СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................ 14
ГЛАВА-1. ОПИСАНИЕ МЕТОДА СК-АНАЛИЗА...................... 19
1.1. Теоретические предпосылки СК-анализа......... 19
1.2. Математическая модель СК-анализа.................. 22
1.2.1. Системное обобщение формулы Хартли....................... 22
1.2.2. Гипотеза о Законе возрастания эмерджентности.... 22
1.2.2.1. Математическая формулировка:................................ 23
1.2.2.2. Интерпретация.............................................................. 23
1.2.3. Системное обобщение формулы Харкевича.................. 24
1.2.3.1. Классическая формула Харкевича............................. 24
1.2.3.2. Выражение классической формулы Харкевича
через частоты фактов....................................................................................................... 25
1.2.3.3. Вывод коэффициента эмерджентности Харкевича
на основе принципа соответствия с выражением Хартли в детерминистском случае....................................................................................................... 25
1.2.3.4. Вывод системного обобщения формулы Харкевича 26
1.2.3.5. Окончательное выражение для системного
обобщения формулы Харкевича.................................................................................... 26
1.2.4. Связь системной теории информации (СТИ) с
теорией Хартли-Найквиста-Больцмана и теорией Шеннона............................ 26
1.2.5. Интерпретация коэффициентов эмерджентности СТИ 28
1.2.6. Матрица абсолютных частот........................................ 29
1.2.7. Матрица информативностей......................................... 30
1.2.8. Неметрический интегральный критерий сходства,
основанный на лемме Неймана-Пирсона.............................................................. 31
1.2.9. Связь системной меры целесообразности
информации с критерием c2........................................................................................................... 32
1.2.10. Оценка адекватности семантической
информационной модели в СК-анализе и бутстрепные методы................................................. 33
1.2.11. Непараметричность модели. Робастные процедуры
и фильтры для исключения артефактов............................................................. 35
1.3. Методика численных расчетов СК-анализа... 35
1.3.1. Детальный список БКОСА и их алгоритмов................. 35
1.3.2. Иерархическая структура данных семантической
информационной модели СК-анализа........................................................................ 37
1.4. Специальный программный инструментарий СК-анализа – система
"Эйдос"......................................................................... 38
1.4.1. Цели и основные функции системы
"Эйдос"................. 38
1.4.1.1. Синтез содержательной информационной модели
предметной области......................................................................................... 39
1.4.1.2. Идентификация и прогнозирование состояния
объекта управления, выработка управляющих воздействий.................................... 39
1.4.1.3. Углубленный анализ содержательной
информационной модели предметной области................................................................... 40
1.4.2. Обобщенная структура системы "Эйдос".................... 40
ГЛАВА-2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫРАЩИВАНИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО РАЦИОНАЛЬНОМУ
ВЫБОРУ АГРОТЕХНОЛОГИЙ 43
2.1. Решение задач прогнозирования и поддержки приянтия решений в растениводстве
с применением системы "ЭЙДОС" в 1993-1996 годах............................................................................. 43
2.2. Постановка задачи, синтез и исследование модели прогнозирования
урожайности зерновых колосовых и
поддержки принятия решений по
рациональному выбору агротехнологий......................................................................... 50
2.2.1. Проблематика работы..................................................... 50
2.2.2. Задача 1.
Обосновать требования к методу решения задачи и определить степень соответствия известных
методов обоснованным требованиям.................................................................................. 52
2.2.3. Задача 2.
Выбрать наиболее подходящий по
обоснованным критериям метод решения
проблемы...................................... 55
2.2.4. Задача 3.
