Моделирование процесса решения задач человеком

Наиболее адекватная модель решения задач человеком, была предложена Ньюэллом и Саймоном в 60-х годах прошлого века во время работы над программой GPS - одной из попыток создания универсального решателя задач.

Несмотря на то, что проект GPS не достиг поставленных перед ним целей, данная модель до сегодня считается базовым при проектировании экспертных систем. Модель Ньюэлла - Саймона состоит из следующих компонентов: долговременная память, кратковременная память, когнитивный процессор.

Рассмотрим их подробно.

Долговременная память

Один из наиболее значимых результатов, полученных Ньюэллом и Саймоном, состоит в доказательстве утверждения, что значительную часть человеческого познания можно представить в виде правил формы IF-THEN. Правило представляет собой небольшую модульную форму знаний, соответствующей определенному фрагменту знаний в предметной области.

Фрагменты организуются в произвольной форме и обеспечиваются связями. Ниже приведен пример правила, представляет фрагмент знаний:

IF человек имеет постоянную работу и владеет недвижимостью

THEN можно выдавать кредит.

Ньюэлл и Саймон популяризировали использование правил для представления человеческих знаний и показали, как могут быть выполнены стандартные рассуждения с помощью правил. Основываясь на этих достижениях психологи, специализирующиеся в области когнитологии, использовали правила, как модель для объяснения процесса обработки информации человеком.

Основная идея заключается в том, что мозг человека выделяет стимулы с сенсорной входной информации. Стимулы активизируют в долговременной памяти соответствующие правила, с помощью которых формируется соответствующая реакция.

Долговременная память выполняет роль места хранения постоянных знаний человека. Например, работники банка усвоили примерно такие правила по отношению к клиентам:

IF клиент подал заявку на закрытие счета THEN банк потерял клиента

IF клиент снял все деньги со счета THEN банк может потерять клиента IF клиент открыл счет в другом банке THEN банк вероятно потеряет клиента

Из примера видно, что последние два правила не выражены с окончательной определенностью. В данный момент клиенту могут понадобиться все деньги, а дальше он снова использует свой счет.

Аналогичным образом, открытие им в другом банке счета еще не значит, что он не будет пользоваться услугами данного банка. Стимулы, которые возникают, когда сотрудник банка узнает, что клиент открыл счет в другом банке, снял все деньги со счета и подал заявку на закрытие счета, могут активизировать также другие правила подобного типа. Например, банк-конкурент снизил тарифы за услуги.

Кратковременная память

Долговременная память человека может содержать много правил, имеющих простую структуру IF-THEN. В отличие от долговременной памяти, кратковременная память используется для временного хранения знаний в период решения задачи.

Несмотря на то, что долговременная память может хранить сотни тысяч (или даже больше) фрагментов, емкость кратковременной или рабочей памяти значительно меньше - от четырех до семи фрагментов. В качестве простого примера, подтверждающего этот факт, можно привести способность людей одновременно видеть внутренним взором от четырех до семи цифр.

Безусловно, люди способны запоминать гораздо большее количество цифр, но эти цифры, наряду со многими другими сведениями, хранятся в долговременной памяти. Более того, для обеспечения их записи на постоянное хранение нужно время. Существует теория, что кратковременная память способна вместить только фрагменты, которые могут быть активными одновременно.

Согласно этой теории, процесс решения задачи человеком рассматривается как перераспределение таких активизированных фрагментов в мозге. Наконец, фрагменты могут быть активизированы таким образом, что будет выработана сознательная мысль. Например, работник банка, разговаривает с потенциальным клиентом, может отметить про себя: «Он дал о себе противоречивые сведения - возможно он мошенник».

Когнитивный процессор

Еще одним элементом, необходимым для решения задач человеком, является когнитивный процессор.

Когнитивный процессор пытается найти правила, которые должны быть активизированы согласно стимулов. В случае, когда существует много правил, которые могут быть активизированы одновременно, когнитивный процессор должен выполнить операцию разрешения конфликтов, чтобы определить, какое правило имеет наивысший приоритет. После этого должно быть выполнено это правило.

Например, активизированы два следующих правила:

IF клиент банка хочет получить кредит THEN составить договор

IF клиент банка хочет получить кредит THEN ознакомить его с условиями

В таком случае, необходимо сначала выполнить действие второго правила, а потом - первого. В современных экспертных системах когнитивном процессора отвечает машина логического вывода.

Важным фактором при проектировании экспертной системы является объем знаний или степень детализации правил. В случае, когда степень детализации слишком мала, то понимание отдельного правила без изучения других правил становится затрудненным.

Наоборот, если степень детализации очень большая, то возникают проблемы при необходимости модификации экспертной системы, поскольку в одном правиле могут смешиваться несколько фрагментов знаний.