Все научные статьи
Евстегнеев Д.В., Ледащева Т.Н. Использование когнитивных моделей при построении комплексной оценки состояния территории
Научная статья
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1592 Евстегнеев Д.В. fdimous@mail.ru), Ледащева Т.Н. Российский Университет Дружбы Народов
Современные научные подходы к построению комплексной оценки сегодня не возможны без применения системного подхода, позволяющего связать в единое целое множество процессов, протекающих в экономической, социальной и экологической сферах. Все связи между объектами социальной, экономической и экологической природы сегодня отслеживаются разобщено и связи между ними, как правило, слабо формализованы, а сама система - слабоструктурирована и многосвязна. Наиболее удобным математическим аппаратом для описания и исследования подобных систем является когнитивное моделирование.
Построение когнитивной системы осуществляется на основе системного подхода, который представляет собой совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов, явлений или процессов в целом, представив их в качестве систем со всеми сложными межэлементными связями. С позиций сегодняшнего дня системный подход позволяет увидеть и оценить целостность проблемы во всем ее многообразии и выбрать наилучший способ управления сложной системой [5,6].
Системный подход делает акцент на анализе целостных интегральных свойств объекта, выявлении его структуры и функций. Следует иметь ввиду, что свойства системы как целого определяются не только свойствами его элементов, но и свойствами структуры системы. При этом под структурой системы понимают совокупность элементов, связей и отношений между ними [3].
Структура системы наполняется различным содержанием, которое зависит от степени формализации процессов, происходящих внутри элементов. В настоящее время принято различать три уровня формализации, хотя в принципе их число можно расширить, если исходить из степени детализации описания. Тем не менее, принципиально различают [2]:
- вербальное описание, когда для характеристики функционирования элемента используют лишь содержательное словесное или графическое представление;
- класс "мягких" моделей, в котором описание функционирования элемента производится упрощенно; математическая модель представляет искусственно сформированную конструкцию, которая отражает самое существенное свойство системы (как правило, одно, максимум два). Несмотря на кажущуюся упрощенность такого подхода,
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1593 3. класс "жестких" моделей образован строгими математическими структурами, полученными при декомпозиции процессов на основе анализа причинно-следственных связей и установления количественных зависимостей между входными и выходными воздействиями.
Для описания слабоструктурированных, слабоформализованных и многосвязанных систем большой размерности наилучшими являются "мягкие" модели. По-видимому, только при полной формализации отдельных процессов удастся получить строго формальное представление системы.
Любая "мягкая" модель в математической постановке задачи является набором черных ящиков с заданными входами и определенными выходами. В этом смысле анализ больших систем - есть развитие традиционной модели управления и представляет собой совокупность черных ящиков, функционально связанных между собой законом прохождения импульса.
Для описания когнитивных моделей эффективно используется аппарат знаковых и взвешенных ориентированных графов [2]. Веса дуг в чисто когнитивных моделях ищутся либо с помощью статистической обработки информации, либо экспертным путем. Изменения факторов проводятся по шагам до определения реакции системы, после этого с помощью многокритериального выбора определяется множество благоприятных сценариев и они ранжируются [4]. Когнитивный анализ и моделирование позволяют исследовать проблему, учесть изменения внешней среды, определить реакцию системы.
В системном анализе можно выделить некоторые признаки, характеризующие наличие системы. К основным признакам системы можно отнести следующие:
- Целостность системы.
- Делимость системы.
- Наличие существенных, определяющих систему устойчивых связей.
- Наличие интегральных свойств, присущих системе в целом.
- Организация системы, т.е. число значимых элементов и связей.
Однако исследование сложных социо-эколого-экономических систем требует введения и дополнительных свойств, обязательных для данного класса систем.
Такие системы по классификации (Урманцев Ю.А. [6]) относятся к искусственным, т.е. в этих системах участвует человек. Невозможно себе представить созданную человеком систему, которая могла бы быть разрушена в результате воздействия единственного импульса.а Однако в динамике это возможно под воздействием ряда последовательных
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1594 При моделировании подобные свойства процессов и явлений обеспечиваются существованием отрицательных (стабилизирующих) и положительных, стимулирующих рост, обратных связей. А также тонкой настройкой параметров обратных связей, гарантирующих выполнение указанных выше условий.
