Концептуальные карты. 
Искусственный интеллект. 
Инженерия знаний

Если интеллект-карты показывают связи и древовидную структуру произвольных фрагментов знаний, то концептуальные карты (concept maps) или графы позволяют детальнее рассмотреть предметную область и включают отношения между понятиями или концептами. Такие концептуальные графы (карты) состоят из узлов и направленных поименованных отношений, или связей, соединяющих эти узлы. Связи могут быть различного типа, например, «является», «имеет свойство» и т. п. Концепты и связи имеют универсальный характер для некоторого класса понятий предметной области. Поэтому любая разработка концептуального графа подразумевает анализ структурных взаимодействий между отдельными понятиями предметной области.

На рис. 8.2 представлен фрагмент концептуальной карты, предназначенной для описания процесса управления нефтегазодобывающим предприятием.

Рис. 8.2. Пример концептуальной карты.

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.

Впервые концептуальные карты были предложены Дж. Новаком в начале 1970;х гг. при изучении детского мышления и формирования первых научных понятий. Это исследование использовало идеи Д. Асубеля о формировании понятийного мышления. Концептуальные карты оказались эффективным инструментом отображения понятийной системы человека.

Визуальные спецификации в форме концептуальных карт могут использоваться не только при разработке баз знаний. Они широко используются в обучающих системах (E-learning) и в традиционном обучении.

И студенты, и преподаватели могут применять концептуальные карты в качестве инструментов для оценки изменений, произошедших в их мышлении. Р. Козма, один из разработчиков программы организации концептуальных карт — Learning Tool — считает, что эти средства являются инструментами познания (mind tool), усиливающими и расширяющими познания человека.

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.

Полезность концептуальных карт, пожалуй, лучше всего демонстрируется их возможностью отображать формы мышления высшего порядка. Их применяют и для формальных обоснований в химии, и для аргументации высказываний в биологии.

Также было показано, что концептуальные карты полезны при описании процессов проведения научных исследований.

В простейшем случае построение концептуальной карты сводится к следующему:

• • 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.

«Хороший» граф обычно получается после 2−3 итераций.

Необходимо обратить внимание на типичные ошибки, которые совершают разработчики концептуальных карт:

• использование целых предложений вместо отдельных концептов в узле;

• • построение линейных карт;
• • наличие большого числа пересекающихся связей;
• • наличие большого числа концептов на одной карте (часть концептов нужно вынести на другие карты);
• • наличие неверно определенных типов отношений.

Еще одним преимуществом использования концептуальных карт в качестве средства структурирования знаний является системный подход к изучению предметной области. При этом достигаются:

• • системность — концептуальная карта представляет целостный взгляд на предметную область;
• • единообразие — материал, представленный в единой форме, гораздо лучше воспринимается и воспроизводится;
• • научность — построение концептуальной карты позволяет восстановить недостающие логические связи во всей их полноте.

Стоит еще раз подчеркнуть, что концептуальный граф — не только цель, но и средство. В процессе построения, т. е. при взаимодействии семантических связей нашей памяти с визуальной информацией, связи перестраиваются, порождая, в свою, очередь новые знания.