС естественного языка.

Задача создания средств общения на понятийном уровне ("концептуальный интерфейс"), с помощью которых машины и люди могли бы обмениваться знаниями в доступном человеку виде (в форме понятий!).

Принципы, заложенные в основу ИАИС должны соответствовать принципам организации интеллектуальной деятельности человека.

Роль когнитивных исследований – изучение и моделирование человеческих знаний и когнитивных процессов (принятия решений, обучение, восприятие, запоминание, использование естественного языка …).

Главная цель когнитологии – понять общие закономерности наших знаний.

Первоочередная научная проблема – проблема представления знаний.

Суть проблемы представления знаний – найти способ выражения общих закономерностей нашего мира.

Проблема представления знаний сводится к проблеме концептуального моделирования ПО.

Определение. Концептуальная модель – модель ПО, состоящая из перечня всех понятий, используемых для описания этой ПО, вместе с их свойствами и характеристиками, классификации этих понятий по типам, ситуациям, признакам в данной ПО.

Основа концептуального моделирования – концептуальный анализ.

Цель концептуального анализа – выявление элементов ПО, их свойств и взаимосвязей.

Процедура не формализована (!). Используемые методы:

1.  Методы экспертных оценок (снижают субъективность).

2.  Методы системных исследований (системный и классификационный анализ) – помогают организовать плохо структурированное знание.

Задача классификационного анализа – отражение и выражение логическими средствами отношений между классами, т.е. родовидовых отношений, существующих в естественных системах и отображенных в естественном языке.

Вывод: Ключевая научная проблема при разработке ИАИС – проблема концептуального классификационного моделирования.

4. Проблемы концептуального классификационного моделирования для систем, основанных на знаниях Основные проблемы теории классификации

Классификация необходима в любой области знаний, при любой целесообразной деятельности человека.

Классификационное движение – самостоятельное научное направление.

Национальные общества по классификации, Международная федерация классификационных обществ.

Разработка общей теории классификации.

Первая проблема теории классификации: "Что следует считать важным, существенным для построения классов, должна ли общность признаков быть формальной, или она должна быть содержательной?"

Кант критиковал формальный подход (классификация животного мира по сходству). Классификационная схема должна отражать существенные отношения, и ее целью должно быть подведение родов под законы.

Гегель: классификация должна учитывать сущность предмета.

Вторая проблема теории классификации: "Является ли классификация результатом упорядочения природного хаоса или она есть отражение системности, существующей в самих природных объектах?"

Убежденность в системной природе естественных объектов – в естественности системности.

Анализ понятия "естественный класс объектов". Его соотнесение с "естественной классификацией (ЕК)".

Тесная связь системного анализа (системного подхода) и классификационного анализа (теории классификации).

Создание системного классификационного анализа.

Актуальность и необходимость исследования ЕК. Путь построения ЕК – системный анализ естественных классов объектов с учетом содержательных, т.е. сущностных признаков.

Вывод: в основе проблем теории классификации и системного классификационного анализа лежит проблема, связанная с естественной классификацией.

Сущностный подход к классификации

Использование системного анализа при классифицировании (учет содержательных сущностных признаков).

Феноменологическая классификация – учитывает очевидно выделяющиеся броские признаки.

Характерологическая классификация – учитывает выделяющиеся броские признаки, но такие, которые являются следствием скрытых существенных свойств.

"Идеалом классификации по ее познавательной ценности является сущностная, т.е. опирающаяся как на свое основание именно на сущностные признаки классифицируемых объектов. Поэтому, при рассмотрении общих вопросов классификации, сущностной классификации необходимо уделять главное внимание, хотя сущностная классификация, естественно, как идеал, далеко не всегда достижима".

Проблема построения ЕК является задачей фундаментальной науки.

Действительно научным решением какой-либо проблемы является решение, опирающееся на знание сущности рассматриваемого объекта.

Знание не свойств, существенных на чей-либо взгляд или для каких-либо целей, а сущности этого объекта.

"Сущность объектов, как правило, скрыта от прямого наблюдения и лишь реконструируется путем установления устойчивых причин явлений по наблюдаемым следствиям этих причин".

Правильный подход к определению существенных свойств исследуемых объектов и процессов и к самому понятию сущность – ключ к решению проблемы.

Два представления по этому вопросу в научной практике.

1.  Вещам реальной действительности присуща внутренняя причина устойчивости их свойств; эта причина есть сущность вещи. (единственность сущности)

2.  Сущность определяется лишь по отношению к некоторой системе. Нельзя спрашивать, существен или нет некоторый признак безотносительно к какой-либо системе.

Системология – современный системный подход. Причина возникновения и развития у любого объекта или процесса, как системы, вполне определенных свойств (в том числе существенных, а также сущностных, т.е. сущности) исходит из надсистемы этой системы и представляет собой запрос надсистемы на необходимую для нее функцию системы.

1.  Сущность системы (объекта) формируется вследствие наличия у надсистемы (объекта более высокого порядка) "потребности" в системе с определенной сущностью, выполняющей в надсистеме определенную функцию.

