Процедурные знания отвечают на вопрос. Процедурные и декларативные знания: примеры и описание. Основные характеристики декларативного знания

Дата: 05.08.2023

Определение 1

Декларативные знания – это знания об объектах и явлениях окружающего мира, которые носят описательный характер.

Замечание 1

Отличительной особенностью декларативных знаний является то, что это знания типа «что».

Понятие декларативного знания

Еще в Древней Греции знания начали разделять на «прикладные» и «высоко-теоретические». Данное разделение не является строгим, скорее оно условно. К вопросу о делении повторно обратились в 30-50 годах 20-го века. Рассмотрением проблемы занималось достаточно большое количество ученых. Часть из них вели свои индивидуальные исследования, некоторые же объединялись в группы и коллективы. В основном исследования в этом направлении проводились в США и Европе. Было предложено несколько терминов и классификаций знаний, однако общепризнанным является следующее их деление, по форме описания:

Декларативные знания
Процедурные знания

Замечание 2

Декларативное знание – это термин, которым обозначают любое знание, к которому люди имеют осознанный доступ, выражающийся определенным способом.

Примером декларативных знаний может быть процесс освоение печати на компьютерной клавиатуре. С течением времени, человек, который очень много и часто печатает, уже перестает смотреть на клавиатуру в поисках нужной клавиши, он полагается на свои знания их расположении. Именно эти знания и принято называть декларативными знаниями. А вот то, что пальцы попадают в нужные усилия почти без осознанных усилий – это процедурные знания.

Для того, чтобы показать наглядно отличия декларативных и процедурных знаний, было проведено достаточно большое количество исследований. Наиболее ярким примером их отличий являются исследования, проведенные среди людей, страдающих амнезией. У этих людей отмечалась полная утрата декларативных знаний, при полном сохранении процедурных знаний.

Замечание 3

Декларативные знания – это знания, которые сохраняются в памяти человека на уровне его интеллектуальной системы.

Исходя из этого, данные знания становятся доступны при непосредственном обращении к конкретному полю человеческой памяти. В основном декларативные знания необходимы для представления информации о фактах и свойствах из конкретной предметной области. По своей форме декларативные знания являются противоположным процедурным знаниями. Это связано с построением процедур получения и хранения знаний, а также некоторыми спецификами предметных областей. Семантические и синтаксические знания представляются несколько отдаленными, что придает форме декларативных знаний большую общность и универсальность.

Определение 2

Процедурные знания – это знания, которые хранятся в памяти интеллектуальной системы в виде описания процедур, при помощи которых можно их получить.

Чаще всего человек использует процедурные знания для того, чтобы получить необходимую информацию о том, как решать задачи в различных проблемных областях, а также с целью получения инструкций, методик и т.д. Процедурные знания позволяют человеку отказаться от хранения всех иных состояний, необходимых для построения решения и выводов. Достаточно ограничиться только лишь хранением некоторых начальных состояний и процедур, генерирующих нужные состояния на основании начальных. Процедурные представления оказывают влияние на семантику, посредством введения в описание элементов базы знаний. Это позволяет значительно повысить эффективность осуществляемого поиска нужных решений за счет возможности использования более сложных конструкций, а также возможность исключения обработки полных описаний.

Замечание 4

Таким образом, процедурные знания обеспечивают более быстрый поиск необходимых решений, нежели декларативная форма представления знания. Однако процедурные знания значительно уступают декларативным, в возможности накопления знания и при необходимости их коррекции.

Основные характеристики декларативного знания

Основные характеристики декларативных знаний:

Отвечают на вопросы – Что? Как это было (бывает, бывал о, случается и т.д.)? Что я чувствую (думаю)?

Распространены в таких научных областях как культурология, философия, художественная критика, искусствоведение.

Уровень сложности и трудозатрат в получении: получение довольно легко, для усвоения необходимых декларативных знаний человеку иногда хватает одного учебного занятия, а в случае самостоятельного освоения: прочтения книги, одного вечера и т.п.

Количество разработчиков – в основном один человек (исследователь, ученый), реже их группа.