Кратко описать суть выбранного метода. 55
2.2.4.1. Теоретические основы СК-анализа (включая
базовую когнитивную концепцию)................................................................................. 56
2.2.4.2. Математическая модель (системная теория
информации) и методика численных расчетов СК-анализа (структуры данных и
алгоритмы их обработки)................................................................................... 58
2.2.4.3. Специальный программный инструментарий
СК-анализа, реализующий математическую модель и методику численных расчетов
(универсальная когнитивная аналитическая система "Эйдос"). 58
2.2.4.3.1. Основные функции системы "Эйдос"................ 58
2.2.4.3.5. Синтез содержательной информационной модели
предметной области.................................................................................... 59
2.2.4.3.6. Идентификация и прогнозирование состояния
объекта управления, выработка управляющих воздействий......... 59
2.2.4.3.7. Углубленный анализ содержательной
информационной модели предметной области.............................................................. 59
2.2.4.3.8. Обобщенная структура системы
"Эйдос".......... 60
2.2.5. Задача 4.
Описать методику применения выбранного метода для решения поставленной проблемы.............................................. 62
2.2.5.1. Основные этапы методики применения
автоматизированного системно-когнитивного анализа.............................................. 63
2.2.5.2. Когнитивная структуризация, а затем и формализация
предметной области......................................................................................... 64
2.2.5.3. Ввод данных мониторинга в базу прецедентов
(обучающую выборку) за период, в течение которого имеется необходимая
информация в электронной форме.................................................................... 67
2.2.5.4. Синтез семантической информационной модели (СИМ). 71
2.2.5.5. Оптимизация СИМ....................................................... 71
2.2.5.6. Проверка адекватности СИМ (измерение внутренней и внешней,
дифференциальной и интегральной валидности)................. 72
2.2.5.7. Решение задач идентификации состояний объекта
управления, прогнозирования и поддержки принятия решений по управлению с
применением СИМ..................................................................... 76
2.2.5.7.1. Задача прогнозирования...................................... 76
2.2.5.7.2. Задача поддержки принятия решений............... 79
2.2.5.8. Системно-когнитивный и кластерно-конструктивный
анализ СИМ........................................................................................................ 83
2.2.5.8.1. Задача выявления силы и направления влияния
факторов 83
2.2.5.8.2. СК-анализ, как метод вариабельных
контрольных групп 85
2.2.5.8.3. Семантические сети классов и факторов.......... 86
2.2.5.8.4. Когнитивные диаграммы классов и факторов. 88
2.2.5.8.5. Когнитивные карты (классические и
интегральные). 92
2.2.6. Задача 5.
Описать результаты применения методики (эффективность, научные
результаты и выводы, практические
рекомендации)................................................................................ 94
2.2.7. Задача 6.
Рассмотреть ограничения метода и
методики его применения, перспективы их
развития и использования..... 96
ГЛАВА-3. ПОСТАНОВКА АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ВЫБОРА
МИКРОЗОН И КУЛЬТУР ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ 97
3.1. Актуальность
исследования.................................... 97
3.2. Общие положения............................................................. 97
3.3. Основная
задача исследования и этапы ее решения 98
3.3.1. Этап 1-й: выявление
причинно-следственных зависимостей между метеоусловиями и результатами выращивания
сельскохозяйственных культур.......................................................................................... 100
3.3.2. Этап 2-й:
использование знания выявленных причинно-следственных зависимостей для
прогнозирования количественных и качественных результатов выращивания заданной
культуры в конкретном пункте выращивания................................................................................ 102
3.4. Формальная постановка частных и обеспечивающих задач................................................................................................ 102
3.4.1. Задача 1.1........................................................................... 102
3.4.1.1. Исходные данные....................................................... 103
3.4.1.2. Алгоритм решения..................................................... 103
3.4.1.3. Результат решения..................................................... 104
3.4.2. Задача 1.2........................................................................... 104
3.4.2.1. Исходные данные....................................................... 104
3.4.2.2. Алгоритм решения..................................................... 104
3.4.2.3. Результат решения..................................................... 105
3.4.3. Задача 2.1........................................................................... 105
3.4.3.1. Исходные данные....................................................... 105
3.4.3.2. Алгоритм решения..................................................... 105
3.4.3.3. Результат решения..................................................... 106
3.4.4. Задача триангуляции....................................................... 106
