- •Isbn © л л. Высоцкий, а. В. Новокрещенов, 2008
- •Введение
- •Отличительные особенности научной работы
- •1.1. Специфика научной деятельности
- •1.2. Цель, виды и эффективность научной работы
- •1.3. Планирование и самоорганизация в науке
- •1.4. Этика научной работы
- •Список дополнительной литературы
- •Методология науки
- •2.1. Методология науки как система
- •Специфика научной деятельности.
- •Планирование и самоорганизация в науке. Список основной литературы
- •2.2. Основные методологические принципы познания
- •Принцип комплексности познания
- •Системное познание
- •Принцип детерминизма
- •Историко-логический принцип познания
- •2.3. Логические законы исследований
- •Дедукция и индукция
- •Правила аргументации
- •2.4. Научное изучение и предвидение Признаки научности исследования
- •Научное предвидение
- •Классификации методов научного поиска
- •Методология науки как система.
- •Логические законы исследований.
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Методы научного исследования
- •3.1. Обобщенные методы эмпирического познания Научное наблюдение и описание
- •Эксперимент
- •Индикаторы и шкалирование
- •Типы шкал и правила их построения
- •Номинальная шкала
- •Ранговая (порядковая) шкала
- •Интервальная шкала
- •Измерение и сравнение
- •Историческое исследование
- •3.2. Общенаучные методы теоретического познания Восхождение от абстрактного к конкретному
- •Идеализация и мысленный эксперимент
- •Формализация
- •Аксиоматический метод
- •Метод гипотезы
- •3.3. Общенаучные методы всех уровней познания Анализ и синтез
- •Индукция и дедукция
- •Аналогия и моделирование
- •3.4. Общие методы анализа информации
- •Контент-анализ
- •Методы группировок и классификаций Методы группировок
- •Кластерный анализ
- •Факторный анализ
- •Методы экстраполяции
- •3.5. Методическое исследование
- •3.6. Комплексное исследование
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Согласование задания на исследовательскую работу
- •4.1. Формулировка темы
- •4.2. Выбор объекта исследования
- •4.3. Согласование предмета исследования
- •4.4. Согласование главной цели работы
- •4.5. Задачи исследования
- •4.6. Выбор инструментария
- •4.7. Примерный перечень предполагаемых результатов
- •4.8. Структура работы
- •4.9. Перечень предполагаемого иллюстративного материала к докладу
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Описание научной работы
- •5.1. Общие принципы работы с текстом
- •5.2. Введение и Общая характеристика работы
- •Задачи исследования.
- •Актуальность исследования
- •Апробация
- •Практическая значимость
- •Публикации
- •Автор защищает
- •Структура и объем работы
- •5.3. Основная часть описания научного исследования
- •Глава 1. Критический анализ состояния проблемы.
- •Глава 2. Предлагаемые способы решения проблемы.
- •Глава 3. Проверка и подтверждение результатов исследования.
- •5.4. Заключение
- •5.5. Приложения
- •5.6. Литературное представление научных результатов51
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Оформление научной работы
- •6.1. Общие принципы оформления
- •6.2. Оформление оглавления
- •6.3. Оформление литературных источников
- •6.4. Оформление ссылок
- •6.5. Представление табличного материала
- •6.6. Оформление иллюстративного материала
- •Общие принципы оформления.
- •Представление табличного материала.
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Подготовка защиты и защита научной работы
- •7.1. Подготовка доклада (автореферата)
- •7.2. Аннотация
- •7.3. Подготовка иллюстраций к докладу
- •7.4. Обезвреживание оппонентов
- •7.5. Процедура защиты
- •7.6. Устные организационные формы научного общения
- •Процедура защиты.
