Лекция 8 экспертные методы принятия решения

При исследовании сложных систем возникают проблемы, которые не удается сформулировать строго. В таких случаях прибегают к услугам экспертов. Суть экспертных методов состоит в использовании интеллекта и интуиции людей, их способности находить решения слабоструктурированных задач.

Однако, эксперт, как и любой другой человек, подвержен влиянию множества факторов, негативно отражающихся на выполняемой работе. Следующие рекомендации могут оказаться полезны при работе с экспертами: • Эксперты должны быть освобождены об ответственности за использование результатов экспертизы (ответственность накладывает ограничения на характер принятия решения); • Нужно учитывать, что личные отношения в группе экспертов могут существенно искажать принимаемые ими решения; • Личная заинтересованность эксперта может повлиять на принимаемое им решение. • Метод “Делфи”: критика благотворно влияет на эксперта, если она психологически не связана с персональной конфронтацией. В соответствии с этим методом, обычно бывает достаточно следующих четырех этапов работы с экспертами: 1. раздача анкет, сбор оценок, их обобщенное представление с указанием разброса мнений; 2. сообщение итогов и запрос объяснений причин индивидуального отклонения от средней или медианной оценки первой итерации; 3. сообщение всех объяснений и запрос контраргументов на них; 4. сообщение возражений и запрос новых оценок альтернатив, если эксперт пожелает их изменить; нахождение окончательного итога. Вся работа проводится под руководством отдельной управляющей группы, в которую входят системный аналитик и лицо, принимающее решения. Анонимность экспертов сохраняется до принятия решения. По желанию экспертов их анонимность может быть сохранена и после окончания работы. К сожалению, возможности даже экспертов, людей, ограничены. Мы уже упоминали влияние субъективных факторов на работу экспертов. Но есть и объективные физиологические факторы: • В психологии известен закон “семь плюс-минус два”. Именно таким количеством понятий, идей, альтернатив, и т.д. может оперировать человек одновременно; • Столкнувшись с многокритериальной задачей, человек стремится резко упростить задачу, проявляет неуверенность, нелогичность. • В ряде случаев играет роль и низкое быстродействие нервной и мышечной систем человека. Для того, чтобы исключить или уменьшить влияние вышеперечисленных факторов на работу экспертов и системных аналитиков, им в помощь предоставляют компьютеры. Определение. Такие системы принятия решения в которых работают и люди, и машины называют проблемно-ориентированными человеко-машинными системами. Существует много различных компьютерных систем поддержки принятия решения, базы знаний, экспертные системы – все эти разновидности аппаратно- пргораммных комплексов могут быть использованы экспертами или аналитиками в процессе принятия решений. Декомпозиция и агрегирование в системном анализе Человек превосходит машину именно в решении слабоструктурированных задач. И существуют методы, способные облегчить задачу человека в решении таких задач. В любом системном исследовании можно выделить две процедуры, которые могут повторяться неоднократно – это декомпозиция и агрегирование. Определение. Процесс разложения целого на части называется декомпозицией. А процесс объединения частей в целое – агрегацией. При декомпозиции системы возникают два противоречивых требования на результат: 1. Декомпозиция должна быть полной 2. Результат декомпозиции должен быть простым для понимания. Для того чтобы аргументировать полноту декомпозиции некоторой системы, вводят понятие основания декомпозиции. Определение. Основание декомпозиции некоторой системы – это модель рассматриваемой системы. Операция декомпозиции – это процесс сопоставления частей исходной системы элементам модели-основания декомпозиции. Отсюда, легко видеть, что число частей, которые получатся в результате декомпозиции равно числу элементов модели, взятой за основание декомпозиции. Таким образом, вопрос о полноте декомпозиции сводится к вопросу о завершенности модели-основания декомпозиции. Остается ответить на три вопроса: 1. Модели какой системы надо брать за основание декомпозиции? 2. Какие типы моделей надо брать? 3. Как нужно строить модели основания декомпозиции? В качестве основания декомпозиции можно брать как модель самой системы, так и ее надсистемы или модель ее подсистемы. Иногда целесообразно за основание декомпозиции взять модель другой системы, как-то связанной с исследуемой. Типов моделей систем не так уж много: черный ящик, модель состава, модель структуры, белый ящик, каждая в статическом и динамическом варианте. Итого – восемь типов. Таким образом, можно перебрать все или часть типов моделей основания. Ответ на третий вопрос состоит в использовании полных формальных моделей в качестве фундамента построения основания декомпозиции. Содержательная модель-основание конкретизирует формальную модель. Определение. Полной формальной моделью мы будем называть абстрактную модель, описанную в строгой форме, в которой перечислены все возможные элементы системы-оригинала. Благодаря абстрактности и формальности моделей часто удается добиться полноты таких моделей. Так что определение не пусто. Пример. Примером полной формальной модели является общая модель деятельности.

