Когнитивный подход к моделированию систем
Реферат.
По дисциплине: Теория систем и системный анализ.
На тему: Когнитивный подход к моделированию систем.
Когнитивный подход к моделированию систем.
Содержание:
1)Введение [2-3стр.]
2)Когнитивное моделирование.[3-26]
{
Когнитивная (познавательно-целевая) структуризация знаний об исследуемом объекте и внешней
для него среды на основе PEST-анализа и SWOT-анализа [5стр.]
- Цель построения когнитивной модели[11стр.]
- Ориентированный граф (когнитивная карта)[12стр.]
- Основные проблемы построения когнитивной модели[17стр.]
- Структурное и когнитивное моделирование сравнение.[24стр.]
}
3)Заключение [26стр.]
4)Список литературы [25-26стр.]
ВВЕДЕНИЕ
Одно из наиболее продуктивных решений проблем, возникающих в области управления и организации, состоит в применении когнитивного анализа.
Методология когнитивного моделирования, предназначенная для анализа и принятия решений в плохо определенных ситуациях, была предложена американским исследователем Р. Аксельродом.
Изначально когнитивный анализ сформировался в рамках социальной психологии, а именно – когнитивизма, занимающегося изучением процессов восприятия и познания.
Применения разработок социальной психологии в теории управления привело к формированию особой отрасли знаний – когнитологии, концентрирующейся на исследовании проблем управления и принятия решений.
Сейчас методология
когнитивного моделирования развивается
в направлении
Теоретические достижение когнитивного анализа стали основой для создания компьютерных систем, ориентированных на решение прикладных задач в сфере управления.
Работы по
развитию когнитивного подхода и
его применению для анализа и
управления так называемыми
Технология когнитивного моделирования
позволяет исследовать проблемы
с нечеткими факторами и
Такие технологии завоевывают все большее
и большее доверие у структур, занимающихся
стратегическим и оперативным планированием
на всех уровнях и во всех сферах управления.
Применение когнитивных технологий в
экономической сфере позволяет в сжатые
сроки разработать и обосновать стратегию
экономического развития предприятия,
банка, региона или целого государства
с учетом влияния изменений во внешней
среде. В сфере финансов и фондового рынка
когнитивные технологии позволяют учесть
ожидания участников рынка. В военной
области и области информационной безопасности
применение когнитивного анализа и моделирования
позволяет противостоять стратегическому
информационному оружию, распознавать
конфликтные структуры, не доводя конфликт
до стадии вооруженного столкновения.
Название когнитивный (cognito) в переводе с латинского имеет интересную этимологию. Он состоит из частей “co-“ (“вместе”) + “gnoscere” (“знаю”).
Когнитивное моделирование.
Сложности анализа процессов принятия управленческих решений в таких областях как экономика, социология, экология и т.п. Обусловлены рядом особенностей, присущих этим областям, а именно: многоаспектностью происходящих в них процессов и их взаимосвязанностью; отсутствием достаточной количественной информации о динамике процессов; изменчивостью характера процессов во времени и т.д. В силу указанных особенностей экономические, социальные и т.п. системы называются слабоструктурированными системами. Для анализа и управления такого рода системами применяется когнитивный подход, который позволяет увидеть и осознать логику развития событий при большом количестве взаимозависимых факторов.
Методология когнитивного моделирования
основана на моделировании субъективных
представлений экспертов о
В основе технологии когнитивного анализа и моделирования (рисунок 1) лежит когнитивная (познавательно-целевая) структуризация знаний об объекте и внешней для него среды.