- •Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Понятийный аппарат исследовательской работы (курсовой, дипломной, заказной, диссертационной)
- •Заключение
- •Библиографические списки Список основной литературы
- •Список дополнительной литературы
- •Приложение 1. Пример задания на дипломную работу
- •Исходные данные для выполнения работы:
- •Приложение 2. Пример отзыва научного руководителя
- •Приложение 3. Пример рецензии на дипломную работу
- •Приложение 4. Пример аннотации аттестационной работы
- •Глава 2 (название главы) раскрывает современное состояние региональной статистики, отражает проблемы, мешающие полному удовлетворению в экономической информации.
- •Наша помощь муниципальным образованиям
- •Учебное пособие
- •630102, Новосибирск, Сибирская академия государственной службы,
3.4. Общие методы анализа информации
К общим методам анализа информации относят наиболее общие, то есть применяемые в различных конкретных науках методы обработки данных. К ним относятся методы анализа текстов (контент-анализ), методы группировок и классификаций, включая кластерный анализ, методы обобщения измерений (расчеты средних и дисперсий), методы выявления наличия зависимостей (дисперсионный анализ), методы выявление видов зависимостей (корреляционые, регрессионные методы и методы проверки гипотез о видах и параметрах распределений случайных величин), методы выявления скрытых факторов (факторный анализ). Остановимся на некоторых наиболее часто используемых.
Контент-анализ
Контент-анализ (англ. content analysis) – анализ связи содержания информации с ее целевым назначением.
Контент-анализ может быть применен для изучения совокупности любых текстов как письменных, так и устных. Основные процедуры контент-анализа связаны с переводом качественной информации на язык количественной информации. С этой целью выделяют два типа единиц - смысловые или качественные единицы анализа и единицы счета или количественные единицы. Единицами анализа могут быть темы, идеи, оценки, суждения, символы, термины, понятия и др. При этом смысловые единицы (единицы анализа) выделяются на основе гипотез исследования, а единицы количественной информации - с учетом характера источника и поставленных задач.
В качестве единиц счета могут использоваться частота употребления тех или иных понятий, терминов, слов, темы и т.п., физическая протяженность, площадь текстов, число строк, длительность трансляции и т.п.
При использовании контент-анализа обязательна проверка результатов на надежность. Для этого используется либо экспертная оценка, либо проверка с помощью других методов (опрос, интервью), либо данные сопоставляются с данными результатов других исследований.
Методы группировок и классификаций Методы группировок
Любая задача многомерного анализа так или иначе сводится к нахождению группировки (группируются или объекты, или признаки)41.
Формализация задачи (то есть ее математическая постановка) в большой степени зависит от того, в каком виде представлена исходная статистическая информация. Как правило, исходная информация для социально-экономического исследования задается или матрицей типа "объект-признак", или матрицей связи "объект-объект", причем при переходе от матрицы "объект-признак" к матрице "объект-объект" возникает вопрос о выборе меры близости объектов. При нахождении группировок в одних случаях имеются некоторые априорные сведения о существовании групп (классов) объектов или признаков, которые требуется найти в результате анализа данных, в других случаях ничего не известно ни о количестве классов, ни об их составе.
Задачи многомерного анализа, или задачи группировки объектов, усложнены часто тем, что у исследователя нет четкого представления, какие признаки следует брать в качестве классифицирующих. В связи с этим на первом этапе анализа возникает вопрос или о выборе информативной системы признаков, или о нахождении факторных конструкций в системе признаков. Выбор системы информативных признаков осуществляется в режиме диалога "человек-ЭВМ" чаще всего на основе анализа корреляционной матрицы или с использованием методов факторного анализа (метода главных компонент) и для решения этой проблемы существует целый ряд методов [1, 14, 20, 21, 22, 23, 33, 34. 36, 36, 39, 41]. К ним наряду с методом главных компонент и факторным анализом следует также отнести канонический анализ, метод корреляционных плеяд, метод экстремальной группировки параметров, методы таксономии и другие. Эти методы можно разделить на две группы. Методы первой группы характеризуются уменьшением размерности признакового пространства за счет замены набора исходных признаков некоторыми их комбинациями. При использовании методов первой группы в многомерном анализе социально-экономической информации значительную сложность для исследователя представляет интерпретация формально полученных "искусственных" признаков в построенном признаковом пространстве. Методы второй группы позволяют выделить связанные группы признаков на основе их взаимосвязи. При этом в качестве представителей групп выбирают сами признаки, с помощью которых и интерпретируют полученные результаты группировки. В качестве примеров первого и второго типа приведем некоторые известные методы.
