Моделирование мыслительных процессов

Изучение процессов мышления позволяет модели­ровать их с помощью ЭВМ. Моделирование процессов мышления, с одной стороны, открывает перспективы для создания машин, решающих различные задачи. С другой стороны, применение методов моделирования способствует более глубокому изучению психических процессов. Поэтому программа вычислительной маши­ны, выступая в качестве модели некоторых сторон мыслительной деятельности, является как средством исследования, так и средством автоматизации умствен­ного труда.

Моделирование отдельных сторон мышления чело­века может быть реализовано на основе эвристических машинных программ (эвристическое программирова­ние) . В них с психологических позиций рассматривает­ся поведение человека как сложной информационной системы. Цель состоит в том, чтобы построить систему-модель, поведение которой в выбранных ситуациях соответствовало бы поведению человека. Такая модель должна решать задачи, используя те же методы, спосо­бы и приемы переработки информации, которыми пользуется человек. На этом пути возникает проблема изучения алгоритмов переработки информации челове­ком, а также проблема изучения человеческих эврис­тик, т. е. способов решения задач человеком.

Эвристические машинные модели создаются сле­дующим образом. Путем экспериментального исследования поведения человека при решении задач выб­ранного типа выявляются наиболее характерные приемы и методы решения. На этой основе выдвига­ется гипотеза об алгоритмах, описывающих выбран­ный тип деятельности человека. Для проверки гипо­тезы строится ее модель (в виде программы ЭВМ) и сопоставляется поведение модели и человека при ре­шении задач данного класса. Результаты сопостав­ления используются для коррекции гипотезы и са­мой модели.

Для построения модели разработан также ряд спо­собов, с помощью которых ЭВМ может решить постав­ленную задачу, если алгоритм ее заранее неизвестен. К этим эвристическим способам относятся: поиск пра­вильного решения из некоторого множества путем перебора; ограничение перебора вариантов за счет опознания объектов исследования по некоторому на­бору их признаков; обучение машины стратегии поис­ка на основе закрепленного опыта; сокращение поис­ка путем предварительного планирования; нахождение закономерностей в исходных данных (индукция). Ко­личество этих способов может быть увеличено, причем каждый из них включает свои подспособы.

Таким образом, эвристическое программирование основывается на двух моментах: на воссоздании неко­торых интеллектуальных человеческих действий и на анализе специфических свойств и особенностей объек­та, в отношении которого осуществляется программи­рование. В области практического использования эври­стических машинных программ получены интересные результаты.

Созданные программы можно разделить на два класса.

К первому классу относятся программы, в основе которых лежит гипотеза об общих механизмах процесса решения задач. Особенностью таких программ является их обобщенный характер, возможность решения на их основе широкого класса задач. К ним относится, напри­мер, программа «Общий решатель проблем» (ОРП). Общий характер программы обусловлен тем, что она состоит из отдельных частей, каждая из которых занима­ется учетом определенных факторов. Основой ОРП явля­ется ядро программы, которое состоит из исполнительного алгоритма и арсенала эвристических способов фор­мулирования, оценки и решения определенных задач. Программа работает в следующих основных понятиях: объекты (геометрические фигуры, выражения символи­ческой логики и т. п.) и способы преобразования этих объектов (операторы), которые изменяют состояние объектов, их свойства и различия между ними. ОРП может действовать в любой среде, в которой можно оп­ределить совокупность объектов и в которой эти объекты могут быть преобразованы или скомбинированы в дру­гие объекты путем применения распознающих «опе­раторов» или правил преобразования [150].

Ко второму классу относятся программы, создан­ные на основе наблюдения и анализа какой-либо кон­кретной деятельности и способные решать задачи, возникающие именно в этой деятельности. Примером является программа для решения задачи оптимального распределения операций между рабочими на конвейе­ре. Эта программа была создана на основе анализа мыслительной деятельности инженеров — организато­ров производства [64].

Заканчивая общую характеристику эвристических машинных программ, следует подчеркнуть, что в них используется упрощенная модель задачи с ограничен­ным перебором вариантов, но без полной гарантии получения оптимального решения. Рассмотренные программы еще далеки от человеческих эвристик. По сути дела, в них решается не творческая мыслитель­ная задача, а более простая лабиринтная задача с из­вестными областями поиска, начальными условиями и конечной целью. Для выработки новых алгоритмов в ходе решения используется методика перебора вари­антов (проб и ошибок), но с известным сокращением. Моделируются лишь отдельные стороны мыслительной деятельности человека. Основной путь оптимизации рассмотренных программ состоит в приближении их к человеческимчэвристикам, особенностям концептуаль­ной модели, формируемой человеком.

