Когнитивные технологии для поддержки принятия управленческих решений
Максимов В.И., Корноушенко Е.К., Качаев С.В.

---

Когнитивный анализ и моделирование сложных ситуаций

Предпосылки к применению когнитивного подхода к анализу сложных ситуаций. Сложности анализа процессов и 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 (экономических, социальных и т. п.) и их взаимосвязанностью; в силу этого невозможно вычленение и детальное исследование отдельных явлений – все происходящие в них явления должны рассматриваться в совокупности;
• отсутствием достаточной количественной информации о динамике процессов, что вынуждает переходить к качественному анализу таких процессов;
• изменчивостью характера процессов во времени и т. д.

В силу указанных особенностей экономические, социальные и т. п. системы называются слабоструктурированными системами. Под текущей ситуацией понимается состояние слабоструктурированной системы в рассматриваемый момент времени. Число факторов в ситуации может измеряться десятками. И все они вплетены в паутину меняющихся во времени причин и следствий. Увидеть и осознать логику развития событий на таком многофакторном поле крайне трудно. А ведь постоянно приходится отвечать (зачастую – незамедлительно) на вопросы типа: “Что нужно сделать (на какие факторы повлиять), чтобы улучшить состояние ситуации?”, “Что будет с ситуацией через такое-то время, если ничего не предпринимать?”, “Какие из предпринимаемых мероприятий будут эффективнее в плане достижения поставленной цели?” и пр.

На такие вопросы можно успешно ответить, если использовать компьютерные средства познавательного (когнитивного) моделирования ситуаций. Подобные средства в экономически развитых странах применяются уже десятки лет, помогая предприятиям выжить и развить бизнес, а властям готовить хорошие нормативные документы.

Специфика применения средств когнитивного моделирования – в их ориентированности на конкретные условия развития ситуации в той или иной стране, регионе, городе, городке, поселке (политическая и экономическая устойчивость, ментальность населения и власти, хаотичность информационной сферы, открытость рынка, полнота нормативной базы и пр.). Попытки применить в российских условиях известные зарубежные средства когнитивного моделирования пока малоуспешны. Работы по развитию когнитивного подхода и его применению для анализа и управления слабоструктурированными системами проводятся в настоящее время в Институте проблем управления РАН [1–3]. Результаты этих работ успешно применены для решения некоторых прикладных задач [4–6].

Понятие и составление когнитивной карты сложной ситуации. Исходным понятием в когнитивном моделировании сложных ситуаций является понятие когнитивной карты ситуации.

Когнитивная карта ситуации представляет собой ориентированный взвешенный граф, в котором

• вершины взаимнооднозначно соответствуют базисным факторам ситуации, в терминах которых описываются процессы в ситуации. Множество первоначально отобранных базисных факторов может быть верифицировано с помощью технологии data mining, позволяющей отбросить избыточные факторы, слабо связанные с ядром базисных факторов;
• определяются непосредственные взаимосвязи между факторами путем рассмотрения причинно-следственных цепочек, описывающих распространение влияний одного фактора на другие факторы. Считается, что факторы, входящие в посылку “если…” цепочки “если…, то…”, влияют на факторы следствия “то…” этой цепочки, причем это влияние может быть либо усиливающим (положительным), либо тормозящим (отрицательным), либо переменного знака в зависимости от возможных дополнительных условий.

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, отображенной в когнитивной карте, т. е. к когнитивной модели. На этом уровне каждая связь между факторами когнитивной карты раскрывается до соответствующего уравнения, которое может содержать как количественные (измеряемые) переменные, так и качественные (не измеряемые) переменные. При этом количественные переменные входят 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. Здесь существенную помощь может оказать использование процедур data mining.

Формально когнитивная модель ситуации может быть, как и когнитивная карта, представлена графом, однако каждая дуга в этом графе представляет уже некую функциональную зависимость между соответствующими базисными факторами, т. е. когнитивная модель ситуации представляется функциональным графом.

Вопросы обеспечения целенаправленного поведения в сложной ситуации. При анализе конкретной ситуации пользователь обычно знает или предполагает, какие изменения базисных факторов являются для него желательными. Факторы, представляющие наибольший интерес для пользователя, назовем целевыми. 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 одном из целевых факторов.

При корректно заданной цели управления и при наличии управляющих воздействий, согласованных с этой целью, решение задачи управления не вызывает особых трудностей (даже при нелинейной когнитивной модели ситуации со знакопостоянными влияниями факторов друг на друга). В общем же случае нахождение условий для обеспечения целенаправленного поведения в ситуации является весьма непростой задачей, требующей специального рассмотрения.

