Методы и средства визуализации знаний

1.

Методы и средства
визуализации знаний
1

2.

Средства визуального представления знаний
При разработке и использовании баз знаний удобно
применять наглядные представления, т.е. различные
изображения, схемы, рисунки, наброски.
Визуализация всегда считалась мощным инструментами
познания, т.е. средством, предназначенным для организации
и облегчения процесса познания.
Визуальные модели, например, графы, обладают особенной
когнитивной силой при структурировании информации.
2

3.

Интеллект-карты (Mind maps)
Интеллект-карты (mind maps, карты памяти, ассоциативные
карты) – один из наиболее привлекательных и простых
способов отображения понятийных структур.
Автором идеи интеллект-карт считается английский психолог,
автор методики запоминания и организации мышления Тони
Бюзен.
Бьюзен сформулировал идею еще в 1970-е гг. в качестве
компактного средства организации конспектов, позднее он
понял, что метод гораздо шире и может использоваться как
мощное орудие мышления применительно к научной работе,
инновациям, бизнес-идеям, политическим дискуссиям,
мозговому штурму, педагогике и пр.
3

4.

Интеллект-карты
Идея интеллект-карт имеет серьезный нейрофизиологический
базис.
Человеческий мозг обладает выраженной сетевой структурой.
Естественные нейронные сети мозга включают триллион
нейронов, каждый из которых может связываться примерно с
100 000 ближайших соседей. И хотя природа их
взаимодействия исследована далеко не полностью, так
называемый «радиантный» характер передачи возбуждения от
центра на периферию доказан.
Бьюзен использовал также некоторые идеи из теории
межполушарной асимметрии и гештальт-психологии.
4

5.

Интеллект-карты
Радиа́нт (radians — излучающий) — область небесной сферы,
кажущаяся источником метеоров, которые наблюдаются при
встрече Земли с роем метеорных тел, движущихся вокруг Солнца по
общей орбите.
Так как траектории метеорных тел,
принадлежащих одному рою, в
пространстве почти точно
параллельны, то пути метеоров
соответствующего метеорного
потока, продолженные на небесной
сфере в обратном направлении,
вследствие перспективы пересека
ются на небольшой площадке
неба, центр которой и является
радиантом.
5

6.

Интеллект-карты
Идея интеллект-карт заключается в использовании и
совмещении функции левого и правого полушарий для
достижения целостного и наглядного представления идеи.
6

7.

Интеллект-карты
Создание интеллект-карт - фактически это переход от
последовательного (текстового) изложения к сетевому
(образному).
Интеллект-карта – графическое выражение процесса
радиантного мышления.
7

8.

Интеллект-карты
Интеллект-карты имеют 4 отличительные черты:
- объект внимания/изучения кристаллизован в центральном
образе;
- основные темы, связанные с объектом изучения,
расходятся от центрального образа в виде ветвей, которые
поясняются ключевыми словами или образами;
- вторичные идеи также ветвятся;
- ветви формируют связанную узловую структуру.
8

9.

Интеллект-карты
9

10.

Интеллект-карты
10

11.

Интеллект-карты
11

12.

Интеллект-карты
12

13.

Интеллект-карты
13

14.

Интеллект-карты
14

15.

Интеллект-карты
Бьюзен сформулировал несколько практических советов
по рисованию интеллект-карт:
- соблюдайте иерархию мыслей;
- используйте размер шрифта, толщину букв и цвет для
большей выразительности;
- используйте графические образы;
- стремитесь к ясности;
- не перегружайте и-карту.
15

16.

Интеллект-карты
Инструментальные средства построения карт памяти
Inspiration
Map it! (by Tony Buzan)
MindMapper Pro
MindGenius Business, www.mindgenius.com
Visual Mind, www.visual-mind.com
Mind Pad
Mind manager, www.mindjet.com
Freemind, www. freemind.com
The Brain
Mind meister
Conception
16

17.

Когнитивные карты (Cognitive maps)
Когнитивная карта (от лат. cognitio — знание, познание) —
образ знакомого пространственного окружения.
Это понятие широко используется в психологии и было
заимствовано в других областях. В искусственном
интеллекте и системах поддержки принятия решений
когнитивные карты используются как инструмент для
Методологии когнитивного моделирования, которая
предназначена для анализа и принятия решений в плохо
формализованных ситуациях и предложена Р. Аксельродом
(Принстонский университет 1976 ).
Термин предложен в 1948 в работе американского психолога
Э. Толмена «Когнитивные карты у крыс и человека».
17

18.

