ATT00025-Экспертные оценки от Анохина

ВВЕДЕНИЕ В ЭКСПЕРТНЫЙ АНАЛИЗ

предметной области, постановка и структурирование задачи, интерпретация оценок и результатов).

Содержательной основой экспертного анализа является эвристическая модель – интеллектуальное средство, отражающее основные понятия предметной области и формализующее экспертный анализ. Модель представляет собой множество взаимосвязанных и взаимодействующих факторов, оказывающих влияние на изучаемое явление и совокупность исследуемых объектов. В качестве объектов предметной области могут выступать материальные и информационные объекты, альтернативные варианты (в задачах выбора и принятия решений), события, процессы и др. Фактор – это обобщенное обозначение таких понятий как переменная, характеристика, свойство, параметр, признак и т.д. Анализ взаимодействия факторов и их влияния на исследуемые объекты обычно составляет содержательный аспект экспертного анализа.

Отметим, что и объекты предметной области, и факторы могут стать объектами экспертного оценивания. В первом случае эксперт дает оценку интенсивности проявления какого-либо одного фактора для каждого из исследуемых объектов предметной области (в этом случае они и являются объектами оценивания). Во втором случае оценке подлежит взаимодействие нескольких факторов друг с другом.

В качестве экспертных оценок могут выступать как количественные, так и качественные определения экспертами состояния или развития явлений и процессов, времени и вероятности наступления событий, степени важности или предпочтения и т.д.

Решение достаточно сложных задач системного анализа обычно сопряжено с многофакторными исследованиями. Различная природа и многообразие свойств исследуемых объектов и факторов является причиной того, что процедуры экспертного оценивания разных объектов и факторов внутри одной задачи экспертного анализа могут существенно отличаться друг от друга по чисто техническим признакам - способам реализации, методикам обработки оценок и т.д. Поэтому экспертный анализ целесообразно разбивать на обособленные самостоятельные процедуры экспертного оценивания отдельных факторов. Назовем такую процедуру экспертизой.

Экспертный анализ включает процессы формирования модели, получения и обработки экспертных оценок и интерпретации результа-

11

ГЛАВА 1

тов. Выделим основные этапы экспертного анализа и роли участвующих в нем лиц.

1. Построение модели, целью которого является структурирование предметной области и задачи анализа. Основным действующим лицом на этом этапе является системный аналитик, взаимодействующий с экспертами для идентификации факторов и выявления их взаимосвязей.

2. Постановка экспертного анализа, задачей которого является формализованное описание процедуры получения экспертных оценок. Постановка должна выполняться специалистом – постановщиком, который совместно с аналитиком выбирает способы оценивания, шкалы, критерии, разрабатывает анкеты и сценарии опроса.

3. Проведение экспертного опроса и получение оценок. На этом этапе к работе подключается основная масса экспертов. Чаще всего процесс экспертного опроса требует непосредственного взаимодействия постановщика с экспертами. Однако этому могут препятствовать самые разнообразные обстоятельства и причины – загруженность постановщика, большое число экспертов, их территориальная удаленность и др. В этом случае между постановщиком и экспертами может возникнуть посредник – агент.

4. Обработка экспертных оценок, целью которой является полу-

СТРУКТУРА	СОДЕРЖАНИЕ	ÐÎËÈ
	Построение	Системный
	модели	аналитик
Экспертный	Постановка	Постановщик
анализ
Экспертиза	Проведение	Агент
	Обработка	Эксперт

Интерпретация Специалист результатов по обработке

Рис. 1. Структура и содержание экспертного анализа

12

ВВЕДЕНИЕ В ЭКСПЕРТНЫЙ АНАЛИЗ

чение обобщенного мнения на основании множественных суждений экспертов. Помимо постановщика в обработке должен принимать участие специалист по обработке, способный выбрать и реализовать корректную методику обработки.

5. Интерпретация результатов, целью которой является ответ на тот вопрос, ради которого проводилась вся работа. Как и на первом этапе, здесь основным действующим лицом является системный аналитик, способный трактовать результаты в соответствии с тем смыслом, который был изначально заложен им в модель.

Необходимо отметить, что в реальной ситуации некоторые из перечисленных ролей могут совмещаться или отсутствовать вообще. Так, потребность в агенте возникает не всегда; иногда его роль может исполнять обычная компьютерная дискета с программой. Роли аналитика, постановщика и специалиста по обработке в ряде случаев могут совмещаться одним человеком (иногда в дальнейшем изложении будем называть такого человека исследователем).

Введенные в настоящем разделе основные понятия, отражающие структуру, содержание и роли экспертного анализа, а также связи между ними, показаны на рис. 1.

Приведенная структура экспертного анализа позволяет специфицировать основные требования к автоматизированной системе, реализующей технологию экспертных оценок, а именно:

выделить подсистемы, определить их функциональное назначение и задачи;

определить основные информационные объекты экспертного анализа, их состав и атрибуты;

перечислить основные аналитические задачи, решаемые в ходе экспертного анализа;

классифицировать пользователей системы и для каждого из них определить содержательные требования к интерфейсу;

спроектировать структуру системы.