3.4.4.1. Исходные данные....................................................... 106
3.4.4.2. Алгоритм решения..................................................... 106
3.4.4.3. Результат решения..................................................... 107
3.4.5. Задача пространственной интерполяции.................. 107
3.4.5.1. Исходные данные:..................................................... 107
3.4.5.2. Алгоритм решения..................................................... 107
3.4.5.3. Результат решения..................................................... 108
3.5. Выводы................................................................................... 108
ГЛАВА-4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА
КУЛЬТУР НА ОСНОВЕ ДАННЫХ МЕТЕОПРОГНОЗОВ... 109
4.1. Постановка задачи
и выбор метода ее решения 110
4.1.1. Актуальность, объект и предмет,
цель и задачи исследования 110
4.1.2. Источники исходных данных.......................................... 113
4.1.3. Характеристика исходных данных и
обоснование требований к методу решения поставленных задач..................................... 116
4.1.4. Традиционные методы решения.................................... 117
4.1.5. Выводы............................................................................... 117
4.2. Когнитивная
структуризация, формальная постановка
задачи и синтез модели..................................................... 118
4.2.1. Обоснование выбора метода и концепция решения задачи 118
4.2.2. Когнитивная структуризация
предметной области, формальная
постановка задачи и формирование
обучающей выборки 119
4.2.2.1. Когнитивная структуризация
предметной области и формальная постановка задачи, проектирование структуры и
состава исходных данных.................................................................................................... 120
4.2.2.1.1. Когнитивная структуризация
предметной области 120
4.2.2.1.2. Формализация предметной
области................ 123
4.2.2.2. Получение исходных данных
запланированного состава в той форме, в которой они накапливаются в
поставляющей их организации (журналы).................................................................................................... 129
4.2.2.3. Разработка электронной формы для
представления исходных данных.................................................................................................... 129
4.2.2.4. Преобразование исходных данных в
электронную форму 131
4.2.2.5. Контроль достоверности исходных
данных и исправление ошибок.................................................................................................... 131
4.2.2.6. Преобразование исходных данных
из формы по датам в стандартную форму по фенофазам............................................................... 131
4.2.2.7. Импорт исходных данных из
стандартной формы по фенофазам в базы данных системы "Эйдос"............................................... 138
4.2.3. Синтез семантической
информационной модели, ее оптимизация и проверка на адекватность....................................................... 140
4.2.3.1. Синтез семантической
информационной модели (СИМ) 140
4.2.3.2. Оптимизация СИМ.................................................... 140
4.2.3.3. Измерение адекватности СИМ................................. 141
4.2.3.3.1. Внутренняя дифференциальная и
интегральная валидность 141
4.2.3.3.2. Внешняя дифференциальная и
интегральная валидность 149
4.2.4. Выводы............................................................................... 152
4.3. Исследование
семантический информационной модели............................................................................................................. 153
4.3.1. Прогнозирование результатов
выращивания заданной культуры в заданной
точке............................................................................ 153
4.3.1.1. Задача определения периодов
фенофаз для заданного сорта в данной зоне и микрозоне выращивания............................................ 153
4.3.1.2. Задача определения значений
метеопараметров в заданной точке по их значениям в трех ближайших метеостанциях................ 153
4.3.1.3. Прогнозирование результатов
выращивания заданной культуры в заданной точке......................................................................... 154
4.3.2. Поддержка принятия решений по
рациональному выбору зон и микрозон выращивания данной культуры и сорта.............. 158
4.3.3. Поддержка принятия решений по
рациональному выбору культур для выращивания в данной зоне и микрозоне.............................. 158
4.3.4. Кластерно-конструктивный и системно-когнитивный анализ результатов выращивания и факторов................................ 159
4.3.5. Выводы............................................................................... 164
4.4. Эффективность
применения полученного решения, его ограничения и перспективы развития.................... 165
4.4.1. Применение в проектных
организациях....................... 165
4.4.2. Применение в производственных
организациях......... 165
4.4.3. Применение в образовательных
учреждениях............ 165
4.4.4. Ограничения разработанной
технологии и перспективы ее развития......................................................................................................... 166
4.4.5. Выводы............................................................................... 167
4.5. Выводы................................................................................... 167
