книги из ГПНТБ / Рубахин, В. Ф. Психологические основы обработки первичной информации

Первая серия экспериментов позволила прежде всего выявить зависимость процесса опознания и, следовательно, процедур вы­ движения и выбора гипотез от структурной целостности изобра­ жения. Эксперименты показали, что вероятность опознания явля­ ется некоторой функцией от разрешающей способности изображе­ ния. Разрешающая способность, как известно, является одной из основных «литерных» характеристик информационной модели, определяющих ее структурную целостность.

Т а б л и ц а 3.9

Вероятность опознания изображений геометрических фигур при различном разрешении

В табл. 3.9 представлена общая вероятность опознания фигур алфавита на разных уровнях разрешения при наблюдении их на экране и с помощью оптических устройств (луп с 10X увел.).

По данным таблицы построены графики (рис. 3. 15), анализ которых говорит, во-первых, об экспоненциальном характере зависимости опознания от разрешающей способности и, во-вторых, о наличии некоторой пороговой области между обнаружением и собственно опознанием стимулов в соответствии с заданным критерием. Следовательно, деятельность реального наблюдателя характеризуется не одним рабочим уровнем, а некоторой кривой распределения вероятностей разных значений рабочего уровня. Пороговая область может изменяться и мигрировать по оси абсцисс в зависимости от характера фигуры, субъективных ка­ честв и тренированности наблюдателя, способа наблюдения и т. д.

Для объектов первой группы опознание с Р = 0 .8 при наблю­ дении их на экране происходит при i?^19 лин./мм, второй и тре­ тьей — при 22 лин./мм, четвертой группы — при i?^25 лин./ мм. При наблюдении объектов с помощью оптики все значения смещаются в области более низких разрешений на 5—6 единиц.

Если рассматривать подобным образом организованный экспе­ римент как модель естественного процесса зрительного восприя­ тия, развертывающегося от «нерасчлененного видения» к «деталь­ ному видению» [263], то выявленная пороговая область проце­ дурно соответствует этому перебору гипотез. Из изложенного следует, что с изменением разрешения меняется информатив­ ность фигур, причем по-разному для каждой из них.

118

Эксперименты первой и второй серии показали, что выбор гипо­ тез при опознании зашумленных изображений осуществляется по принципу прогрессивной классификации, скачкообразно, проходя при этом через несколько р иерархических ступеней раз­ личной степени информатив­ ности, соответствующих слоям (информационным уровням)

«слойно-ступенчатой» моде­ ли [249]. В общем виде про­ цесс идет от выбора гипотез с большой неопределенностью к гипотезам с суженным ин­ формационным содержанием. Например, при дешифриро­ вании летательных аппара­ тов — от класса к подклассу, от него к типу и т. д.

Взависимости от задачи

ифизических условий опыта Рис. 3.15. Зависимость вероятности выбор гипотезы может быть опознания от разрешающей способности

Различные уровни связаны между собой не только прямыми, но-

А

В

с

в

J

Рис. 3.16. Многоуровневая схема выбора гипотез.

А, В, С, . . . J — уровни гипотез.

и обратными связями. В случае затруднения выбора гипотезы на уровне основного множества может происходить переход на менее конкретные уровни. На каждом информационном уровне

11&

используются различные перцептивные и семантические признаки, в том числе и целостные при достаточных навыках дешифрирова­ ния, и осуществляется экстраполяция к эталонам своего алфа­ вита. Речь идет о функционировании кодовых деревьев (рис. 3.16). Как показано в [100], каждое из них может иметь весьма слож­ ную структуру.

В рассматриваемых сериях экспериментов иерархическая клас­ сификация тест-объектов заранее не устанавливалась. Это позво­ лило рассмотреть механизмы перебора гипотез на каждом уровне и выявить некоторые закономерности классификации геометри­ ческих образов в ходе процесса.

Стимулы

Непроизвольное

перепутыВание

гипотез

ГруппоОое

дифференцировании

гипотез

ВнутригруппоВое дифференцироВание гипотез

Рис. 3.17. Стадия случайного перепутывания гипотез.

