Основы системно-когнитивного подхода

Значительные трудности при исследовании различных проблемо-содержащих систем обычно связаны не только с изучением данных предметной области и их взаимодействия между собой, но и с выделением главных элементов системы, влияющих на второстепенные. Как правило, нахождение таких ключевых элементов и их связей исследователем означает построение полной когнитивной модели системы. Метод определения главных компонентов системы и изучения их влияния друг на друга был предложен Т.В. Гагиным и С.С. Бородиной в [22]. Данный метод, основанный на конфайнмент-моделировании, позволяет значительно снизить временные затраты и упростить исследования систем в различных предметных областях.

Сущность данного подхода заключается в следующем. В любой предметной области возможно выделение основных элементов и установление определенной зависимости между ними. Решение данной задачи с помощью КМ основано на использовании четырех правил.

1. “Чем больше информации, тем ближе ошибка и сильнее опоздание” (в принятии решений). Как правило, полнота информации не только не приводит к верным решениям, но и препятствует им. Стремление к полноте информации, ценность которой неясна, заставляет тратить время в пустую. Таким образом, чем больше информации, тем труднее принять решение и тем больше опоздание.

2. “Важно знать заранее, что и где искать”. Еще до начала поиска главных элементов системы полезно четко определить, что именно Вы ищете, и где это может находиться. Метод конфайнмент-моделирования основан на системном моделировании ситуации. Он, в отличие от последовательного выяснения деталей, позволяет достоверно предположить, какие детали окажутся в тех или иных местах модели.

3. “Системная петля содержит необходимые и достаточные условия для существования результата: текущей ситуации”. Системная модель показывает, как ситуация поддерживает себя в состоянии стабильности и/или развития, демонстрируя при этом прямые и обратные причинно-следственные взаимосвязи. Таким образом, можно считать, что когнитивная модель построена корректно, если она самовоспроизводится, т.е. существует факт замыкания системы. При этом все необходимое для функционирования системы будет неизбежно учтено системной петлей, а остальное отброшено как неважное. Элементы системной петли являются фокусами внимания и помогают определить, что и где искать.

4. “Система является причиной самой себя”. Данное, принципиально важное правило конфайнмент-моделирования означает, что каждый элемент является одновременно причиной и следствием всей системы.

Когнитивное моделирование является удобным инструментом изображения систем. Методология когнитивного моделирования, предназначенная для анализа и принятия решений в плохо определенных ситуациях, была предложена Аксельродом [84]. Она основана на моделировании субъективных представлений экспертов о ситуации и включает: методологию структуризации ситуации; модель представления знаний эксперта; методы анализа ситуации.

Задачей когнитивного моделирования является выявление и описание абстрактных или существующих коррелируемых явлений, событий, происходящих на объекте контроля и управления. Когнитивный инструментарий позволяет снижать сложность исследования, формализации, структурирования, моделирования системы.

В настоящее время методология когнитивного моделирования развивается в направлении совершенствования аппарата анализа и моделирования ситуации. Здесь предложены модели прогноза развития ситуации [85, 86]; методы решения обратных задач [87, 88]; основные аспекты повышения когнитивной эффективности современного компьютерного моделирования [89-91]; вопросы когнитивно-информационной поддержки постановки и решения новых научных проблем [92]; проблемы когнитивной семантики [99]; применение когнитивного моделирования для управления системами и поддержки принятия решений [93-96]; методика построения слабоструктурированных систем [97].

Однако, существующая методология структуризации ситуации и модель представления знаний эксперта не позволяют анализировать сложные ситуации. Создание больших моделей, включающих десятки или сотни факторов, требует разработки иной модели представления знаний о ситуации, методологии структуризации плохо определенных сложных ситуаций, методов объяснения и интерпретации результатов моделирования и поддержки генерации решений.

Любая человеческая интеллектуальная деятельность обязана быть по своей сути системной деятельностью, предусматривающей использование совокупности взаимосвязанных системных процедур на пути от постановки задачи и целей к нахождению и использованию решений. Модель предметной области в когнитивной модели представляется в виде знакового ориентированного графа с обратными связями. В вершинах графа располагаются различные события, либо ключевые элементы ситуации, дуги отображают причинно-следственные связи между ними. Существенно, что параметры событий и степени их взаимного влияния могут выражаться как точными количественными параметрами, так и нечеткими качественными соотношениями.

Когнитивная концепция системно-когнитивного анализа учитывает два основных требования [99]:

1. Адекватное отражение в когнитивной концепции реальных процессов, реализуемых человеком в процессах познания.

2. Высокая степень приспособленности когнитивной концепции для формализации в виде достаточно простых математических и алгоритмических моделей, допускающих прозрачную программную реализацию в автоматизированной системе.

В основе технологии когнитивного анализа и моделирования лежит когнитивная (познавательно-целевая) структуризация знаний об объекте и внешней для него среды, причем объект и внешняя среда разграничиваются “нечетко”.

Цель такой структуризации - выявление наиболее существенных (базисных) факторов, характеризующих “пограничный” слой взаимодействия объекта и внешней среды, и установление качественных (причинно-следственных) связей между ними, т.е. определение того, какое взаимное влияние оказывают факторы друг на друга в ходе их изменения. Взаимовлияния факторов отображаются с помощью когнитивной карты (модели), которая представляет собой знаковый (взвешенный) ориентированный граф.

Под когнитивной структуризацией предметной области понимается процесс ее познания, который осуществляется на основе системного подхода, в соответствии с которым объект познания рассматривается как система, имеющая сложное многоуровневое иерархическое строение. Когнитивная структуризация предметной области – это начальный этап синтеза модели, подготавливающий формализацию и предшествующий ей.

При когнитивной структуризации:

– выделяются целевые параметры системы, т.е. ее желательные и нежелательные будущие состояния, характеризующие ее на макроуровне;

– определяется система факторов, определяющих эти будущие состояния.

При этом в качестве факторов могут рассматриваться окружающая среда, технологии, а также параметры системы на низких уровнях ее иерархической структуры.

В настоящее время этап когнитивной структуризации является в принципе не формализуемым, т.е. может выполняться только человеком. Когда модель уже создана, она позволяет провести системно-когнитивный анализ объекта управления и подтвердить или опровергнуть адекватность решений, принятых при когнитивной структуризации.