На рис. 2 приведена структура системы ЭКСПЕРТ [2], классифицируемой как автоматизированное рабочее место исследователя, выполняющего экспертный анализ.

13

14

Системный

Постановщик

Эксперт

Специалист

аналитик

по обработке

Пользовательский интерфейс

Модель

Спецификация

Анкета

Данные

Результаты

экспертизы

Подсистема

Подсистема

Подсистема

Подсистема

Подсистема

построения

постановки

проведения

обработки

интерпретации

экспертной

экспертного

экспертного

экспертных

результатов

модели

опроса

опроса

оценок

Описание экспертизы

Факторы и связи

Объекты

Шкала оценок

Экспертные

Результаты

экспертизы

оценки

	Анализ модели	Анализ шкалы	Анализ оценок	Анализ
				результатов
		Библиотека вычислительных функций
		Рис. 2. Структура системы ЭКСПЕРТ

1 ГЛАВА

ВВЕДЕНИЕ В ЭКСПЕРТНЫЙ АНАЛИЗ

Выводы

1.Построение строгой математической модели исследуемой системы не всегда возможно из-за ее слабой изученности, многообразия действующих факторов, их качественного и случайного характера, нечеткости целей и критериев, а иногда и из-за отсутствия материальных средств.

2.Альтернативу формализованным методам составляют методы интуитивные, основанные на построении субъективных эвристик и называемые методами экспертных оценок.

3.Областью применения методов экспертных оценок стало решение современных задач системного анализа, связанных со стратегическим планированием и прогнозированием, выбором и принятием решений, структурным анализом и распределением ресурсов.

4.Основными понятиями технологии экспертных оценок являются экспертный анализ, экспертиза, эвристическая модель, факторы, объекты, экспертные оценки.

5.Экспертный анализ сложных проблем включает пять этапов: построение эвристической модели; постановку экспертного анализа; проведение экспертного опроса и получение оценок; обработку экспертных оценок; интерпретацию результатов.

15

ГЛАВА 2

Глава 2

ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ

2.1. Формальное и эвристическое моделирование

Анализ любой проблемы начинается с построения модели исследуемого объекта или процесса. Философия и теория моделирования достаточно подробно описаны в соответствующей литературе. Известны самые различные подходы и средства создания моделей – от абстрактных (математических, языковых, знаковых) до материальных, рождающих реальное вещественное воплощение объекта исследования. Не вдаваясь в подробности теории моделирования, отметим лишь два момента, связанных с процессом моделирования и человеческой деятельностью.

1. Даже если человек не планирует «по-научному» строить модель и фиксировать ее на бумаге (в металле, камне, ЭВМ и другими средствами), он все равно невольно создает ее у себя в голове, систематизируя поступающую к нему информацию и связывая друг с другом различные явления в целостное внутреннее представление.

2. Все, что делает человек, все его решения определяются имеющейся у него моделью, образом реального мира, от адекватности которого зависит, в первую очередь, качество его деятельности.

Заметим, что формирование модели является неизбежным и неотъемлемым этапом решения любой задачи. Причем цели этого процесса могут быть самыми различными – от получения максимально похожего на оригинал прототипа до простого наведения порядка в своей собственной голове. Рассмотрим два полярных (однако в ряде случаев взаимодополняющих) подхода к моделированию. Первый, назовем его формальным, предназначен для строгого абстрактного описания объектов с воспроизведением всех его количественных характеристик; второй – эвристический – служит больше для структурного упо-

16

ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ

ЭВРИСТИЧЕСКИЙ									ФОРМАЛЬНЫЙ
ПОДХОД									ПОДХОД
				"		Модель	!
	Эвристическое		!			Методы описания		"	Формальное
	описание				знаний				описание
	#								#
	Субъективные								Объективные
	знания		!		Источники знаний			"	знания (экспе-
	(экспертные								риментальные
	суждения)								данные)
	#								#
						Объект
						исследования
Рис. 3. Формальный и эвристический подходы к моделированию

рядочения объектов предметной области и их свойств (рис. 3). Основой формального описания служат объективные данные и факты. Эвристическое описание строится на субъективных суждениях экспертов. Рассмотрим оба подхода более подробно.

Процедура построения формальной модели выглядит следующим образом. Вводится множество переменных ξ , являющихся количественными показателями анализируемых свойств объекта и внешней по отношению к нему среды. В качестве таких переменных в теории систем обычно выступают четыре компонента:

ξ ={Y, X, U, V },

где Y – множество выходов; X – множество внутренних переменных, определяющих состояние системы; U – множество управляемых входов; V – множество неуправляемых входов (состояние внешней среды).