Полнота формальной модели является необходимым, но не является достаточным условием полноты декомпозиции. Она лишь привлекает внимание эксперта к тому, что может являться элементами реальной системы. Один методический прием позволяет частично решить проблему полноты. В содержательную модель основания декомпозиции рекомендуется вводить элемент «все остальное». Он будет напоминать исследователю на более поздних этапах декомпозиции, что модель основание декомпозиции могла быть неполна.

Эти два требования являются часто взаимоисключающими. Вспомним, что число элементов результата декомпозиции совпадает с числом элементов модели основания. Следовательно, полнота или простота декомпозиции системы зависит от полноты и простоты основания декомпозиции. Таким образом, эксперт вынужден искать компромисс между полнотой и простотой основания декомпозиции, чтобы достигнуть компромисса между полнотой и простотой результата декомпозиции! То есть, в модель основание декомпозиции следует включать только существенные элементы исходной системы. А какие элементы системы следует считать существенными должен определить эксперт. Процесс декомпозиции обычно итеративен. То есть, после декомпозиции системы в соответствии с некоторой моделью-основанием, основание декомпозиции может быть подвергнуто детализации, если не все существенные элементы системы были получены. Затем снова повторяется этап декомпозиции в соответствии с уточненной моделью-основанием. Такой итеративный процесс декомпозиции можно представить в виде дерева. Пример: Рассмотрим четыре последовательных этапа уточнения модели основания атома водорода. Мы остановились на содержательной модели- основании состоящей из двух верхних кварков, одного нижнего кварка некоторого числа глюонов и одного электрона. Однако, если декомпозиция проводилась химиком, он скорее всего

остановился бы уже на этапе протона. Тогда как физик мог бы еще раз уточнить модель-основание и продолжить декомпозицию дальше. Например, можно попытаться оспорить элементарность кварков! Какова формальная модель нашей содержательной модели-основания? Что гарантирует полноту декомпозиции? Формальной моделью в данном случае можно считать физику элементарных частиц.

