Синтез многоуровневых семантических информационных моделей активных объектов управления в системно-когнитивном анализе Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 303.732.4

СИНТЕЗ МНОГОУРОВНЕВЫХ СЕМАНТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ АКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ В СИСТЕМНОКОГНИТИВНОМ АНАЛИЗЕ

UDC 303.732.4

SYNTHESIS OF MULTILEVEL SEMANTIC INFORMATION MODELS OF ACTIVE OBJECTS OF MANAGEMENT IN SYSTEMIC-COGNITIVE ANALYSIS

Луценко Евгений Вениаминович д. э. н., к. т. н., профессор

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

Наприев Игорь Леонидович адъюнкт

Краснодарский университет МВД России, Краснодар, Россия

В статье рассматривается понятие активного объекта управления, излагаются принципы построения рефлексивных автоматизированных систем управления подобными объектами, описывается технология и инструментарий системнокогнитивного анализа, обеспечивающие синтез и исследование многоуровневых семантических информационных моделей активных объектов, а также использование этих моделей для прогнозирования развития активных объектов и поддержки принятия решений по управлению ими.

Ключевые сова: АКТИВНЫЙ ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ, РЕФЛЕКСИВНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, СИСТЕМНО-КОГНИТИВНЫЙ АНАЛИЗ, МНОГОУРОВНЕВАЯ СЕМАНТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ.

Lutsenko Eugeny Veniaminovich

Dr. Sci. Econ., Cand. Tech. Sci., professor

Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia

Napriev Igor Leonidovich graduate student

Krasnodar University of Home Ministry of Russia, Krasnodar, Russia

The meaning of active object of management is considered in the article, principles of construction of reflexive automated systems of management with such objects are stated, the technology of instruments of systemic-cognitive analysis, providing the synthesis and research of multilevel semantic information models of active objects and use of these models for prognosis of active objects development and support of taking decisions on their management are described as well.

Key words: ACTIVE OBJECT OF MANAGEMENT, REFLEXIVE AUTOMATED SYSTEM OF MANAGEMENT, SYSTEMIC-COGNITIVE ANALYSIS, MULTILEVEL SEMANTIC INFORMATION MODEL.

Понятие активной системы, по-видимому, впервые предложено отечественными учеными В.В. Дружининым и Д.С. Конторовым в 1976] [1]. В дальнейшем большой вклад в развитие теории активных систем внесли Бурков В.Н., Новиков Д. А., Черкашин А.М. [2].

Активными будем называть системы и объекты, имеющие собственную систему целеполагания и принятия решений, а также адаптивную модель самого себя (рефлексивность) и окружающей среды, включая модели систем управления различного уровня и назначения, которые воздей-

ствуют на активный объект управления (АОУ) [3]. Понятия "активная система" и "активный объект" будем рассматривать как синонимы.

Примерами активных систем являются прежде люди, коллективы (предприятия), социально-экономические системы различных уровней и масштабов: от коллективов и предприятий, до территориально-

распределенных межотраслевых комплексов, а также биологические и экологические системы, а также некоторые интеллектуальные кибернетические системы (типа крылатых ракет) и технические системы, качественно меняющие свои параметры в процессе штатной эксплуатации (неклассические технические системы) многие-многие другие. Более того, мы можем обоснованно предположить, что в процессе углубленного познания любой системы в конце-концов наступает момент, когда она начинает осознаваться как активная.

Из приведенного определения активной системы следует, что функции ориентации в среде и принятия решений, характерные для активных систем, могут реализоваться только за счет наличия в составе этих систем сложной подсистемы поддержки этих функций. Отсюда следует еще одно определение активных систем: активные системы - это сложные системы с целесообразным поведением. Следовательно активную систему можно упрощенно представить в виде двухуровневой модели: т.е. нелинейной суперпозиции или объединения двух подсистем (рисунок 1):

1. Эмоциональной (аффективной) и интеллектуальной (когнитивной) информационной подсистемы (ИИС), обеспечивающей целеполагание, накопление информации (мониторинг), ее интеллектуальный анализ, прогноз развития себя и окружающей среды, принятие решений.

2. Подсистемы поддержки функций ИИС и реализации взаимодействия с окружающей средой.

Необходимо отметить, что для человека 1-я подсистема - это его психика, а 2-я - физическое тело.