Более полно особенности человеческого мышления учтены при разработке метода ситуационного управ­ления [151]. Метод предназначен для автоматизации процессов управления и основан на психологическом изучении мышления оператора. В результате исследо­ваний установлено, что процесс решения оперативной проблемы есть не столько выбор одного варианта, из нескольких возможных (как это принято в эвристичес­ких машинных программах), сколько формирование варианта, ведущего к решению. Этот принцип и ис­пользован в методе ситуационного управления. Суть его состоит в том, что ЭВМ строит внутри себя систему отношений или модель управляющего объекта, а даль­нейшая стратегия управления формируется на основе динамики этой модели.

Метод ситуационного управления, являясь итогом психологических исследований процесса решения за­дач, может выполнять двоякую функцию. С одной сто­роны, это путь построения программ, позволяющих автоматизировать такие управленческие процессы, которые до его создания не могли быть переданы ЭВМ или автоматизировались не лучшим образом. С другой стороны, такой метод может быть рассмотрен как ма­тематический инструмент описания реальной мысли­тельной деятельности оператора в процессе решения сложных задач по оперативному управлению. Все это позволяет по-новому подойти к решению проблемы распределения функций между человеком и ЭВМ в системе управления, поскольку применение метода позволяет передать машине решение многих задач, которые еще недавно были доступны лишь человеку.

К настоящему времени метод ситуационного уп­равления внедрен на ряде предприятий нашей стра­ны. Причем везде, где он внедрялся, получен суще­ственный экономический эффект [151].

Большой интерес представляют также машинные программы моделирования мыслительных процессов, в основу построения которых положено понятие логи­ко-психологических координат (ЛПК). Эти программы базируются на так называемой операторно-гностической модели мышления. В ее основу положены две ги­потезы: положение об «одноканальности» сознания и «многоканальное™» наглядно-содержательной интуи­ции и положение о несовместимости в осознаваемой части интеллекта операторного (связанного с выпол­нением операций) и логико-психологического (концеп­туального) компонентов мыслительного процесса.

Центральным звеном операторно-гностической модели являются ЛПК, которые включают в себя как эвристические, так и логико-алгоритмические компоненты. Логико-психологические координаты — это одновременно и условие познания соответствующих мыслительных механизмов, и путь разработки «психо­логического» обеспечения ЭВМ и АСУ. На основе экспериментальных психологических исследований ана­лизируется роль ЛПК, которыми человек, находясь в проблемной ситуации, руководствуется в своей дея­тельности. Выявленные ЛПК используются затем для оптимизации машинных программ [203].

Рассмотренные подходы к созданию машинных моделей мыслительной деятельности являются состав­ной частью более широкого научного направления, известного под названием «искусственный интеллект» и занимающегося созданием машинных систем для решения сложных задач. При этом не выдвигается в качестве обязательного условия имитация естествен­ного интеллекта. Главное — чтобы машинные програм­мы выдавали результаты, аналогичные тем, которые получает человек. Поэтому в общем случае работы в области искусственного интеллекта направлены не столько на моделирование существа познавательных процессов, сколько на автоматизацию сложных форм деятельности — автоматизацию, для которой доста­точно описания внешнего поведения человека.

Как известно, в психологии и кибернетике разли­чают три уровня сходства между мышлением человека и программами ЭВМ:

■ сходство результатов;

■ сходство общих методов и приемов;

■ сходство между последовательностями отдельных опера­ций и деталей решения.

Работы в области искусственного интеллекта ори­ентированы в основном лишь на сходство результатов. В психологических направлениях этих работ (эвристи­ческие машинные программы, методы ситуационного управления и др.) делаются, кроме того, попытки полу­чения сходства методов, приемов и последовательнос­ти выполнения отдельных операций. Однако эти по­пытки крайне ограничены, поэтому между интеллектом человека и его машинными аналогами (искусственным интеллектом) остаются принципиальные различия. Они подробно проанализированы в работе [64].

ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ

В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРА

13.1. Психологические аспекты проблемы
принятия решения

На основании принятой и проанализированной информации оператор принимает необходимое реше­ние по управлению. Процедура принятия решения является центральной на всех уровнях приема и пере­работки информации. В этой процедуре наиболее пол­но реализуются как отражательные, так и регуляторные функции психики.

В самом общем виде процедура принятия решения включает формирование последовательности целесо­образных действий для достижения цели на основе преобразования некоторой исходной информации.