Сложность декомпозиции Существует два основных типа сложности декомпозиции систем: 1. Сложность из-за неинформированности; 2. Сложность из-за непонимания. Первый тип сложности возникает, когда в процессе декомпозиции знаний одного эксперта оказывается недостаточно. И требуется привлечения еще одного специалиста для завершения декомпозиции. Декомпозиция улучшает наше понимание сложных систем. Однако, иногда дальнейшая декомпозиция невозможна независимо от того, сколько экспертов вы пригласите. Такая неустранимая сложность называется сложностью непонимания. В таких случаях декомпозиция не улучшает понимание исходной системы, но показывает, что именно нам о ней неизвестно. Важное замечание: Если декомпозиция в действительности сложной системы оказалась слишком простой, нужно проверить ее правильность. Возможно вы что- то забыли. В процессе декомпозиции полезно учитывать не только полезные входы и выходы систем, но и вредные: такие, как «отходы»! Алгоритмы решения проблем Познакомимся с несколькими важными примерами декомпозиции. В системном анализе именно решение проблем занимает центральное место. А проблема – это тоже система! Существует несколько хорошо зарекомендовавших себя результатов декомпозиции жизненного цикла проблем. Эти результаты декомпозиции по сути являются алгоритмами решения проблем. Декомпозиция по С. Л. Оптнеру: 1. Идентификация симптомов 2. Определение актуальности проблемы 3. Определение целей 4. Определение структуры системы и ее дефектов 5. Определение возможностей 6. Нахождение альтернатив 7. Оценка альтернатив 8. Выработка решения 9. Признание решения 10. Запуск процесса решения 11. Управление процессом реализации решения 12. Оценка реализации и ее последствий Декомпозиция по С. Янгу: 1. Определение цели организации 2. Выявление проблемы 3. Диагностика системы (где именно возникла проблема) 4. Поиск решения 5. Оценка и выбор альтернативы 6. Согласование решения 7. Утверждение решения 8. Подготовка к вводу в действие 9. Управление применением решения 10. Проверка эффективности Декомпозиция по Н. П. Федоренко: 1. Формулирование проблемы 2. Определение целей 3. Сбор информации 4. Разработка максимального количества альтернатив 5. Отбор альтернатив 6. Построение модели в виде уравнений, программ или сценария 7. Оценка затрат 8. Испытание чувствительности решения (параметрическое исследование) Декомпозиция по С. П. Никанорову: 1. Обнаружение проблемы 2. Оценка актуальности проблемы 3. Анализ ограничений проблемы 4. Определение критериев 5. Анализ существующей системы 6. Поиск альтернатив 7. Выбор альтернативы 8. Обеспечение признания 9. Принятие формальной ответственности за решение 10. Реализация решения 11. Определение результатов решения Декомпозиция по Ю. И. Черняку: 1. Анализ проблемы 2. Определение системы 3. Анализ структуры системы 4. Формулирование общей цели и набора критериев 5. Декомпозиция цели, выявление потребностей в ресурсах, композиция целей 6. Выявление ресурсов 7. Прогноз и анализ будущих условий 8. Оценка целей и средств 9. Отбор вариантов 10. Диагноз существующей системы 11. Построение комплексной программы развития 12. Проектирование организации для достижения целей Обобщим все сказанное выше в алгоритм декомпозиции и изобразим его в виде блок-схемы.

Поясним шаги алгоритма: 1. Объектом декомпозиции может стать любая система. Часто, когда анализ необходим для решения больших и сложных задач, даже систему – объект, декомпозиция которого помогла бы решить поставленную задачу системного анализа, определить непросто. 2. Целевая система – это система, в интересах которой мы осуществляем анализ. Прежде чем перейти собственно к декомпозиции необходимо четко определить «заинтересованную» систему. 3. Этот блок соответствует этапу выбора формальной модели, которая послужит базой определения содержательной модели-основания декомпозиции. Формальные модели можно либо брать из библиотеки известных полных формальных моделей, либо обращаться за ними к экспертам. 4. На основе формальной модели и целевой системы, определенных на предыдущих шагах алгоритма, строится содержательная модель-основание декомпозиции. 5. – 7. Эти блоки соответствуют одной итерации процесса декомпозиции. 8. После того, как были получены «фрагменты» - кандидаты на элементы системы, мы сверяемся с используемой моделью-основанием декомпозиции, действительно ли очередной фрагмент элементарен. Если все фрагменты элементарны, декомпозиция завершена. В противном случае, итерация декомпозиции повторяется. 9. – 10. Если в восьмом блоке возникла необходимость совершить новую итерацию декомпозиции, проверяется наличие новых формальных моделей, и соответствующих им новых содержательных моделей-оснований декомпозиции. Если таковые имеются, то новая итерация декомпозиции с использованием более детальной модели-основания декомпозиции возможна. Иначе мы вынуждены остановить процесс декомпозиции ввиду сложности непонимания. В таком случае результатом декомпозиции будет указание на то, что именно вызывает непонимание в исследуемой системе. 1. Этот блок соответствует формированию отчета. Если все элементы системы, в соответствии с моделью системы - основанием декомпозиции, были успешно выделены, эти элементы и составят отчет о декомпозиции системы. В противном случае, если процесс декомпозиции оборвался из-за сложности непонимания, в отчет войдет список фрагментов дальнейшая декомпозиция которых оказалась невозможна, несмотря на то, что они не соответствуют никаким элементам модели-основания декомпозиции.