Методика когнитивного анализа сложных ситуаций

Когнитивный анализ сложной ситуации (погружение в проблему, идентификация проблемы):

1. формулировка задачи и цели исследования;
2. изучение социально-экономического процесса с позиций поставленной цели;
3. сбор, систематизация, анализ существующей статистической и качественной информации по проблеме; источники – СМИ, собственные источники и др. ;
4. выделение основных характеристических признаков изучаемого процесса и взаимосвязей, определение действия основных объективных законов (экономических, политических, социальных) развития исследуемой финансовой ситуации – это позволит выделить объективные зависимости, тенденции в процессах;
5. определение присущих исследуемой ситуации требований, условий и ограничений;
6. выделение основных социально-политических субъектов, связанных с ситуацией, определение их субъективных интересов в развитии данной ситуации – это позволит определить возможные изменения в объективном развитии ситуации, выделить факторы, на которые реально могут влиять субъекты ситуации;
7. определение путей, механизмов действия, реализации экономических и политических интересов основных социально-политических субъектов – это позволит в дальнейшем определить стратегии поведения и предотвращения нежелательных последствий развития ситуации.

Построение когнитивной (графовой) модели проблемной ситуации

1. Выделение факторов, характеризующих проблемную ситуацию:
1.1. Выделение базисных (основных) факторов, описывающих суть проблемы. Выделение в совокупности базисных факторов целевых факторов. Например, суть проблемы неплатежей налогов можно сформулировать в факторах “Неплатежи налогов”, “Доходы бюджета”, “Расходы бюджета”, “Дефицит бюджета” и др.
1.2. Определение факторов, влияющих на целевые факторы. Эти факторы в модели будут являться потенциально возможными рычагами воздействия на ситуацию. Например, при решении проблемы неплатежей налогов это будут факторы “Собираемость налогов”, “Политическая стабильность региона”, “Финансовое состояние региона”, “Инвестиционный рейтинг региона” и др.
1.3. Определение факторов-индикаторов, отражающих и объясняющих развитие процессов в проблемной ситуации и их влияние на различные сферы (экономическую, социальную, политическую и др.).
2. Группировка факторов по блокам. Объединяются в один блок факторы, характеризующие данную сферу проблемы и определяющие процессы в этой сфере. Здесь возможны варианты в зависимости от специфики проблемы, целей анализа, количества субъектов ситуации и т. д. Например, геополитический, макро- и микроэкономический блок, социальные, демографические, отраслевые. федеральные и региональные блоки:
2.1. Выделение в блоке группы интегральных показателей (факторов), по изменению которых можно судить об общих тенденциях в данной сфере. Например, фактор “Дефицит бюджета” обобщенно характеризует ситуацию в бюджетной сфере.
2.2. Выделение в блоке показателей (факторов), характеризующих тенденции и процессы в данной сфере более детально. Например, факторы “Государственные закупки”, “Государственные трансфертные платежи” и др. более конкретно характеризуют ситуацию в бюджетной сфере.
3. Определение связей между факторами:
3.1. Определение связей и взаимосвязей между блоками факторов. Это позволит определить основные направления влияния факторов разных блоков друг на друга.
3.2. Определение непосредственных связей факторов внутри блока:
3.2.1. Определение направления влияний и взаимовлияний между факторами. Например, фактор “Уровень налогового бремени” влияет на “Неплатежи налогов”.
3.2.2. Определение позитивности 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”.
3.2.3. Определение силы влияния и взаимовлияния факторов (слабо, сильно). Например, увеличение (уменьшение) фактора “Уровень налогового бремени” “значительно” увеличивает (уменьшает) “Неплатежи налогов”.
3.3. Определение связей между факторами различных блоков.
4. Проверка адекватности модели, т. е. сопоставление полученных результатов с характеристиками системы, которые при тех же исходных условиях были в прошлом. Если результаты сравнения – неудовлетворительны, то модель корректируется и переходят к п. 1.

Моделирование. Моделирование – это средство выявления экономических, политических и социальных закономерностей предупреждения и предотвращения негативных тенденций, получения теоретических и практических знаний о проблеме и формулирования на этой основе практических выводов.

Моделирование представляет собой циклический процесс. Знания об исследуемой проблеме расширяются и уточняются, а исходная модель постоянно совершенствуется.

Моделирование основано на сценарном подходе (см. рис.).

Процесс моделирования

Сценарий – совокупность тенденций, характеризующих ситуацию в настоящий момент, желаемых целей развития, комплекса мероприятий, воздействующих на развитие ситуации, и системы наблюдаемых параметров (факторов), иллюстрирующих поведение процессов.

