Методическое пособие москва 2007 министерство образования российской федерации федеральное агенство по образованию
| Вид материала | Методическое пособие |
- «Личное страхование», 397.08kb.
- Федеральное агенство по образованию министерство образования и науки российской федерации, 332kb.
- Министерство образования и науки российской федерации федеральное агенство по образованию, 529.84kb.
- Министерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию, 32.48kb.
- Российской Федерации Федеральное агентство по образованию обнинский государственный, 77.01kb.
- Российской Федерации Федеральное агентство по образованию обнинский государственный, 130.31kb.
- Российской Федерации Федеральное агентство по образованию обнинский государственный, 84.76kb.
- Российской Федерации Федеральное агентство по образованию обнинский государственный, 90.77kb.
- Российской Федерации Федеральное агентство по образованию обнинский государственный, 81.87kb.
- Учебное пособие Кемерово 2005 федеральное агенство по образованию российской федерации, 2102.39kb.
3. Возможности человека при анализе систем
Понимание многих вопросов из сферы структурного анализа, особенностей естественной структуризации и понятийного моделирования базируется на понимании особенностей функционирования человеческой памяти, и в первую очередь – кратковременной памяти, как инструмента оперативной работы.
Почему люди строят системы понятий практически во всех сферах деятельности на основе структуризации и классификации данных? Почему цитируют строфы известных поэтов и афоризмы? Чем определяется объем малой группы, работоспособного коллектива? Почему эффективность деятельности зависит от совершенства орагнизационных структур? На эти и многие другие вопросы позволяет ответить изучение феномена кратковременной памяти человека – инструмента оперативного анализа.
3.1. Кратковременная память – инструмент оперативной обработки и анализа информации
При моделировании поведения человека и его умственной деятельности в компьютерных науках применяется прием: уподобление деятельностных функций человека тем или иным блокам и системам компьютера. Так кратковременную память человека сравнивают с оперативной памятью ЭВМ, долговременную память - с памятью на внешних запоминающих устройствах и т.п.
Под памятью понимаются психологические "процессы организации и сохранения прошлого опыта, делающие возможным его повторное использование в деятельности при возвращении в сферу сознания. Память связывает прошлое субъекта с его настоящим и будущим и является важнейшей познавательной функцией, лежащей в основе развития и обучения".
А.Бергсон: «Память вклинивает моменты прошлого в сейчас совершающееся действие с целью сделать его максимально полезным».
Кратковременная память (RDG) определяется как "подсистема памяти, обеспечивающая оперативное удержание и преобразование данных, поступающих от органов чувств и из памяти долговременной". Вся обработка поступающей информации производится в КВП. В результате многочисленных экспериментов установлено, что объем кратковременной памяти ограничен: 7±2 автономными информационными единицами материала.
Как это не странно, но содержимое КВП хранится преимущественно в звуковой форме, что впрочем, не исключает других способов хранения - но информация, поступившая зрительно, → примерно через половину секунды превращается в звуки, а еще через секунду → подключаются концептуальные ассоциации. Другая интересная особенность КВП заключается в том, что смена содержимого в ней происходит из-за появления новой информации, не просто от времени. С одной стороны, это значит, что без новых стимулов КВП остается неизменной. С другой стороны, поскольку отсутствие стимулов есть труднодостижимый идеал, содержимое КВП постоянно меняется. Практический смысл этого наблюдения состоит в том, что нельзя допускать, чтобы, скажем, эксперт в процедуре извлечения знаний, отвлекался, поскольку новые стимулы при отвлечении стирают содержимое КВП.
Информация не только хранится в КВП, она в КВП же и обрабатывается. Это значит, что один этап обработки занимает место как минимум одного элемента КВП. Более того, контекст предыдущих действий тоже хранится в КВП, снижая доступный объем оперативной памяти.
Человек не способен удержать в КПВ более 7 произвольных букв, но зато способен без ощутимого труда удержать 7 слов по 7 букв в каждом. Попробуйте удержать в памяти комбинацию «чдепсеритаеи» и сравните свои усилия с удержанием слова «деепричастие». Такая смысловая группировка, при которой набор элементов превращается в единый элемент, позволяет на порядок увеличить объем КВП.
Так что значительно эффективнее считать, что объем кратковременной памяти равен пяти (шести, из которых один в запасе) элементам.