Предоставляют следующие возможности:

рассуждать умно на различные темы, без совершения каких-либо действий;
писать авторские тексты и защищать их на публике (статьи, книги, диссертации и т.д.);
выступать на различных конференциях и семинарах;
делиться своим знаниями с окружающими.

Методы и средства проверки декларативных знаний не разработано.

Практическое применение – позволяют человеку «неглубоко», то есть образно рассуждать в определенной сфере или по определенной теме.

Распространены в основном в крупных городах.

Данная характеристика декларативных знаний является общепризнанной. Однако имеются и авторские. Так, английский физик лорд Кельвин в изданных им в 1884 году лекциях описал декларативные знания так: «Это то, что мы понимаем, те знания, которые приобретаются нами на основании естественных природных процессов».

Вопрос о значимости декларативных знаний рассматривается и в настоящее время. Считается, что именно на их основании каждый человек способен построить необходимую механическую модель, воспроизводящую процесс во всех его частях.

По мнению исследователей в области психологии представляют декларативные знания в виде базы данных. Декларативная база данных состоит из метазнаний, которые описывают их определенные знания.

Определение 3

Метазнания – это часть декларативных знаний, которые используются в процессе решения определенных задач и относятся к высшему уровню интеллектуальной системы человека.

Таким образом, декларативные знания позволяют системе иметь ответы на вопросы что это такое.

Структуризация предметной области на основе иерархии классов

Структуризация общей задачи на связанные подзадачи

Этап III. Формализация

На этапе формализации все ключевые понятия и отношения, выявленные на этапе концептуализации, выражаются на некотором формальном языке, предложенном (выбранном) инженером по знаниям. Здесь он определяет, подходят ли имеющиеся инструментальные средства для решения рассматриваемой проблемы или необходим выбор другого инструментария, или требуются оригинальные разработки.

Основными задачами в процессе формализации являются проблемы структуризации исходной задачи и знаний в выбранном (разработанном) формализме, а именно:

1) структуризация общей задачи на связанные подзадачи;

2) структуризация предметной области на основе иерархии классов;

3) структуризация знаний на декларативные и процедурные;

4) структуризация приложения на основе иерархии «часть/целое».

Модульная организация базы знаний составляет важную часть разработки прикладной системы, хотя трудно предложить единственно правильный способ разбиения системы на модули. Процесс эволюции прикладной системы может потребовать пересмотра и ее модульной структуры. В большинстве современных средств разработки сложных экспертных систем и в особенности динамических предусматривается поддержка разбиения базы знаний на модули.

Важность модульной организации экспертной системы определяется тем, что разбиение приложения на модули существенно ускоряет разработку (так как независимые группы разработчиков могут одновременно разрабатывать различные модули), снижает затраты на сопровождение и поддержку, упрощает повторное использование модулей базы знаний в последующих разработках. С другой стороны, разбиение прикладной экспертной системы на модули несколько повышает накладные расходы на загрузку и сборку прикладной системы, например: восстановление после сбоев и перезапуск системы.

Необходимость ускорения темпов разработки и модификации экспертной системы всегда являлась актуальной задачей прикладной инженерии знаний. Применение объектно-ориентированного подхода в современных экспертных системах естественным образом реализует возможность декомпозиции задачи на совокупность подзадач. Знания при этом подходе организованы в классы. Каждый класс определяется специфическим набором атрибутов. Классы организуются в иерархию классов. Каждый класс в иерархии наследует атрибуты и ограничения своего родительского класса. Обычно производный класс определяет дополнительные специфические атрибуты и (или) ограничения.

В большинстве существующих экспертных систем пользователю разрешено производить новый класс только от одного родительского. Такой подход хотя и проще в реализации, требует дополнительных усилий во время формирования предметно-ориентированной иерархии классов, так как в этом случае иерархия наследования должна представляться в виде дерева. Добавление в иерархию наследования нового класса может потребовать существенных концептуальных изменений на различных уровнях. Избежать подобных непроизводительных затрат позволяет концепция множественного наследования, в рамках которой новый класс может наследовать свойства у двух и более классов родителей. Однако следует отметить, что к использованию механизмов множественного наследования следует подходить аккуратно, так как получающаяся в этом случае сетевая схема иерархии наследования затрудняет понимание структуры базы знаний.

