图形表示知识

2.2.4　可视化技术层：图形表示知识

应用于知识转化的可视化技术包括一切能够支撑知识转化完成的图形化技术和工具，信息可视化和知识可视化中的工具均可用于知识转化中。其中，概念图、认知地图、语义网络、思维导图、知识地图以及视觉隐喻是最为典型的几种。

2.2.4.1　常用的可视化技术

（1）概念图

概念图最早是由美国康奈尔大学诺瓦克教授提出的一种教学工具，自产生以来，已经应用到了教育的各个分支。然而，诺瓦克教授认为概念图可以应用到社会生活的各个领域，包括商业领域、政府领域及国防领域等。概念图是利用概念以及概念之间的关系表示和组织结构化知识的一种可视化方法（Novak，1984）。其中，概念是事件或对象所具有的规则性；关系用于连接概念形成命题，关系必须有效且具有意义。概念图用节点表示概念，用连接线和连接词表示概念之间的关系。

概念图还具有以下三个组成要素：①命题，由两个以上的概念及其关系构成表达意义的陈述；②等级结构，概念图中的概念按照宽泛概念在上、具体概念在下的顺序排列形成等级结构；③交叉关系，不同分支中的概念之间形成的连接关系。图2-6给出了一个关于“概念图组成要素“的概念图（Novak，1991）。

图2-6　关于“概念图组成要素“的概念图

在图2-6中，“概念图”、“概念标识”、“连接词”、“等级结构”、“语境依赖的”等是概念；“概念图”、“语境依赖的”及它们之间的关系“是”构成命题“概念图是语境依赖的”。“感知规则”与其下位概念“事件”、“对象”，以及“事件”、“对象”的下位概念构成等级结构。“感知规则”与“语境依赖”之间的关系“其感知是”跨越不同的分支，形成“交叉关系”。因此，除交叉关系外，整个概念图是一个树形结构。概念图不仅描述知识的内容，也给出了知识的结构。内容是概念和关系的内涵，体现人们正确理解知识的能力；而结构是连接关系、等级结构、交叉关系构成的语义网络，体现人们组织知识、运用知识的能力。

（2）认知地图

认知地图是表示人类智力模式的一种可视化技术，将各种想法（Ideas）作为节点，并将它们联系起来形成图形，是一个由节点组织的有向图（Eden，2004）。认知地图强调提取和表示人脑中各种想法之间的关系，特别是因果关系，将反映想法之间的因果关系的一类图称为因果图。由于认知地图中的关系居多反映的是因果关系，因此常常将认知地图等同于因果图。

（3）语义网络

语义网络（Semantic Networks）是由节点和连线组成的网络，有连接词但不严格限制在层次结构上（Fisher，2001）。语义网络是用于表示知识和建立认知模型的一种带标号的有向图。在语义网络中，带标号的节点表示思考对象──具体事物、抽象概念、状态和局势等；带标号的有向弧则表示节点所代表对象间的关系。语义网络中每一条有向弧及其连接的两个节点在表达力上相当于一个二元谓词公式。

（4）思维导图

思维导图是由英国人托尼·巴赞于20世纪60年代提出的一种笔记方法。他认为传统的草拟和笔记方法有埋没关键词、不易记忆、浪费时间和不能有效刺激大脑等四大不利之处；而简洁、效率和积极的个人参与对成功的笔记起着至关重要的作用。在草拟和笔记的办法成效越来越小的情况下，需要寻求一种可以不断增多回报的办法，即思维导图。思维导图是对发散性思维的表达，是打开人类大脑潜能的万能钥匙，清晰的思维方式和学习能力能够改善人们的行为表现。

（5）知识地图

知识地图最早由英国情报学家B.C.布鲁克斯在他的经典著作《情报学基础》中提出，指出情报学的真正任务是组织、加工和整理客观知识绘制以各个知识单元为节点的知识地图。知识地图实质上是一个向导，本身并不是一个知识的集合。知识地图不是具体的知识，而是关于知识来源的知识（Vail，1999）。对用户来说，大部分知识存在于知识地图所指向的知识源中，而不是包含在知识地图本身之中。

