Глава 2. Технология когнитивного моделирования

2.1. Технология когнитивного моделирования

Технология когнитивного моделирования предполагает реализацию следующего циклического процесса: структуризация знаний о проблемной ситуации (процессе) модель моделирование получение новых знаний модель … и т.д., в процессе которого знания об исследуемом объекте (проблеме) расширяются и уточняются.⁹

Ниже, на рис. 2.1.1 представлена технологическая схема процесса когнитивного моделирования.

Рис. 2.1.1. Технологическая схема процесса когнитивного моделирования

1. Извлечение и структуризация знаний об управленческой ситуации предполагает выполнение следующих задач:

- сбор статистической и экспертной информации о ситуации;

- определение факторов, описывающих исследуемую ситуацию;

- определение субъекта управления;

- структуризация факторов: выявление управляемых, наблюдаемых и целевых.

2. Построение и анализ когнитивной карты включает процедуры:

- попарного сравнения факторов и установление причинно-следственных связей между ними (направление и знак дуги между вершинами-характеристиками);

- выявления замкнутых путей (циклов) в когнитивной карте, определение знака обратной связи, получения выводов об адекватности установленных отношений между факторами, характере устойчивости (неустойчивости) процесса.

3. Процесс сценарного моделирования включает:

- задание горизонта прогнозирования и исходных значений факторов;

- задание начальных импульсных воздействий, отражающих количественные изменения внутренних и/или внешних факторов модели процесса, а также количественный результат управленческих воздействий на некоторые факторы;

- проведение расчетов динамики факторов и получение тенденций изменения факторов модели;

- содержательную интерпретацию результатов моделирования;

4. Визуализация и анализ результатов моделирования включает:

- представление полученных результатов в графическом и табличном виде;

- анализ тенденций изменения факторов процесса;

- проведение анализа устойчивости развития процесса (ситуации) в каждом сценарии на основе графической информации;

- сравнительный анализ вариантов сценариев развития процесса и определение наиболее эффективного, в соответствии с выбранным критерием.

По результатам данного этапа возможна корректировка исходной когнитивной карты и/или когнитивной модели и повторение последующих этапов.

На основе качественного анализа проводится вербальное описание возможного развития ситуации и последствий принимаемых управленческих решений, вырабатываются рекомендации для решения управленческой проблемы. По окончанию процесса когнитивного моделирования получаем теоретико-познавательную экспертную модель знаний о сложном слабоструктурированном социально-экономическом процессе, а также рекомендации для решения управленческой проблемы.

2.2. Основные этапы процесса когнитивного моделирования

ЭТАП 1. Формируется перечень (система) базисных факторов (переменных), которые могут определять сущность СЭПП и его развитие.

Формируемый перечень должен быть структурирован, с выделением целевых, контролируемо-наблюдаемых и управляемых факторов.

ЭТАП 2. Создается ориентированный граф причин­но-следственных отношений между факторами, отражающий сущность СЭПП.

Создание орграфа при наличии перечня из и факторов сво­дится к опросу экспертов и фиксации их ответов.

Эксперты дают ответ на вопрос: изменение фактора i есть причина обязательного изменения фак­тора j?

Если ответ положительный, то это отношение обозначается дугой, исходящей из i-й вершины (фактора) и вхо­дящей в j-ю вершину (фактор).

Для упорядочения процедуры построения орграфа при n факторах в модели сначала фиксируются отношения первого фактора со всеми остальными. Получается n-1 ответов, которые фиксируют мнение экспертов о причинно-следственных отношениях во всех парах факторов, где имеется первый фактор. Затем эта процедура повторяется для всех пар, в которых имеется второй фактор и все остальные факторы, и т.д.,

ЭТАП 3. Создается когнитивная карта моделируе­мого процесса, т.е. знаковый орграф. Для этого эксперты ставят в соответствие каждой дуге созданного на втором этапе орграфа знаки «+» и «-».

Формируемый орграф должен содер­жать в качестве структурного элемента сильно связное подмно­жество вершин-факторов. Это подмножество и только оно явля­ется теми характеристиками процесса, которые автоматически изменяются при моделировании в соответствии с заложенными причинно-следственными отношениями.

ЭТАП 4. Осуществляется предварительная вери­фикация модели.

Она сводится к проверке знаков путей длины не менее 2 из разных вершин. Необходимо выяснить, совпадает ли экспертная оценка знака пути с формально получаемым знаком пути как произведение (+1) и (-1) - знаков дуг, составляющих анализируе­мый путь. При несоответствии формального знака пути и его экс­пертной оценки требуется модификация когнитивной карты: до­бавление факторов и/или дуг, исключение факторов и/или дуг, изменение знаков дуг.

ЭТАП 5. Определяются веса дуг между вершинами.

Выполняется после утверждения экспертами когнитивной карты процесса. Здесь возможны два способа: экспертный и логико-статистический. Экспертный способ - задание весов экспертами на основе своих умозаключений, логико-статистический способ с помощью релевантной статистической информации.

ЭТАП 6. Установление взаимно-однозначное соответствие между вершинами взвешенного орграфа и (факторами) характеристиками, включенными в модель, считая, что все характеристики пронумерованы от 1 до n, где n – число учитываемых характеристик.

Будем считать, что значение характеристики с номером j в момент времени t есть величина U_j(t).

ЭТАП 7. Задание формализованного правила распространения импульса в модели.

ЭТАП 8. Задать исходные значения j = 1, n.

Если характеристики численно измеримы, то необходимо задать их начальные значения;

Если характеристики не являются количественно измеримыми, то в качестве начальных значений могут быть заданы нули или единицы.

В обоих случаях моделирование позволяет определить лишь тенденции изменения выбранных факторов.

ЭТАП 9. Задать горизонт прогнозирования T и начальное возмущение в системе в виде вектора P (0) = (P₁ (0), P₂ (0), …), при этом компонентами вектора могут быть любые вещественные величины.

Начальное возмущение – это либо прогнозируемое в окружающей среде событие, влекущее за собой импульс P (0), либо результат реализации управленческого решения;

ЭТАП 10. Провести расчет динамики факторов (переменных) модели.

Значения всех факторов U_j(t) для любого t в формулах (1.5.3) или (1.5.4) отражают реакцию моделируемого процесса на начальное возмущение – вектор P(0).

Интерпретация результатов моделирования осуществляется специалистами в области когнитивного моделирования и экспертами в исследуемой предметной области. В случае необходимости возможен переход на первый этап процесса моделирования. В Приложении приводится более сжатое изложение методики когнитивного моделирования.

Полезность компьютерных программ, реализующих данный подход, повышается, если она позволяет учитывать возможные сценарии воздействий на процесс не только на начальном такте моделирования, но и на произвольных шагах, в виде векторов P(t), где М – множество шагов моделирования, на которых может последовать внешнее воздействие на моделируемый процесс. Элементами векторов P(t) могут быть:

- наиболее вероятные воздействия из внешнего мира;

- управленческие воздействия.

Введение управленческих воздействий в качестве компонентов векторов P(0) и/или P(t), превращает прогноз в оценку возможных последствий реализации управленческих решений, позволяет ответить на вопрос: «а что будет, если….?».

К преимуществам использования когнитивного моделирования можно отнести тот факт, что для изучения динамики развития процесса нет необходимости знать точные количественные значения изучаемых факторов, поскольку метод дает прогноз изменения приращений к этим факторам.