Отметим, что закон импульсного процесса в когнитивных системах задается по формуле:
где А - матрица смежности вершин орграфа. Мы можем рассматривать А как конечномерный оператор. Для устойчивости такого оператора достаточно, чтобы он был сжимающим.
Для характеристики изменения факторов х нам достаточно в пространстве их изменений задать метрику R". Тогда исходя из принципа сжатых отображений условие устойчивости импульсного процесса приобретает легко проверяемый вид:
2Х. <ог<1,где j = \,k
г
Формализовано модель системы можно описать следующим образом. Представим множество S и выделим класс систем Si в этом множестве, функционирование которых направлено на достижение цели. Si формально можно определить в виде кортежа: Sl= <а, St, tPs, СО, tt>, где а - цель системы, St - структура системы, tt - время достижения цели, СО -условие достижения цели, tPs - множество процессов, которые реализуются посредством методов и средств обработки информации: генерирование информации, ее передача, восприятие, понимание, распознавание, хранение, поиск, вывод, прогнозирование и т.д. Т.е. tPs=<met, re, Pr, Is>, где met - методы достижения цели, re - средства достижения цели, Рг -обратная информация о реакции системы, Is - информация о системе.
Подобный подход можно применить к анализу развития территории, состоящей не из отдельных сугубо специфичных элементов, а включающей в себя некоторые унифицированные единицы, лишенные определенной доли индивидуальности, но обеспечивающее существенное упрощение при построении модели. Естественно считать наименьшей территориальной единицей муниципальные образования, рассматриваемое как часть региона.
Используя данный методический подход, можно пойти дальше и распространить его на всю совокупность моделей подсистем данной территории. Тогда указанная совокупность
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1595 Таким образом, получается многомерная модель орграфа, верхний иерархический уровень которой опирается на пирамиду ниже лежащих иерархических слоев. Подобная конструкция своим главным достоинством имеет то обстоятельство, что позволяет легко включать различные блоки не трогая систему целиком, что позволяет на модельном уровне говорить, о достраиваемости модели, уменьшении числа связей между объектами, и, как следствие, ее обозримости и возможности работы с нею.
Проблема адекватного представления информации достаточно очевидна: чем выше уровень иерархии, на который поступает информация, тем более агрегированный вид она должна иметь. Соблюдение этого требования повышает эффективность принимаемых решений, т.к. освобождает сведения, участвующие в этом акте, от ненужной детализации, затрудняющей восприятие сложившейся ситуации. Однако существует и другая опасность -информация может быть столь обобщена, что позволяет принимать только тривиальные решения, не учитывающие специфику происходящего. Эта проблема решается посредством формирования для каждого уровня иерархии собственного набора показателей, характеризующих систему.
Простейшим способом удовлетворения требованиям агрегирования может служить стандартизация этого набора показателей. Однако такое решение совсем не гарантирует качества обобщения информации и не отражает возможных нестандартных обстоятельств. Контроль за процессом обобщения можно осуществлять посредством наблюдения за динамикой параметров порядка, т.е. основных показателей функционирования модели системы.
Социально-экономическое развитие территории и качество жизни каждого его элемента зависит от эффективности управляющих воздействий. Для качественного управления надо иметь объективное представление об этих потоках, их динамике, факторах, способствующих или затрудняющих их циркуляцию. Вся эта информация должна быть заложена в модель. Поэтому без знания объекта управления вообще нельзя им управлять, не говоря уже о качестве целенаправленных воздействий и их результатах.
В качестве одного из представлений можно было взять, например, следующие показатели, представленные на рисунке. Все показатели могут быть отнесены к 4 группам: социально-медицинские, экономические, экологические и ресурсные.
Модель комплексной оценки состояния территории
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1596 |
Поясним смысл использованных в данной модели показателей.
ВВП - внутренний валовой продукт - это сумма добавленных стоимостей, созданная за определенный период (как правило, за год) всеми производителями, ведущими производство на экономической территории страны.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1597 Бюджет семьи - показатель, отражающий экономическое благополучие или неблагополучие семьи. Он включает сумму всех источников доходов членов семьи, в том числе зарплата, социальные пособия и проценты на сбережения, прибыль от владения всем движимым и недвижимым имуществом.
Бюджет муниципального образования. Доходы территориальных бюджетов состоят преимущественно из закрепленных за ними и регулирующих доходов, кроме того, значительные средства поступают от собственности, находящейся под контролем на данной территории.