Рисунок 1. Технология когнитивного анализа и моделирования
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. “Когнитивная карта” является ключевым понятием в когнитивном моделировании, представляющая собой взвешенный ориентированный граф, в котором вершины взаимно однозначно соответствуют факторам, в терминах которых описывается предметная область, а дуги отображают непосредственные связи (взаимовлияния) между факторами. Взаимовлияния могут быть положительными, и отрицательными. Для отображения степени влияния используют совокупность лингвистических переменных и соответствующую ей совокупность числовых значений из интервала [0, 1]: «очень слабое» – 0,1, «умеренное» – 0,3, «существенное» – 0,5, «сильное» – 0,7 и «очень сильное» – 0,9 (допустимы и промежуточные значения). При этом могут формироваться когнитивные карты различной степени общности, «масштаба» и организации (например, карта-обозрение или карта-путь в зависимости от полноты представленности пространственных отношений и присутствия выраженной точки отсчета). Выделяют карту-путь как последовательное представление связей между объектами по определенному маршруту, и карту-обозрение как одновременное представление пространственного расположения объектов.
Когнитивная
(познавательно-целевая) структуризация
знаний об исследуемом объекте
и внешней для него среды
на основе PEST-анализа и SWOT-анализа
Отбор базисных факторов проводится путем применения PEST-анализа, выделяющего четыре основные группы факторов (аспекта), определяющих поведение исследуемого объекта (рисунок 2):
Policy - политика; Society - общество (социокультурный аспект);
Economy - экономика; Technology - технология
Рисунок 2. Факторы PEST-анализа
Для каждого конкретного сложного объекта существует свой особый набор наиболее существенных факторов, определяющих его поведение и развитие.
PEST-анализ
можно рассматривать как
В этой системе есть детерминирующие связи, направленные с нижних уровней иерархии системы к верхним (наука и технология влияет на экономику, экономика влияет на политику), а также обратные и межуровневые связи. Изменение любого из факторов через эту систему связей может влиять на все остальные. Эти изменения могут представлять угрозу развитию объекта, или, наоборот, предоставлять новые возможности для его успешного развития.
Следующий шаг - ситуационный анализ проблем, SWOT-анализ (рисунок 3):
Strengths - сильные стороны; Weaknesses - недостатки, слабые стороны;
Opportunities - возможности; Threats - угрозы.
Рисунок 3. Факторы SWOT-анализа
Он включает анализ сильных и слабых сторон развития исследуемого объекта в их взаимодействии с угрозами и возможностями и позволяет определить актуальные проблемные области, узкие места, шансы и опасности, с учетом факторов внешней среды.
Возможности определяются как обстоятельства, способствующие благоприятному развитию объекта.
Угрозы - это ситуации, в которых может быть нанесен ущерб объекту, например, может быть нарушено его функционирование или он может лишиться имеющихся преимуществ. На основании анализа различных возможных сочетаний сильных и слабых сторон с угрозами и возможностями формируется проблемное поле исследуемого объекта.
Проблемное поле - это совокупность проблем, существующих в моделируемом объекте и окружающей среде, в их взаимосвязи друг с другом.
Наличие такой информации - основа для определения целей (направлений) развития и путей их достижения, выработки стратегии развития.
Когнитивное
моделирование на основе проведенного
ситуационного анализа
Когнитивный анализ состоит из нескольких этапов, на каждом из которых реализуется определённая задача. Последовательное решение этих задач приводит к достижению главной цели когнитивного анализа. Исследователи приводят разную номенклатуру этапов в зависимости от специфики изучаемого объекта (объектов). Если суммировать и обобщить все эти подходы, то можно выделить следующие этапы, характерные для когнитивного анализа любой ситуации.
- Формулировка цели и задач исследования.
- Изучение сложной ситуации с позиций поставленной цели: сбор, систематизация, анализ существующей статистической и качественной информации относительно объекта управления и его внешней среды, определение присущих исследуемой ситуации требований, условий и ограничений.
- Выделение основных факторов, воздействующих на развитие ситуации.
- Определение взаимосвязи между факторами путем рассмотрения причинно-следственных цепочек (построение когнитивной карты в виде ориентированного графа).
- Изучение силы взаимовлияния разных факторов. Для этого используются как математические модели, описывающие некоторые точно выявленные количественные зависимости между факторами, так и субъективные представления эксперта относительно неформализуемых качественных взаимоотношений факторов.