3.2. Базовые особенности долговременной памяти
Теперь немного о долговременной памяти (ДВП). Считается, что информация попадает в ДВП в трех случаях. Во-первых, при повторении, т.е. при зубрежке. Во-вторых, при глубокой семантической обработке. В-третьих, при наличии сильного эмоционального воздействия.
С повторением всё просто. Чем больше повторений и чем меньше времени проходит между повторами, тем больше шансов, что информация будет запомнена.
С семантической обработкой дела обстоят интереснее. Дело в том, что информация хранится в ДВП в сильно структурированном виде (например, зрительные воспоминания на самом деле хранятся не в виде картинки, а как список объектов, находящихся в изображении, изображения же отдельных объектов хранятся отдельно). Так что для обращения к воспоминаниям мозг выполняет работу, сходную с поиском книги в библиотеке (только более сложную; попробуйте методом самонаблюдения вспомнить, например, всех своих одноклассников). Соответственно, когда человек вспоминает, он углубляется в свою память и находит всё больше признаков искомой информации. Но верно и обратное: чем больше человек думает о какой-либо информации, чем больше он соотносит её с другой информацией, уже находящейся в памяти, тем лучше он запомнит то, о чем думает.
Несколько помогает понять устройство механизма запоминания его антипод, а именно забывание. Забывание обусловлено одним из трех факторов (или всеми тремя), а именно затуханием, интерференцией и различием ситуаций. Самое простое объяснение имеет затухание: когда информация не используется долгое время, она забывается. Несколько сложнее с двумя оставшимися факторами. Предполагается, что если сходной семантической обработке подверглись несколько фрагментов сходной информации, эти фрагменты перемешиваются в памяти, делая практически невозможным воспроизведение поврежденного фрагмента, т.е. фрагменты интерферируют друг с другом. Иначе обстоит дело с различием ситуаций. Предполагается, что для успешного воспоминания требуется соответствие признаков во время кодирования с признаками во время воспроизведения. Невозможно неслучайно вспомнить «то, не знаю что». Это всё равно как потерять книжную карточку в библиотеке - книга в целости и сохранности, но найти её нет никакой возможности.
Разные понятия вспоминаются с разной скоростью, слова, например, вспоминаются быстрее цифр, а визуальные образы - быстрее слов. Очень сильно влияет объем выборки, т.е. вспомнить одно значение из десяти возможных получается быстрее, нежели из ста возможных. Наконец, частота вспоминания влияет на скорость вспоминания (т.е. на скорость вспоминания сильно влияет тренировка).
3.3. Особенности оперативной оценки ситуаций
В психологии в качестве элементов оперативной оценки и анализа ситуаций принято выделять оперативные единицы информации – то, чем оперирует КВП. Под ними понимают целостные умственные образования, создающие возможность одномоментного оперирования с объектами, отвлекаясь от числа содержащихся в них признаков. Для осваивающего грамотность поначалу элементы информации – отдельные буквы. Затем – слоги, и только потом – слова. В инженерной психологии вводится более точное наименование - оперативные единицы деятельности (ОЕД). Поскольку инженерная психология изучает деятельность человека-оператора, то ее в первую очередь интересует иерархия моделей деятельности. Она такова, что по мере освоения деятельности у оператора формируются все более сложные модели, оперирующие усложняющимися ОЕД.
По уровням усложнения моделей деятельности оператора вводятся (А.И.Галактионов):
- технологические - ОЕД в виде отдельных элементов технологического процесса
- функциональные - ОЕД в виде состояний элементов технологического процесса
- информационные - ОЕД в виде отклонений контролируемых параметров, часто выступающие в виде косвенных измерителей технологического процесса
- интегральные - ОЕД в виде органического сочетания нескольких информационных ОЕД в одной.
На основе различного типа ОЕД у человека формируются модели деятельности различного уровня сложности - от технологической до наглядно-образной. Чем выше уровень сложности модели деятельности, тем быстрее и эффективнее профессионал ориентируется и действует в операционной среде. Это определяется тем, что поиск решения связан с ОЦЕНКОЙ ОБСТАНОВКИ, проводимой на основе анализа ЭЛЕМЕНТОВ обстановки, связей между ними, ассоциированных СОБЫТИЙ и их влияния на состояние элементов обстановки и планируемый результат деятельности.