В экспериментах на опознание геометрических фигур было выявлено четыре уровня, каждый из которых характеризуется своей динамикой перебора гипотез по отношению основного мно­ жества опознаваемых объектов: 1) отсутствием дифференцирова­ ния гипотез; 2) случайным перепутыванием гипотез; 3) ограни­ ченными альтернативными решениями; 4) отождествлением с эта­ лонами основного множества. На отдельных уровнях выбор гипо­ тезы проходит через несколько стадий. Например, для второго уровня намечаются стадии: а) непроизвольного перепутывания гипотез; б) группового дифференцирования гипотез; в) внутри­ группового дифференцирования гипотез. Процесс напоминает цепную реакцию (рис. 3.17).

Исходы опознания на каждом уровне такого процесса связаны с построением «квази-таксономической» классификации геометри­ ческих образов, основанной на обеднении многообразия «огибаю­ щих» геометрических фигур с разрушением их контуров, струк­ туры хнумами (при одинаковых размерах и контрасте). В самом деле, на первом уровне, соответствующем наиболее низкому раз­

120

решению информационных моделей, большинство выдвигаемых гипотез в экспериментах первой серии было связано с кругом (пятном); на следующем уровне — с фигурами, содержащими элементы окружностей, дуги и т. д. Следовательно, можно говорить о семантической и «шумовой» таксономии.

Эксперименты на опознание зашумленных изображений с се­ мантическим содержанием (силуэты самолетов) показали, что процесс выбора эталонной гипотезы в этом случае полностью реализуется в рамках «слойно-ступенчатой» модели. Опытным путем были установлены два основных макроуровня переработки

ситуации, формирования стабильных структур, «постижения» адекватного значения тест-объекта.

По результатам второй серии экспериментов с повышением разрешения, информативности изображений происходит общее сокращение количества альтернативных выборов на данном уровне. Это сокращение идет не дихотомически, а неравномерно, в изве­ стной мере подчиняясь закону отрицательной геометрической прогрессии (рис. 3.18). Общее сокращение количества альтер­ нативных ответов сопровождается относительным ростом коли­ чества менее альтернативных выборов до появления категори­ ческих ответов, «полноты» К = 1 (рис. 3.19). Как и следовало ожидать, максимально альтернативные и категорические ответы занимают полюсные положения. Процесс имеет «волновой» харак­ тер и осуществляется по методу последовательных испытаний. Видимо, реальный наблюдатель на основе сопоставления теку­

121

щего стимула с эталонами при некоторых пороговых значениях последовательно принимает решения.

На рис. 3.19 левая часть графиков построена, исходя из теоретических расчетов. На основе выполненных экспериментов Ю. А. Дранишниковым была разработана теоретическая|модель последовательной некумулятивной процедуры многоальтернатив­ ного выбора гипотезы для одного параметра — длины объекта при нормальном законе распределения ответов с определенной дисперсией. Результаты произведенных расчетов на множестве из 16 типов монопараметрических объектов при вероятности по-

Рис. 3.19. Динамика альтернативных выборов в зависимости от структурной целостности изображения.

К — количество альтернатив. Остальные обозначения, как на рис. 3.15.

рядка 0.9 дали аналогичные графики. Естественно, что в этом случае находилась зависимость P(nk IN) от величины дисперсии. Увеличение дисперсии приводит к уменьшению категорических ответов.

Фактически в области низких разрешений возможны значи­ тельные отклонения от кривых либо за счет неправильных катего­ рических ответов, либо за счет избыточного привлечения боль­ шого количества альтернатив, что связано с индивидуальным выбором порога. Теоретические расчеты позволяют предсказать, что при дальнейшем непрерывном ухудшении разрешения воз­ можно повышение вероятности опознания, но на другом уровне.

Если считать, что ответ полноты if+ 1 включает ответы пол­ ноты К и т. д., то тогда рассматриваемый процесс по результатам экспериментов характеризует семейство интегральных кривых, представленных на рис. 3.20.

Для анализа экспериментальные тест-объекты геометрических фигур были условно объединены в «топологические» группы раз-

122

ного информационного содержания: вид — комбинация любых объектов; класс и подкласс — группы близких объектов по кон­ фигурации; тип — индивидуальный объект. По мере восстановле-

Рис. 3.20. Интегральная зависимость альтернативных вы­ боров от структурной целостности изображения.

Обозначения те же, что на рие. 3.15.