Основными механизмами структурирования проблемно-ориентированной иерархии классов являются два противоположно направленных, но взаимосвязанных процесса: обобщение и специализация (конкретизация).

Процесс обобщения заключается в создании родительских классов для обобщения свойств, присущих более чем одному классу объектов в приложении. Например, так как автомобили, самолеты и лодки характеризуются скоростью передвижения, в приложении, работающем с этими объектами, целесообразно ввести новый класс транспортных средств, обладающий этим свойством. Самолеты, автомобили и лодки будут производными классами от транспортного средства и унаследуют от него атрибут «скорость передвижения». Кроме атрибутов, характеризующих наблюдаемые свойства объектов, целесообразно провести обобщение и их поведенческих аспектов.

Процесс специализации заключается во введении новых классов для описания объектов, отличающихся значениями характеристик, их набором и поведением от уже описанных. Рассмотрим далее приведенный выше пример. Если разработчику потребуется описать новый тип лодок (например, моторные лодки), он должен определить его как подкласс существующего класса «лодки». Новый класс наследует все свойства, взаимосвязи и поведение своего родителя. Для его описания необходимо указать только его особенности.

По форме описания знания подразделяются на:

· декларативные;

· процедурные.

Процедурные знания – это знания, хранящиеся в памяти интеллектуальной системы в виде описания процедур, с помощью которых их можно получить. Обычно процедурные знания используются для представления информации о способах решения задач в проблемной области, а также различные инструкции, методики и т.п.

4. Структуризация приложения на основе иерархии «часть/целое»

Модульный принцип создания приложения предоставляет разработчику различные возможности разбиения приложения на подсистемы, легче поддающиеся сопровождению и модификации. Разбиение приложения на модули упрощает процесс тестирования за счет использования групповой работы над тестируемой системой. Модульность также обеспечивает базовые возможности для повторного использования фрагментов системы.

Алгоритмы и процедуры относятся к категории операционных знаний, которые представлены информацией о способах изменения фактуальных знаний. Иначе говоря, эти знания задают процедуры преобразования. Часто для обозначения этих знаний используется термин «процедурные знания», однако следует иметь ввиду, что операционные знания могут быть представлены как в процедурной, так и в декларативной формах.

Алгоритм – предписание, однозначно задающее процесс преобразования исходной информации в виде последовательности элементарных дискретных шагов, приводящих за конечное число их применений к результату.

Под процедурой понимается блок с наличием или отсутствием формальных параметров, выполнение которого может быть организовано с помощью вызова.

Выделяют три крупных группы алгоритмов:

Вычислительные. Как правило работают со сравнительно простыми видами информации, но сам процесс вычисления может быть долгим и сложным.

Информационные. Представляют собой набор различных процедур, работающих с большими объемами информации (асинхронные, вложенные, внешние, встроенные, главные, командные, присоединенные, рекурсивные и др.).

Управляющие. Характеризуются тем, что информация к ним поступает от внешних процессов, которыми она управляет (вешние, каталогизированные, присоединенные, регистрации, управляющие и др.). Результаты работы этих алгоритмов представляют собой различные управляющие воздействия.

Также, как правило, алгоритмы могут быть «жесткими» и «мягкими». Главный принцип «мягких» вычислений – терпимость к неточностям и частичной истинности для достижения интерпретируемости. «Мягкие» вычисления дополняют друг друга и используются для решения задач при работе с неопределенностью.

12. Эмпирические закономерности. Определение, характеристики.

Эмпирическая закономерность – это существенная и постоянно повторяющаяся, неочевидная, практически полезная и доступная интерпретации взаимосвязь информационных единиц, необходимая для принятия решений в различных сферах человеческой деятельности. Неочевидность в определении означает, что найденные закономерности не обнаруживаются стандартными методами обработки информации или экспертным путем. Практическая полезность означает, что выводы имеют конкретное значение, которому можно найти практическое применение. Выделяются 5 типов эмпирических закономерностей:

1) Ассоциация – структурная связь, показывающая, что объекты одного класса некоторым образом связаны с объектами другого или того же самого класса. С понятием ассоциации связаны четыре важных дополнительных понятия: имя, роль, кратность и агрегация.