因此，知识地图是利用现代化信息技术制作的组织知识资源的总目录及各知识条目之间关系的综合体，借助知识地图，员工可以学习知识、解决问题、搜寻专家，提高组织内部知识流通率和使用率，并可以为组织知识创新提供良好基础。

（6）视觉隐喻

视觉隐喻是利用可视化方式将抽象知识映射为现实生活当中易于理解的物体、现象或活动，可以分为四种类型：①映射为自然现象，如高山、冰川、河流、瀑布及火山等；②映射为人造实体，如天平、阶梯、道路、庙宇、桥梁、书、书架、城市及蝴蝶等；③映射为某一活动，如登山、散步、驾驶、垂钓及狩猎等；④映射为易于理解的抽象概念，如战争、家庭、法律、和平及可持续性等（Eppler，2004）。

图2-7给出了一个将进入新市场所需经历步骤及相关影响因素映射为一个阶梯（Eppler，2004），要进入新市场这个殿堂，需要经历创意（Ideas）、概念化（Concept）、业务计划（Business Plan）、测试（Tests）、产品化（Production）、介绍（Introduction）、调整（Scaling）及品牌（Brand）等阶段。同时，各种进入市场的障碍及工具也很地利用图形化的方式进行了隐喻。这幅图片将进入新市场需要的步骤及考虑因素直观、清晰地显示出来，便于其他人员学习和理解这一方面的知识。从知识转化的角度，视觉隐喻通过将抽象知识，很多是隐性知识，利用可视化的方式揭示出来，易于知识的提取。

图2-7　进入新市场的创新阶梯

2.2.4.2　不同可视化技术的比较分析

随着概念图、认知地图、语义网络、思维导图、知识地图在知识管理中的应用，它们之间的区别越来越模糊，甚至有学者提出“等同论”及“无需区别论”。但本文认为，这些工具在历史渊源、构建目的、构建方法、表现方式以及表现能力上是存在区别的。

（1）历史渊源不同

概念图是教育领域提出的一种教学工具，与有意义学习理论、图式理论关系紧密。认知地图源于认知心理学，在质量管理、故障分析、管理咨询、小组讨论、组织学习、组织决策及组织计划等方面得到广泛应用。语义网络是人工职能领域用以知识建模的一种技术，与图论、谓词逻辑密切相关。思维导图最初只是为了改进笔记的方法，后来被应用于个人、企业、教育等领域中。知识地图是情报领域提出组织和导航知识资源的图形化工具，与图书馆学、情报学、目录学、知识组织及知识管理等关系密切。

（2）构建目的不同

概念图最初的构建目的是人们快速掌握某一领域概念之间的关系，后来通过让人们自己构建概念图来学习某一领域的概念体系，最近也有利用自己构建的概念图导航知识资源的研究。认知地图的构建主要是通过揭示各种想法之间的关系，特别是因果关系，提取人脑中的隐性知识，注重个人心智模式的捕获。语义网络用于知识建模和专家知识提取。思维导图构建目的是通过利用图形化的方式表达人类的发散思维，打开人脑的潜能，但也有研究利用自己构建的思维导图组织和管理知识资源。知识地图的构建目的是组织和导航各类知识资源，提供有效的知识获取方式，用于揭示知识体系以及评价知识存量，主要解决如何让人们能够找到解决问题所需要的知识。

