1. Бождай А.С. Комплексная инфраструктура территории: методы и модели информационного мониторинга // Информационные технологии. – 2009. - №9, стр. 57 – 63
2. Бершадский А.М., Бождай А.С. Мониторинг эффективности деятельности системы послевузовского профессионального образования в вузах Российской Федерации с учетом социальноэкономических факторов // Открытое образование. – 2010. – № 2. – С. 24–32.
3. Бершадский А.М., Бождай А.С. Концепция мониторинга комплексной инфраструктуры территории: монография – Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. – 242 с.
4. Бождай А.С., Бершадский А.М. Методика оценки качества подготовки специалистов в системе высшего профессионального образования с учетом их востребованности на рынке труда // Информационная среда вуза XXI века : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. – Петрозаводск, 2009. – С. 25– 27.
5. Бершадский А. М., Бождай А.С., Осипова Н.В. Разработка методики мониторинга состояния информатизации органов государственной власти региона // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия: Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах – 2009. – Вып. 7. – № 12 (60).– С. 92– 6. Бершадский А. М., Финогеев А.Г., Бождай А.С. Разработка и моделирование гетерогенных инфраструктур для беспроводного информационного обеспечения процессов мониторинга // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2010. – № 1. – С. 36–46.
УДК 002.53:004. ВАК 05.25. ГРНТИ 12.41.55, 20.23.
ОБЩЕСИСТЕМНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
УПРАВЛЕНИЯ ЗНАНИЯМИ
О. Л. Голицына, доц., к. т. н., доцент кафедры системного анализа Тел.: (495) 323-93-65, e-mail: [email protected] Н. В. Максимов, проф., д. т. н., профессор кафедры системного анализа Тел.: (495) 323-93-65, e-mail: [email protected] Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
http://www.mephi.ru In the context of system analysis the basic principles of designing information environment, oriented toward the system of knowledge control support are considered. For organizing information space, oriented towards obtainment and preservation of knowledge, the structure of classification type, dynamically reflecting the similarity and differences of available and new knowledge on sign, concept and documentary levels is offered to use.
С позиций системного анализа обсуждаются основы построения информационной среды, ориентированной на поддержку систем управления знаниями. Для организации информационного пространства, ориентированного на получение и сохранение знаний, предлагается использовать структуру классификационного типа, динамически отражающей сходство и различия состоявшегося и нового знания на знаковом, понятийном и документальном уровне.
Ключевые слова: информационная среда; знания; информация; информационный поиск; системы представления знаний.
Keywords: Information environment; knowledge; information; information search; knowledge representation systems Открытое образование •1/2011 Наука и образование Введение Проблемы образовательных процессов в настоящее время связаны не столько с тем, чтобы сформировать конкретные знания в некоторой области и представить их в традиционной или электронной форме, сколько с достижением умения (компетентности) применить эти знания при решении конкретных задач. Характерной особенностью современности является и то, что электронная информация играет все большую роль во всех сферах жизни современного общества, в том числе в образовании и науке. Ее разнообразие и растущие объемы создают большие трудности для нахождения актуальной и достоверной информации. Кроме того, и информация, и знания в вычислительной среде представляются в единой цифровой форме, что приводит к обезличенности и потере разнообразия связей.
Нельзя не учитывать и такую особенность человека, как невозможность однозначно специфицировать (выразить наличными лингвистическими и понятийными средствами) познавательную или информационную потребность, особенно если она связана с начальным этапом познания.
Наука и образование вступают в функциональные взаимосвязи и теряют прежнюю изолированность, поэтому для решения научных и кадровых задач инновационного развития процесс создания информационной среды должен включать не только формирование информационных ресурсов. Не менее важным является создание на основе системного анализа процессов генерации, сохранения и использования знаний единого подхода и средств организации информационных потоков, метаинформации и хранилищ, включая разработку:
(1) многоуровневой системы идентификации знаний и информации, обеспечивающей гибкий многоаспектный поиск в распределенных информационных ресурсах;
(2) хорошо структурированных форм представления знания в виде систематизированного набора взаимосвязанных информационных объектов, представляющих различные аспекты и этапы жизненного цикла предмета познания;
(3) информационных технологий динамического создания и актуализации средств систематизации и идентификации знаний;
(4) программно-информационных средств поиска и анализа знаний, сохраняемых в разнородных информационных ресурсах.
1. Когнитивные процессы. Знания и информация Формирование знания – создание еще не известных субъекту понятий на основе понимания и применения известных, в целом основывается на изложенных в [1] следующих характерных для проблемно-ориентированного обучения положениях:
• Знание проявляется во взаимодействии человека с доступной (а в случае процессов образования – предоставленной) средой. Этот тезис свидетельствует о необходимости поддерживать в сознании обучаемого схему преобразований знание информация знание: познание основано на использовании ассоциированной с известным знанием информации и дальнейшем ее преобразовании в новое знание.