Когнитивные карты
При принятии решений в неструктурированных ситуациях у
субъекта (ЛПР или эксперта) возникает модель проблемной
области, на основе которой он пытается объяснить
происходящие в реальности процессы.
Объективные закономерности реального мира
представляются субъективными экспертными оценками.
Образ наблюдаемой ситуации отражает не только законы и
закономерности ситуации, но и мировоззрение субъекта, его
систему убеждений, ценностей, уровень образования, опыт и
т.д.
18

19.

Когнитивные карты
Когнитивный подход к поддержке принятия решений
ориентирован на то, чтобы активизировать интеллектуальные
процессы субъекта и помочь ему зафиксировать свое
представление проблемной ситуации в виде формальной
модели.
В качестве такой модели и используется когнитивная карта
ситуации, которая представляет известные субъекту
основные законы и закономерности наблюдаемой ситуации в
виде ориентированного знакового графа, в котором вершины
графа – это факторы (признаки, характеристики ситуации), а
дуги между факторами – причинно-следственные связи
между факторами. Дуги могут иметь вес, отражающий силу
влияния факторов.
19

20.

Когнитивные карты
В когнитивной модели выделяют два типа причинноследственных связей: положительные и отрицательные.
При положительной связи увеличение значения факторапричины приводит к увеличению значения фактораследствия, а при отрицательной связи увеличение значения
фактора-причины приводит к уменьшению значения фактораследствия.
20

21.

Когнитивные карты
Тимур Василенко
О.Генри и когнитивные карты
http://www.improvement.ru/zametki/cognitive/
Методология построения когнитивных моделей (основная
идея) – положить на бумагу то, что известно о проблеме,
свести это воедино, и посмотреть на результат с точки зрения
здравого смысла.
Если картинка не противоречит интуиции (здравому смыслу)
экспертов, то начинаем играть в нее, «что будет, если…».
Если ничего не получается, возвращаемся назад и смотрим,
что можно изменить, что забыли или что лишнее.
21

22.

Когнитивные карты
Тимур Василенко
О.Генри и когнитивные карты
http://www.improvement.ru/zametki/cognitive/
Методология построения когнитивных моделей (основная
идея) – положить на бумагу то, что известно о проблеме,
свести это воедино, и посмотреть на результат с точки зрения
здравого смысла.
Если картинка не противоречит интуиции (здравому смыслу)
экспертов, то начинаем играть в нее, «что будет, если…».
Если ничего не получается, возвращаемся назад и смотрим,
что можно изменить, что забыли или что лишнее.
22

23.

Когнитивные карты
Выделим в нашей анализируемой проблеме основные ее
характеристики (факторы), которые как-то можно измерить,
хотя бы чисто качественно – «велико», «мало», «растет»,
«убывает».
Последние два слова описывают изменения факторов, они-то
и есть основа динамического характера нашей модели.
Изобразим эти характеристики на листке бумаги в виде точек.
Теперь отобразим причинные зависимости между факторами
в виде стрелок, соединяющих две точки.
23

24.

Когнитивные карты
О.Генри «Короли и капуста», глава«Башмаки»
http://lib.ru/INPROZ/OGENRI/kings.txt#14
Наличие
обуви
24

25.

Когнитивные карты
О.Генри «Короли и капуста», глава«Башмаки»
http://lib.ru/INPROZ/OGENRI/kings.txt#14
25

26.

Когнитивные карты
26

27.

Когнитивные карты
27

28.

Концептуальные карты (concept maps)
Если интеллект-карты показывают связи и древовидную
структуру произвольных фрагментов знаний, то
концептуальные карты или графы позволяют глубже
рассмотреть предметную область и включают отношения
между понятиями или концептами.
Концептуальные графы состоят из узлов и направленных
поименованных отношений, или связей, соединяющих эти
узлы.
Концепты и связи имеют универсальный характер для
некоторого класса понятий предметной области.
28

29.