ГЛАВА-5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОЙ
СЕЛЕКЦИИ ПОДСОЛНЕЧНИКА................................................ 168
5.1. Постановка задачи
и выбор метода ее решения 170
5.1.1. Проблема, решаемая в работе,
традиционные пути ее решения и их
недостатки.................................................................................. 170
5.1.2. Идея решения проблемы.................................................. 170
5.1.3. Актуальность, объект и
предмет, цель и задачи исследования 172
5.1.4. Характеристика исходных данных и
обоснование требований к методу решения поставленных задач..................................... 173
5.1.4.1. Источники исходных данных.................................. 173
5.1.4.2. Характеристика исходных данных.......................... 173
5.1.5. Выводы............................................................................... 174
5.2. Когнитивная
структуризация, формальная постановка
задачи и синтез модели..................................................... 174
5.2.1. Обоснование выбора метода и концепция решения задачи 174
5.2.1.1. Традиционные методы решения и их недостатки. 174
5.2.1.2. Выбор метода системно-когнитивного анализа... 175
5.2.2. Когнитивная структуризация
предметной области, формальная
постановка задачи и формирование
обучающей выборки 177
5.2.2.1. Когнитивная структуризация
предметной области и формальная постановка задачи, проектирование структуры и
состава исходных данных.................................................................................................... 178
5.2.2.1.1. Когнитивная структуризация
предметной области 178
5.2.2.1.2. Формализация предметной
области................ 179
5.2.2.2. Получение исходных данных
запланированного состава в той форме, в которой они накапливаются в
поставляющей их организации (журналы).................................................................................................... 182
5.2.2.3. Разработка электронной формы для
представления исходных данных.................................................................................................... 182
5.2.2.4. Преобразование исходных данных в
электронную форму 183
5.2.2.5. Контроль достоверности исходных
данных и исправление ошибок.................................................................................................... 183
5.2.2.6. Импорт исходных данных из
входной электронной формы в базы данных системы "Эйдос"........................................................ 183
5.2.3. Синтез семантической
информационной модели, ее оптимизация и проверка на адекватность....................................................... 186
5.2.3.1. Синтез семантической
информационной модели (СИМ) 186
5.2.3.2. Оптимизация СИМ.................................................... 186
5.2.3.3. Измерение адекватности СИМ................................. 187
5.2.3.3.1. Внутренняя дифференциальная и
интегральная валидность 187
5.2.3.3.2. Внешняя дифференциальная и
интегральная валидность 193
5.2.4. Выводы............................................................................... 196
5.3. Исследование
семантический информационной модели............................................................................................................. 196
5.3.1. Задача 1: выявление
причинно-следственных зависимостей между фенотипическими признаками
подсолнечника и его хозяйственными свойствами................................................................................... 197
5.3.2. Задача 2: разработка методики
прогнозирования хозяйственных свойств растений подсолнечника на основе анализа
их фенотипических признаков...................................................................................... 199
5.3.3. Задача 3: разработка методики
поддержки принятия решений по отбору растений для селекции не по их
хозяйственным свойствам, а на основе анализа фенотипических признаков........................... 201
5.3.4. Кластерно-конструктивный и системно-когнитивный анализ результатов выращивания и факторов................................ 210
5.3.5. Выводы............................................................................... 220
5.4. Эффективность
применения полученного решения, его ограничения и перспективы развития.................... 221
5.4.1. Применение в
научно-селекционных организациях.... 221
5.4.2. Применение в образовательных
учреждениях............ 221
5.4.3. Ограничения разработанной
технологии и перспективы ее развития......................................................................................................... 221
5.4.4. Выводы............................................................................... 222
5.5. Выводы................................................................................... 222
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................. 224
КРАТКИЙ ТОЛКОВЫЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ ПО
СИСТЕМНО-КОГНИТИВНОМУ АНАЛИЗУ И СИСТЕМАМ
ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА.................................................................................... 225
ЛИТЕРАТУРА.................................................................................... 240
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА.......................................................... 240
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.......................................... 241
INTERNET-САЙТЫ......................................................................... 255