Učíme informatiku: Víme jak modelovat struktury pojmů (3)

Poslední ze série článků (1, 2) Ivana Ryanta o konceptuálním modelování.

Jak začít s výukou konceptuálního modelování?

Začít myšlenkovými mapami (nebo obecněji: sémantickými sítěmi) není vůbec špatný nápad. Na vhodných příkladech pak studenti objeví i nedostatky sémantických sítí a ocení důkladnější typy diagramů. Volba prvního příkladu je docela důležitá a musím přiznat, že jsem neměl úplně šťastnou ruku. Snažil jsem se najít text, který by studenti mohli překreslit do diagramu (rozebírat věty umějí, tak by to mělo jít snadno). Chtěl jsem, aby text popisoval systém dobře srozumitelných, obecně používaných pojmů a aby nevyžadoval předběžné znalosti oboru, který chceme modelovat. Proto jsem zvolil legendu o stvoření světa: každý ji zná, všichni na světě žijeme a jsme tedy se základními pojmy prakticky seznámeni, k pochopení legendy nejsou potřeba žádné apriorní znalosti (svět je stvořen z ničeho). V zásadě je lhostejné, jestli zvolíme Hesiodovu Theogonii, biblickou Genesi a nebo jinou legendu. Téma je pro studenty lákavé, úkol jasný a výsledky bývají hezké a nápadité – ale bohužel povrchní.

Z ontologického hlediska vede konceptualizace legendy o stvoření k celé řadě nejasností, které nejenže odhalují slabiny myšlenkového mapování, ale i meze použitelnosti fundamentálních ontologií. Jsou to zajímavé náměty pro bádání v oboru konceptuálního modelování, ale nejsou to příklady vhodné pro začátečníky. Zmatou je a k pochopení principů konceptuálního modelování neposlouží.

Vezměme si jako příklad knihu Genesis. Je to jedna z nejstarších dochovaných legend o stvoření světa. Dochovala se nám téměř v původní podobě slovo od slova (v hebrejském originálu). V průběhu historie byla různě vykládána a také překládána do mnoha cizích jazyků. Co překlad, to jiný způsob myšlení a trochu jiná konceptualizace. Historie výkladů je obrazem celé historie evropského myšlení, přinejmenším pokud jde o ontologii. Genesi můžeme vyložit jako epos, můžeme ji mapovat na aristotelskou metafyziku, v humanistických překladech najdeme charakteristické stopy humanistického myšlení, můžeme ji interpretovat pozitivisticky nebo existencialisticky, najdeme v ní teorii velkého třesku nebo teorii množin (jako základ celé matematiky) a samozřejmě že ji můžeme vykládat i postmoderně nebo informaticky (zejména pokud jde o entropii a informaci). Můžeme sledovat, jak Bůh uspořádává svět postupně bit po bitu.

K jaké konceptualizaci asi tak mohou dospět studenti-začátečníci během pár desítek minut práce? Jejich výklad bude skoro jistě ovlivněn konvenčními předpojatostmi a určitě nebudou pátrat po významových posunech vnesených do textu překladem a nebudou pátrat ani po originálním dobovém kontextu a způsobu myšlení. Na podrobné vysvětlení není čas ani síla a pouhé upozornění na povrchnost výkladu povede jen ke zjištění, že kvalitní konceptualizace by chtěla možná měsíce nebo roky práce. To není zrovna dobrá motivace pro začátečníky. Konceptuální analýza obchodu nebo hry by vedla k přesvědčivějším výsledkům.

Napadá mě ovšem i radikální alternativa: opravdu věnovat řekněme úvodním 5–8 větám Genese několik let intenzivního studia, proniknout do souvislostí a podrobně zmapovat významové posuny v běhu dějin. Vytvoření konceptuálního modelu by pak mohlo být maturitní zkouškou.

Meze použitelnosti fundamentálních ontologií

Při analýze textu Genese hned narazíme na otázku, jak máme rozlišit pojmy, které jsou nově zaváděny a vysvětlovány, od pojmů, které slouží k popisu a vysvětlování? Genesis vysvětluje zejména ty pojmy, které označují stvořené věci: nebe, zemi, světlo atd. Pojmy jako „stvořit“, „pustá“ nebo „propast“ nikde vyloženy nejsou – slouží k vysvětlování a k popisu, jak byl svět stvořen. Hádankou je pak zejména pojem Boha – stvořil na počátku sám sebe (třeba v rámci stvoření nebes), anebo je to jeden z pojmů, které vysvětlují stvoření, ale samy vysvětleny nejsou? Jak potom mají studenti vědět, které pojmy patří do myšlenkové mapy a které ne? Je to ještě horší: první den stvoření vysvětluje rozdíl mezi ničím a něčím, mezi nebytím a bytím. To jsou základní pojmy jakékoli ontologie. Modelovat tento rozdíl pomocí fundamentální ontologie (např. UFO) je zhruba stejná pitomost, jako když se tvůrci fundamentálních ontologií pokoušejí definovat svoje výtvory pomocí matematické logiky (příp. modální nebo časové logiky), která je sama fundamentální ontologií pro matematiku. Spáchat se to ovšem dá (viz obr. 5), diagram je poměrně názorný, nicméně čím víc se snažím zbavit pocitu jakési nepatřičnosti, tím je ten pocit zřetelnější. Asi jako kdybych tvrdil, že slepice je prostředkem, který slouží vejcím k produkování slepic.