ния структурной целостности информационной модели (роста раз­ решения) уменьшается количество неопределенных ответов («вид»)

123

Очевидно, что все эти закономерности сокращения альтерна­ тивных ответов и повышения их категоричности связаны с инфор­ мативностью воспринимаемых стимулов.

Эксперименты третьей серии подтвердили общую закономер­ ность выбора гипотезы от уровней с большой энтропией к уров­ ням с суженным информационным содержанием. Как видно из рис. 3.23, с увеличением времени экспозиции происходит не­ равномерное сокращение альтернатив. Результаты опознания при учете всех альтернативных групп, содержащих правильные от-

тенденции отмечались в исследованиях Б. Ф. Ломова [174] и дру­ гих авторов. Следует сказать, что дальнейший переход к дефи­ цитным условиям может сопровождаться и сокращением альтер­ натив в том случае, когда наблюдатель не успевает «выбрать» весь набор гипотез или переходит по тем же причинам на уровень большей неопределенности.

На наш взгляд, эти опыты еще раз подтверждают рациональ­ ность экспериментов с зашумленными изображениями как моде­ лей изучения развернутых форм сукцессивного опознания.

Как видно из изложенного, при восприятии и опознании за­ шумленных информационных моделей большая роль принадлежит саморегулирующим, адаптирующим механизмам, благодаря кото­ рым поддерживается адекватность опознания, общая достовер­ ность за счет снижения определенности ответа. Общая достовер­ ность обеспечивается: а) альтернативными ответами на данном уровне в форме конъюнкций; б) переходом на информационный уровень с большей энтропией. По-видимому, все это — весьма

124

■существенные общие закономерности восприятия данного типа. При развитых опознавательных навыках возможна вероятност­ ная самооценка альтернативных ответов с использованием не­ скольких критериев (4—6), с заданной надежностью [260]. Вопрос «шкалирования решений» имеет большое значение для дешифри­ рования.

Следовательно, для формального описания деятельности реаль­ ного наблюдателя не подходят теория и критерии идеального наблюдателя, ибо последние не учитывают информационный уро­ вень опознания и степень альтернативности ответов и вообще пси­ хологию его деятельности. В обобщенный критерий реального наблюдателя должны входить: уровень опознания, степень аль­ тернативности ответов, достоверность, надежность и быстродей­ ствие опознания.

Выполненные эксперименты подтвердили «слойную» природу перцептивно-опознавательных процессов при восприятии зашум­ ленных информационных моделей и раскрыли характер вероят­ ностных процедур при выборе гипотез. В сложных условиях восприятия осуществляется многоуровневое выдвижение эта­ лонных гипотез с использованием на каждом уровне динамиче­ ской системы эталонов, отличающихся по структурной целост­ ности и «категориальной» значимости. Перебор гипотез на каждом уровне осуществляется стадийно, с опорой на свои перцептивные и семантические признаки, в том числе и целостные.

Как было показано, опознавательная задача в общем виде сводится, во-первых, к выделению информации о воспринимаемых объектах и, во-вторых, к своего рода логической обработке из­ влеченной информации, включая оценку выдвинутых эталонных гипотез, их проверку и принятие окончательного решения о клас­ се опознаваемых объектов.

Из изложенного видно, что для перцептивно-поисковых про­ цессов в сложных условиях характерно преобладание структур­ ных и эвристических механизмов, а для собственно-опознаватель­ ных — структурных и вероятностных.

** *

Как видно из проведенного экспериментального исследования, решение различных перцептивно-опознавательных задач при ра­ боте с зашумленными информационными моделями связано с ис­ пользованием некоторой системы элементарных эвристик. Можно говорить о специфических эвристических блоках на разных уров­ нях переработки информации.