(В результате прохождения
- Проверка адекватности когнитивной модели реальной ситуации (верификация когнитивной модели).
- Сценарное моделирование: Определение с помощью когнитивной модели возможных вариантов развития ситуации (системы), обнаружение путей, механизмов воздействия на ситуацию с целью достижения желаемых результатов, предотвращения нежелательных последствий, то есть выработка стратегии управления. Задание целевых, желаемых направлений и силы изменения тенденций процессов в ситуации. Выбор комплекса мероприятий (совокупности управляющих факторов), определение их возможной и желаемой силы и направленности воздействия на ситуацию (конкретно-практическое применение когнитивной модели).
Выявление реальных вариантов развития системы на основе когнитивного анализа осуществляется в рамках так называемого сценарного подхода. Причём, понятие «сценарий» включает в себя возможный вариант развития и условия, при которых он реализуется. Сценарий определяется как «совокупность тенденций, характеризующих ситуацию в настоящий момент, желаемых целей развития, комплекса мероприятий, воздействующих на развитие ситуации, и системы наблюдаемых параметров (факторов), иллюстрирующих поведение процессов». Возможно несколько сценариев развития ситуации, осуществление одного из которых определяется потенциалом системы (наметившимися в ней тенденциями) и корректирующими усилиями субъекта управления.
Рассмотрим детально каждый из приведённых этапов (за исключением первого и второго, которые являются подготовительными), механизмы реализации частных задач каждого из этапов, а также проблемы, возникающие на разных стадиях когнитивного анализа.
Цель построения когнитивной модели
Когнитивное моделирование способствует
лучшему пониманию проблемной ситуации,
выявлению противоречий и качественному
анализу системы. Цель моделирования
состоит в формировании и уточнении
гипотезы о функционировании исследуемого
объекта, рассматриваемого как сложная
система, которая состоит из отдельных,
но все же связанных между собой
элементов и подсистем. Для того
чтобы понять и проанализировать
поведение сложной системы, строят
структурную схему причинно-
Основные этапы когнитивного моделирования
В общих чертах этапы когнитивного
моделирования рассмотрены
- Выявление факторов, характеризующих проблемную ситуацию, развитие системы (среды). Например, суть проблемы неплатежей налогов можно сформулировать в факторах «Неплатежи налогов», «Собираемость налогов», «Доходы бюджета», «Расходы бюджета», «Дефицит бюджета» и др.
- Выявление связей между факторами. Определение направления влияний и взаимовлияний между факторами. Например, фактор «Уровень налогового бремени» влияет на «Неплатежи налогов».
- Определение характера влияния (положительное, отрицательное, +\-) Например, увеличение (уменьшение) фактора «Уровень налогового бремени» увеличивает (уменьшает) «Неплатежи налогов» - положительное влияние; а увеличение (уменьшение) фактора «Собираемость налогов» уменьшает (увеличивает) «Неплатежи налогов» - отрицательное влияние. (На этом этапе осуществляется построение когнитивной карты в виде ориентированного графа.)
- Определение силы влияния и взаимовлияния факторов (слабо, сильно) Например, увеличение (уменьшение) фактора «Уровень налогового бремени» «значительно» увеличивает (уменьшает) «Неплатежи налогов» (Окончательное построение когнитивной модели в виде функционального графа).
Таким образом, в когнитивную модель входят когнитивная карта (ориентированный граф) и веса дуг графа (оценка взаимовлияния или влияния факторов). При определении весов дуг ориентированный граф превращается в функциональный.
Проблемы выявления факторов, оценки
взаимовлияния факторов и типология
факторов будут рассмотрены в
пунктах 5 и 6; здесь же рассмотрим такие
базовые понятия когнитивного моделирования
как когнитивная карта и
Ориентированный граф (когнитивная карта)
В рамках когнитивного подхода
довольно часто термины «когнитивная
карта» и «ориентированный граф»
употребляются как
Когнитивная карта состоит из факторов (элементов системы) и связей между ними.