2.  "Потребность" надсистемы (любой природы – технической, биологической, социальной) в поддержании ее свойств как целого называется в системологии функциональным запросом на определенные взаимодействия данной системы.

3.  Функциональный запрос надсистемы становится для системы определяющим (детерминирующим) фактором (причиной), т.е. внешней детерминантой, для ее функции в этой надсистеме.

4.  Внешняя детерминанта сама есть следствие функции надсистемы в наднадсистеме.

5.  Причиной существования определенных внутренних (поддерживающих функциональные) свойств системы является ее внутренняя детерминанта, формирующая запросы системы на определенные поддерживающие ее функции подсистем.

6.  Функциональные свойства, ради наличия и для поддержания которых сформировалась данная система, называются в системологии сущностными свойствами.

7.  Все другие свойства системы могут оказаться существенными с точки зрения какого-либо аспекта ее рассмотрения или практического использования, т.е. с точки зрения любой другой надсистемы, не той в которой рассматриваемая система сформировалась.

8.  Сущность системы есть, с одной стороны, следствие функционального запроса надсистемы в виде необходимых надсистеме функциональных свойств этой системы и, с другой стороны, внутренняя причина того, что у системы имеются ее сущностные (функциональные) свойства в виде определенных внутренних свойств системы, поддерживающих ее функционирование.

Определение надсистемы и функционального запроса к системе для анализа ее существенных или сущностных свойств является обязательным и необходимым этапом.

"Если мы хотим системно, сущностно, диалектически подойти к познанию интересующей нас системы, мы должны иметь хотя бы гипотезу относительно того, (1) элементом какой надсистемы является данная система, (2) какова функция надсистемы, (3) на каком этапе развития надсистемы возникла у нее такая модификация функции и, следовательно, (4) такая модификация в инвариантных свойствах надсистемы, (5) для поддержания которой потребовалась определенная перестройка надсистемы, связанная, в частности, с (6) запросом на (7) возникновение изучаемой нами системы".

Если определяются надсистема и функциональный запрос, которые представляют собой причину формирования данной системы, то определяются ее сущностные свойства (сущность).

Если определяются какие-либо другие надсистема и функциональный запрос, то определяются существенные для этой надсистемы свойства, но не сущностные.

Вывод: применение вышеназванных положений позволяет обеспечить сущностный подход к классификации, что, в свою очередь, позволяет подойти к решению проблем системного классификационного анализа и построению ЕК.

Критерии естественной классификации

Проблема выработки критериев ЕК.

Многоаспектная классификация.

Первый критерий ЕК (более 150 лет назад в середине XIX века, Уэвелл): "Чем больше общих утверждений об объектах даст возможность сделать классификация, тем она естественнее …"

В классификационной структуре (схеме) по месту объекта можно предсказать его свойства, так как они определяются связями объекта. (Шрейдер)

ЕК должна выражать закон взаимосвязи систем реальной действительности. (Бокий)

ЕК – это форма представления закона природы, форма выражения наших знаний об объективных зависимостях, существующих в мире между некоторыми объектами. (Забродин)

Сложность построения ЕК. ЕК – явление культуры.

Вывод: ЕК играет важнейшую роль в науке, а также для создания эффективных современных интеллектуальных систем и технологий.

Проблема моделирования естественной классификации

Для построения ЕК необходима методология, позволяющая:

1.  Рассматривать не только конкретные объекты, но и классы объектов.

2.  Определять естественные классы, необходимые для построения ЕК.

3.  Определять сущностные свойства как объектов, так и их классов.

4.  Указывать место классов объектов в ЕК и порядок их следования.

5.  Определить критерии ЕК и построить ее модель.

5. Исходные (аксиоматические) понятия Единство универсума

Принцип единства мира. Специальный философский термин – бытие.

Вывод: ЕК должна обязательно иметь одну единственную инициальную вершину.

Иерархическая структура универсума

Принцип системности: свойства систем находятся в отношении поддержания функциональной способности целого:

1.  Внутренние свойства системы поддерживают ее функционирование в надсистеме.

2.  Функциональные свойства системы поддерживают функционирование надсистемы в наднадсистеме.

3.  Функциональные свойства надсистемы поддерживают функционирование наднадсистемы.

Вывод: ЕК должна иметь иерархическую структуру.

Интенсиональность и параметричность классификации

С экстенсиональной точки зрения, классификация – описание структуры разбиения ПО.

С интенсиональной точки зрения, классификация связана с признаками, на основании которых разбивается ПО.

Параметричность – учет в структуре классификации свойств объектов.

Вывод: в ЕК должны быть учтены объекты и их свойства.

Следствие: свойства, попадая в классификацию, сами становятся ее элементами, свойства которых также должны быть учтены. (Свойства–свойств, Свойства–свойства–свойств …)

6. Структура естественной классификации

Организмы.

Эукариоты (клетки обладают ядрами). Прокариоты (клетки не обладают ядрами).

Эукариоты: животные, грибы, растения (по способу питания).

Животные – гетеротрофы, т.е. питаются органическими веществами.

Растения – автотрофы, т.е. питаются неорганическими веществами.

Животные: хордовые и беспозвоночные.