Прикладная ниша когнитивного моделирования охватывает сложные и слабоструктурированные, часто междисциплинарные ситуации и системы (геополитические, социально-экономические, производственно-рыночные и др.), для характеристики которых широко используются качественные («мягкие»), нередко – высоко абстрактные понятия и экспертные оценки. Сюда же относятся сравнительно новые ситуации, для которых характерна нехватка опыта: как в самих ситуациях, так и в их оценивании.

Основные исследования лаборатории направлены на комплексное развитие научно-методического и инструментального обеспечения решения задач анализа и управления в области слабоструктурированных ситуаций со снижением роли рисков из-за человеческого фактора. Центральной идей развития такого обеспечения является то, что оно должно поддерживать не только традиционные задачи обработки, хранения, визуализации информации и т.п., но и интеллектуально сложную деятельность экспертов, аналитиков и медиаторов. Поэтому предметами исследований становятся, с одной стороны, процессы решений задач, рассматриваемые в традиционном информационном плане, а с другой, - когнитивные процессы субъектов интеллектуальной деятельности, моделируемые в тех аспектах и в той мере, какие значимы для качества решения практических задач в области слабоструктурированных ситуаций.

1. В рамках развития математического аппарата и методов для программной поддержки анализа слабоструктурированных ситуаций, в том числе связанных с многосубъектностью: 

   1.1. Разработаны (1) базовая алгебра структурных композиций древовидных карт с единственной бинарной операцией композиции узлов карты (узел – это фактор со всеми факторами, которые прямо влияют на него); (2) две версии формульных языков представления таких композиций, от которых предполагается последующий переход к функциональным композициям; (3) методы структурного анализа трех типов ациклических карт (отличающихся по сложности структуры), результатом применения каждого из которых является формульное представление структурной композиции анализируемой карты в терминах базовой алгебры. 

   1.2. В виду разнообразия практически значимых постановок задач анализа внешнего поведения карт предложена концепция условного метода анализа. Ее суть состоит в том, что метод структурного анализа для некоторого типа карт, порождающий структурную композицию исходной карты, не зависит от вариантов постановки задач анализа внешнего поведения. Правомочность предполагаемого перехода от структурной композиции карты к функции, представляющей внешнее поведение карты в конкретном варианте постановки задачи, обосновывается, исходя из некоторых гипотез. Эти гипотезы должны доказываться и, возможно, уточняться для разных постановок задач. Правдоподобность типовых гипотез проверена на примерах решения практических задач.

   1.3. Предложены новые формально применимые и проверенные на практике постановки задачи анализа динамики ситуаций, применимые для анализа внешнего поведения ациклических функциональных когнитивных карт аналитическими методами. Для анализа динамики ситуаций в отличие от модели преобразователя состояний, лежащей в основе метода импульсного моделирования, предлагается перейти к моделям внешнего поведения, которые абстрагируются от переходного процесса. 

Полученные результаты (1.1-1.3) направлены на развитие графоаналитических методов анализа динамики ситуации (в дополнение методам имитационного моделирования с присущими ему ограничениями по прикладным возможностям и завышенными требованиями по составу исходных данных).

Несмотря на то, что теоретическое обеспечение методов анализа внешнего поведения на сегодня разработано для ациклических линейных когнитивных карт, техника упрощающих эквивалентных преобразований также применима для разных типов карт, в которых выполняется инвариантное свойство монотонности отдельных причинно-следственных влияний.

Разработанный на сегодня математический аппарат выступает в качестве базы для проведения аналогий (прототипа) при разработке и обосновании других аналогичных средств для ациклических функциональных карт с различными типами функций агрегирования влияний и карт с более сложной структурой.

   1.4. Развивается рефлексивный подход к анализу обоснования управленческих решений по выходу из проблемных ситуаций, предлагаемых разными субъектами. Подход реализован в виде методики, адаптируемой к разным постановкам управленческих задач. Методика поддерживается языками рефлексивных карт и графоаналитическими методами и приемами анализа, которые реализуются в развиваемой авторской технологии ПАВК-51. 

 

2. Предложен, обоснован и развит экспертный поход к верификации когнитивных карт и моделей ситуаций на их основе, включая семейство практически значимых критериев отсутствия рисков для достоверности, методы и средства программной поддержки. Верификация направлена на раннее обнаружение и блокирование рисков для достоверности результатов применения когнитивных карт и прямых ошибок, что было подтверждено на практике.