Для того чтобы понять и проанализировать
поведение сложной системы, строят
структурную схему причинно-
Факторы могут влиять друг на друга, причем такое влияние, как уже указывалось, может быть положительным, когда увеличение (уменьшение) одного фактора приводит к увеличению (уменьшению) другого фактора, и отрицательным, когда увеличение (уменьшение) одного фактора приводит к уменьшению (увеличению) другого фактора. Причём, влияние может иметь и переменный знак в зависимости от возможных дополнительных условий.
Подобные схемы представления причинно-следственных связей широко используются для анализа сложных систем в экономике и социологии.
Пример когнитивной карты
некоторой экономической
Рисунок 1. Ориентированный граф.
6. Функциональный
граф (завершение построения
Когнитивная карта отображает лишь факт наличия влияний факторов друг на друга. В ней не отражается ни детальный характер этих влияний, ни динамика изменения влияний в зависимости от изменения ситуации, ни временные изменения самих факторов. Учет всех этих обстоятельств требует перехода на следующий уровень структуризации информации, то есть к когнитивной модели.
На этом уровне каждая связь между факторами когнитивной карты раскрывается соответствующими зависимостями, каждая из которых может содержать как количественные (измеряемые) переменные, так и качественные (не измеряемые) переменные. При этом количественные переменные представляются естественным образом в виде их численных значений. Каждой же качественной переменной ставится в соответствие совокупность лингвистических переменных, отображающих различные состояния этой качественной переменной (например, покупательский спрос может быть «слабым», «умеренным», «ажиотажным» и т.п.), а каждой лингвистической переменной соответствует определенный числовой эквивалент в шкале [0,1]. По мере накопления знаний о процессах, происходящих в исследуемой ситуации, становится возможным более детально раскрывать характер связей между факторами.
Формально, когнитивная модель ситуации может, как и когнитивная карта, быть представлена графом, однако каждая дуга в этом графе представляет уже некую функциональную зависимость между соответствующими факторами; т.е. когнитивная модель ситуации представляется функциональным графом.
Пример функционального графа, отражающего ситуацию в условном регионе представлен на рис. 2.
Рисунок 2. Функциональный граф.
Заметим, что данная модель является демонстрационной, поэтому многие факторы внешней среды в ней не учтены.
7. Виды факторов
Для структуризации ситуации
(системы) исследователи подразделяют
факторы (элементы) на различные группы,
каждая из которых обладает определённой
спецификой, а именно - функциональной
ролью в моделировании. Причём, в
зависимости от специфики анализируемой
ситуации (системы) типология факторов
(элементов) может быть различна. Здесь
я выделю некоторые виды факторов,
использующиеся при когнитивном
моделировании большинства
Во-первых, среди всех обнаруженных факторов выделяются базовые (воздействующие на ситуацию существенным образом, описывающие суть проблемы) и «избыточные» (малозначащие) факторы, «слабо связанные» с «ядром» базисных факторов.
При анализе конкретной ситуации эксперт обычно знает или предполагает, какие изменения базисных факторов являются для него желательными. Факторы, представляющие наибольший интерес для эксперта, называются целевыми. В.И. Максимов, Е.К. Корноушенко, С.В. Качаев следующим образом описывают целевые факторы: «Это – “выходные” факторы когнитивной модели. Задача выработки решений по управлению процессами в ситуации состоит в том, чтобы обеспечить желательные изменения целевых факторов, это – цель управления. Цель считается корректно заданной, если желательные изменения одних целевых факторов не приводят к нежелательным изменениям других целевых факторов».