К основным объективным и субъективным усло­виям, определяющим реализацию процессов решения в деятельности оператора, можно отнести:

■ наличие дефицита информации и времени, стимулирую­щих «борьбу» гипотез;

■ наличие некоторой «неопределенностной ситуации», оп­ределяющей борьбу мотивов у субъекта, принимающего решение;

■ осуществление волевого акта, обеспечивающего преодо­ление неопределенности, выбор гипотезы, принятие на себя той или иной ответственности.

Условия принятия решения во многом зависят от степени неопределенности. В этой связи различают следующие виды неопределенности [86]: обусловленную большим числом объектов, включенных в ситуа­цию; вызванную недостатком информации в силу технических и иных причин; порожденную слишком вы­сокой или недоступной платой за определенность, вно­симую субъектом, принимающим решение. Очевидно, что процедура принятия решения и его качество в различных ситуациях неопределенности будет иметь разный характер. Поэтому в зависимости от состояния исходной информации могут быть три вида решения: детерминированное, вероятностное, предельное. Одна­ко в любом случае в процессе принятия решения не­обходимо разумное снижение неопределенности.

С системных позиций проблема выработки и при­нятия решения условно имеет следующие основные аспекты: логико-психологический, операциональный, функционально-динамический, формализованный. От­дельно можно выделить личностный аспект, связанный с влиянием мотивационно-установочной и эмоциональ­но-волевой сфер на протекание информационных про­цессов у человека.

С логико-психологической точки зрения процесс переработки информации и принятия решения (в рам­ках решения задачи) связан с формулированием задачи, поиском, накоплением и регулированием информа­ции, необходимой для принятия решения; выявлением и оценкой проблемной ситуации; выделением (постро­ением) системы гипотез; реализацией выдвинутой программы действий.

С опердциональной точки зрения процедура при­нятия решения складывается из информационной под­готовки и собственно принятия решения. В данном случае речь идет о системе преобразований с исполь­зованием определенных методов и приемов. Так, на­пример, показано [157], что для деятельности операто­ра в системах контроля и управления информационная подготовка принятия решения складывается из «внеш­него» и «внутреннего» информационного обеспечения.

Основное содержание внешнего информационно­го обеспечения состоит из реализации двух проблем. Первая из них включает вопросы определения количе­ства и качества информации, необходимой и достаточ­ной для принятия решения в том или ином случае. Вто­рая проблема связана с вопросами оптимального представления этой информации оператору (см. главу XVI).

Внутренняя подготовка принятия решения сводит­ся к процедурам, объединенным в две группы:

■ поиска, выделения, классификации и обобщения ин­формации о проблемной ситуации;

■ построения текущих образов, или оперативных кон­цептуальных моделей.

Процедура выработки самого решения условно может быть описана следующими операциями: пред­варительное выдвижение системы эталонных гипотез; сопоставление текущих образов (концептуальных мо­делей) с рядом эталонов и оценка сходства между ними; коррекция образов (моделей) и «сообразование» гипо­тез с достигнутыми результатами; выбор эталонной гипотезы или построение ее, принятие решения (прин­ципа и программы действий). Из сказанного видно, что рассмотренные операции также могут быть объедине­ны в две группы: структурного сопоставления текущих и эталонных образов (моделей) и их преобразования (построения).

Функционально-динамические аспекты принятия решения связаны с реализацией комплекса внутрен­них психологических механизмов. Система этих меха­низмов до настоящего времени еще не ясна. По-види­мому, организация процесса принятия решения весьма сложна и требует взаимодействия различных психоло­гических механизмов. Что же касается самого акта принятия решения, то он одномоментен, подчиняется некоторому универсальному, видимо, простому, но еще не выявленному закону.

В общем виде можно говорить, что подготовка ре­шения связана с функционированием механизмов информационного и информационно-эвристического поиска. Несомненно, что поисковые программы опира­ются на структурный анализ воспринимаемой информа­ции. Выработка решения связана с функционированием системы структурных, логических и вероятностных механизмов. Первые преобладают при реализации операций построения образов (моделей) , их сопостав­ления, установления соотношения между ними. Среди них при переработке динамической информации осо­бый интерес представляют механизмы, обеспечи­вающие сопоставление текущей информации с ранее запечатленной в кратковременной и долговременной памяти в целях ее оценки и коррекции. Вероятностные механизмы преобладают при реализации априорных процедур, операций выбора и оценки гипотез р слож­ных условиях, в условиях риска. Однако резкой грани­цы между сферами действия обеих групп механизмов нет; причем сами они нередко содержат эвристичес­кие компоненты. В целом же процессы принятия ре­шений имеют детерминированно-стохастическую при­роду [157].