• Противоречие в познании – стимул для учения. В процессе обучения противоречия могут быть разрешены путем структуризации полученных знаний с позиции состоявшегося обобществленного знания, представленного, например, в виде локальной классификации, отражающей взгляд индивида.
• Познание основывается на взаимодействии – сотрудничестве с другими субъектами и использовании их знания. Одной из форм сотрудничества является использование знаний, представленных в информационных ресурсах.
Образовательный процесс, ориентированный на научный прогресс и инновации, должен сочетать репродуктивное и продуктивное познание, создавая знание, которое будет ориентировано на исследование той или иной предметной области, в итоге приводя к ее преобразованию. При этом технологической основой любого познавательного процесса является то, что, получая как факты элементы состоявшегося, проверенного теорией и практикой, знания, за счет его декомпозиции и упорядочения в соотОткрытое образование •1/ Экономика знаний ветствии с собственной методологической схемой субъект познания формирует личное знание, новое, по крайней мере, для него самого и которое, в свою очередь, становится объектом проверки, исследования и использования.
1.1. Информация и знание с точки зрения информационных взаимодействий Определим, что представляют собой познавательные процессы с информационной точки зрения. Информация выступает как форма существования знания, отчужденная от его носителя (сознания субъекта) и обобществляющая его для использования другими субъектами. Получая информацию, субъект превращает ее путем интеллектуального усвоения (информационнокогнитивного процесса) в свои новые личностные знания, т. е. происходит воссоздание знаний на основе информации. В процессе познания (а в итоге – синтеза знания), с одной стороны, имеет место дезинтеграция, «расчленение и разбрасывание» уже накопленного знания, а с другой – на этой «хаотизированной» основе осуществляется построение комбинаций элементов знания и выбор нового пути синтеза. Такой выбор связан с выходом (по существу – случайным) на одну из предопределенных в данной среде и имеющих относительно устойчивое состояние структур, после чего происходит процесс самоорганизации и проверка непротиворечивости нового знания [2].
С процедурной точки зрения процессы обучения, так же как и процессы научного поиска, имеют общую схему, которая, согласно [3], включает следующие этапы: 1) поиск и извлечение информационных блоков из среды; 2) упорядоченная или случайная комбинаторная проверка ценности этих блоков; 3) расширение знаний за счет тех комбинаций информационных блоков, которые в совокупности с наличным знанием образуют систему понятий (т. е. отвечают принятой аксиоматике и критериям); 4) представление нового «личного» знания субъекта в такой форме (технического решения, сообщения, документа и т. д.), которая обеспечит его «узнаваемость» и повторное использование внутри и вне когнитивного процесса.
Поиск в информационных ресурсах как замещающая часть некоторого участка процесса генерации знания включает следующие этапы:
1) отбор из информационных ресурсов документов, каждый из которых представляет, по крайней мере, один информационный компонент или его образ;
2) комбинаторное построение на основе некоторого множества характеристических признаков кластеров информационных компонентов и определение степени «целостности»
этих кластеров уже как новых информационных компонентов;
3) упорядочение этих кластеров по их «ценности» с целью сокращения объема просматриваемой субъектом выборки и в предположении, что мера ценности соответствует вероятности содержания в кластере искомого нового.
Таким образом, комбинаторное сочетание является своеобразным методом генерации знания и общей технологической основой для относительно самостоятельных и в то же время взаимообусловливающих процессов основной и информационной деятельности, а информационно-поисковая система (ИПС), по терминологии теории динамических систем [4], формируя неравноценные комбинации (выборки документов) будет выполнять функцию «перемешивающего слоя», обеспечивая тем самым ускорение возникновения неравновесного состояния.
Для формализации машинного представления знаний используем введенные в [5] понятия информация и знание, рассматриваемые с точки зрения информационных взаимодействий. В отличие от физических взаимодействий, непосредственно происходящих в конкретный момент времени между оригиналами – отдельными телами или силам, в информационных взаимодействиях участвуют и их образы – информационные объекты, отражающие свойства оригиналов, но не обладающие ими. Причем такие объекты-образы способны вступать между собой во взаимодействие уже без ограничений, присущих оригиналам, что позволяет для развития оригиналов использовать эволюцию их образов. В пределах этой системы информационных объектов уже возможно вводить собственные метрики и моделировать прошлое и будущее соответствующих объектов предметной области (ПрО). Кроме того, снижение размерности (путем абстрагирования) позволяет реализовать процесс моделирования существенно быстрее, чем в натурном эксперименте. То есть система информационных объектов будет самостоятельно развивающейся виртуальной предметной областью.