Активный объект управления характеризуется будущими состояниями, которые классифицируются как целевые и нежелательные. Причем эта классификация в общем случае различная у самого активного объекта управления и управляющей системы, т.е. они могут полностью не совпадать, а также частично или полностью совпадать (рисунок 2):

АКТИВНЫМ ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ (АОУ)

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ИИС)

МОДЕЛЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ВКЛЮЧАЯ СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ. МОНИТОРИНГ, АНАЛИЗ, ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, ЦЕЛЕ-ПОЛАГАНИЕ, МОТИВАЦИЯ, СТИМУЛИРОВАНИЕ, ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ

СЛОЖНАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ФУНКЦИЙ ИИС И РЕАЛИЗАЦИИ РЕШЕНИЙ

Рисунок 1. Двухуровневая модель активной системы

БУДУЩИЕ СОСТОЯНИЯ АКТИВНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

С ПОЗИЦИИ АКТИВНОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

С ПОЗИЦИИ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

ЦЕЛЕВЫЕ

СОСТОЯНИЯ

К

7*\

НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫЕ

СОСТОЯНИЯ

ЦЕЛЕВЫЕ

СОСТОЯНИЯ

НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫЕ

СОСТОЯНИЯ

Рисунок 2. Классификация будущих состояний активного объекта управления

Активный объект развивается путем чередования двух типов состояний: детерминистских или эргодичных периодов, во время которых он действует под управлением некоторых фиксированных внутренних закономерностей, и точек бифуркации, в которых принимаются решения, как закон определяющие его дальнейшее поведение. На детерминистских периодах объект управления меняется количественно и поэтому его модель сохраняет адекватность будучи или вообще неизменной, или лишь немного адаптируясь. Но в точках бифуркации объект управления меняется качественно, в результате чего даже если его модель адаптивна - то она все равно теряет адекватность и необходим ее пересинтез.

Из определения активной системы непосредственно следует, что они действуют на основе определенной сформированной и постоянно модифицируемой ими модели самих себя и окружающей среды, причем в модель окружающей среды входит и модель внешней автоматизированной систе-

Научный журнал КубГ АУ, №28(4), апрель 2007 года 5

мы управления (АСУ), которая оказывает воздействие на активную систему.

Итак, в связи с тем, что активные системы рефлектируют, управление ими может быть только рефлексивным. Нерефлексивные адаптивные модели в случае управления активным объектом управления просто не обеспечивают необходимого уровня адекватности, так же как линейные модели непригодны для управления существенно нелинейными процессами.

Все перечисленные свойства активных объектов управления: их способность принимать решения, качественно изменяться в процессе управления, причем делать это с учетом сложившегося у них "образа Я" и образа окружающей среды, создают серьезные проблемы на пути разработки технологий управления подобными объектами.

Традиционный подход, принятый в автоматизированных системах управления, когда управляющее воздействие оказывается лишь на физическую форму объекта управления и имеет тем больший эффект, чем больше мощность управляющего воздействия и его длительность, в случае с активными объектами управления малоэффективен или вообще не применим.

Решению проблемы управления активными объектами посвящены работы автора [1-18], в которых рассматриваемые в данной статье вопросы освещены подробнее. Суть предлагаемого подхода состоит в том, что вводится новое понятие: ''рефлексивная АСУ” (РАСУ), - это АСУ, в которой в качестве объекта управления выступает активная система, т.е. это АСУ активным объектом управления (РАСУ АОУ), предлагаются теоретическая концепция, математическая модель, методика численных расчетов (вклю-

Научный журнал КубГ АУ, №28(4), апрель 2007 года 6

чая структуры данных и алгоритмы), а также программный инструментарий РАСУ АОУ - система "Эйдос".

Первое отличие РАСУ АОУ от классических автоматизированных систем управления состоит в том, что в классической теории активной стороной является только система автоматического управления (САУ), а объект управления (ОУ) рассматривается только как пассивный объект управляющих воздействий, в РАСУ же объект управления также является активной стороной (субъектом), он стремится к своим целям, которые в общем случае не совпадают с целями управления, активно отражает окружающую среду, включая АСУ, адаптируется, вырабатывает и реализует решения. Поэтому, несмотря на то, что рефлексивное управление уже получило определенное развитие в рамках таких наук, как психология, менеджмент, имиджмент, акмеология, для теории автоматизированного управления рефлексивное управление является новым перспективным направлением научных исследований и разработок. Именно в рамках теории автоматизированного управления рефлексивное управление может стать автоматизированным, т.е. получить в свое распоряжение математические и алгоритмические модели и реализующие их программные системы, а также соответствующую методологию, технологию и методику их применения. Следовательно можно обоснованно утверждать, что в автоматизации состоит одно из перспективных направлений развития рефлексивного управления.

