Интеллектуальный редактор знаковых когнитивных карт

Авторы патента:

Полезная модель относится к автоматике и специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована для поиска эффективных корпоративных решений в сложных организационно-технических системах, создаваемых в виде когнитивных (познавательных) моделей, в частности, когнитивных карт, с возможностью их интеллектуального редактирования. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, достигается в устройстве, содержащем блок формирования целевого и частных факторов, блок формирования знаковой когнитивной карты факторов, блок определения противоречий в когнитивной карте, блок выделения деструктивных элементов и блок формирования редакционных правок. 4 ил.

Известно устройство, содержащее регистр, группу регистров и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с синхровыходами регистров группы, счетчик, блок выделения минимума, блок выделения максимума, два умножителя, два сумматора, блок деления, блок сравнения, коммутатор, блок памяти максимального сигнала и выходной регистр, причем выходы регистров группы соединены с соответствующими входами блоков выделения минимума, выделения максимума и первого сумматора, выход которого соединен с входом задания коэффициента значимости средних результатов устройства, а выход подключен к управляющему входу коммутатора, выход которого соединен с первым информационным входом регистра, синхровход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и счетным входом счетчика, выход переполнения которого соединен с входом останова генератора тактовых импульсов и синхровходом выходного регистра, выход которого является выходом устройства, а информационный вход соединен с выходом блока максимального сигнала, информационные входы которого соединены с выходами регистра, второй информационный вход которого соединен с выходами разрядов счетчика, выходы блоков выделения минимума и максимума соединены с первыми входами соответственно первого и второго умножителей, вторые входы которых соединены с входами соответствующих коэффициентов устройства, а выходы соединены с входами второго сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход которого является входом постоянной малой величины устройства [SU 1833886 A1, G06F 7/4, 1991].

Недостатком этого технического решения также является относительно узкие функциональные возможности.

Кроме того, известно устройство, содержащее регистр, группу регистров, генератор тактовых импульсов, счетчик, два умножителя, компаратор, вторая группа регистров, блок умножения импульсов, два блока вычитания, блок умножения на 0 и интегратор, причем, выходы групп регистров соединены с первым и вторым входами первого умножителя, а третий вход которого является входом соответствующего коэффициента 1-, характеризующего отношение лица, принимающего решение (ЛПР), к риску, на первый вход компаратора поступает с выхода второй группы регистров величина V_j, характеризующая субъективную ценность исходов, второй вход является входом значения L_p, характеризующего уровень притязаний, соответствующий наименьшему значению полезности, при которой исход удовлетворит ЛПР, выходы компаратора соединены с входами первого блока вычитания, в котором вычисляется величина L_p-V_j, и блока умножения на 0, выходы которых, в свою очередь, соединены с двумя входами второго умножителя, третий вход которого является входом значения 1- устройства, а выход соединен с третьим входом второго блока вычитания, первый и второй входы которого соединены с выходами первого умножителя, выход второго блока вычитания соединен с входом интегратора, а выход интегратора - с входом регистра, выполненного как регистр сдвига, второй вход интегратора соединен с выходом генератора тактовых импульсов через блок умножения импульсов, выходы которого соединены также с входами первой и второй групп регистров, второй выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика, выход переполнения которого соединен с входом останова генератора тактовых импульсов и с входом регистра [RU 2214624 C2, G06F 17/00, G06N 7/06, 20.10.2003].

Это устройство также обладает относительно узкими функциональными возможностями.

Кроме указанных, известно устройство, содержащее блок выделения фрагментов изображения, блок формирования опорного плана поиска, формирователь особи-потомка, первый, второй и третий входы которого соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим выходами блока формирования опорного плана поиска, а группа входов - объединена с группой входов блока формирования опорного плана поиска и соединена с группой выходов блока выделения фрагментов изображения, блок определения максимума, первый, второй и третий входы которого соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим выходами формирователя особи-потомка, а также формирователь родительской пары, первый и второй выходы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока формирования опорного плана поиска, и формирователь рекомбинации, первый и второй входы которого соединены, соответственно с первым и вторым выходами формирователя родительской пары, а выход - соединен с третьим входом блока формирования опорного плана поиска [RU 60757 U1, G06F 19/00, 27.01.2007].

Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является система, содержащая блок формирования опорного плана поиска, формирователь родительской пары и формирователь особи-потомка, блок формирования значений промежуточных (частных) факторов, первый вход которого соединен с выходом блока формирования опорного плана поиска, блок коррекции значений промежуточных факторов, первый вход которого соединен с выходом блока формирования значений промежуточных факторов, блок формирования целевых факторов, первый вход которого соединен с выходом блока коррекции значений промежуточных факторов, блок формирования объектной функции, вход которого соединен с выходом блока формирования целевых факторов, а выход соединен с входом формирователя родительской пары, выход которого соединен со входом формирователя особи-потомка, выход которого соединен со входом блока формирования опорного плана поиска, а также регистр задания степени влияния управляющих факторов на промежуточные факторы, выход которого соединен со вторым входом блока формирования значений промежуточных факторов, регистр задания степени взаимовлияния промежуточных факторов, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции значений промежуточных факторов, регистр задания степени влияния промежуточных факторов на целевые факторы, выход которого соединен со вторым входом блока формирования целевых факторов, и решающий блок, вход которого соединен с выходом блока формирования объектной функции [RU 85709 U1, G06F 19/00, 10.08.2009].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку в нем не предусмотрена, в частности, корректировка ошибок при установлении взаимовлияния факторов. Это снижает возможность определения наилучшего решения при большом опорном плане поиска.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок формирования целевого и частных факторов, введены блок формирования знаковой когнитивной карты факторов, первый вход которого соединен с выходом блока формирования целевого и частных факторов, блок определения противоречий в когнитивной карте, вход которого соединен с выходом блока формирования знаковой когнитивной карты факторов, блок выделения деструктивных элементов, вход которого соединен с выходом блока определения противоречий в когнитивной карте, и блок формирования редакционных правок, вход которого соединен с выходом блока выделения деструктивных элементов, а выход - соединен со вторым входом блока формирования знаковой когнитивной карты факторов.

На чертеже представлены:

на фиг.1 - функциональная схема интеллектуального редактора знаковых когнитивных карт;

на фиг.2 - пример несбалансированного участка знакового графа;

на фиг.3 - диаграмма рассеивания вершин в исходной когнитивной карте (КК);

на фиг.4 - диаграмма рассеивания вершин в когнитивной карте после интеллектуальной коррекции.

Интеллектуальный редактор знаковых когнитивных карт (фиг.1) содержит блок 1 формирования целевого и частных факторов, блок 2 формирования знаковой когнитивной карты факторов, первый вход которого соединен с выходом блока 1 формирования целевого и частных факторов, блок 3 определения противоречий в когнитивной карте, вход которого соединен с выходом блока 2 формирования знаковой когнитивной карты факторов, блок 4 выделения деструктивных элементов, вход которого соединен с выходом блока 3 определения противоречий в когнитивной карте, и блок формирования редакционных правок, вход которого соединен с выходом блока 4 выделения деструктивных элементов, а выход - соединен со вторым входом блока 2 формирования знаковой когнитивной карты факторов.

Работает интеллектуальный редактор знаковых когнитивных карт следующим образом.

Составление и редактирование когнитивных карт производится с целью исследования влияния некоторого большого числа частных факторов на, по крайней мере, один целевой фактор.

Для этого привлекаются эксперты, основная задача которых состоит в том, чтобы на основе знаний о предметной области выделить основные (частные) факторы, влияющие на основной целевой фактор и установить связи между ними.

Множество факторов и связей между ними моделируется знаковым графом, содержащим вершины и ребра.

Предварительно эксперты определяют для каждой пары вершин (или их соединяющее направленное ребро) одно из трех чисел {-1, 0, 1}. Первое из них означает отрицательное влияние на другую вершину, третье - положительное влияние на другую вершину, а нулевое значение означает отсутствие влияния факторов друг на друга. Таким образом, указанные три числа можно интерпретировать как знаковые весовые коэффициенты, приписываемые ребрам, соответствующие инцидентным парам вершин (факторам, концептам).