Заметим, что информационные взаимодействия отличаются от физических еще и тем, что нас в этих взаимодействиях интересует не состояние информационного объекта, а состояние ПрО, изменяющееся в результате взаимодействия. Характерным свойством информационных взаимодействий является нелинейность (необратимость), обусловленная дискретным характером процесса отображения из одного операционного пространства в другое – редукцией свойств оригинала при генерации образа, происходящей при выборе конкретного отображения (преобразования, системы кодирования).
Информационный объект имеет характерную двойственность состояния: до взаимодействия – это некоторый целостный объект, во время взаимодействия – это макрообразование отдельных частей (микрообъектов). Причем эти определенным образом связанные микрообъекты в то же время могут использоваться как элементы образов других, существующих или будущих, объектов-оригиналов. Например, для документальной формы такими микрообъектами являются понятия, обозначаемые в тексте терминами языка, которые могут использоваться в любых других текстах. То есть информация по отношению к ПрО может рассматриваться как случайная величина. Поэтому можно сказать, что информация – это суперпозиция возможных состояний информационного объекта в n предметных областях, количественно характеризуемая функцией = c11 + c22 +…+ cnn, ci – вероятностный показатель отнесения информационного объекта к i-й Тогда результат информационного взаимодействия можно характеризовать функцией = c111 + c222 +…+ cnnn, которым взаимодействует исходный, для i-й предметной области.
В частности, для текстовой формы представления информации, ориентированной на координатный метод идентификации содержания, пространство (первичные координаты) задается на дискретном множестве терминов, представляемых целостными понятийными конструкциями слов и их комбинаций (словосочетаниями, фразами, полными текстами). Функция распределения в этом случае может быть задана с помощью матриц типа «термин – документ» для соответствующих ПрО.
В общем случае информация не тождественна информационному объекту, который ассоциируется с формой существования, в то время как информация – с действием, потенциально производимым этим объектом. То есть можно сказать, что информация – это информационный объект во взаимосвязи с обстоятельствами взаимодействия.
Как было отмечено ранее, в процессе информационного взаимодействия появляется объект (образ), не влияющий на исходный (оригинал). Однако здесь следует обратить внимание на то, что исходный информационный объект, практически не меняя своего физического состояния, явно или неявно обретает новое свойство – «Быть использованным в i-й ПрО». То есть, взаимодействуя с ПрО, информация принимает единственное состояние из множества возможных, а в суперпозиции возможных состояний происходит редукция функции распределения – из всех областей выбирается одна. При этом такой выбор приоритетного направления изменяет функцию распределения для последующих взаимодействий, уменьшая вероятности использования этой информации в других ПрО.
Такое случившееся в результате выбора состояние информации, зафиксированное в виде контекстно дообусловленного информационного объекта, и может называться знаниями. В результате информационного взаимодействия изменяется личное знание и появляется новый информационный объект, который, в свою очередь, может стать доступным для взаимодействия, в том числе вне операционной среды.
С точки зрения механизма взаимодействия информация должна включать «интерфейсные»
средства (элементы или свойства), сопряженные (имеющие общность природы) с взаимодействующими объектами. Соответственно, механизм «сочетания», который реализует собственно взаимодействие поступившей информации и наличного знания, включает три этапа:
– выявление «сопрягающей» общности и различий – локализация проблемной ситуации;
– выделение и «вписывание» элементов новизны, которые в совокупности порождают новое качество (элемент, связь или свойство);
– синтез нового знания – оценка конструктивности (ценности) комбинации и генерация самостоятельного информационного объекта, включающего, возможно, сопутствующие факты, такие как, например, эффективность полученной информации, использованные теории и методы решения, порождаемые в результате процесса решения новые задачи и т. д.
Можно сказать, хотя и достаточно условно, что знания (и, соответственно, форма их представления) ориентированы на формирование «замкнутых» самодостаточных систем, а информация – на формирование «открытых» систем, основное назначение которых – взаимодействие с внешними объектами. Это означает, что интерфейс знаний ориентирован «внутрь»: задача его элементов – предопределять единообразное восприятие основного содержания как целостной конструкции, т. е. произвести «редукцию» возможных смыслов к тому, который обеспечивает субъекту эффективное и устойчивое применение (в рамках конкретной проблемы) и передачу знаний. Интерфейс информации ориентирован «наружу»: его элементы отражают связи с возможными проблемными ситуациями, а не только с той, которая привела к появлению информации. Именно вследствие этого методологически невозможно построить унифицированное содержательное описание проблемной ситуации, т. е. интерфейс информации должен «строиться» через укрупнение – использование общепринятых понятий.