Чем опытнее профессионал, тем меньше времени он тратит на обзор причинно-следственных связей, так как оперирует интегральными ОЕД.
Примеры.
1. Т.Саати обсуждает способ экономии операций сравнения объектов при работе с ними, используя аналитическую полезность иерархизации и вводя понятие кластера, как подмножества сравниваемых единиц. Мощность кластера ограничивается числом Миллера 7±2. То есть все множество сравниваемых элементов мощностью n довольно произвольно разделяется не более чем на семь кластеров, каждый из которых далее подразделяется на не более чем семь кластеров и т.д., пока декомпозиция исходного множества наконец позволяет организовать иерархию, каждый кластер которой будет содержать не более семи единиц.
Если при работе проводить парные сравнения всех единиц без разбиения на кластеры, очевидно, потребуется n(n-1)/2 сравнений. Т.Саати показал, что при условии кластеризации и работе с кластерами число необходимых сравнений не превысит (7/2)*(7**(log n/log 7)-1).
При этом эффективность иерархии имеет порядок n/7. Поясним, что эффективность иерархии определяется как отношение числа непосредственных парных сравнений, требуемых для всех n элементов, к суммарному числу как непосредственных, так и опосредованных парных сравнений или, скорее,- парных сопоставлений, которые остается проводить после кластеризации. ( Вне поля зрения при этом остается сам механизм опосредования).
2. Г.Саймоном проведена сравнительная оценка двух процедур сборки часов: когда идет непосредственная последовательная сборка часов из деталей, и когда сборка иерархическая, то есть когда проведена кластеризация по 10-кластерным сборочным единицам. Эффективность кластеризации составляет 2000. Кластеризация (англ. Data clustering) — задача машинного обучения, в которой требуется разбить заданную выборку объектов (ситуаций) на непересекающиеся подмножества, называемые кластерами, так, чтобы каждый кластер состоял из схожих объектов, а объекты разных кластеров существенно отличались.
3. В теории метрических характеристик программ показано, что мысленная работа по реализации любого алгоритма пропорциональна квадрату объема программы. Отсюда немедленно следует рациональность разделения программы на модули (то есть те же кластеры), так как сумма квадратов меньше квадрата суммы.
Таким образом, аналитическая работа сознания тем эффективнее, чем более проблемно-ориентированно организованы ОЕД в иерархические структуры.
3.4. Влияние ограничений объема КВП на процессы структуризации и обобщения
Ключом к пониманию необходимости ограничения на объем кратковременной памяти, по-видимому, может служить тот факт, что для долговременного запоминания требуется осмысление материала, включение удерживаемого материала в систему ассоциаций.
Ограничив кадр внимания человека - всего лишь 7±2 оперативных единицы, Природа поступила мудро. Да и как быть иначе, если это заставляет человека развивать когнитивный аппарат.
То есть, ограничение на объем кратковременной памяти служит побудительной причиной, основной посылкой для реализации психологических механизмов обобщений, классификации и ассоциаций.
Сравните на рисунке 3 левую часть и правую. В левой части представлены 4 ОЕД, подлежащих отображению в КВП, а в правой – обобщающая иерархия, приводящая к единственному понятию. Очевидно, что единичное обобщающее понятие легче запоминается, нежели четыре отдельных.
Рис. 3Посмотрим на схемы рис.3 с другой стороны - организационной. Или надо управлять четырьмя исполнителями, или назначить одного ответственного, а управлять – одним.
Или поэтическое обобщение «Мороз и солнце – день чудесный». Вместо громоздких многословных описаний зимнего дня.
Одним из самых употребимых и эффективных инструментов структуризации знаний о предметной области является классификация. Это в первую очередь организация поначалу разрозненной информации в смысловые, взаимосвязанные друг с другом классы. Если классификация достигает системного уровня, то есть целостного взаимосвязанного описания, то такие классы выступают в качестве подсистем. Например, очевидно, что живая природа – единая система. Но до сих пор предлагаются различные системы классификации живой природы.
От успешности, то есть логичности и стройности классификационной системы во многом определяется освоенность предметной области и успешность передачи знаний о ней. Физик или математик могут успешно трудиться уже через пять лет обучения в ВУЗе, а медик – через 8.