В результате предварительной работы экспертов в блоке 1, выполненном в виде устройства памяти, формируется информация о составе (перечне) частных и, по крайней мере, одного целевого факторов, а также одно из трех чисел {-1, 0, 1} для этих факторов применительно к каждому из факторов, указанных в перечне, а в блоке 2 в соответствии с этим формируются знаковые весовые коэффициенты, приписываемые ребрам соответствующих пар факторов, т.е. формируется знаковая когнитивная карта факторов. Этот граф отражает лишь направление (знаки) взаимного влияния факторов без учета особенностей, которые возникают при более детальном анализе влияния факторов, например, с учетом не только направления влияния, но и степени влияния.

При этом можно заметить, что, числа 1 и -1 могут рассматриваться как весовые коэффициенты r_ij для каждой (i, j) пары факторов, учитывающие, фактически, только знак взаимовлияния, поскольку при наличии связи всегда |r_ij|=1.

В результате в блоке 2 формируется знаковая когнитивная карта, в которой взаимное влияние факторов, в том числе и влияние частных факторов на целевой фактор, определяются весовыми коэффициентами r_ij для каждой (i, j) пары факторов, все множество которых и составляет знаковую когнитивную карту.

При большом числе факторов для качественного формирования когнитивной карты и исключения явных ошибок, вызванных действиями экспертов, что характерно для работы с большими массивами факторов, необходимо использовать «интеллектуальные подсказки», помогающие уменьшить уровень противоречивости в исходной экспертной информации. Такая задача решается в предложенном техническом решении следующим образом.

Следует исходить из того, что составленный нам основании информации от экспертов знаковая когнитивная карта, должна быть сбалансирована. Нарушенный баланс в знаковом графе отражает наличие противоречия в данных, на основе которых этот граф был построен. Минимальный знаковый граф, позволяющий выразить противоречие, представляет собой замкнутый контур, состоящий из трех вершин (фиг.2). В этом графе положительное приращение переменной трансформируется в отрицательное приращение этой же переменной, т.е. контурный коэффициент передачи имеет значение (-1), что физически трактуется как противоречие. В этом случае контур называют несбалансированным или нечетным.

В предложенном устройстве реализован следующий подход для выявления противоречий. Так как знаковый граф должен быть сбалансирован, то можно определить класс взвешенных графов, для которых по значениям весовых коэффициентов их вершин легко выявить сбалансирован граф или нет.

Обозначим через n число факторов (вершин, концепт) когнитивной карты, а через - константу, общую для всех них. Свяжем с каждой i-ой вершиной два числа {p_i, q_i} так, что вес направленного ребра, соединяющее i-ую вершину с j-ой есть . Далее, пусть A - матрица смежности когнитивной карты с добавленной единичной диагональю, а B=(b_ij=01) - матрица из нулей и единиц, последние из которых соответствуют не нулевым значениям матрицы A. Образуем матрицу S=pBq^T каждый ненулевой (i, j) элемент которой есть p_iq_j. Проведем аппроксимацию матрицы смежности A матрицей S, для этого решим следующую задачу на экстремум:

где D(p), D(q) диагональные матрицы с соответствующими векторами, - норма матрицы A-S.