Таким образом, знания и информация как объекты обработки имеют одинаковое существо, но различаются обстоятельствами взаимосвязи со средой.
1.2. Когнитивные процессы как система И научное исследование, и образовательный процесс с точки зрения общей теории систем [6] соответствуют ситуации построения абстрактной системы Si =< Mi, Ai, Ri, Zi > – отвечающее закону композиции Zi множество элементов Mi, определенных на множестве характеристических признаков Ai и связанных отношениями Ri, которое сводится к выполнению следующих шагов:
1) отбор из универсума элементов (объектов) М по единому основанию – множеству характеристических признаков Ai(0) некоторой совокупности Мi(0) – множества первичных элементов;
2) наложение на первичные элементы определенных отношений единства – связей Ri(1) и образование по некоторому закону Zi(1) множества композиций элементов Mi(1). В качестве закона композиции может, например, выступать принцип или цель построения системы;
3) такое изменение композиций множества Mi(1) и такой вывод согласно отношениям Ri(2), Ri, Ri(4), …, Ri(s+1) и законам композиции Zi(2), Zi(3), Zi(4), …, Zi(s+1) множеств композиций Mi(2), Mi(3),..., Mi(s+1), при которых композиции всех этих множеств оказываются построенными из первичных элементов одного и того же множества Mi(0).
4) вывод для данных Ai, Ri, Zi множества объектов Mi и таким образом формирование системы Si = Mi = {Mi(0), Mi(1),..., Mi(s+1)}.
Определяемая таким образом система обладает свойством гетерогенности, так как в общем случае реализуется не одно, а множество оснований. Кроме того, отсюда следует, что любая система состоит из подсистем.
Механизм построения композиций может быть основан на использовании системного подхода, представляющего любой объект как систему в системе объектов того же рода, что позволит:
• представить объект как множество связанных некоторыми отношениями типизированных однородных элементов, в совокупности образующих единство, для которого характерно появление свойств, не присущих составляющим;
• представить систему этих однородных объектов в виде классификации, что даст возможность выделять в явной форме в том числе и новые, характеристические признаки, определять способы выделения подсистем, а на основе свойств соответствия и симметрии обнаруживать связи с другими системами классификации.
Такая система описывается, как правило, при помощи согласованного в целостное представление набора сравнительно независимых аспектных представлений (подсистем, каждая из которых имеет свое системное основание – «сетку» базовых понятий и отношений). Аспектное представление дает частичное знание о системе в целом, но полное по отношению к данному аспекту. Целостное же представление формируется путем установления связей между аспектными представлениями.
1.3. Траектория когнитивного процесса И обучение, и научное исследование имеют траекторию. Траектория образовательного процесса задается государственными образовательными стандартами (представляющими совокупность требований, обязательных при реализации основных образовательных программ подготовки кадров), а ее прохождение достаточно жестко декларировано образовательными программами и соответствующими учебно-методические материалами, а также индивидуальными программами обучения. В случае научного поиска такая траектория задана, например, в форме плана исследований или дерева целей, а результат определен, скорее, гипотетически. Но и в том, и в другом случае познавательного процесса для каждого субъекта реальное прохождение траектории и результат будут индивидуальными и представляться наборами информационных компонентов трех типов: документально-фактографическими, полноценно описывающими знание и процесс его синтеза, структурно-логическими, представляющими «точку зрения»
субъекта, и понятийно-терминологическими, используемыми для описания знаний.
Сам процесс как последовательность состояний может быть представлен парой марковских цепей: цепью наборов информационных компонентов на уровне кластера документов, имеющих некоторую общность и полностью контекстно определенных, и цепью наборов на уровне понятий – множеств терминов (в том числе и вне контекста), обозначающих понятия, характерные для этого кластера. Эти цепочки будут подобными: вследствие парности процедур их построения (на каждом шаге для полученного кластера документов строится кластер терминов): они имеют одинаковое число элементов и поглощающие состояния, одинаково отвечающие завершению процесса поиска. При этом каждое состояние может быть представлено компонентами, отражающими как новое знание, так и состоявшееся (опубликованное и общепринятое). И поскольку обе цепочки отражают единый процесс (имеют общее системообразующее основание, представленное структурно-логическим компонентом, например, классификационной схемой), то можно говорить о наличии статистической связи их параметров. Более того, эту последовательность можно рассматривать уже не как последовательность состояний, а как цепочки символов, например нулей и единиц, где единица означает состояние релевантности. Такое представление соответствует марковским цепям, что позволяет говорить о том, что могут быть построены такие цепи ограниченной длины, которые будут не только однозначно отвечать устойчивым последовательностям состояний, но и определять не равновероятные переходы к другим состояниям.
«