«Эвристические программы», функционирующие на разных уровнях смыслового восприятия, имеют свои особенности. Так, процесс перцептивного изучения стимулов и формирования об­ разов связан с реализацией элементарных эвристик, которые

125

обеспечивают: расчленение пространства признаков на ряд об­ ластей; поиск и выделение наиболее информативных признаков; синтезирование областей признаков. Процесс классификации стимулов также связан с использованием элементарных эвристик: расчленения пространства стимулов на некоторые подпростран­ ства; определения различия между стимулами внутри групп; определения сходства стимулов разных групп; перцептивного и категориального группирования последних. Процесс опознания ПО и их композиций связан с использованием минимизированных операций поиска признаков и «скачкообразной» процедуры пре­ образования оперативных единиц восприятия. Поиск /-го объекта в перцептивном пространстве связан с использованием эвристик, обеспечивающих последовательное расчленение этого простран­ ства и многомерный поиск значимой информации на каждом уровне. Как будет показано дальше, решение структурных эври­ стических дешифровочных задач опирается на использование сложных эвристик расчленения перцептивного пространства (компонентно-ассоциативных, структурно-ассоциативных и др.) и индикационных и экстраполяционно-оценочных процедур се­ мантического характера. К этим эвристикам надо добавить опе­ рации упреяэдающего планирования перцептивно-опознаватель­ ных и поисковых действий.

Не трудно видеть, что все перечисленные эвристики могут быть объединены в следующие группы:

1)упреждающего планирования;

2)структурного расчленения перцептивного пространства (одиночных ПО, композиций ПО, СО) на подпространства путем использования различных стратегий и тактик;

3)избирательного поиска информации на своем уровне и вы­

работки некоторых опознавательных и поисковых алгоритмов в ходе решения задачи;

4) синтезирования информации.

Внутри этих групп эвристики образуют некоторую иерархию, усложняясь по мере укрупнения задачи. Причем, как было пока­ зано выше, и в рамках одной задачи может быть использован определенный набор поисковых действий разной эффективности.

К основным критериям, определяющим эффективность пер­ цептивно-опознавательной деятельности подобного характера, могут быть отнесены: а) энтропия (информативность) восприни­ маемых стимулов; б) сложность перцептивно-опознавательной задачи в зависимости от ее уровня; в) траекторные и временные затраты, зависящие от этапа решения задачи.

Функционирование эвристик указанного типа выявлено в не­ которых других работах, связанных с психологическим анализом перцептивно-поисковой деятельности. Так, в работе [180], по­

126

петчера железнодорожного транспорта достаточно отчетливо вы­ явлены эвристики: планирования поиска оптимальных маршру­ тов движения; анализа перцептивных признаков, определяющих выбор маршрутов, связанных с действием таких факторов, как «протяженность», «направление на цель», и «наименьший угол»; собственно поиска маршрутов. Последние разделены Е. Н. Сур­ ковым на 4 вида стратегий: «локальный» (лучше сказать, «по-ша- говый»), поиск «в обход», «зонный» и поиск «с возвратом». Пока­ зано, что наиболее глубокое расчленение перцептивного прост­ ранства обеспечивает зонный поиск. Как видно, этот вывод совпадает с нашими результатами.

§3.5. Зависимость процессов восприятия

иопознания зашумленных изображений от индивидуальных качеств операторов

Выполненные исследования свидетельствуют о зависимости процессов восприятия и опознания зашумленных изображений от индивидуальных качеств наблюдателя.

Индивидуальные качества испытуемых проявляются во всех сериях «вероятностных» экспериментов (см. § 3.4). В экспериментах по оценке предварительной информации выделяется группа испытуемых (»35% ), очень быстро вырабатывающих оптималь­

устойчивых.

К первой группе (около 30%) относятся наблюдатели более высокой квалификации, способные вскрывать структуру информа­ ционной модели при значительной степени ее зашумления, при выпадении некоторых элементов структуры и их искажении за счет мобилизации интеллектуальной активности. Для испытуемых этой подгруппы характерна более высокая эффективность опозна­ вания объектов (объекты заданного класса опознаются с ,Р=0.5 при R = 12 линий/мм), но для некоторых из них свойственно боль­ шое количество ошибочных определений типа «ложных тревог». Ко второй группе относятся испытуемые, не обладающие способ­ ностью глубоко проникать в структуру изображения. Для них свойственны более низкие результаты опознания, большое коли­ чество пропусков в опознании (объекты заданного класса в сред­ нем опознаются с Р =0 .5 при R —19 линий/мм). Этими индивидуаль­ ными особенностями объясняется разная степень вскрытия струк­ туры информационной модели; заметный разброс в ответах испы­ туемых как в смысле уровня опознания, так и их достоверности.

127