Как было указано выше, знаковый граф, являющийся исходным для формирования знаковой когнитивной карты, должен быть сбалансирован. Применительно к решению задачи (1) это означает, что достаточным условием сбалансированности является следующее условие: все коэффициенты {p_i, q_i} должны быть одного знака. Это легко проверить непосредственно, поскольку знак любого цикла будет определяться произведением величин . По всей видимости, это условие будет и необходимым, поскольку коэффициенты p_i и q_i будут пропорциональны соответственно коэффициентам влияния i-го фактора на систему и влияния системы на i-й фактор. Несовпадение знаков у коэффициентов p_i и q_i означает противоречие: рост значения i-го фактора ведет к росту отрицательного влияния системы на него, система как бы отторгает его, она не может реализовать полностью свой потенциал. Во всяком случае, наличие таких вершин должно обратить внимание эксперта и подвергнуть его к пересмотру значений весовых коэффициентов исходящих ребер от этих вершин. Отметим, что решением задачи (1) должны быть значения p_i , q_i, совпадающие не только по знаку, но и по модулю равными величине , так как значение p_iq_i, будучи диагональным элементом матрицы S, должно быть единицей, поскольку на диагонали матрицы смежности A стоят единицы. Можно показать, что добавление единичной матрицы к матрице смежности ведет к корректному решению задачи (1), поэтому в дальнейшем будем считать выполнимость этого факта по умолчанию.

Таким образом, на основании данных блока 2 в блоке 3 по приведенным выше соотношениям формируется сигнал наличия противоречий в знаковой когнитивной карте в виде сигнала несовпадения знаков у коэффициентов p_i и q_i.

В блоке 4 на основе этой информации выделяется подмножество деструктивных элементов в знаковой когнитивной карте, а в блоке 5 для этих элементов формируется редакционная правка в виде изменения характера взаимного влияния факторов на противоположные, т.е изменения знака весовых коэффициентов, приписываемые ребрам соответствующих пар факторов, на противоположные.

Проиллюстрируем использование процедуры аппроксимации (1) для выявления ошибок экспертов. Тестирование работы экспертов будем проводить, например, для задачи оценки уровня угроз некоторому объекту, проекту и т.п.

На фиг.3 представлена диаграмма рассеивания вершин первоначальной знаковой когнитивной карты в плоскости переменных {p_iq_i}, отражающая мнения экспертов по коэффициентам весомости ее вершин. Как видно из рисунка, фактор 5 не лежит ни в первой, ни во второй четвертях. Это означает, что знаки коэффициентов p_i, q_i различны. Следовательно, этот фактор (через другие факторы, связанные с ним) имеет противоречивое толкование.

В этом случае целесообразно, например, пересмотреть связи, исходящие из этой пятой вершины, поменять их на противоположные и повторно пересчитать значения коэффициентов {p_i, q_i}, после чего определяется следующая деструктивная вершина или их отсутствие. Применительно к рассматриваемой задаче оценки уровня угроз удается сбалансировать знаковую когнитивную карту: все вершины имеют одинаковые значения коэффициентов деструктивности r_i , причем, они разбились на два класса так, как показано на фиг 4.

На этом рисунке видны два кластера вершин когнитивной карты (КК), находящиеся в первой и третьей четвертях используемой системы координат. Как следует из определения коэффициентов {p_i, q_i} можно констатировать, что все циклы вершин внутри каждого кластера положительны, отрицательный весовой коэффициент некоторого ребра возможен только, если обе его вершины принадлежат разным кластерам.

Следовательно, для такой КК все циклы будут положительны, что и означает ее сбалансированность.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного технического решения достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку в предложенной системе за счет расширения арсенала технических средств обеспечивается не только формирование перечня факторов и степени взаимосвязей (взаимовлияния) между факторами, но и дополнительные возможности, в частности, корректировка ошибок при установлении взаимовлияния факторов, что характерно для работы с большим числом факторов и/или несогласованных оценок экспертов.

Интеллектуальный редактор знаковых когнитивных карт, содержащий блок формирования целевого и частных факторов, отличающийся тем, что введены блок формирования знаковой когнитивной карты факторов, первый вход которого соединен с выходом блока формирования целевого и частных факторов, блок определения противоречий в когнитивной карте, вход которого соединен с выходом блока формирования знаковой когнитивной карты факторов, блок выделения деструктивных элементов, вход которого соединен с выходом блока определения противоречий в когнитивной карте, и блок формирования редакционных правок, вход которого соединен с выходом блока выделения деструктивных элементов, а выход соединен со вторым входом блока формирования знаковой когнитивной карты факторов.