Индекс социальной напряженности (ИСН) - включает стоимость потребительской корзины, уровень средней заработной платы, уровень занятости населения, уровень безработицы среди населения, профессиональное обучение, обеспеченность медицинским обслуживанием и лекарствами, обеспеченность коммунально-бытовыми условиями и услугами, разнообразие предприятий.
Индекс промышленной нагрузки (ИНН) учитывает годовой объем производства, среднегодовые основные производственные фонды промышленности и площадь урбанизированной территории.
Индекс сельскохозяйственной нагрузки (ИСХН) вводится по аналогии с индексом промышленной нагрузки, но отражает те характеристики производственного потенциала данной территории, которые связаны с сельским хозяйством.
Индекс устойчивости экосистем (ИУЭ) - интегральная характеристика уязвимости природныхаа экосистем.
Индекс воздействия на природную среду (ИВПрСр) - включает три показателя: индекс загрязнения воздуха, индекс техногенной нагрузки на водные ресурсы и состояние почв.
Рекреационные ресурсы. Под рекреационными ресурсами понимается сложная управляемая и частично самоуправляемая система, состоящая из ряда взаимосвязанных подсистем, а именно: отдыхающих людей, природных и культурных территориальных комплексов, технических систем, обслуживающего персонала и органа управления. В состав природных характеристик входят площадь и вместимость рекреационной территории, комфортность климата, наличие водных объектов, прежде всего бальнеологического свойства, эстетические особенности ландшафта и т.д.
Внутренние энергетические ресурсы - объемы запасов энергетических ресурсов, имеющихся на данной территории и доступных для использования.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1598 Образование - рассматривается как доля людей, постоянно проживающих на данной территории, и имеющих среднее профессиональное и высшее образование.
Инфраструктура - это показатель агрегированный с помощью отдельно орграфа, и отражающий комплекс отраслей хозяйства. Он включает дороги, каналы, порты, мосты, аэродромы, склады, связь и т.д., а также образование, науку, здравоохранение и т.д.
Преступность - количество преступлений, совершаемое за некоторый период времени.
Инвестиции - это величина привлекаемых из дополнительных источников денежных средств. Источником этих средств могут выступать частные лица, общественные организации, финансовые компании. Кроме этого, для стимулирования экономических процессов инвестором может выступать бюджет муниципального образования, бюджет региона или федеральный бюджет.
Внешние энергетические ресурсы - величина использования ресурсов, завозимых на данную территорию не учитывая их запасы.
Внешние сырьевые ресурсы - величина использования ресурсов, завозимых на данную территорию не учитывая их запасы.
Индекс демографической нагрузки (ИДН) - характеризует территорию по комплексу демографических показателей, и включает в себя плотность населения на данной территории, рождаемость, общую смертность, детская смертность.
Заболеваемость - количество заболеваний на данной территории за определенный период времени.
Внутренние финансовые накопления характеризуют объемы имеющихся на данной территории финансовых средств, которые могут быть направлены на инвестиции.
Внешние финансовые накопления характеризуют объемы имеющихся финансовых средств, которые могут быть привлечены на инвестиции в данную территорию, благодаря инвестиционной привлекательности каких-либо проектов.
Данная модель наполняется конкретным содержанием при исследовании территории. Это позволяет учесть все особенности данной территории и желательное направление ее социально-экономического развития, с помощью определения ранжирования вершин по степени воздействия на систему в целом. Таким образом, с помощью описанного подхода
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО Ваа РОССИИа 1599 Список литературы:
- Горелов В.И., Карелова О.Л. Математическое моделирование в экологии. - М: РУДН, 2000
- МогилевскийВ.Д. Методология систем. -М: "Экономика", 1999
- Прангишвилиаа И.В.аа Системныйаа подходаа иаа общесистемныеаа закономерности.аа -аа М: "СИНТЕГ", 2000
- Робертеа Ф.С.аа Дискретныеа математическиеа моделиа са приложениямиа ка социальным, биологическим и экологическим задачам. - М: "Наука", 1986
- Садовский В.Н. Основания общей теории систем. М: 1974
- Урманцев Ю.А. Общая теория систем: состояние, приложение и перспективы развития. М: Мысль, 1988.
- Федулов Ю.Г., Петров А.В. Подготовка и принятие управленческих решений. - М: Российская академия государственной службы при Президенте РФ, 1998
Все научные статьи