Олег Иванович Ларичев, академик РАН, отдел теории и методов принятия решений Института системного анализа РАН (ИСА РАН); специалист в области принятия решений, искусственного интеллекта и когнитивной психологии.
Еще не созданы технологии, позволяющие реализовывать в полном объеме копии человеческого мышления. Но уже делаются успешные шаги в этом направлении. В когнитивной психологии распространено представление о человеческом разуме как о системе переработки информации, выполняющей операции с символами. Символом называют смысловой образ, которым может быть отдельное понятие, рисунок, звуковой сигнал. В рамках такого представления знание рассматривается как множество реально существующих символов. Как люди, так и компьютеры способны выполнять конкретные операции над символами: запоминать символы и отношения между ними; конструировать, изменять и удалять символы; сравнивать символы или их комбинации, находить различия; принимать решения в зависимости от результатов таких сравнений. Предполагается, что система, способная выполнять эти операции, является мыслящей. Если принять такую точку зрения, то нет принципиальной разницы между мыслящим человеком и компьютером.
Для изучения поведения эксперта в рамках информационной парадигмы важно то, что символы могут храниться в долговременной памяти как объективно существующие элементы. Их можно специальным образом выявлять и хранить в памяти компьютера. На основе выявления экспертных знаний (совокупности символов) строятся так называемые экспертные системы.
Два типа знания
Знание, которое одно человеческое поколение передает другому, может быть условно разделено на два типа. Один из них — факты, сведения, теории, задачи и т.д., описываемые в книгах, учебниках по различным дисциплинам и областям наук. Другой тип — человеческое умение решать задачи, сочинять музыку, лечить больных, находить неисправности в машинах и аппаратах и т. д. Если знание первого типа (его называют декларативным знанием) может быть получено в результате первичного процесса обучения в школе, в университете, то овладеть знанием второго типа (умением) значительно сложнее. В жизни умение передается чаще всего от учителя к ученику и совершенствуется в процессе практической работы путем решения многочисленных задач. Опытного профессионала, в совершенстве владеющего умением принимать решения, называют экспертом.
Как человек становится экспертом? Какую роль в этом становлении играют опытные учителя, врожденные способности, длительность и интенсивность упражнений? Эти вопросы в течение последних лет находятся в центре внимания многих исследователей. Остановимся кратко на некоторых достаточно подтвержденных характеристиках экспертного знания (умения).
Время и условия становления эксперта
Прежде всего, процесс становления эксперта является достаточно длительным. Установлено, что требуется не менее 10 лет, чтобы при благоприятных условиях стать экспертом в какой-либо области профессиональной деятельности. Этот факт является универсальным: он справедлив для таких разных областей, как музыка и шахматы. Композиторы с мировой славой создавали первые произведения высокого уровня не ранее чем через 10 лет постоянного совершенствования. Лучшие гроссмейстеры, чемпионы мира, такие как Г.Каспаров, достигали высот профессионального мастерства не ранее чем через 10 лет постоянного занятия шахматами. Эти примеры можно продолжить.
Исследования показали, что большую роль в становлении эксперта играют постоянные упражнения. Два фактора — время упражнений (в спорте, музыке, шахматах и т. д.) и руководство опытного учителя, особенно на первых ступенях обучения, являются основными. Как выяснилось, природные способности человека — также важный фактор, но они играют существенно меньшую роль и могут быть сильно развиты путем постоянных упражнений, что справедливо для всех людей, не имеющих каких-либо врожденных дефектов. Наблюдения за музыкантами и спортсменами приводят к выводу, что уровень достигнутого ими мастерства прямо пропорционален времени, потраченному на упражнения.
Трансформация системы переработки информации
Считается, что за время становления эксперт приобретает новые качества. В его мозгу возникают особые структуры хранения специально организованной информации. Такие структуры принято называть базами знаний.
Как следует из модели человеческой памяти, она условно делится на кратковременную и долговременную. Эти два вида памяти различаются по объему и времени переработки и хранения информации. Анализ проблемы и принятие решений осуществляются обычно в кратковременной памяти, имеющей ограниченный объем. Зато эта память достаточно быстрая, и сведения, находящиеся в ней, всегда под рукой. Объем долговременной памяти очень велик, но доступ к ней требует значительно большего времени.
Существует достаточно проверенная гипотеза о том, что эксперты в результате многолетних упражнений получают возможность быстрого доступа к определенной части долговременной памяти, создавая так называемую рабочую память, участвующую в решении задач. Таким образом, у эксперта имеется возможность не просто «запасать впрок» большой объем знаний, но и иметь к ним быстрый доступ.
Иерархические структуры хранения знаний
Знания, которыми владеет эксперт, организованы специальным образом, облегчающим их поиск и успешное использование. Полученная за годы обучения информация не хранится «как попало», она организована в рамках определенных структур.
