Когнитивные модели. Лабораторная работа 1.2

1.

Лабораторная работа 1.2
Когнитивные модели

2.

Базовые понятия
• Когнитивная карта – субъективная модель ситуации, отражающая
знания (и\ или верования) субъекта о причинно-следственных
влияниях между факторами ситуации,
будь эти влияния законами развития ситуации
или правилами принятия решений субъектов, вовлеченных в
ситуацию.
cognitive map,
causal map
Прикладную нишу составляют слабо структурированные
ситуации
с широким использованием качественных переменных
/ «абстрактное моделирование»/
Мы рассматриваем когнитивное моделирование как наукоемкую
междисциплинарную методологию решения прикладных задач
посредством когнитивных карт, которая, в большей или меньшей
степени, поддерживается инструментальными средствами.
Используются синонимы
– моделирование ситуаций на основе когнитивных карт
– когнитивный анализ
– когнитивное картирование
cognitive mapping, cognitive approach

3.

Немного истории
• !!! Магоро Маруяма (1963) («диаграмма»)
• !!! Фред Робертс (1973) («знаковый граф»)
• !!!
(1986) (+«взвешенный граф»)
• Роберт Аксельрод (1976)(«когнитивная карта»)
• Барт Коско (1986) («нечеткая когнитивная карта»
…
• !!! В.В.Кульба и его школа (1993)
• !!! В.И.Максимов (1999)
…

4.

Распространение КМ. География.
Динамика
• География:
Россия, Бразилия, Чили, Португалия,, Южная Корея, Турция, США и т.д
Казахстан, Белорусия…
Россия: Москва, Таганрог, Иркутск, Лесосибирск, …
• 4 лаборатории ИПУ РАН
• Устойчивый поток публикаций
• Что дает сегодня
Анализ, прогнозирование, управление развитием в самых разных прикладных
областях
Молодое направление – когнитивные игры, теоретико-игровой подход

5.

Центральные методологические проблемы
в когнитивном моделировании
• Проблема участия человека при формализации
усиливается слабоструктурированностью ситуаций, их новизной,
часто – дефицитом объективных данных,
сочетанием качествественных переменных с количественными,
мультидисциплинарным характером исследуемых ситуаций
Проблема, обусловленных человеческим фактором
при решении задач управления
Проблема достоверности,
• Разнообразие «мира когнитивных карт» в сочетании с его
открытостью;
• Проблема взаимного непонимания теоретиков и практиков
(«пропасть»);
• Некоторые теоретические сложности и ограничения

6.

Общая характеристика
разнообразия когнитивных карт.
Функциональные когнитивные
карты

7.

2.Базовые понятия.
Многозначность, синонимия
Когнитивная карта, КК (в широком смысле) – субъективная модель ситуации,
отражающая знания (и\ или верования) субъекта о причинно-следственных
влияниях между факторами, характеризующими ситуацию.
cognitive map, causal map
Когнитивная карта
Функциональный граф
Когнитивная модель
Фактор концепт (concept)
Имеет место разнообразие типов (языков, теоретических моделей) когнитивных
карт, отличающихся степенью формализации, семантикой языка
У теоретиков и практиков – разное понимание семантики карт в рамках одного
типа карт
Предмет исследования – преимущественно:
функциональные КК, а также знаковые КК
Фактор (от лат. factor – действующий, производящий) – причина,
движущая сила к.-л. процесса, явления, определяющая его характер
или отдельные его черты.

8.

Функциональные когнитивные
карты
каузальные
функциональные
когнитивные карты
Поведение отдельного
фактора описывается
функцией некоторого типа
когнитивные
формальные
/вычислимые/

9.

Пример формальной когнитивной карты
(фрагмент)
Жесткость визового
режима
с Таджикистаном
Производство
героина
в Афганистане
+
-
Поток эмигрантов
из Таджикистана,
перевозящих
героин
Поток
эмигрантов
из
Таджикистана
+
Уровень
таможенного
контроля
Фактор (концепт)
переменная
Элементарные
семантические
конструкции
+
Поставки
героина
в мегаполис
- wi
- wj
Жесткость наказания за
перевозку наркотиков
Связь прямое
причинноследственное
влияние
+
Потребление
героина
в мегаполисе
+
+
Смертность
от употребления
наркотиков
в мегаполисе
Кол-во
преступлений,
связанных с
наркоманией и
наркобизнесом
Узел
функция
агрегирования влияний
Функциональная карта

10.