Второе отличие состоит в самом характере управляющего воздействия на объект управления в РАСУ АОУ и классических АСУ, которое особенно наглядно проявляется в случае управления двухуровневым АОУ (рисунок 3):

РЕФЛЕКСИВНЫ^ АСУ \

АКТИВНЫМИ СИСТЕМАМИ

АКТИВНЫМ ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ (АОУ)

' ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ " ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ИИС)

МОДЕЛЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ВКЛЮЧАЯ СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ. МОНИТОРИНГ, АНАЛИЗ, ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, ЦЕЛЕ-ПОЛАГАНИЕ, МОТИВАЦИЯ, СТИМУЛИРОВАНИЕ, ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ

РЕАКЦИЯ

АОУ

НА

ФАКТОРЫ

Рисунок 3. Различие в характере управляющего воздействия на активный объект управления в рефлексивных и классических автоматизированных

системах управления

1. В классических АСУ управляющее воздействие направлено на систему поддержки функций ИИС, т.е. на физическую компоненту объекта управления. При этом есть два варианта, связанные с тем, выключается или нет ИИС в результате управляющего воздействия на сложную систему поддержки:

- система поддержки не выключается и ее действие приводит к тому, что АОУ "сопротивляется" внешнему управляющему воздействию, что приводит к неоправданным затратам энергии на управление (инерция), а также к тому, что система вообще не переходит в целевое состояние или через некоторое время возвращается в исходное состояние;

- система поддержки ИИС выключается, и тогда управление АОУ ничем не отличается от классического варианта управления физическим объектом.

2. Управляющее воздействие РАСУ АОУ (рисунок 4) направлено непосредственно на ИИС имеет не энергетический, а информационный характер. Это означает, что его эффективность практически не зависит от энергии воздействия, а определяется его информационным содержанием. Такое управляющее воздействие приводит к коррекции целей и мотиваций АОУ в направлении их сближения и согласования с целями внешней системы управления, что приводит к изменению направления его активности в русло, обеспечивающее "самопроизвольный" переход АОУ в заданное целевое состояние. Очень существенно, что при этом затраты энергии на управление могут быть практически нулевыми по сравнению с вариантом воздействия на систему поддержки функций ИИС.

Наглядным примером, отражающим характер (уровень) воздействия на активный объект управления - пациента, является лечебное управляющее воздействие врача:

- врач-хирург физически воздействует на организм пациента (т.е. на сложную систему поддержки психических функций), как сложную систему;

- врач-психотерапевт психически воздействует на психику пациента, модифицируя его мотивации, ценности, способы оценки, стимулы и установки, рассматривая его как активную систему.

Рисунок 4. Структура рефлексивной АСУ активными объектами

Для обеспечения высокой эффективности воздействия психотерапевт должен предварительно создать у пациента свой образ, внушающий высокий моральный и профессиональный авторитет и не вызывающий у него ни малейших сомнений в возможности высокоэффективного воздействия на него со стороны психотерапевта. И, как это ни парадоксально, для обеспечения самой возможности воздействия не так уж и важно, любит ли пациент психотерапевта или боится его (это влияет на то, будет ли бороться пациент с лечебным воздействием, а значит и продолжительность лечебного эффекта), важно лишь, чтобы он признавал его силу. Если пациенту будет по каким-то причинам смешно смотреть или слушать психотерапевта, то последний обречен на неудачу. Таким образом, можно считать, что психотерапевт управляет пациентом, как активной системой методом рефлексивного управления.

Аналогично построено и управление учащимся в учебном заведении, где к нему подходят прежде всего как к развивающейся личности [15-18]. Однако в армии это до сих пор выражено в гораздо меньшей степени, не

смотря на то, что о необходимости этого говорил еще А.В. Суворов, который и на практике блестяще продемонстрировал огромное превосходство солдата-личности над солдатом-винтиком.

Когда при управлении человеком не считаются с тем, что он представляет собой активную систему, личность, т.е. без согласования с ним, без учета рефлексии, оказывают прямое воздействие на его организм, то это чаще всего рассматривается в нашем обществе как оскорбление, насилие или преступление.