Метод главных компонент [12, 14, 39] является представителем первой группы методов.
Пусть
-
число объектов,
-
число признаков, тогда нормированное
значение
-ro
признака, полученное из исходной
информации типа "объект-признак",
необходимо представить в виде
где
-
-я
главная компонента;
-
вес
-й
компоненты в
-й
переменной (факторная нагрузка
-гo
фактора).
Начальными данными метода является корреляционная или ковариационная матрица, которую строят по исходной информации. Известно [39], что полная дисперсия -го признака
где
-
доля полной дисперсии
-ro
признака, относящаяся к
-й
главной компоненте (
).
Тогда
,
где
-
номер признака
(
);
-
номер главной компоненты (
),
есть полный вклад -й главной компоненты в дисперсию всех признаков и та доля общей дисперсии, которую рассматриваемая главная компонента объясняет. Хотя число подученных главных компонент равно числу исходных признаков, только небольшое число главных компонент имеет существенные вклады в объясняемую дисперсию. Главные компоненты, имеющие достаточно малые вклады, исключают из рассмотрения. Число наиболее весомых компонент составляет обычно не больше чем четвертую часть от числа рассматриваемых признаков [12]. Тогда объясняемая дисперсия
,
где
- число
"весомых" главных компонент (
).
Известно
[12,
39], что
факторные нагрузки
есть коэффициенты корреляции между
фактором
и исходным признаком
.
Для применения методов факторного анализа к качественным данным, измеренным на ранговых и номинальных шкалах, разработан [19, 37] аппарат качественного факторного анализа, который основан на идее аппроксимации матрицы связи линейной комбинацией матриц определенной блочной структуры, каждая из которых интерпретируется как некоторый качественный фактор.
В статистических исследованиях "проверенным" методом агрегирования исходных признаков является алгоритм экстремальной группировки параметров [2, З]. По этому алгоритму формировалось, например, признаковое пространство для построения типологии демографических статусов поселений [15, 16, 30]. В основу алгоритма экстремальной группировки параметров для группировки этих признаков и выделения факторов положен подход, связанный с экстремизацией некоторого функционала, зависящего как от способа группировки, так и от выбора факторов. Разбиение, экстремирующее этот функционал, и представляет экстремальную группировку признаков. В качестве примера рассмотрим один из алгоритмов экстремальной группировки параметров, предложенный в [2].
Пусть
коэффициент корреляции (или ковариации)
двух случайных величин Х
и Y
есть
X,Y
.
Дисперсия случайной величины Х
X,X
X2.
Пусть
множество параметров (признаков)
разбито на непересекающиеся группы
и заданы случайные величины
,
такие, что
,
которые называются факторами.
Рассматривается функционал
.
Алгоритм экстремальной группировки параметров решает задачу максимизации этого функционала как по разбиению параметров на множества , так и по выбору случайных величин .
Максимизация
соответствует
требованию такого разбиения параметров,
когда в одну группу попадают наиболее
"близкие" между собой параметры.
Действительно, при максимизации
функционала для каждого фиксированного
набора случайных величин
в
-ю
группу будут попадать такие параметры,
которые наиболее "близки" к
;
в то же время среди всех возможных
наборов случайных величин
будет отбираться такой набор, то каждая
из величин
в среднем
наиболее "близка" ко всем параметрам
из своей группы.