Концептуальные карты
Любая разработка концептуального графа подразумевает
анализ структурных взаимодействий между отдельными
понятиями предметной области.
В процессе создания концептуальной карты эксперт и
аналитик анализируют структуру отношений предметной
области, что помогает им глубже понимать ее природу.
Зачастую приходится генерировать новые, ранее
невербализованные связи.
29

30.

Концептуальные карты
Впервые концептуальные карты были предложены
Джозефом Новаком, сотрудником Корнельского
университета (США) в 60-70-х гг. при изучении детского
мышления и формирования первых научных понятий. Это
исследование использовало идеи Дэвида Асубеля о
формировании понятийного мышления.
В России примерно в это же время похожие идеи
получили выражение в теоретических работах
Г.П.Мельникова и П.Г.Кузнецова по системологии и широко
использовались Г.П.Щедровицким и его последователями в
организационно-деятельностных играх.
Концептуальные карты оказались эффективным
инструментом отображения понятийной системы человека.
30

31.

Концептуальные карты
Визуальные спецификации в форме концептуальных карт
могут использоваться не только при разработке баз знаний.
Они широко используются в обучающих системах (Elearning) и в традиционном обучении.
И студенты, и преподаватели могут применять
концептуальные карты в качестве инструментов для оценки
изменений, произошедших в их мышлении.
Kozma, один из разработчиков программы организации
концептуальных карт — Learning Tool — считает, что эти
средства являются инструментами познания (mind tool),
усиливающими и расширяющими познания человека.
31

32.

Концептуальные карты
Разработка визуальных понятийных сетей требует от
обучающихся:
— реорганизации знаний;
— исчерпывающего описания понятий и связей между ними;
— глубокой обработки знаний, что способствует лучшему
запоминанию и извлечению из памяти знаний, а также
повышает способности применять знания в новых ситуациях;
— связывания новых понятий с существующими понятиями
и представлениями для улучшения понимания.
32

33.

Концептуальные карты
В простейшем случае построение концептуальные карты
сводится к:
• определению контекста путем задания конкретного
фокусирующего вопроса (focus question), определяющего
главную тему и границы концептуальной карты;
• выделению концептов – базовых понятий данной
предметной области (обычно порядка 20 понятий);
• построению связей между концептами – определению
отношений и взаимодействий базовых понятий;
• упорядочению графа – уточнению, удалению лишних
связей, снятию противоречий.
33
«Хороший» граф обычно получается после 2–3 итераций.

34.

Концептуальные карты
34

35.

Концептуальные карты
35

36.

Концептуальные карты
36

37.

Концептуальные карты
Типичные ошибки:
• целые предложения вместо отдельных концептов в
узле;
• линейные карты;
• слишком много пересекающихся связей;
• слишком много концептов;
• неверно определенные типы отношений.
Концептуальный граф – не только цель, но и средство.
В процессе построения, то есть при взаимодействии
семантических связей нашей памяти с визуальной
информацией, связи перестраиваются, порождая, в свою,
очередь новые знания.
37

38.

Инструментарий IHMC CmapTools
http://cmap.ihmc.us/
CmapTools позволяет пользователю легко строить
концептуальные карты, вводя понятия - концепты и связывая их
именованными отношениями.
Редактор позволяет варьировать шрифты, цвета, толщину
линий, устанавливать нужный фон.
С каждым понятием может быть ассоциирован некий ресурс
(текст, картинка, видео- или аудио-файл, страница в интернете).
Создаваемые с помощью этого инструмента карты можно
размещать как в закрытом пространстве, на жестком диске
компьютера пользователя, так и в открытом пространстве, на
удаленных серверах для совместного использования
38
сообществом Cmap.

39.

Инструментарий IHMC CmapTools
К концептуальной карте предъявляются следующие требования:
– на карте должны быть представлены 3 типа отношений между
узлами:
«общее-частное» («класс-подкласс»),
«часть-целое»,
«элемент-класс»
и несколько ассоциативных отношений, выражающих
содержательные связи между узлами.
– карта должна состоять из нескольких (>2) карт
– количество узлов карт должно быть не менее 20;
– карта должна содержать аннотации, ссылки на внешние
ресурсы, картинки и/или мультимедиа файлы.
39