Прежде всего, решая в течение многих лет похожие задачи, эксперт вырабатывает «свой взгляд», т.е. умение описывать задачи набором признаков, позволяющим успешно проводить анализ. Так, у многих шахматистов вырабатывается
Далее по таким признакам происходит группировка объектов, обеспечивающая удобное хранение информации и быстрый доступ к ней. Судя по всему, универсальной структурой является иерархическая: информация группируется по некоторым общим признакам, те в свою очередь тоже объединяются в группы и т.д. Возникает хранилище знаний, похожее на энциклопедию, снабженную индексами для быстрого поиска.
Исследование процессов принятия диагностических решений врачами показало, что знания экспертов можно достаточно точно описать совокупностью иерархических правил, построенных на значениях диагностических признаков.
Черты поведения эксперта
Итак, память эксперта устроена специальным образом. Как это проявляется в его поведении?
Общепризнанными чертами поведения эксперта является не только быстрое решение задач, но и быстрый переход от рассмотрения задачи к ее решению. Хороший врач без промедления ставит диагноз. Гроссмейстер играет на нескольких досках одновременно, причем на хорошем уровне.
Известно, что эксперты почти безошибочно решают сложные задачи. Доказательством тому служат партии выдающихся гроссмейстеров прошлого, легенды о великих врачах-диагностах. Итак, эксперты являются уникальными личностями, обладающими бесценным знанием и умеющими успешно его использовать.
Подсознательный характер экспертных знаний
Возникают естественные вопросы. Нельзя ли каким-либо образом сохранить экспертные знания для будущих поколений? Можно ли «выспросить» у эксперта, как он решает те или иные задачи?
Ответ на эти вопросы отрицательный. Одной из наиболее важных характеристик экспертного знания является его подсознательный характер. Экспертное знание не вербализуемо. Это значит, что, уверенно решая свои профессиональные задачи, эксперт не может объяснить другим, как именно он это делает. Так, гроссмейстер не может объяснить, как он выбирает очередной ход (кроме простых позиций), композитор — как он придумывает мелодию, врач — как он ставит диагноз (кроме простых случаев).
Считается, что умения людей не поддаются вербализации, объяснению. Эксперты не имеют осознанного доступа к своим правилам принятия решений. Все попытки расспросить экспертов, как они это делают, ничего не дают, так как люди в лучшем случае могут вербализовать лишь наиболее простые элементы своих правил. В ряде случаев даже прямые подсказки и обещание дополнительного вознаграждения не позволяют добиться от эксперта правдоподобного объяснения правил, которыми он руководствуется при принятии решений. Считается, что умения даже хранятся в иных частях мозга человека, чем декларативные знания.
Трудности получения экспертных знаний
В последние 20 лет перенос экспертных знаний в компьютер стал одной из центральных проблем искусственного интеллекта.
Зачем же нужно передавать человеческие умения и опыт компьютеру? Прежде всего для того, чтобы опытом и знаниями квалифицированного специалиста пользовались не только те люди, с которыми он сталкивается, а гораздо более широкий круг возможных пользователей. Вторая, не менее важная цель — не утерять со сменой поколений умения и знания опытных людей, оставить их в наследство человечеству.
Сама по себе возможность построения искусственной системы, обладающей человеческими умениями решать сложные задачи в тех или иных областях деятельности, весьма привлекательна. Но на пути ее решения стоят существенные трудности. Перечислим основные из них.
1. Человек не может сообщить общие абстрактные правила, которыми он руководствуется, решая ту или иную конкретную задачу, потому что его умения чаще всего хранятся на подсознательном уровне.
2. В любой области деятельности имеется большое количество (десятки и сотни тысяч) возможных практических ситуаций, при анализе которых проявляются умения человека. Желательно, чтобы этими умениями в полном объеме «овладел» компьютер, что может потребовать огромного труда и времени экспертов.
3. Люди, передающие компьютеру в том или ином виде свои знания и умения, неизбежно ошибаются. Чем бы ни была вызвана конкретная ошибка — усталостью, невнимательностью, трудностью ситуации, — безошибочных экспертов, к сожалению, не бывает.
Отметим, что существуют разные виды человеческих умений, и для построения их компьютерных аналогов нужна совокупность различных подходов.
Выводы
Задача построения компьютерных копий экспертных знаний является одной из наиболее сложных в области искусственного интеллекта. Основными трудностями при извлечении экспертных знаний являются их подсознательный характер, большой объем и неизбежные ошибки эксперта.
Процесс достижения экспертом высокого профессионального мастерства занимает не менее 10 лет. За это время в памяти эксперта возникают структуры хранения специально организованной в иерархическом виде информации. Знания эксперта имеют в основном подсознательный характер и не могут быть вербализованы.
Принято различать два вида знаний: декларативное и процедуральное. Второй вид знаний принято называть умением, навыками. Навыки возникают при постоянных и многолетних упражнениях по решению тех или иных повторяющихся задач в различных областях человеческой деятельности. Человека, в совершенстве владеющего умением решать повторяющиеся задачи, принято называть экспертом.