Во-первых ассоциации может быть присвоено имя, характеризующее природу связи. Смысл имени уточняется указанием направления, в котором должно читаться имя. Другим способом именования ассоциации является указание роли каждого класса, участвующего в этой ассоциации. Кратностью роли ассоциации называется характеристика, учитывающая, сколько объектов класса с данной ролью может или должно участвовать в каждом экземпляре ассоциации. Наиболее распространенным способом задания кратности роли ассоциации является указание конкретного числа или диапазона. Агрегатные ассоциации необходимы в том случае, если между двумя (или более) классами имеет место отношение «часть-целое». Если в ассоциации «объект-часть» последняя компонентная часть только одного объекта-целого, то такая агрегатная ассоциация называется компонентной

2) Последовательность – определяемая высокой степенью вероятности цепочка связанных по времени событий, фактов, ситуаций. С этой позиции ассоциация является частным случаем последовательности с временным лагом, равным нулю.

Правило последовательности: после события (факта, ситуации) Х через определенное время произойдет событие (факт, ситуация) У.

3) Кластер – это объединенное в группу множество схожих объектов. Кластер можно охарактеризовать как группу объектов, имеющих общие свойства. Цель кластеризации – поиск структур, имеющих внутреннюю однородность и внешнюю изолированность. Кластеры могут быть непересекающимися (эксклюзивными) или пересекающимися.

4) Предиктор – шаблон, адекватно отображающий динамику поведения целевых показателей (прогнозирования, предсказания). Термин может быть истолкован в «широком» и «узком» смысле. В «широком» смысле это та исходная характеристика объекта, по которой можно с большим или меньшим основанием предсказать другую целевую характеристику этого объекта. В «узком» смысле понятие «предиктор» приобретает дополнительные ограничения, связанные с количественным выражением и оценкой статистической достоверности прогноза.

5) Опорное множество – подмножество признаков (свойств, атрибутов), характеризующих группу, к которой принадлежит тот или иной объект классификации. Основные типы опорных множеств:

Всевозможные подмножества множеств признаков N;

Всевозможные комбинации признаков (свойств, атрибутов) из K элементов по всему дескриптору;

Все варианты локального – максимального сжатия признакового пространства, при условии различимости описаний объектов классов, тупиковые тексты;

Все варианты локально-максимального сжатия признакового пространства, при условии сходства описаний объектов одного класса – тупиковые связки;

Другие возможные комбинации признаков.

В психологии часто проводят различие (например: 1987) между декларативным и процедурным знанием. Декларативное знание - это эксплицитное знание, о котором мы можем сообщить и которое мы осознаем. Процедурное знание - это знание о том, как выполнять действия, и оно часто имплицитно (хотя, как мы отметили, имеются другие виды имплицитной памяти, такие как обнаруженные в экспериментах на подготовку).

Само различие между знанием что и знанием как давно известно. Люди знают о том, что лето теплее, чем зима, что у короля Генриха VIII было шесть жен и что вечеринка была в прошлую субботу. Человек знает, как ездить на велосипеде, играть в теннис или в волейбол. Именно с учетом этого различия Коуэн и Сквайр (1980) провели разграничение между декларативным знанием и процедурным знанием. Декларативное знание означает знание о чем-то (знать, что...) и охватывала эпизодную и семантическую память. В отличие от него процедурное знание - это знание, как действовать. Оно охватывает двигательные и другие навыки.

Коуэн провел четкую границу между процедурным знанием, охватывающим имплицитную память, и знанием декларативным, охватывающим обычно эксплицитную память. По его мнению, декларативное знание представлено «в некоторой системе... в которой информация... сначала перерабатывается и кодируется, затем запоминается в какой-либо эксплицитно доступной форме, а потом по мере надобности извлекается». В противоположность этому имеется процедурное знание, когда «опыт служит организации процессов, которые направляют деятельность без доступа к тому знанию, которое лежит в основе этой деятельности» (1984: 96).