Если группы параметров заданы, то оптимальный набор факторов можно найти в результате независимой максимизации каждого слагаемого функционала :
При
фиксированном множестве параметров
фактор
,
удовлетворяющий записанному выше
условию, находится по формуле
,
(1)
где
-
компоненты собственного вектора матрицы
Rl
=
{(
)},
,
соответствующего
ее наибольшему собственному числу. С
другой стороны, если величины
заданы, то разбиение параметров на
группы
,
обеспечивающее максимум
,
должно удовлетворять условию:
для
каждого
,
так
как в противном случае
можно было бы увеличить, перебросив
параметр
из группы
в ту группу
,
для которой это соотношение неверно.
Следующий итерационный алгоритм, предложенный в [2], определяет одновременно группы и факторы . Идея его заключается в следующем.
Пусть
на
-м
шаге итерации построено разбиение
.
Для каждой группы параметров строят
факторы
по формуле
(1)
и новое,
-е
разбиение
по правилу:
относится
к группе
,
если
.
(2)
В том случае, когда существуют два или более факторов и такой параметр , что для этих факторов и этого параметра в формуле (2) имеет место равенство, параметр относится к одной из соответствующих групп произвольно. Для найденных тем или иным способом факторов их содержательная интерпретация осуществляется с помощью одномерных группировок совокупности всех изучаемых объектов по каждому из имеющихся факторов. Формирование группировок проводится в диалоге человека с ЭВМ и контролируется исследователем. При этом полезно строить гистограммы значений объектов по выбранному фактору, а затем уже проводить группировку тем или иным методом с учетом интерпретируемости полученных результатов [30].
К первой группе методов, заменяющих набор рассматриваемых признаков некоторыми их комбинациями, можно отнести и канонический анализ.
Каноническая корреляция [4, 18, 31, 38] - это корреляция между линейными функциями двух множеств случайных величин, которая характеризуется максимально возможными значениями коэффициентов корреляции. В теории канонической корреляции случайные величины X1, X2, ..., Xs и Xs+1, Xs+2, …, Xs+t линейно преобразуются в так называемые канонические случайные величины Y1, Y2, ..., Ys и Ys+1, Ys+2, …, Ys+t, такие, что:
1) все величины Y имеют нулевое математическое ожидание и единичную дисперсию;
2) внутри каждого из двух множеств величины Y некоррелированы;
3) любая величина Y из первого множества коррелирована лишь с одной величиной из второго множества;
4) ненулевые коэффициенты корреляции между величинами Y из разных множеств имеют максимальное значение. В многомерном статистическом анализе с помощью метода канонической корреляции осуществляется переход к новой системе координат, в которой корреляция между X1, X2, ..., Xs и Xs+1, Xs+2, …, Xs+t проявляется наиболее отчетливо. В результате анализа канонической корреляции может оказаться, что взаимосвязь между двумя множествами полностью описывается корреляцией между несколькими каноническими случайными величинами.
Каноническую корреляцию целесообразно использовать при комплексном анализе социально-экономических блоков в исследовании развития региона.
Примером методов второй группы может быть метод корреляционных плеяд [1]. Плеяда - группа признаков, в которой корреляционная связь (внутриплеядная связь) достаточно велика, а связь между признаками из разных групп (межплеядная связь) мала. Мера корреляционной связи может быть выбрана по-разному. Например, как сумма модулей коэффициентов корреляции между признаками одной группы. По корреляционной матрице строят граф, который разрыванием "малых" связей преобразуют в несколько подграфов. В каждом подграфе выбирают признаки (один или несколько), с помощью которых описывают полученные плеяды признаков.
Ввиду простоты этот метод часто применяют на ранних стадиях анализа.
Анализ и группировку исходных признаков как количественных, так и качественных можно также осуществить, применив метод главных кластеров [24] к транспонированной исходной матрице "объект-признак".
Выявляя группы признаков и выбирая "представителей" этих групп, решают задачу нахождения системы информативных признаков для дальнейшего исследования изучаемого явления или процесса.
После выбора информативной системы признаков следующей задачей в процессе анализа социально-экономической информации является задача группировки объектов. В большинстве случаев - это задача типологизации или классификации объектов изучаемой совокупности.