Конечно, окружающая среда оказывает на человека и непосредственное физическое воздействие, это прежде всего погодные факторы, особенно неблагоприятные, а также воздействие экстремальной среды, возникающие при выполнении служебно-боевых задач. Но в данной работе рассматривается влияние экстремальной, профессиональной (включая учебную) и бытовой среды на поведенческие характеристики сотрудников органов внутренних дел (ОВД), включающие общий (интегральный) показатель профессиональной эффективности, знание нормативно-правовой базы и умение взаимодействовать с другими спецслужбами (рисунок 5).

При исследовании этого влияния будем исходить из базового представления о том, что человек, как активная система, реагирует не непосредственно на саму ситуацию, а на сложившийся у него образ этой ситуации, и эта реакция опосредована мыслями и чувствами самого человека, его целями, ценностями и мотивациями, т.е. его образом самого себя, т.е. "образом Я" (это представление совпадает с одним из основных принципов нейролингвистического программирования (НЛП). Соответственно будем считать, что и поведение человека зависит от окружающей среды (рассматриваемой как управляющая система), не непосредственно, а опосредованно: через изменение "образа Я", включающего в частности когни-

тивные (интеллектуальные), аффективные (эмоциональные), ценностные и мотивационные компоненты.

ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ВЗАИМОДЕИСТВОВИЕ С СОТРУДНИКАМИ ДРУГИХ СЛУЖБ

Г ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ Л Г ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ Л Г V СРЕДА ) V СРЕДА ) К БЫТОВАЯ Л СРЕДА \

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

ш ^ л у- о х ш н О щ *х \

О О а ° "

X с ■Ч г-“1 1

X 2 /

ш о н о

о * ш

л

0-

о

I—

<

Є

Рисунок 5. Базовая структура двухуровневой семантической информационной модели сотрудника ОВД

1-я модель, приведенная на рисунке 6, показывает, как среда влияет на «образ-Я», 2-я - как «образ-Я» влияет на поведение, а 3-я - среда влияет на поведение. 3-ю модель целесообразно использовать для прагматических целей, т.е. прогнозирования поведения респондента, нона неудобна для объяснения психологических причин, обуславливающих его поведение, тогда как 1-я и 2-я модели позволяют дать содержательную психологическую интерпретацию и научно объяснить поведение респондентов.

Технология и инструментарий системно-когнитивного анализа (СК-анализ) [3-18] позволяют непосредственно на основе многомерных, фраг-

ментарных, зашумленных эмпирических данных строить многоуровневые семантические информационные модели предметной области, включая активный объект управления, а затем исследовать эти модели и использовать их для прогнозирования и поддержки принятия решений.

При этом инструментарий СК-анализа обеспечивает получение и вывод более 50 текстовых и 52 графических форм, полностью детально отражающих и конкретизирующих базовую структуру многоуровневой семантической информационной модели (рисунок 6).

Рисунок 6. Детализированная структура двухуровневой семантической информационной модели сотрудника ОВД с наименованиями форм

Если вставить в рисунок 6 вместо наименований форм их самих, то он примет вид, приведенный на рисунке 7.

Рисунок 7. Детализированная структура двухуровневой семантической информационной модели сотрудника ОВД с выходными формами

Приведем примеры перечисленных на рисунке 7 графических форм, конкретизирующих базовую структуру двухуровневой семантической информационной модели. Отметим, что все эти формы получены при реальном исследовании на выборке объемом 243 респондента.

Модель-1:

1

2

3

4

5

6

7

Модель-2

9

10

11

12

13

14

15

16

Необходимо отметить, системно-когнитивный анализ и его инструментарий - универсальная когнитивная аналитическая система "Эйдос" по-видимому, на сегодняшний день являются единственным развитым средством синтеза многоуровневых семантических информационных моделей активных объектов непосредственно на основе фрагментированных, зашумленных, непараметрических эмпирических данных большой размерности, а также исследования этих моделей и их применения для прогнозирования и поддержки принятия решений. В качестве примера масштабного исследования, проведенного с помощью технологии и инструментария СК-анализа можно привести работы [4, 19].

Конкретному содержательному психологическому исследованию выходных форм приведенных и других типов будут посвящены последующие работы авторов.

Литература

1. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системологии (проблемы теории сложных систем). - М.: Советское радио, 1976. - 296с.

2. Бурков В.Н., Новиков Д.А., Черкашин А.М. Модели и механизмы теории активных систем в управлении качеством подготовки специалистов. - М.: ИЦПКПС, 1998 - 157с.