Представляет интерес рассуждение о тех причинах, которыми вызвано существование у людей двух отдельных систем памяти (1993):

Одна система... обеспечивает основу сознательных воспоминаний. Эта система является быстродействующей, филогенетически молодой и специализирующейся на обучении с одной попытки... Данная система подвержена ошибкам в том смысле, что она чувствительна к помехам и склонна к ошибочному извлечению информации. Она ценна также тем, что обеспечивает способность человека к самосовершенствованию. Определены и иные типы памяти... филогенетически они являются древними, надежными, обладают устойчивостью и дают основу для бесчисленных бессознательных способов реагирования на события в мире.

Коуэн утверждал, что декларативная система у амнестических больных нарушается, а процедурная остается сохранной.

Что касается декларативной памяти, то сам факт того, что амнестическим больным трудно даются новые эпизодные и семантические воспоминания, подтверждает мнение Коуэна. Научение двигательным навыкам и эффекты совершенствования можно объяснить тем, что они основаны на процедурном научении, а амнестические больные обладают в основном нормальной деятельностью при выполнении задач, требующих двигательного научения и совершенствования.

Если в основе декларативного и процедурного знания лежат разные структуры мозга, то у некоторых больных должна быть повреждена только процедурная система или только декларативная. Получены данные в пользу этого предположения. Например (1988), исследовались лица с болезнью Хантингтона - разновидностью дегенеративного поражения базальных ганглиев. Этим больным было очень трудно усваивать двигательные навыки (основывающиеся на процедурном научении), но память узнавания (основанная на декларативном научении) оставалась у них нормальной, что подтвердили результаты тестов.

Амнестические испытуемые обнаруживают отсутствие памяти на процедурную информацию.

Декларативные знания – это знания, которые записаны в памяти интеллектуальной системы так, что они непосредственно доступны для использования после обращения к соответствующему полю памяти. Обычно декларативные знания используются для представления информации о свойствах и фактах предметной области. По форме представления декларативные знания противопоставляются процедурным знаниям. Построение таких процедур связано со спецификой предметной области. Синтаксические и семантические знания здесь как бы отдалены, что придает этой форме большую универсальность и общность.

Процедуральные знания – это знания, хранящиеся в памяти интеллектуальной системы в виде описания процедур, с помощью которых их можно получить. Обычно процедурные знания используются для представления информации о способах решения задач в проблемной области, а также различные инструкции, методики и т.п. Это позволяет отказаться от хранения описаний всех возможных состояний, требуемых для построения вывода или решения, и ограничиться хранением некоторого начального состояния и процедуры, генерирующей необходимые состояния из начального. При процедуральном представлении семантика вводится в описание элементов базы знаний, что позволяет повысить эффективность поиска решений за счет возможности использования более сложных вычислительных конструкций и исключения обработки полных описаний. Представление знаний в такой форме обеспечивают более быстрый поиск решения по сравнению с декларативной формой, однако уступают им в возможности для накопления и коррекции знаний.

4. Структуризация приложения на основе иерархии «часть/целое»

Наиболее распространенные модели представления знаний показаны на рисунке 4.11:

Основой логических моделей является понятие формальной системы, задаваемой четверкой

M = (T , P , A , F)

где T - множество базовых элементов; P - множество синтаксических правил, позволяющих строить из T синтаксически правильные выражения; A - множество априорно истинных выражений (аксиом); F - семантические правила вывода, позволяющие расширять множество аксиом за счет других выражений.

Использование логик различного типа порождает логические модели различных типов. Наиболее широко используются модели использующие исчисление высказываний и исчисления предикатов.

Особенно интенсивное развитие предикантые системы получили после создания мощных процедур вывода типа метода резолюций.

Сетевые модели представления знаний представляют более широкие возможности для описания сложных структур, которыми характеризуются знания. Это достигается путем включения в модель в явной форме всех отношений, образующих информационную структуру с описанием их семантики.

Основой такой модели является сеть, вершины которой отождествляются с некоторыми понятиями, а дуги - с отношениями между понятиями.