Формализованное описание процедур принятия решения складывается из двух частных проблем:

■ количественного описания входных и выходных данных,

■ формализованного описания самих процессов.

Первая проблема решается более просто. Для ее решения используется различный математический аппарат. Так, для формального построения гипотез решений может быть использован факторный анализ, для количественной оценки истинности и эффектив­ности гипотез — аппарат теории вероятностей и ста­тистических решений, а также теории игр и массового обслуживания. Во многих случаях возможно примене­ние методов теории информации.

Вторая проблема реализуется значительно слож­нее. Формальное описание (моделирование) процессов принятия решения возможно лишь на основе исполь­зования методов, обладающих определенными лингви­стическими возможностями. К ним прежде всего мож­но отнести аппарат формальных грамматик.

Хорошие результаты дает также применение кон­цепции идеализированных и частных структур дея­тельности [26], аппарата теории нечетких множеств [195], представления алгоритма принятия решения оператором в виде нечеткого секвенционального авто­мата [27]. Здесь же для анализа возможностей автома­тизации процессов принятия решения предлагается использовать представление этих процессов в виде абстрактного ориентированного графа.

Общие требования к формальным моделям психи­ческих функций (в том числе и процессов принятия ре­шений) сводятся к следующему. Модели должны впи­сываться в более общую модель и быть основой для детализации более частных моделей; выполнять опре­деленные информационные функции, выявлять новую информацию о структуре моделируемых процессов, обеспечивать прогнозирование их функционирования; быть физически реализуемыми и обладать практичес­кой полезностью. Кроме того, они должны соответство­вать содержательным психофизиологическим моделям. Одним из примеров таких моделей являются рассмот­ренные в предыдущей главе эвристические машинные программы.

Личностные аспекты процессов принятия решений человеком связаны с определением влияния эмоциональ­но-волевой и мотивационно-установочной сфер на про­текание информационных процессов. Прежде всего необходимо подчеркнуть, что процесс принятия решения представляет собой особую стадию волевого действия, реализуемого в рамках сложного волевого акта. Это дей­ствие связано как с подготовительным этапом волевого акта, с постановкой и осознанием цели, так и с этапом исполнения и оценки принятого решения. При этом нужно учитывать, что волевые процессы всегда услож­няются за счет действия эмоциональных факторов.

Принятие решения весьма индивидуально. На ос­нове выявления индивидуальных типологических раз­личий предложена классификация типов решений [86]. При этом учитывалось соотношение процессов пост­роения (А) и контроля выдвигаемых гипотез (К). В за­висимости от этого различаются следующие типы ре­шений:

А>>К — импульсивные решения (процессы построения гипотез резко преобладают над контрольными процессами);

А > К — решения с риском;

А = К — уравновешенные решения;

А < К — осторожные решения;

А<<К — инертные решения (контрольные процессы рез­ко преобладают над процессами построения ги­потез, протекающими медленно и неуверенно).

Наиболее эффективными при наличии необходи­мых знаний оказываются операторы, склонные к при­нятию решений с риском, но обладающие осмотритель­ностью.

На процессы принятия решения большое влияние оказывает и «эмоциональный феномен», обеспечива­ющий снятие неопределенности на основе действия механизмов эмоций [86]. Экспериментально показано, что без эмоциональной активации невозможно решение субъективно сложной мыслительной задачи. Эта акти­вация порождается как общей ситуацией, в которой протекает деятельность (ситуационные эмоции), так и результатом интеллектуального процесса (интеллекту­альные эмоции). При решении простых задач роль си­туационных эмоций разного знака однозначна; при решении творческих задач отрицательные эмоции, как это ни парадоксально, могут играть положительную роль (при эмоциональном подкреплении «наводящей» задачи). Поэтому можно ставить вопрос об управлении процессами решений за счет искусственно создавае­мой эмоциональной активации.

Интересными являются также результаты иссле­дований мотивационных основ решения задачи. Экс­перименты проводились в группах с разной мотивационной установкой: сделать как можно лучше; сделать не хуже других; лишь бы сделать. Эффективность ре­шения задачи в первой группе в 1,5 раза выше второй и в 2 раза выше третьей.

В заключение необходимо подчеркнуть, что струк­тура и механизмы процедуры принятия решения не являются стабильно-универсальными на разных уров­нях психического отражения. Они изменяются при переходе от перцептивно-опознавательного уровня к речемыслительному, ибо каждый уровень представля­ет собой качественно новое структурно-системное образование. Главное здесь заключается в переходе от перебора и выбора гипотез к построению гипотез (кон­цептуальных моделей).