По способу построения группировок все методы классификации (как признаков, так и объектов) делятся на алгоритмические и вариационные [21]. Алгоритмический метод использует некоторые эвристические соображения исследователя, на основании которых и формируются классы. Основное требование в этом подходе к формируемым классам - их компактность. Под компактной группой в некотором пространстве понимают такое множество точек этого пространства, для которого средняя внутренняя связь больше, чем средняя связь вовне (или среднее внутреннее расстояние, наоборот, меньше, чем среднее расстояние вовне) [1, 21]. Успешное применение этих алгоритмов предполагает наличие у исследователя некоторых априорных сведений о реально существующих группах изучаемой совокупности. Эвристические алгоритмы, как правило, линейны, то есть, число операций в них пропорционально числу классифицируемых объектов.
Примером эвристического алгоритма, применяемого при формировании классов объектов, служит известный алгоритм Мак Кина (или метод центров) [44]. Рассмотрим этот алгоритм.
Исходной информацией служит матрица "объект-признак" или матрица связи "объект-объект".
Рассмотрим
случай, когда исходной является таблица
"объект-признак", в которой на
(
)-м
месте записано значение
-го
признака, соответствующее
-му
объекту,
-
.
Объект изучаемой совокупности
представляется в таблице в виде
строки значений признаков на этом
объекте или в виде точки в
-мерном
признаковом пространстве.
Первый шаг алгоритма - выбор в пространстве признаков точек (объектов), число которых равно числу требуемых классов. Эти объекты задаются из содержательных или из формальных соображений. Они также могут быть выбраны случайным образом.
Блок
"Класс" распределяет объекты - по
классам так, чтобы расстояние от объекта
до соответствующего ему центра было
минимальным. Для количественных
признаков может быть выбрано евклидово
расстояние в
.
Блок "Центр" работает после блока "Класс". Этот блок пересчитывает центры классов. Для каждого класса новые координаты его центра в пространстве признаков получаются как координаты центра тяжести каждого класса. Теперь дадим формальное описание алгоритма:
1°.
Задаются
точек
в пространстве признаков, которые
объявляются центрами классов.
2°.
Объект
относится к
-му
классу,
,
если при
достигает
минимума
-
расстояние между объектом
и центром
-го
класса на
-й
итерации.
3°. Пересчитываются центры классов.
,
где
-
вектор значений признаков на
-м
объекте;
-
мощность (число объектов) класса
.
Пункты
2° и
3° выполняются
для всех
.
Если массив объектов исчерпан, а
последовательность центров не
стабилизировалась, то описанный
процесс повторяется с самого начала,
причем в качестве исходных центров
выбираются центры, подучившиеся на
последней итерации.
Метод
Мак Кина с исходной матрицей "объект-объект"
рассмотрен в
[21] и
заключается в следующем. Центры выбираются
по исходной матрице связи "объект-объект"
следующим образом. Выбирается
максимальный по модулю отрицательный
элемент
.
Объекты с номерами
и
объявляются центрами
- это самые
"далекие" в смысле меры связи
объекты. Затем выбирается элемент
,
такой, что |
|
максимальна, причем
.
После
шагов будем иметь
центров
.
В качестве центра
берется объект с таким номером
,
что
отрицательны, а |
|
максимальна по всем таким
.
Процесс построения центров заканчивается, если исчерпаны все объекты с указанным свойством.
Блок
"Класс" в этой схеме работает
следующим образом. Для каждого объекта
производится сравнение по величине
связей
с каждым из центров
.
Объект
относится к классу
,
если
,
то есть объект относится к самому "близкому" в смысле меры связи центру.
Блок
"центр" в качестве нового центра
-го
класса выбирает объект этого класса,
такой, что
.
Алгоритм заканчивает работу, когда процесс стабилизируется.