В исходном множестве базисных факторов выделяется совокупность так называемых управляющих факторов - «”входных” факторов когнитивной модели, через которые подаются управляющие воздействия в модель. Управляющее воздействие считается согласованным с целью, если оно не вызывает нежелательных изменений ни в каком из целевых факторов». Для выявления управляющих факторов определяются факторы, влияющие на целевые. Управляющие факторы в модели будут являться потенциально возможными рычагами воздействия на ситуацию.
Влияние управляющих факторов суммируется в понятии «вектор управляющих воздействий» – совокупность факторов, на каждый из которых подается управляющий импульс заданной величины.
Факторы ситуации (или элементы системы) могут также подразделяться на внутренние (принадлежащие самому объекту управления и находящиеся под более или менее полным контролем руководства) и внешние (отражающие воздействие на ситуацию или систему внешних сил, которые могут не контролироваться или лишь косвенно контролироваться субъектом управления).
Внешние факторы обычно разделяются на предсказуемые, возникновение и поведение которых можно предвидеть на основе анализа имеющейся информации, и на непредсказуемые, о поведении которых эксперт узнает лишь после их возникновения.
Иногда исследователи выделяют так называемые факторы-индикаторы, отражающие и объясняющих развитие процессов в проблемной ситуации (системе, среде). Для подобных целей используется также понятие интегральных показателей (факторов), по изменению которых можно судить об общих тенденциях в данной сфере.
Факторы характеризуются также тенденцией изменения своих значений. Различают следующие тенденции: рост, снижение. В случае отсутствия изменения фактора говорят об отсутствии тенденции или о нулевой тенденции.
Наконец, следует отметить, что возможно выявление причинных факторов и факторов-следствий, кратковременных и долгосрочных факторов.
8. Основные проблемы построения когнитивной модели
Существуют две главные
Во-первых, трудности вызывает выявление факторов (элементов системы) и ранжирование факторов (выделение базисных и второстепенных) (на этапе построения ориентированного графа).
Во-вторых, выявление степени взаимовлияния факторов (определение весов дуг графа) (на этапе построения функционального графа).
Выявление факторов (элементов системы)
Можно констатировать, что исследователями не разработан чёткий алгоритм выявления элементов исследуемых систем. Предполагается, что изучаемые факторы ситуации уже известны эксперту, проводящему когнитивный анализ.
Обычно при рассмотрении крупных (например, макроэкономических) систем применяется так называемый PEST-анализ (Policy - политика, Economy - экономика, Society - общество, Technology – технология), предполагающий выделение 4-х основных групп факторов, посредством которых анализируется политический, экономический, социокультурный и технологический аспекты среды. Подобный подход хорошо известен во всех социально-экономических науках.
PEST-анализ - это инструмент
исторически сложившегося
Кроме того, предполагается, что эксперт может судить о номенклатуре факторов, сообразуясь со своими субъективными представлениями. Так, «Фундаментальный» анализ финансовых ситуаций, близкий по некоторым параметрам к когнитивному анализу, базируется на наборе базисных факторов (финансово-экономических показателей) - как макроэкономических, так и более низкого порядка, как долгосрочных, так и краткосрочных. Эти факторы, в соответствие с «фундаментальным» подходом определяются на основе здравого смысла.
Таким образом, единственный вывод, который можно сделать относительно процесса выявления факторов, заключается в том, что аналитик, преследуя эту цель, должен руководствоваться уже готовыми знаниями разных социально-экономических наук, занимающихся конкретным изучением разнообразных систем, а также своим опытом и интуицией.
Два подхода к выявлению связей между факторами
Для отображения характера
Позитивный подход основывается на учете объективного характера взаимодействия факторов и позволяет провести дуги, приписать им знаки (+ / -) и точные веса, то есть отразить характер этого взаимодействия. Этот подход применим в том случае, если взаимосвязь факторов может быть подвергнута формализации и выражена математическими формулами, устанавливающими точные количественные взаимосвязи.
