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