Сценарий может моделироваться по трем основным направлениям.

1. Прогноз развития ситуации без всякого воздействия на процессы в ситуации – ситуация развивается сама по себе.
2. Прогноз развития ситуации с выбранным комплексом мероприятий (управлений) – прямая задача.
3. Синтез комплекса мероприятий для достижения необходимого изменения состояния ситуации – обратная задача.

Этапы моделирования:

• определение начальных условий, тенденций, характеризующих развитие ситуации на данном этапе. Это необходимо для придания адекватности модельного сценария реальной ситуации, что усиливает доверие к результатам моделирования;
• задание целевых, желаемых направлений (увеличение, уменьшение) и силы (слабо, сильно) изменения тенденций процессов в ситуации;
• выбор комплекса мероприятий (совокупности управляющих факторов), определение их возможной и желаемой силы и направленности воздействия на ситуацию;
• выбор комплекса возможных воздействий (мероприятий, факторов) на ситуацию, силу и направленность которых необходимо определить;
• выбор наблюдаемых факторов (индикаторов), характеризующих развитие ситуации, осуществляется в зависимости от целей анализа и желания пользователя.

Каждое из трех направлений моделирования включает в себя определенную совокупность взаимосвязанных этапов моделирования (см. табл.).

Особенности управления сложными ситуациями

При анализе текущего состояния сложной ситуации перед пользователем неизбежно встают следующие вопросы:

1. какие модели управления следует выбрать для обеспечения желаемого поведения целевых факторов?
2. какие изменения ситуации возможны в ближайшем будущем?
3. какие проблемы при этом могут возникнуть?

Вопросы группы 1 – это вопросы текущего (оперативного) управления ситуацией для достижения поставленных целей. Решением этой задачи могут быть несколько вариантов “пригодного” управления. Поскольку изначально постулируется, что каждому понятию, используемому в когнитивной модели, однозначно соответствует конкретное предметное понятие, то реализация каждого найденного варианта управления предусматривает проведение соответствующих конкретных мероприятий. И тут сразу же возникает задача сравнительного оценивания этих вариантов по:

• близости результатов управления к намеченной цели (по эффективности вариантов);
• по затратам (финансовым, физическим, моральным и т. п.), связанным с реализацией каждого варианта;
• по характеру последствий (обратимые, необратимые) от реализации соответствующих вариантов в реальной ситуации и т. д.

Вопросы группы 2 связаны с прогнозированием стратегий возможных изменений в текущей ситуации. Эти изменения могут быть обусловлены внутренними причинами (например, реализация некоторого управления может быть связана с изменением взаимодействия факторов в реальной ситуации и подобное изменение может породить новые проблемы) и внешними причинами, обусловленными тем обстоятельством, что на реальную ситуацию непрерывно действуют внешние возмущения, источники которых не включены в когнитивную модель анализируемой ситуации. Внешние причины удобно разделить на предсказуемые, возникновение которых можно предвидеть на основе анализа информации, поступающей от СМИ и других источников, и на непредсказуемые, о которых пользователь узнает после их возникновения. Независимо от характера причин, изменяющих ситуацию, их учет приводит к необходимости изменения исходной когнитивной модели ситуации.

Литература:

1. Максимов В. И., Корноушенко Е. К. Знание – основа анализа.//Банковские технологии, № 4, 1997.
2. Корноушенко Е. К., Максимов В. И. Управление процессами в слабоформализованных средах при стабилизации графовых моделей среды.//Труды ИПУ, 1998. вып. 2.
3. Максимов В. И., Корноушенко Е. К. Аналитические основы применения когнитивного подхода при решении слабоструктурированных задач.//Труды ИПУ, 1998. вып. 2.
4. Максимов В. И., Качаев С. В., Корноушенко Е. К. Концептуальное моделирование и Мониторинг проблемных и конфликтных ситуаций при целенаправленном развитии региона.//В сб. “Современные технологии управления для администраций городов и регионов”. Фонд “Проблемы управления”, М., 1998.
5. Максимов В. И., Корноушенко Е. К., Качаев С. В. Анализ ситуации и компенсация теневых аспектов в свободной торговле.//В сб. “Современные технологии управления для администраций городов и регионов”//Фонд “Проблемы управления”, М., 1998.
6. Максимов В. И., Корноушенко Е. К., Качаев С. В., Григорян А. К. Когнитивный подход к анализу проблемы демонополизации в транспортном комплексе.//Труды ИПУ, 1998. вып. 2.

---

&copy Информационное общество, 1999, вып. 2, с. 50 - 54.