 

3. Развиваются информационные технологии

– технология когнитивного анализа и управления развитием ситуаций CASC на основе систем «Ситуация», Strice, Strice-М, ориентированная на имитационное моделирование (ИМ);

–  технология построения, анализа и верификации когнитивных карт ПАВК-51.

Технология ПАВК-51, поддерживаемая на сегодня открытым пакетом Cmap и собственным прототипом MapConstructor, служит: (1) для решения практических и исследовательских задач, таких как быстрое построение, чтение (понимание), верификация и анализ внешнего поведения когнитивных карт; (2) для эмпирической проверки работоспособности методов и функций, направленных на повышение достоверности результатов решения целевых задач и подзадач с когнитивной поддержкой решения этих задач.

В ПАВК-51 задача анализа динамики ситуации сегодня решается принципиально иным путем и в иной постановке задачи по сравнению с известными информационными технологиями и системами когнитивного моделирования (ИТС КМ): применяется не традиционное ИМ, а методы визуальной аналитики, и решается задача анализа внешнего поведения когнитивной карты. Для решения этой задачи применяются графоаналитические методы с использованием функций обратимого абстрагирования от подробностей карты. При этом в последующих версиях предполагается интеграция с подсистемой ИМ.

Еще одной отличительной особенностью технологии ПАВК-51 от других ИТС КМ, является реализация функций когнитивной поддержки человека, решающего задачу. В ПАВК-51 реализуются продвинутые решения, способствующие более углубленному пониманию карты и идентификации ее значимых свойств при работе с ней, в том числе при верификации и анализе внешнего поведения карты, включая:

– приемы визуального расположения элементов карты, поддерживающие чтение ациклической части карты «одним взглядом» за счет однонаправленности изображения отдельных связей (слева-направо, сверху-вниз) и зрительной минимизации числа обратных связей;

– функцию автоматического визуального реструктурирования (autolayout) по критериям, которые выбирает человек;

– приемы обратимого абстрагирования от подробностей карты путем объединения элементов и сворачивания частей карты; в частности, абстрагирование от весов влияний помогает акцентировать внимание на структуре карты, а абстрагирование от промежуточных факторов помогает акцентировать внимание на внешнем поведении карты.

Некоторые аспекты функциональности ПАВК-51.1 были представлены на Симпозиуме по визуальной аналитике в Англии под эгидой НАТО (2-е место среди лучших работ) и на XX Байкальской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (диплом 1-ой степени в конкурсе «Лучший доклад»).

 

С 2008 года исследования в области развития методологии и технологии когнитивного моделирования ситуаций поддерживается грантами РФФИ.
 

4. Исследование сходящихся к нечетко заданным целям политических, социально-экономических и технологических процессов, характеризующихся высоким уровнем неопределенности описания, представлением в неметризуемых (топологических) пространствах, хаотичностью и квантованностью поведения объектов управления. Развитие методологии конвергентного управления, обеспечивающего необходимые условия для устойчивого и целенаправленного поведения таких объектов, включая методы когнитивного моделирования, эволюционных вычислений на когнитивных моделях, верификации когнитивных моделей на основе анализа больших данных и др.

Создание сетевой экспертно-аналитической системы поддержки решений для организации целенаправленного и устойчивого функционирования команд, стратегического планирования, а также обеспечения высокоэффективного гражданского участия в принятии государственных, муниципальных и корпоративных решений, на базе развиваемой методологии конвергентного управления.

 

НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Абрамова Н.А., Авдеева З.К., Райков А.Н. - члены секции 5 Ученого Совета РАН

Абрамова Н.А. – член Диссертационного совета Д002.226.03 ИПУ РАН.

Райков А.Н. 

– член Межведомственной рабочей группы по развитию Федеральной государственной информационной системы территориального планирования при Минэкономразвития Росси, 

 – член экспертных комиссий РФФИ, РНФ, Томский совет по информатизации,

– член редколлегий журналов: Journal of Mathematics and System Science, Информационное общество, Межотраслевая информационная служба, Управление мегаполисом

Абрамова Н.А. – член Программного комитета Международной научно-практической конференции «Теория активных систем» (ИПУ РАН)

Авдеева З.К, Коврига С.В. - члены Оргкомитета Международной научно-практической конференции «Теория активных систем» (ИПУ РАН). 

 

ВНЕДРЕНИЕ. За последние десять лет (2007-2016 г.г.) результаты исследований лаборатории реализовывались в договорных работах по заказу 46 ЦНИИ МО РФ, ФСБ РФ, ФГУП «Атомэнергопроект», администрации Президента Республики Казахстан и др.