Однако далеко не все реальные системы
и их подсистемы описываются теми
или иными математическими
Нормативный подход основывается на субъективном, оценочном восприятии взаимодействия факторов и его использование также позволяет приписать дугам веса, т. е. отразить силу (интенсивность) взаимодействия факторов. Выяснение влияний факторов друг на друга и оценки этих влияний опираются на «прикидки» эксперта и выражаются в количественном виде с помощью шкалы [-1,1] или лингвистическими переменными типа «сильно», «слабо», «умеренно». Иначе говоря, при нормативном подходе перед экспертом стоит задача интуитивно определить силу взаимовлияния факторов, основываясь на своих знаниях о качественной взаимосвязи.
Кроме того, как уже упоминалось, эксперту требуется определить отрицательный или положительных характер влияния факторов, а не только силу влияния. При осуществлении этой задачи, очевидно, возможно использование двух означенных выше подходов.
Проблема определения силы воздействия факторов
Итак, важнейшая проблема когнитивного моделирования – выявления весов дуг графа – то есть количественная оценка взаимовлияния или влияния факторов. Дело в том, что когнитивной подход применяется при исследовании нестабильной, слабоструктурированной среды. Напомним, что её характеристики: изменчивость, трудноформализуемость, многофакторность и т.д. Такова специфика всех систем, в которые включены люди. Поэтому неработоспособность традиционных математических моделей во многих случаях – это не методологический порок когнитивного анализа, а фундаментальной свойство предмета исследования.
Таким образом, важнейшей особенностью большинства изучаемых в теории управления ситуаций является наличие в них мыслящих участников, причем каждый из которых по-своему представляет ситуацию и принимает те или иные решения, исходя из «своего» представления. Как отметил Дж. Сорос в своей книге «Алхимия финансов», «когда в ситуации действуют мыслящие участники, последовательность событий не ведет напрямую от одного набора факторов к другому; вместо этого она перекрестным образом... соединяет факторы с их восприятиями, а восприятия с факторами». Это приводит к тому, что «процессы в ситуации ведут не к равновесию, а к никогда не заканчивающемуся процессу изменений». Отсюда следует, что достоверное предсказание поведения процессов в ситуации невозможно без учета оценки этой ситуации ее участниками и их собственных предположений о возможных действиях. Эту особенность некоторых систем Дж. Сорос назвал рефлексивностью.
Формализованные количественные зависимости факторов описываются разными формулами (закономерностями), зависящими от предмета исследования, то есть от самих факторов. Однако, как уже упоминалось, построение традиционной математической модели не всегда возможно.
Проблема универсальной формализации взаимовлияния факторов до сих пор не решена и вряд ли когда-либо будет решена.
Поэтому необходимо смириться с тем, что далеко не всегда возможна описание связей факторов математическими формулами т.е. далеко не всегда возможна точная количественная оценка зависимостей.
Поэтому в когнитивном моделировании при оценке весов дуг, как упоминалось, часто применяется учет субъективного мнения эксперта. Основная задача при этом – компенсировать субъективность и искажение оценок посредством разного рода процедур верификации.
При этом обычно
недостаточно одной проверки оценок
эксперта на непротиворечивость. Главная
цель процедуры обработки субъективных
мнений эксперта – помочь ему отрефлексировать,
более чётко осознать и систематизировать
свои знания, оценить их непротиворечивость
и адекватность реальности.

- Когнитивтк лингвистика
- Когнітивна семантика - дослідження ментальних структур
- Когнітивна сфера особистості
- Когнітивна сфера особистості
- Когнітологічні моделі вилучення експертних знань для створення експертних систем
- Когорты века. Тувинские поколения: с чем мы вступили в XXI век
- Коғамдық қауіпсіздікке және қоғамдық тәртіпке қарсы қылмыстар
- Когнитивный диссонанс
- Когнитивный диссонанс
- Когнитивный, поведенческий и эмотивные аспекты в изучении социологии в техническом вузе
- Когнитивный подход в психологии
- Когнитивный подход в психологии
- Когнитивный подход в психологии
- Когнитивный подход в психологии