Когнетивные модели управления

1. Когнитивный анализ

Когнитивный анализ иногда именуется  исследователями «когнитивной структуризацией».

Когнитивный анализ рассматривается  как один из наиболее мощных инструментов исследования нестабильной и слабоструктурированной среды. Он способствует лучшему пониманию  существующих в среде проблем, выявлению  противоречий и качественному анализу  протекающих процессов. Суть когнитивного (познавательного) моделирования –  ключевого момента когнитивного анализа - состоит в том, чтобы  сложнейшие проблемы и тенденции  развития системы отразить в упрощенном виде в модели, исследовать возможные  сценарии возникновения кризисных  ситуаций, найти пути и условия  их разрешения в модельной ситуации. Использование когнитивных моделей  качественно повышает обоснованность принятия управленческих решений в  сложной и быстроизменяющейся обстановке, избавляет эксперта от «интуитивного  блуждания», экономит время на осмысление и интерпретацию происходящих в  системе событий.

В.И. Максимов и С.В. Качаев для объяснения принципов использования информационных познавательных (когнитивных) технологий для совершенствования управления используют метафору корабля в бушующем океане - так называемую модель «фрегат-океан». Большинство видов коммерческой и некоммерческой деятельности в  нестабильной и слабоструктурированной среде «неизбежно связаны с риском, вызываемым как неопределенностью  будущих условий работы, так и  возможными ошибочными решениями, принимаемыми руководством…. Руководству очень  важно уметь предвидеть подобные трудности и заранее разработать  стратегии их преодоления, т.е. иметь  заранее проработанные установки  возможного поведения». Эти разработки предлагается проводить на моделях, в которых информационная модель объекта управления («фрегат») взаимодействует с моделью внешней среды - экономической, социальной, политической и т.д. («океан»). « Цель такого моделирования - дать рекомендации “фрегату” как пересечь “океан” с наименьшими “усилиями”… Интерес… представляют способы достижения цели с учетом попутных “ветров” и “течений” … Итак, ставим цель: определить “розу ветров”… [внешней среды], а там посмотрим, какие “ветры” будут попутными, какие - встречными, как ими воспользоваться и как обнаружить важные для… [объекта] свойства внешней ситуации».

Таким образом, сущность когнитивного подхода заключается, как уже  упоминалось, в том, что бы помочь эксперту отрефлексировать ситуацию и  разработать наиболее эффективную  стратегию управления, основываясь  не столько на своей интуиции, сколько на упорядоченном и верифицированном (насколько это возможно) знании о сложной системе.

2. Этапы когнитивного 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.

1. Формулировка цели и задач исследования.
2. 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.
3. Выделение основных факторов, воздействующих на развитие ситуации.
4. Определение взаимосвязи между факторами путем рассмотрения причинно-следственных цепочек (построение когнитивной карты в виде ориентированного графа).
5. 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  этапов 3 – 5 строится, в конечном  итоге, когнитивная модель ситуации (системы), которая отображается  в виде функционального графа. Поэтому можно сказать, что этапы 3 – 5 представляют собой когнитивное моделирование. Более подробно все эти стадии и основные понятия когнитивного моделирования будут рассмотрены в пунктах 4 – 7).

6. Проверка адекватности когнитивной модели реальной ситуации (верификация когнитивной модели).
7. 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).

Рассмотрим детально каждый из приведённых  этапов (за исключением первого и  второго, которые являются, по существу, подготовительными), механизмы реализации частных задач каждого из этапов, а также проблемы, возникающие  на разных стадиях когнитивного анализа.

3. Цели, этапы и основные понятия когнитивного моделирования

3.1. 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.

3.2. Этапы когнитивного моделирования

В общих чертах этапы  когнитивного моделирования рассмотрены  выше. В трудах специалистов ИПУ  РАН содержится конкретизированное изложение этих этапов. Выделим основные из них.

• 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 функциональный граф.

3.3. Ориентированный граф (когнитивная карта)

В рамках когнитивного подхода  довольно часто термины «когнитивная карта» и «ориентированный граф»  употребляются как равнозначные; хотя, строго говоря, понятие ориентированный  граф шире, а термин «когнитивная карта» указывает лишь на одно из применений ориентированного графа.

Когнитивная карта состоит  из факторов (элементов системы) и  связей между ними.

Для того чтобы понять и проанализировать поведение сложной системы, строят структурную схему причинно-следственных связей элементов системы (факторов ситуации). Два элемента системы А и В, изображаются на схеме в виде отдельных точек (вершин), соединённых ориентированной дугой, если элемент А связан с элементом В причинно-следственной связью: А à В, где: А - причина, В - следствие.

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 ситуации приведен на рис.1.

Рисунок 1. Ориентированный  граф.

3.4. Функциональный граф (завершение построения когнитивной модели)

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.

4. Основные проблемы построения когнитивной модели

Существуют две главные  проблемы построения когнитивной модели.

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).

4.1. 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 четырехэлементного  стратегического анализа внешней  среды. При этом для каждого  конкретного сложного объекта  существует свой особый набор  ключевых факторов, которые непосредственно  и наиболее существенным образом  влияет на объект. Анализ каждого  из выделенных аспектов проводится  системно, так как в жизни все  эти аспекты между собой тесно  взаимосвязаны. 

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  «фундаментльным» подходом определяются на основе здравого смысла.