13.2. Информационная подготовка решения

Принятию решения оператором предшествует определенная информационная подготовка. Она свя­зана с отбором информации об управляемом объекте и среде, которая позволяет достичь максимальной эффек­тивности решения. Опыт эксплуатации СЧМ различ­ного назначения показывает, что информационная подготовка может занимать от 30 до 60% времени, зат­рачиваемого для принятия решения.

Информационная подготовка решения (ИПР) пред­ставляет совокупность действий по приему и обработ­ке информации о внешней среде, состоянии системы управления, ходе управляемого процесса, а также вспомогательной и служебной информации. В ходе осуществления этих действий и операций оператор анализирует обстановку, представляемую на средствах отображения информации, сопоставляет условия зада­чи и строит концептуальную модель ситуации. На этом заканчивается первая стадия ИПР. Информация на этой стадии переводится оператором на язык образов, схем, оперативных единиц информации и т. д., кото­рым он хорошо владеет. Дальнейшая обработка инфор­мации осуществляется уже на этом языке.

На второй стадии оператор анализирует и сопос­тавляет ситуацию с имеющейся у него или специально выработанной для этого случая системой оценочных критериев и мер, которые определяют характер и на­правленность необходимых преобразований ситуации. Основная задача этой стадии состоит в трансформа­ции концептуальной модели в модель проблемной си­туации. Эта новая модель, адекватная объективно сло­жившейся ситуации, является сферой кристаллизации проблемы, подлежащей решению.

На третьей стадии идет напряженная работа над решением проблемы оперирования исходными и пре­образованными данными. Протекает она в виде целе­направленных действий, либо не осознаваемых, либо автоматизированных, которые далеко не всегда имеют вербальный характер. На этой стадии большой удель­ный вес занимают зрительно-пространственные транс­формации и манипуляции элементами проблемной ситуации или ситуации в целом.

Основное внимание при этом уделяется определе­нию взаимоотношений между вступившими в противо­речие и породившими конфликтную ситуацию элемен­тами или их комплексами. По мере такого оперирования создается более полное представление о предметном содержании ситуации, возможных направлениях ее развития, структурируется значение вступивших в противоречие элементов, комплексов и свойств ситуа­ции. Результатом такой работы могут быть новые обра­зы, новые визуальные формы, несущие определенную смысловую нагрузку. Подобный тип деятельности на­зывают визуальным мышлением [148]. На этом ИПР переходит в процесс собственно принятия решения.

Процессы ИПР не являются беспристрастными. На них влияют субъективные факторы, личностно-смысловые образования, к числу которых относятся мо­тивы, субъективные цели, установки, воля и т. п. Эти влияния сказываются на способах интерпретации и преобразования условий и предметного содержания задачи, на точности полученного результата, на стиле его реализации. Личностно-смысловые образования влияют на процессы ИПР значительно сильнее, чем на более элементарные исполнительные и когнитивые акты.

Это объясняется тем, что оценочные критерии в сложных ситуациях, характеризующихся в том числе и недостаточностью информации о среде, вырабаты­ваются субъектом деятельности. Процесс их разработ­ки, упорядоченности, реорганизации осуществляется непрерывно в ходе мыслительной деятельности. Имен­но он и влечет за собой изменение целей, формирова­ние и постановку новых.

На основе микроструктурного анализа (см. главу III) преобразований информации в зрительной и слуховой системах можно сделать вывод о том, что перцептив­ные, опознавательные и мнемические действия не толь­ко участвуют в подготовке решения, но и вносят суще­ственный вклад в его реализацию. А процесс решения задачи на одном шаге информационного поиска может развернуться в достаточно широкий диапазон преоб­разований информации — от сканирования до невер­бальных семантических преобразований.

В зависимости от сложности решаемой задачи число и тип преобразований меняются, что находит свое выражение, в частности, в длительности зрительных фиксаций. Это значит, что оператор, решающий задачу, обладает способностью настраиваться на пер­цептивную или семантическую сложность информаци­онного поля. Поэтому в работе оператора скорость обработки информации, как правило, не постоянна. Это связано с тем, что от режима поиска он переходит к построению концептуальной модели и собственно к решению [55, 56].

Любое решение, как следует из сказанного, явля­ется результатом приема и переработки информации. Однако в зависимости от назначения СЧМ и ее конеч­ной задачи психологические механизмы, обеспечива­ющие выработку решения, методы и уровни решений существенно различаются (табл. 13.1). В общем случае, как уже отмечалось, различают две группы уровней решений: перцептивно-опознавательные и речемыслительные.

Таблица 13.1