3. Луценко Е. В. Автоматизированный системно-когнитивный анализ в управлении активными объектами (системная теория информации и ее применение в исследовании экономических, социально-психологических, технологических и организационно-технических систем): Монография (научное издание). - Краснодар: КубГАУ. 2002.

- 605 с.

4. Луценко Е.В., Лойко В.И., Семантические информационные модели управления агропромышленным комплексом. Монография (научное издание). - Краснодар: КубГАУ. 2005. - 480 с.

5. Луценко Е.В. Интеллектуальные информационные системы: Учебное пособие для студентов специальности: 351400 "Прикладная информатика (по отраслям)". -Краснодар: КубГАУ. 2004. - 633 с.

6. Луценко Е.В. Теоретические основы и технология адаптивного семантического анализа в поддержке принятия решений (на примере универсальной автоматизированной системы распознавания образов "ЭЙДОС-5.1"). Монография (научное издание).

- Краснодар: КЮИ МВД РФ, 1996. - 280с.

7. Луценко Е. В. Универсальная автоматизированная система распознавания образов "Эйдос" (версия 4.1). Монография (научное издание). - Краснодар: КЮИ МВД РФ, 1995.- 76с.

8. Симанков В.С., Луценко Е.В. Адаптивное управление сложными системами на основе теории распознавания образов. Монография (научное издание). - Краснодар: ТУ КубГТУ, 1999. - 318с.

9. Симанков В.С., Луценко Е.В., Лаптев В.Н. Системный анализ в адаптивном управлении: Монография (научное издание). /Под науч. ред. В.С.Симанкова. - Краснодар: ИСТЭК КубГТУ, 2001. - 258с.

10. Луценко Е. В. Математический метод АСК-анализа в свете идей интервальной бутстрепной робастной статистики объектов нечисловой природы. Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2004. - №01(3). - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2004/01/13/p13.asp

11. Луценко Е. В. Типовая методика и инструментарий когнитивной структури-

зации и формализации задач в АСК-анализе. Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2004. - №01(3). - Режим доступа:

ЬМу:// ei. kubagro. 1^/2004/01/16^16. asp

12. Луценко Е. В. Системно-когнитивный анализ как развитие концепции смысла Шенка-Абельсона. Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2004. - №03(5). - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2004/03/04/p04.asp

13. Луценко Е.В. АСК-анализ как метод выявления когнитивных функциональных зависимостей в многомерных зашумленных фрагментированных данных. Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2005. - №03(11). - 19 с.

- Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2005/03/19/p19.asp

14. Луценко Е.В. Системная теория информации и нелокальные интерпретируе -

мые нейронные сети прямого счета. Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2003. - №01(1). - Режим доступа:

http://ei.kubagro.ru/2003/01/11/p11.asp

15. Луценко Е.В. Автоматизированная система управления качеством подготовки специалистов (актуальность и предпосылки создания) / Е.В.Луценко, В.И.Лойко, С.А.Курносов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2GG6. - №24(8). - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2GG6/G8/pdf/52.pdf

16. Луценко Е.В. Концептуальные подходы к созданию АСУ качеством подготовки специалистов (Часть I: проблема, и ее декомпозиция в последовательность задач) / Е.В. Луценко, В.И.Лойко, С.А.Курносов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2GG7. - №25(1). - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2GG7/G1/pdf/G1.pdf

17. Луценко Е. В. Концептуальные подходы к созданию АСУ качеством подго-

товки специалистов (Часть II: двухуровневая РАСУ КПС, как АСУ ТП в образовании) / Е.В.Луценко, В.И.Лойко, С.А.Курносов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2GG7. - №25(1). - Режим доступа:

http://ei.kubagro.ru/2GG7/G1/pdf/G2.pdf

18. Луценко Е. В. Концептуальные подходы к созданию АСУ качеством подго-

товки специалистов (Часть III: методологические аспекты решения проблемы) / Е.В.Луценко, В.И.Лойко, С.А.Курносов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2GG7. - №25(1). - Режим доступа:

http://ei.kubagro.ru/2GG7/G1/pdf/G3.pdf .

19. Луценко Е.В., Трунев А.П., Шашин В.Н. Типизация и идентификация респондентов в социологии по их астрономическим показателями на момент рождения. // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2GG7. -№25(1). - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2GG7/G1/pdf/14.pdf.

Примечание: для удобства читателей монографии автора и другие его работы размещены на сайте: http://lc.kubagro.ru/aidos/Eidos.htm