3.8. Когнитивное моделирование
Когнитивный подход − направление развития систем искусственного интеллекта (когнитивное моделирование и системно-когнитивный анализ), в которых ставится и решается задача автоматизации некоторых функций, реализуемых человеком, в процессе познания.
Когнитивное моделирование – это способ анализа, обеспечивающий определение силы и направления влияния факторов на перевод объекта управления в целевое состояние с учетом сходства и различия в влиянии различных факторов на объект управления.
Когнитивная карта – это ориентированный граф, в котором привилегированной вершиной является некоторое будущее (как правило, целевое) состояние объекта управления, остальные вершины соответствуют факторам, дуги, соединяющие факторы с вершиной состояния имеют толщину и знак, соответствующий силе и направлению влияния данного фактора на переход объекта управления в данное состояние, а дуги, соединяющие факторы показывают сходство и различие в влиянии этих факторов на объект управления.
Когнитивная структуризация предметной области – это выявление будущих целевых и нежелательных состояний объекта управления и наиболее существенных (базисных) факторов управления и внешней среды, влияющих на переход объекта в эти состояния, а также установление на качественном уровне причинно-следственных связей между ними, с учетом взаимовлияния факторов друг на друга.
Результаты когнитивной структуризации отображаются с помощью когнитивной карты (модели).
Методика когнитивного моделирования предполагает определенную последовательность действий. Она предполагает разделение среды, актуальной для исследуемой проблем, на внешнюю и внутреннюю. Внешняя среда – это то, что практически и явно не зависит от человека (управленец, субъект, руководитель, лидер, организация и пр.), заинтересованного в разрешении возникшей проблемы, но влияет на решение этой проблемы, а внутренняя – то, что этот человек может изменить.
Затем выделяются факторы (понятия, концепты), характеризующие ситуацию и оцениваются взаимовлияния между ними. Иногда факторы сразу распределяют на позитивные (положительные) и негативные (отрицательные) факторы. Таких факторов сначала может чрезмерно много, чтобы помочь решению проблемы, - порядка 100 – 120, поэтому применяют специальные процедуры «сжатия», позволяющие их сократить до 5 – 25.
На следующем этапе необходимо привлечение экспертных оценок, позволяющих наполнить полученную схему конкретными смыслами, что дает возможность ответить на вопрос о том, на какие факторы человек может влиять непосредственно, а также факторы, значения которых хотелось бы изменить, но непосредственно это сделать невозможно.
На основании экспертных оценок и их соответствующего анализа, выбираются возможные сценарии развития ситуации и варианты предпринимаемых действий, на основании которых реализуется моделирование ситуации в ее динамики. Результатом когнитивного моделирования должна стать формулировка наиболее выгонной для человека стратегии действий, учитывающей не только внешние выгоды и ограничения, но и требования внутренней среды.
Когнитивное моделирование – это, прежде всего, быстрое получение ответов на вопросы типа «Что будет, если… ?» и «Что надо сделать, чтобы …?» через выявление факторов и их взаимовлияний в складывающейся слабодетерминированной и неустойчивой ситуации, где на динамику процесса решения задач оказывают большое влияние люди, а постановка задачи чаще всего является обратной и некорректной.
1. Когнитивная (познавательно-целевая) структуризация знаний об исследуемом объекте и внешней для него среды. Анализ исходной ситуации вокруг исследуемого объекта с выделением базисных факторов, характеризующих экономические, политические и др. процессы, протекающие в объекте и в его макроокружении и влияющих на развитие объекта.
1.1. Выявление факторов, характеризующих сильные и слабые стороны исследуемого объекта
1.2. Выявление факторов, характеризующих возможности и угрозы со стороны внешней среды объекта
1.3. Построение проблемного поля исследуемого объекта
2. Построение когнитивной модели развития объекта – формализация знаний, полученных на этапе когнитивной структуризации
2.1. Выделение и обоснование факторов
2.2. Установление и обоснование взаимосвязей между факторами
2.3. Построение графовой модели
3. Сценарное исследование тенденций развития ситуации вокруг исследуемого объекта
3.1. Определение цели исследования
3.2. Задание сценариев исследования и их моделирование
3.3. Выявление тенденций развития объекта в его макроокружении
3.4. Интерпретация результатов сценарного исследования
4. Разработка стратегий управления ситуацией вокруг исследуемого объекта
4.1. Определение и обоснование цели управления
4.2. Решение обратной задачи
4.3. Выбор стратегий управления и упорядочивание их по критериям: возможности достижения цели; риска потери управления ситуацией; риска возникновения чрезвычайных ситуаций
5. Поиск и обоснование стратегий достижения цели в стабильных или изменяющихся ситуациях
Для стабильных ситуаций:
а) выбор и обоснование цели управления;
б) выбор мероприятий (управлений) для достижения цели;
в) анализ принципиальной возможности достижения цели из текущего состояния ситуации с использованием выбранных мероприятий;
г) анализ реальных ограничений на реализацию выбранных мероприятий;
д) анализ и обоснование реальной возможности достижения цели;
е) выработка и сравнение стратегий достижения цели по: близости результатов управления к намеченной цели; затратам (финансовым, физическим и т.п.); по характеру последствий (обратимые, необратимые) от реализации этих стратегий в реальной ситуации; по риску возникновения чрезвычайных ситуаций
Для изменяющихся ситуаций:
a) выбор и обоснование текущей цели управления;
б) по отношению к текущей цели справедливы предыдущие п.п. б-е;
в) анализ изменений, происходящих в ситуации, и их отображение в графовой модели ситуации. Переход к п. a.
6. Разработка программы реализации стратегии развития исследуемого объекта на основе динамического имитационного моделирования
6.1. Распределение ресурсов по направлениям и во времени
6.2. Координация
6.3. Контроль за исполнением
При принятии решений в неструктурированных ситуациях у субъекта (ЛПР или эксперта) возникает модель проблемной области, на основе которой он пытается объяснить происходящие в реальности процессы. При этом объективные закономерности реального мира представляются субъективными экспертными оценками. В результате образ наблюдаемой ситуации отражает не только законы и закономерности ситуации, но и мировоззрение субъекта, его систему убеждений, ценностей, уровень образования, опыт и т.д..
Когнитивный подход к поддержке принятия решений ориентирован на то, чтобы активизировать интеллектуальные процессы субъекта и помочь ему зафиксировать свое представление проблемной ситуации в виде формальной модели. В качестве такой модели обычно используется так называемая когнитивная карта ситуации, которая представляет известные субъекту основные законы и закономерности наблюдаемой ситуации в виде ориентированного знакового графа, в котором вершины графа – это факторы (признаки, характеристики ситуации), а дуги между факторами – причинно-следственные связи между факторами.
В когнитивной модели выделяют два типа причинно-следственных связей: положительные и отрицательные. При положительной связи увеличение значения фактора-причины приводит к увеличению значения фактора-следствия, а при отрицательной связи увеличение значения фактора-причины приводит к уменьшению значения фактора-следствия. Пример когнитивной карты некоторой экономической ситуации приведен на рис. 3.13.
Рис.3.13. Причинно-следственный граф
Причинно-следственный граф представляет собой упрощенную субъективную модель функциональной организации наблюдаемой системы и является «сырым» материалом для дальнейших исследований и преобразований – когнитивного моделирования.
Цель когнитивного моделирования заключается в генерации и проверке гипотез о функциональной структуре наблюдаемой ситуации до получения функциональной структуры, способной объяснить поведение наблюдаемой ситуации.