Существующие между свойствами и переменными объекта взаимосвязи представляются средствами некоторого формального языка, определяющего множество отношений Rξ на множестве переменных ξ . В теории систем такие отношения описываются уравнениями двух видов:

Rξ ={Φ , Ψ },

17

	ГЛАВА 2
где Y=Φ	(X, U, V ) – алгебраические уравнения, описывающие выход
.	системы;
X=Ψ	(Y, U, V ) – дифференциальные уравнения, характеризующие
	динамику системы.
Совокупность переменных и связей между ними образует струк-
туру формальной модели (см. рис. 6,а)
M={ξ , Rξ },
описывающей поведение объекта. Изучение какого-либо явления, свя-
занного с исследуемым объектом, состоит в решении уравнений моде-
ли при наложенных явных условиях и ограничениях Ω				, определяющих
частные случаи поведения объекта и классифицирующих его основ-
ные состояния.
Рассмотрим простой пример,			PÑ
иллюстрирующий введенные поня-
тия. Объектом исследования явля-			%
ется стакан с водой и погруженным				VÏ
в нее кипятильником (рис. 4). Пере-
менные:
VП – интенсивность парообразо-
вания; TВ – температура воды; VВ –		TÂ
объем воды; W – мощность кипяти-				VÂ
льника; D – диаметр стакана; TС –
температура окружающего возду-
ха; PС – давление окружающего воз-		TÑ $		W
духа; t – время.
Первая переменная описывает
выход системы, вторая и третья – со-
стояние (внутренние переменные),
четвертая и пятая – управляемые		!	D	"
входы, шестая и седьмая – парамет-		Рис. 4. Система «стакан-
ры среды (неуправляемые входы).		вода-кипятильник-среда»
На множестве введенных пере-
менных определены следующие от-
ношения:
dTВ	/ dt=ψ (VВ, W, TС) – зависимость скорости изменения темпера-
туры воды от ее объема, мощности кипятильника и состояния окружа-

18

ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ

ющей среды;

VП=ϕ (TВ, D, PС) – зависимость интенсивности испарения воды от ее температуры, площади поверхности и состояния окружающей среды.

Вводя условия и ограничения, можно классифицировать состояния и явления, такие как нагревание воды (dTВ /dt >0), кипение (TВ> 100 oC, PС=1 атм) и др. Безусловно, сделанное описание упрощено и не является строгим и корректным. Хотя физики и не простят автору подобную вольность по отношению к хорошо изученным и подробно описанным процессам, однако цель данного примера – лишь иллюстрация процесса построения формальной модели.

Эвристическая модель строится в тех случаях, когда невозможно указать или сформировать количественные показатели, измерить их непосредственно или косвенно, либо строго описать взаимосвязи между ними из-за слабой изученности объекта или высокой сложности задачи.

Внешне эвристическая модель отличается от формальной, прежде всего, отсутствием переменных в явном виде. Для обозначения таких понятий как переменная, характеристика, параметр, признак, цель и критерий в эвристических моделях используется один термин – фактор. Неудивительно, что в отличие от переменной, понятие фактора трактуется более широко. Так, в качестве фактора может выступать некоторый обобщенный показатель, объединяющий сразу несколько переменных, или безразмерная качественная характеристика, вообще не имеющая физической природы.

Не претендуя на строгость, фактор можно определить как множество, состоящее, по крайней мере, из двух элементов, отражающих различные уровни некоторых подлежащих рассмотрению величин.

В статистическом словаре [14] фактор определяется как 1) причина, находящаяся в определенной логической связи со след-

ствием (так, технический прогресс рассматривается как важнейший фактор повышения производительности труда);

2) числовая величина (показатель), находящаяся в количественно определенной взаимосвязи с другим показателем, называемым результативным (аналог входной и выходной переменной в формальной модели);

3) внутренне присущая эволюции объекта непосредственно не наблюдаемая причина, которой, однако, может быть придана количе-

19

ГЛАВА 2

ственная определенность (используется для обозначения виртуальных или гипотетических величин в факторном анализе).

Отметим два основных аспекта интерпретации понятия фактора, вытекающих из приведенных определений.

1. Фактор рассматривается как величина, самостоятельная или являющаяся частью более общего показателя. С этой точки зрения факторы можно разделить на количественные (выражающиеся с помощью чисел) и качественные; дискретные (с определенным, чаще всего небольшим числом уровней) и непрерывные.

2. Фактор рассматривается как причина какого-либо явления или события. В этом случае фактор может отражать как явную (непосредственно влияющую на событие), так и неявную (опосредованно воздействующую) причину. Например, человеческий фактор – непосредственная причина аварии, однако опосредованным источником является несовершенный человеко-машинный интерфейс. Фактор как причина может быть конкретным и абстрактным, являющимся виртуальным, зачастую даже физически не существующим обобщением.

Сделанные замечания позволяют выполнить формальную классификацию факторов (рис. 5).

	КоличественныйКачественный	}ХАРАКТЕР
Величина
	Непрерывный
	Дискретный	ÒÈÏ
		}
Фактор	Явный	}ВАННОСТЬОПОСРЕДО-
Причина	Неявный
&	АбстрактныйКонкретный	}НОСТЬОБОБЩЕН-
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Рис. 5. Классификация факторов

20