3. Поле знаний

Поле знаний – это условное неформальное описание основных понятий и взаимосвязей между понятиями предметной области, выявленных из системы знаний эксперта, в виде графа, диаграммы, таблицы или текста. В контексте информационных технологий обучения под предметной областью понимается содержание учебного курса.

Структура поля знаний предметной области (экспертной системы): П = ( I,О, М), где

I — структура исходных данных, подлежащих обработке и интерпретации в экспертной системе;

О — структура выходных данных, то есть результата работы экспертной системы;

М — операциональная модель предметной области, на основании которой происходит модификация I в О. Операциональная модель М поля знаний экспертной системы может быть представлена как совокупность концептуальной структуры S_k, отражающей понятийную структуру предметной области, и функциональной структуры S_f, моделирующей схему рассуждений эксперта: М=(S_k,S_f).

Учебный процесс строится исходя из определенного представления о степени подготовки учащихся. Кроме того, это позволяет рассматривать процесс обучения не как изучение изолированного курса, а как систему курсов, обладающих определенными взаимными связями и обеспечивающими достижение определенных целей как учащимися так учебной организацией. Структура поля знаний среды обучения: ψ = (B,I,R, О, μ), где B – базовые знания, R – результирующие знания,RB. μ – операциональная модель среды обучения.

μ = (S_k,S_f,S_e,G), гдеS_eописывает критерии усвоения тех знаний, которые представлены в данном поле знаний, графGописывает обучение как поэтапный процесс.S_eможно разложить на две составляющих:S_e= (Q,P). ЗдесьQ– это тесты которые должен выполнить учащийся. Под тестами может пониматься любая форма контроля знаний, состоящая в формулировке учащимся объяснений (определений) объектов и их свойств, понятий, а также связей между понятиями и объектами, являющимися предметом изучения и образующими структуруS_k.P– это множество задач, правильное решение которых учащимся свидетельствует о том, на сколько он овладел функциональной составляющей S_fпредметной области.

Представленная модель является отражением того факта, что среда обучения является носителем двух типов знаний. Знания в предметной области отражают I, О, а такжеS_k,S_f, знания о процессе обучения описывают структурыB,R,S_e,G. Процесс описания поля знаний среды обучения необходимо начать с описания поля знаний П предметной области. Только после этого можно приступать к описанию знаний о процессе обучения.

4. Описание фреймов.

Фрейм — это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия. Фреймом также называется и формализованная модель для отображения образа. Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных. В качестве общей схемы фрейма может быть принята следующая: {i,vi,gi,...}. В этой структуре i - имя фрейма, vi - имена слотов (терминалов), а gi - значения (заполнители) слотов (терминалов), то есть структура фрейма может быть представлена как список свойств:

(ИМЯ ФРЕЙМА: )

(имя 1-го слота: значение 1-го слота),

(имя 2-го слота: значение 2-го слота),

...

(имя N-го слота: значениеN-го слота)).

Ту же запись можно представить в виде таблицы, дополнив ее двумя столбцами.

Имя фрейма

Имя слота

Значение слота

Способ получения значения

Присоединенная процедура

Дополнительные столбцы предназначены для описания способа получения слотом его значения и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов. В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма, так образуются сети фреймов. Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:

- по умолчанию от фрейма-образца (Default-значение);

- через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте АКО;

- по формуле, указанной в слоте;

- через присоединенную процедуру;

- явно из диалога с пользователем;

- из базы данных.

Важным свойством теории фреймов является заимствованное из теории семантических сетей наследование свойств. Наследование происходит по АКО-связям. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, то есть переносятся, значения аналогичных слотов.

Структура может быть простой таблицей, сложной иерархией или сетью понятий. Можно использовать терминологию реляционных баз данных. Тогда фрейм - это отношение или реляционная таблица, экземпляр фрейма - запись или строка таблицы, понятие - атрибут или столбец таблицы. Фреймы и понятия имеют имена. Имя - любая последовательность символов. Виды понятий:

1) Терминалы (терминальные понятия) предназначены для хранения декларативных знаний, т.е. конкретных значений из данной предметной области (фактов). Для каждого экземпляра фрейма существует свой набор значений терминалов.

2) Обобщения (обобщающие понятия) предназначены для хранения указателей на другие фреймы в семантической сети.

3) Процедуры предназначены для хранения указателей на структуры, возвращающие какое-либо из указанных выше понятий.