Систематизация типов формальных когнитивных карт
Карты
в духе Коско
(нечеткие)
Карты
в духе Робертса
Карты
в духе Аксельрода
Знаковые (x)
логические
Нет
степеней
свободы в
задании
силы
влияния
Карты анализа
влияний фактора на
фактор (w)
псевдонечеткие
истинно
нечеткие
Две степени
свободы в
управлении
ситуацией
С управляемыми
весами
... T1
Одна
степень
свободы
в задании
силы
влияния
Одна степень
свободы в
управлении
ситуацией
T3
Линейные
T20
Псевдолинейные
T2
С переменными
весами
Две степени
свободы
в задании
силы
влияния
...
...
T21
Функции,
основанные
на правилах
T2
Функциональные карты
yi (t 1) fiWi Xi (t),Wi , g(t 1)
xi - значение фактора,
wi - вес (сила, значимость,
интенсивность) влияния
одного фактора на другой,
g - управление
yi (t 1) fi yi (t), Хi (t), g(t 1)

11.

Шкалы параметров. Двойные шкалы
(пример)

12.

Примеры карт
Пример 1.
«Диаграмма» для анализа проблемы удаления
твердых отходов (Маруяма, 1963)

13.

Примеры карт
Пример 2.
Когнитивная карта техногенной угрозы (Массель, 2010)
+
+
+
AL
С2
+
+
+
C6
+
-
-
+
С3
+
+
С1
-
C7
+
С4
+
-
U
+
АВП – аварии, взрывы, пожары

14.

Примеры карт
Пример 4.
Когнитивная карта по проблеме раздела спорной территории
Баренцева моря (Куливец, 2011)

15.

Когнитивная карта.
Модель внешнего поведения
Управляющие воздействия
на смешанные факторы, G
Управляющие
факторы, U
Факторы внешней
среды, X
Целевые
факторы, Z

16.

КОГНИТИВНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Под когнитивным моделированием понимается построение когнитивных
моделей, или, иначе, когнитивных карт (ориентированных графов), в
которых вершины соответствуют факторам (концептам), а дуги – связям
между факторами (положительным или отрицательным), в зависимости
от характера причинно-следственного отношения [Трахтенгерц, 1988].
Математическим аппаратом для построения когнитивных моделей
является теория графов. Следует отметить, что подход, основанный на
использовании когнитивных карт для описания слабоструктурированных
ситуаций, на протяжении ряда лет развивается в Институте проблем
управления РАН, проводятся регулярные конференции, посвященные
этим проблемам, на одной из которых были представлены также
результаты авторов [Массель А., 2011].
[Трахтенгерц, 1988] Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия
решений.- М.: СИНТЕГ, 1998.-376 с.
[Массель А., 2011] Массель А.Г. Когнитивный подход в исследованиях
проблем энергетической безопасности России / Когнитивный анализ и
управление развитием ситуации (CASC’2011): Труды IX Международной
конференции (14-16 ноября 2011 г., Москва). – М.: ИПУ РАН, 2011. – С.
224-228.

17.

КОГНИТИВНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Для описаний ситуаций при исследовании проблемы
энергетической безопасности предложено использовать
когнитивные карты для отображения взаимосвязей исследуемых
объектов и влияния на них угроз ЭБ.
Когнитивная карта – вид математической модели,
представленной в виде графа и позволяющей описывать
субъективное восприятие человеком или группой людей какоголибо сложного объекта, проблемы или функционирования
системы.
Когнитивная карта предназначена для выявления
причинно-следственных связей между элементами системы,
сложного объекта, составляющими проблемы и оценки
последствий, происходящих под влиянием воздействия на эти
элементы или изменения характера связей этих элементов.
17

18.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
•Требуется определить множество факторов {F}, влияющих на развитие
ЭС (или на развитие чрезвычайной ситуации в ЭС), и множество связей
между ними {R}, а также:
• а) определить характер влияния факторов друг на друга (знак связи
Ri):
• Ri
, если увеличение Fi приводит к увеличению Fj
или уменьшение Fi приводит к уменьшению Fj;
- , если уменьшение Fi приводит к увеличению Fj
или увеличение Fi приводит к уменьшению Fj
18

19.

КОГНИТИВНАЯ КАРТА АКСЕЛЬРОДА

20.

КОГНИТИВНАЯ КАРТА ПРИРОДНОЙ УГРОЗЫ
Угроза
«Похолодание»
+
Потребность в
э/э
+
Потребность в
т/э
-
-
+
Производство
э/э
Производство
т/э
-
+
-
Потребление
топлива
+
Запасы
топлива
+
Восполнение
запасов топлива
+
Дополнительные
мощности по
добычи топлива
Дополнительные
мощности

21.

КОГНИТИВНАЯ МОДЕЛЬ УГРОЗЫ «АВП»
В БИБЛИОТЕКЕ COGMAP

22.

КОГНИТИВНАЯ КАРТА УГРОЗЫ ПОХОЛОДАНИЯ

23.

Что должно быть в отчете
• Теоретическая часть
• Постановка задачи – что, для чего, почему и
зачем.
• Описание предметной области
• Ваши КК
23

24.

Средства реализации
• CMapTools
• Visio и Paint если совсем никак
24

25.

Как защитить?
• Защита практической части
• Защита теоретической части
25