Obr. 5: Konceptuální model druhé věty Genese

Na tomto místě mi prosím dovolte využít příležitosti a odbočit. Právě jsme odlišili pojmy potřebné k popisu od pojmů popisovaných. Analogický je i rozdíl mezi fundamentální a oborovou ontologií. Fundamentální ontologie je prostředkem, který nám umožňuje stručně, jasně a přesně vyjádřit specifikace oborových ontologií, problémových oblastí nebo jakýchkoli znalostních struktur.

Tím se dostáváme k dalšímu zádrhelu: popisuje kniha Genesis oborovou ontologii, nebo spíš fundamentální ontologii? Vzhledem k tomu, že využívá pojmů, které sama nevysvětluje, k vymezení pojmů nových, vypadá to spíš na ontologii oborovou. To, že můžeme stvořený svět považovat za popisovaný obor, tak to by také svědčilo pro oborovou ontologii. Ale to, že Genesis popisuje celý svět (a ne nějakou část světa) zase na oborovou ontologii nevypadá. A to, že definuje základy ontologie jako takové (rozdíl mezi nebytím a bytím), svědčí spíš pro fundamentální ontologii.

V každém případě však záhy narazíme na problém, že pojmy zaváděné v Genesi označují jednotlivé konkrétní věci, a ne abstraktní pojmy — může tedy vůbec být řeč o konceptualizaci? Snad ano: ona totiž každá ta konkrétní věc je prototypem abstraktního pojmu. Když Bůh nazve světlo „dnem“, zavede sice abstraktní pojem, ale hned také uvede jeho prototyp: „I byl večer a bylo jitro, den první.“ Trochu jiné to je s pojmy jako „světlo“ nebo „dobro“, protože není žádné první a druhé světlo ani první, druhé, třetí dobro, nicméně představa jakéhosi prototypování abstraktních pojmů vyhoví i v těchto případech. Proto si myslím, že knihu Genesis bych nezařadil ani mezi ontologie fundamentální, ani mezi oborové, ale raději bych zavedl nový pojem — univerzální ontologie. Také proto se domnívám, že Genesis není zvlášť vhodná jako úvodní příklad na konceptualizaci pro studenty gymnázia.

Rozbor knihy Genesis je ovšem nesmírně zajímavé téma k přemýšlení. Vyjdou při něm najevo i další omezení fundamentálních ontologií – v příspěvku Detecting Some Limits of Formal Ontologies na konferenci ICIEIS jsem popsal ty meze, na které jsem narazil. Dalším neprobádaným námětem, který z rozboru vyplývá, je otázka, zda by se formální fundamentální ontologie nedaly nahradit nějakou klasickou ontologií všeobecně známou z filosofie: univerzální, intuitivní a pokud možno dialektickou, která umožňuje zachytit pravidla a meze chování bez zbytečně komplikované formalizace (např. Harelovy stavové diagramy jsou dost formální, ale intuitivně srozumitelné dokonce i generálům).

Popis stvoření světa podle knihy Genesis by ovšem mohl dojít daleko širšího využití ve všeobecném vzdělávání. Při hledání různých výkladů se studenti postupně seznámí s historií evropského myšlení (jsou snad data bitev a jména jakýchsi panovníků důležitější?) se základy filosofie (včetně např. etiky), s vývojem literárních žánrů (epos, popis, úvaha či esej, poetický text – zejména při srovnání s myšlenkami ve světové literatuře na témata jako je smysluplnost, nicota, dobro, světlo, svobodná vůle atd.), s různými jazyky (je potřeba porovnat texty v hebrejštině, řečtině, církevní slovanštině, angličtině, němčině, češtině aj. jazycích), s teorií velkého třesku (na kterou se dá ostatně nabalit snad celá fyzika), s hlavními myšlenkami teorie množin a snad i jiných oblastí matematiky a s dalšími obory (např. se zeměpisem). Snad by se vhodným vykládáním Genese dal pokrýt celý vzdělávací plán gymnázia (a vynechat zbytečnosti)…

V některých třídách jsem se svolením studentů vyzkoušel přednášku o konceptuální analýze prvních pěti vět z Genese a podobnou přednášku mi uspořádala i FIT v rámci cyklu Informatických večerů. Zajímavé je, že přednáška zatím vždy zaujala a že studenti vydrželi se zájmem poslouchat nejméně 90 minut v kuse. Vzhledem k tomu, jak mizerně přednáším, je to od nich obdivuhodný výkon.