Для безмашинного («ручного») счета может быть использован метод вроцлавской таксономии [21], который был впервые применен при классификации воеводств Польши по демографическим данным. Этот метод по своей идее похож на метод корреляционных плеяд: строят граф (дерево максимальной длины), а затем его разрезает по ребрам с минимальными связями. Имеется множество алгоритмов, например, "Краб" в [13], в которых "разрезание" по ребрам осуществляется по критерию, представленному некоторой функцией многих переменных, сконструированной из эвристических соображений. Алгоритмы, основанные на дереве максимальной длины, применяют на стадии предварительного анализа.
Вариационный подход к решению задачи конструирования группировки в [21, 22, 23] предполагает наличие некоторого критерия качества группировки. Этот критерий, как правило, выводится формально из модели данных. Он или оценивает степень близости группировки к некоторой "идеальной", или минимизирует "погрешность" в аппроксимационных моделях данных. В первом случае учитывается не только требование компактности групп, но и представление об их количестве и их наполненности. Так как сама сконструированная группировка в этом случае в силу эквивалентности качественного признака и разбиения (группировки) есть реализация некоторого латентного признака, порожденного свойством многомерности данных, то по сути критерий качества группировки отражает степень "аппроксимации" всех признаков в совокупности одним сконструированным качественным признаком.
Во втором случае [19, 23, 25, 37] критерий качества выводится из самой модели данных, в которой предполагается, что матрица связи "порождена" одним или несколькими качественными факторами. Это формализовано в модели [19, 25, 37] тем, что матрицу связи "объект-объект" аппроксимируют линейной комбинацией матриц связи, вид каждой из которых алгоритмически определяется свойствами качественного фактора, ей соответствующего. Достигается это тем, что при конструировании качественного фактора оценивается степень учета исходной информации, в том числе и доля разброса исходных данных, участвующих в получении решения [2, 3, 12, 14, l6].
Примером вариационного подхода может служить группировка признаков методом экстремальной группировки параметров, а также все алгоритмы и методы в матричном подходе к анализу данных [2, 21, 22, 23].
Наиболее хорошо зарекомендовавшим себя подходом в решении задач многомерной группировки является вариационный, исходной информацией для которого служит матрица связи "объект-объект", а сама группировка осуществляется в терминах связей между объектами.
В качестве примера формализованной в рамках этого подхода задачи нахождения группировки может быть приведена следующая постановка задачи из [21, 22, 23].
Пусть
а
=
- матрица связей между объектами. Найти
разбиение
множества элементов на заранее не
заданное число
непересекающихся классов
.
которое максимизирует величину вида
суммы
внутренних связей в
за вычетом определенного порогового
значения
.
При
этом считают
[23], что
диагональные элементы
.
Оказывается
[22], что
если
оптимально в смысле критерия
,
то:
а) сумма внутренних связей
в каждом классе неотрицательна;
б) суммарная связь
между
любыми двумя классами
и
неположительна.
Схема
алгоритмов локальной оптимизации
включает в себя три алгоритма
[23] и
начинается с тривиального разбиения
множества объектов на
одноэлементных
классов. Алгоритм "Объединение"
на каждом шаге объединяет такие классы
и
,
связи между которыми
максимальны до тех пор, пока все величины
не станут отрицательными. Дальнейшие
объединения не нужны, так как они
уменьшают значение критерия.
Полученное разбиение улучшается с помощью алгоритма "Перемещение", после чего проводится проверка: удовлетворяет ли полученное разбиение необходимым условиям оптимальности а) и б).
После проверки те классы, которые не удовлетворяют условию а), рассыпаются на одноэлементные подклассы, после чего опять применяется объединение с последующим перемещением - и так до тех пор, пока условия а) и б) не окажутся выполненными.
В [22] показано, что количество классов разбиения определяется только величиной порога, который часто из содержательных педставлений о конкретной задаче легче задать интуитивно, чем более формальную величину числа классов. В связи с работой в итеративном режиме "человек-ЭВМ" при построении классификации появились и сформулированы [21] требования к методам, с помощью которых они осуществляются: универсальность, интерпретируемость результатов, адаптируемость.