Агрегирование Операцией, противоположной декомпозиции является агрегирование. В результате агрегирования мы объединяем разрозненные элементы в целое. С этим процессом связано понятие эмерджентности. Определение. Результат агрегирования будем называть агрегатом. Определение. Эмерджентность – это свойство агрегирования, которое проявляется в возникновении у агрегата качественно новых свойств, которые не были, и не могли быть присущи исходным элементам до их объединения. Например. Свойства автомобиля не являются простой суммой свойств его частей, так как, никакая его элементарная часть не обладает свойством «перевозить пассажира по заданному маршруту и с заданной скоростью». Результат агрегирования - агрегат – определяется некоторой моделью исследуемой или проектируемой, взятой за основание процесса агрегирования. Модели состава определяют какие элементы должны войти в агрегат. А модели структуры описывают, как эти элементы будут между собой связаны. Замечание. Обратите внимание, что в самом общем виде процесс агрегирования можно представить как установление отношений на заданном множестве элементов! Мне кажется, что не имеет смысла пытаться описать все возможные типы агрегатов, которые возникают в процессе агрегирования. Однако есть небольшое число наиболее важных агрегатов, которые часто используются в системном анализе. Перечислим их. • Агрегат конфигуратор – это агрегат, состоящий из качественно различных языков описания системы, и обладающий тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для заданной цели. Примеры: a. Конфигуратором для задания точки в n-мерном пространстве является совокупность ее координат. Каждая координата – это описание системы на языке то оси, которой эта координата соответствует. Однако, для однозначного задания точки в таком пространстве нам необходимо определить все n координат. b. Конфигуратором пространственной перспективы (различий в направлениях и удаленностях источников сигналов от наблюдателя) является запись сигнала (видео, или аудио), сделанная в двух различных точках пространства. Именно для того, чтобы человек мог определять направление звука и расстояние между предметами, у него два уха и два глаза. c. Конфигуратором для описания трехмерных поверхностей на языке плоскостей является совокупность трех ортогональных проекций. d. Конфигуратором радиотехнического устройства является совокупность трех схем: блок схема прибора, принципиальная схема прибора и монтажная схема. Блок схема прибора описывает его в терминах радиодеталей. Принципиальная схема – на языке функциональных единиц (усилитель, приемник, блок питания). Причем, эти функциональные единицы могут и не иметь определенной локализации в пространстве. И наконец, монтажная схема описывает размещение деталей прибора в некотором корпусе. Отметим, что состав конфигуратора определяется целью исследования. Так, если преследовать цель сбыта радиоаппаратуры, то в последнем примере в конфигуратор придется включить и язык рекламы. • Агрегат-оператор – это такой агрегат, который объединяет множества исходных элементов, чтобы получить неэлементарные фрагменты (подсистемы) исходной системы. Другими словами, агрегаты-операторы уменьшают размерность исходной задачи. Простейшим видом агрегата-оператора является классификация. Примеры: a. Разделение всех студентов на учебные группы. b. Объединение всех животных в виды, классы, семейства. В качестве агрегата-оператора может выступать функция нескольких переменных. Если агрегируемые признаки фиксируются в числовых шкалах, то отношение на множестве признаков, заданное числовой функцией нескольких переменных тоже является агрегатом-оператором. Пример: Физический закон «сила обратно пропорциональна массе помноженной на ускорение» F-1m a = c - пример такого агрегата. Здесь физический закон – это функция, устанавливающее отношение между физическими величинами. Этот физический закон не имеет смысла для каждой физической величины, взятой отдельно. Налицо свойство эмерджентности агрегатов. Другая важная разновидность агрегатов-операторов – это статистики – функции выборочных значений. • Агрегат-структуры – это модель структуры, определенна на множестве элементов. Замечание. Проект любой системы должен включать столько агрегатов- структуры, сколько языков включено в его конфигуратор. Такое требование естественным образом следует из того, что описанию системы на каждом языке соответствует некоторая модель структуры.

Заключение. • Мы познакомились с основными принципами экспертных методов принятия решений. • Мы изучили общие рекомендаций по организации работы с экспертами, такие, как метод «Делфи». • Мы изучили два вида деятельности, которые применяются в системном анализе. Декомпозиция – разложение системы на составные части вплоть до выделения неделимых элементов системы. Агрегирование – объединение элементов в целое. • Мы познакомились с понятием Эмерджентности – основным свойством агрегирования. • В качестве полезных примеров результатов декомпозиции мы изучили несколько алгоритмов разрешения проблемных ситуаций.