（3）构建方法不同

知识地图的构建需要经历一个复杂、严格的过程，包括知识审计、知识分类、知识关联及制定图形等过程，需要知识组织、业务流程及知识工人的参与，是耗时耗力的知识工程。同样，语义网络的构建也是一个系统工程，需要参与专家、知识工程师等反复提炼。而概念图、思维导图及认知地图一般由个人或由某个领域相关专家组成的小组直接进行构建。但三者具体的制作方法也不相同，概念图一般是先罗列某个领域的所有概念，然后将概念进行分类并选择中心概念，最后将各个概念关联起来；思维导图则从一个主要概念开始，随着思维的不断深入，逐步建立一个有序图，一个思维导图只有一个中心节点；认知地图是从目标出发，进行发散思维，并不断挖掘导致相关因素变化的原因，认知地图的中心目标只有一个，其他均是影响这一目标的因素。

（4）表现形式不同

概念图除了交叉关系之外的结构是树形结构，而整体上是网状结构，是某一领域的知识网络。认知地图也基本遵照树形结构，由根节点到叶子节点依次排列目标和因素，但也有节点存在多个父节点或环状结构，整体上呈现为网状结构。语义网络是一个网状结构，节点与节点之间的关系往往比较复杂，但也常常通过形式化公式描述。思维导图呈现为由思考中心依次向外发散的树形结构，各个节点表现为一个个想法，整个树是人类思维不断发散和深化的体现。知识地图的表现形式多样，有档案总管型、思考管理型、网状地图型、星状地图型、点状地图型、条列地图型与等高线地图型等，可以是网状结构、树形结构，也可以是韦恩图、圆心圈与蜘蛛网等。

（5）表现能力不同

概念图能够构造的是某个领域的知识网络，便于学习者对整个知识架构的掌握。认知地图呈现的是人脑中各类想法之间的关联，其构建过程也是参与人员思维的过程，不过这一过程更倾向于揭示各种关联关系，而不仅是进行发散思维，探索相关知识的过程。语义网络构造的是某个领域的知识模型，具有严密的逻辑结构，能够用于数学推理和专家系统建造。思维导图呈现的是一个思维过程，人们能够借助思维导图的构建提高发散思维能力，可以通过思维导图理清思维的脉络，并可供自己或他人回顾整个思维过程。知识地图一般是揭示某个组织的所有知识资源的知识体系，是一个严密复杂的知识体系。

2.2.4.3　可视化技术与知识活动之间的关系

可视化技术以丰富知识的表示方式，直接支撑知识提取、知识融合以及吸收的完成，进而支撑其他知识活动的完成，最终实现知识的有效转化。但是，不同的可视化技术对三个知识活动的支撑并不一致，各种可视化技术与知识活动之间的对应关系，如图表2-1所示。需要说明的是，可视化技术非常之多，表2-1列出的只是其中应用较为广泛的部分，而且随着可视化技术的不断发展将会出现更多、更有效的可视化技术。

表2-1 可视化技术与知识活动之间的关系

（续表）

由表2-1可知，各种信息可视化技术主要用于知识融合和知识吸收活动中，知识可视化技术则可能支撑多个知识活动的完成。一项知识活动的完成可以利用多种可视化技术，例如知识融合中可以利用多种可视化技术，包括知识地图、Hyper Tree、Space Tree。即是说，可视化技术与知识提取、知识融合、知识吸收之间可能是多对多的关系，一种可视化技术可以分别用在三项活动中的一个、两个或全部中，而每项活动也可以利用多种可视化技术。如概念图、认知地图、视觉隐喻等均可用在可视化知识提取中；而概念图、思维导图不仅可以用于知识提取、知识吸收，也可用于知识融合活动当中。

例如，可以利用概念图完成数字图书馆知识转化的全过程。用户利用数字图书馆的导航、检索工具获取知识进行学习（利用概念图支撑知识吸收），学习过程中以概念图表示知识、并将结果以概念图的形式提交给系统（利用概念图支撑知识提取），计算机系统则从概念库中抽取出领域本体（利用概念图支撑知识融合的完成）支持检索和学习过程。这样，一方面为用户提供了高效的学习工具，另一方面，为数字图书馆沉淀了用户知识并加以利用（周宁等，2007）。