Моделирование систем / lec11_1

Когнитивные карты

(«когнитивный» от латинского cognitio — познание)

В современном понимании, «когнитивными» называют не только процессы мышления, но и любые формы взаимодействия человека и среды, основанные на построении образа ситуации.

Термин предложен в 1948 в работе американского психолога Э. Толмена "Когнитивные карты у крыс и человека".

Когнитивная психология занимается изучением процессов восприятия, осмысления и понимания у человека.

Когнитивистика (когнитивная наука) — междисциплинарное научное направление, объединяющее теорию познания, когнитивную психологию, нейрофизиологию, когнитивную лингвистику и теорию искусственного интеллекта.

В когнитивистике совместно используются компьютерные модели, взятые из теории искусственного интеллекта, и экспериментальные методы, взятые из психологии и физиологии высшей нервной деятельности, для разработки точных теорий работы человеческого мозга.

Методология когнитивного моделирования, предназначенная для анализа и принятия решений в плохо определенных ситуациях, была предложена Аксельродом [Axelrod R. The Structure of Decision: Cognitive Maps of Political Elites. – Princeton. University Press, 1976]

Слабоструктурированные системы (экономика, социология, экология и т. п.):

многоаспектность происходящих в них процессов и их взаимосвязанность;

отсутствие достаточной количественной информации о динамике процессов, что вынуждает переходить к качественному анализу таких процессов

изменчивость характера процессов во времени и т.д.

Когнитивное моделирование содержит несколько взаимосвязанных этапов:

когнитивная структуризация;

структурный анализ когнитивной модели;

сценарное моделирование развития ситуации;

оценка и интерпретация результатов моделирования;

корректировка когнитивной модели.

Структуризация - синтез знаний о системе и внешней для нее среде.

Цель - построение когнитивной карты, позволяющей выявить наиболее существенные (базисные) факторы, характеризующие взаимодействие объекта и внешней среды, установить качественные связи между ними.

Когнитивная карта отражает субъективные представления эксперта исследуемой проблемы и ситуаций, связанных с функционированием и развитием анализируемой системы.

Составными элементами когнитивной карты) являются факторы (базисные факторы, концепты) и причинноследственные связи между факторами.

Факторы определяют и ограничивают наблюдаемые процессы и явления в анализируемой системе и внешнем окружении.

Наиболее часто КК представляют в виде ориентированных графов. Вершинами графа являются факторы (характеристики ситуации), а дуги определяют причинноследственные связи.

а— положительная связь;

б— отрицательная связь

Взнаковом графе влияние одного фактора на другой обозначается знаками «+», если увеличение (уменьшение) одного фактора приводит к увеличению (уменьшению) другого, или «-», если увеличение (уменьшение) одного фактора приводит к уменьшению (увеличению) другого.

Знаковый граф (знаковая КК)

Если дугам поставлены в соответствие весовые коэффициенты в определенной шкале, то граф взвешенный

Взвешенный граф (числовая КК)

Описания зависимости факторов (влияния концептов друг на друга) и соответственно, их изменения могут иметь лингвистические значения («низкий», «незначительный», «высокий» и др.), имеющие свою числовую интерпретацию в виде функций принадлежности.

Различают два типа задач анализа ситуаций на основе КК.

Анализ влияния (статический анализ) — анализ исследуемой ситуации на основе изучения структуры взаимовлияний факторов

Используются характеристики:

Влияние одного концепта на другой

Влияние каждого концепта на систему

Влияние системы на концепты

Если у КК имеются дуги с весами разных знаков, то вычисляются отдельно положительные и отрицательные влияния одного концепта на другой и за результирующее берется большое по модулю влияние со своим знаком.

При этом для анализа модели дополнительно используют следующие характеристики влияния концепта на концепт: