Ассоциативные методы

Морфологический анализ. Программное решение технических задач

Одним из примеров реализации системного подхода в творческом процессе является метод морфологического анализа. Этот метод состоит в составлении двумерных или многомерных матриц (таблиц) основных признаков (свойств) системы и последующем сравнительном анализе. При этом в совершенствуемой технической системе производят две основные операции:

Œ выделяют несколько наиболее характерных признаков построения системы (структурных, морфологических);

 по каждому выделенному морфологическому признаку составляют список возможных конкретных вариантов (альтернатив) технической реализации признаков.

Алгоритм морфологического анализа можно представить следующим образом:

 точно сформулировать задачу;

‚ составить список всех характеристик, морфологических признаков объекта (системы);

ƒ по каждой характеристике перечислить возможные варианты;

„ проанализировать возникающие при этом сочетания;

… отобрать наиболее удачные сочетания (варианты);

† составить «образ» проектируемой системы на основе отбора лучших вариантов.

Под «образом» системы понимается формулировка основных принципов ее построения, которые определяются лучшим или сочетанием нескольких лучших вариантов. В качестве примера проектирования систем передачи информации приведена двумерная матрица признаков системы (табл. 5.1). Из рассмотрения табл. 5.1 следует, что возможно комбинаций признаков или принципов построения системы.

Обычно в реальной аппаратуре используется несколько из этих комбинаций. Анализ элементов матрицы может привести к совершенно новому принципу построения радиосистемы, к преодолению инерционности мышления разработчика. В некоторых случаях морфологические признаки системы обозначаются буквами, а варианты их – соответствующими индексами, например, А – передатчик, Б – модем, В – кодек, Г – антенны, Д – приемник, Е – канал, Ж – решающая схема и т. д.; А₁ – широкополосный, А₂ – узкополосный, А₃ – импульсный, А₄ – маломощный, А₅ – мощный и т.д.; Б₁ – АМ, Б₂ – ЧМ, Б₃ – ОМ, Б₄ – ФМ, Б₅ – ДМ, Б_б – КИМ и т. д. Возможные комбинации морфологических признаков с учетом их градаций записываются в виде: А₄ – Б₃ – В₅... Ж₁₇; А₈—Б₁₅—В₇...Ж₄ и т. д. При необходимости число признаков и градаций можно существенно увеличить, что позволяет анализировать большее число удачных вариантов. В общих случаях составляются многомерные матрицы морфологических признаков объекта (системы). Естественно, что выбор лучших вариантов требует творческого подхода к процессу проектирования (разработки).

Отметим, что в настоящее время при проектировании радиотехнических систем и устройств широко используется сочетание метода морфологического анализа с программным решением технических задач. Это обусловлено тем обстоятельством, что некоторые задачи и подзадачи в принципе не могут быть решены без помощи ЭВМ. Например, невозможно производить вручную трассировку сложных микросхем, изготовлять сотни, а иногда и тысячи необходимых технических документов. Для решения этих задач существует много компьютерных систем, с помощью которых можно быстро и надежно выполнить эти и многие друге работы. Кстати, многие студенты пользуются этими системами при выполнении курсовых и дипломных проектов и работ. К сожалению, в Украине еще не достигнут уровень обучения студентов, которому автор был свидетелем еще в начале 90-х годов в США (Университет штата Флорида) при выполнении лабораторных работ, связанных с проектированием отдельных устройств и элементов. Студент получал индивидуальное задание на разработку и проектирование, например, специализированной ИС. Задание на работу представляло собой подробное словесное описание всего того, что эта ИС должна делать. Составив алгоритм функционирования устройства, все необходимые таблицы логических переходов, технических данных и т. д. (все на ЭВМ), после проверки преподавателем на отсутствие грубых ошибок, все это оформлялось в формате фирмы-изготовителя и по сети отправлялось изготовителю. На следующий день студент получал спроектированную им ИС, изготовленную пока в единственном экземпляре. Защита лабораторной работы проводилась на компьютеризованном испытательном стенде. Так в США фирмы готовят для себя специалистов!

Широкое внедрение программных и математических методов проектирования нисколько не умаляет значения эвристической деятельности разработчиков и всех методов коллективного творчества. Это обусловлено тем, что в современных условиях усложнение радиотехнических систем и разнообразие выполняемых ими функций, возрастание числа используемых физических явлений и принципов передачи, обработки и извлечения информации, увеличение вариантов схемотехнических решений и элементной базы значительно опережают развитие математических методов и, как правило, требуют активизации эвристической деятельности разработчиков. Для решения задач проектирования новейшей радиоаппаратуры необходима столь высокая степень нестандартного творческого подхода, что она не может в принципе быть выполнена даже четвертым и последующими поколениями ЭВМ. Решить эти задачи способно лишь человеческое мышление с помощью эвристических и других методов научного и технического творчества. В связи с этим в эпоху НТР необходимо всемерное повышение эффективности эвристической методологии в самых различных аспектах ее проявления.

Особое значение в последнее время приобретает совершенствование машинно-эвристических методов проектирования на базе ЭВМ, которые позволяют реализовать режим непосредственного диалога человека с машиной. Применение таких комбинированных машинно-эвристических методов дает разработчику (проектировщику) возможность органически объединить наиболее ценные приемы эвристических, математических и экспериментальных методов.

Чтобы показать, как работают ассоциативные методы, воспользуемся примером из учебного пособия [1].

Рассмотрим диалог доцента П. со студентами радиотехнического факультета И., С., М., К., О., У. и Ю.

П. – Я хочу обучить вас одному из ассоциативных методов коллективного творчества. Название ему вы попробуете дать сами после нескольких совместных действий, определяющих последовательность процедур метода. Вам, У., я даю орфографический словарь, из которого нужно будет по случайному выбору ваших коллег найти «ключевые» слова. С., подойдите, пожалуйста, к доске и запишите слова, найденные У. Все остальные предлагают «ключевые» слова, называя номер страницы словаря, который находится у У. Кроме номера страницы необходимо назвать левую или правую часть страницы, разделенную вертикальной чертой (такова структура словаря) и порядковый номер строки сверху или снизу. Всем понятно? Прошу также учесть, что слова занимают в словаре страницы 33...204.

И. – С. 169, правая сторона, 14 строка снизу.

У. – Это слово «секция».

П. – Ну что же, С., запишите это первое «ключевое» слово.

О. – С. 104, правая сторона, 24 строка сверху.

У. – Нашла, это слово «множество».

С. – Записываю.

П. – Прошу называть следующие слова. Учтите также, что всего в левой и правой частях страницы не более 40...41 строки.

Ю. – С. 78, левая сторона, 5 строка снизу.

У. – Слово «змея».

М. – С. 193, левая сторона, 12 строка снизу.

У. – «фильтр».

И так далее еще 5 раз. В результате на доске появились слова «кассета», «кино», «полюс», «науськивать», «по-волчьи» и «белена». Теперь можно двигаться дальше.

П. – С., что Вы можете сказать относительно записанных на доске слов «секция», «множество», «змея», «фильтр», «кассета», «кино», «полюс», «науськивать», «по-волчьи», «белена»?

С – Не знаю. Какой-то бессмысленный набор слов.

П. – А если подумать? Возьмем чисто профессиональную, радиотехническую сторону.

И. – Разрешите, я попробую. Мне кажется, что в радиотехнической интерпретации можно использовать слова «секция», «множество», «фильтр», «кассета», «полюс», остальные слова необходимо отбросить.

П. – Молодец. Кто мыслит иначе?

О. – По-моему, можно еще включить в этот набор слова «змея» и «кино», так как в них также кроется какой-то радиотехнический смысл, особенно в такихих модификациях, как «змеевидный», «змееобразный», «змеевик», «телекино», «телекинокамера» и т. п.

П. – Отлично О.! Вы предугадали по существу следующую последовательную процедуру метода. Действительно, из набора «ключевых» слов можно выбирать любое, модифицировать его или дополнять его списком признаков случайных объектов («ключевых» слов). Кто из вас может назвать главное «ключевое» слово или главный объект исследования, дальнейшего творчества?

Ю. – Непонятно, откуда его взять.

П. – Что же здесь непонятного? Из списка «ключевых» слов нужно выбрать главное, сфокусировав при этом на нем все внимание как на объекте творчества!

И. – Наверное, нас как радистов скорее всего заинтересует слово «фильтр».

П. – Правильно! Кто может опровергнуть И., назвать другое главное слово, объект?

С. – По-моему, другое слово подобрать сложно, так как слова «фильтры» и «фильтрация» имеют широкое применение в радиосистемах и радиоустройствах.

П. – Давайте подведем итог первого этапа дискуссии. В нашем распоряжении набор «ключевых» слов и главное «ключевое» слово – объект исследования (творчества). Это, безусловно, «фильтр». Кто даст название методу?

М. – Ассоциативный метод.

П. – Вы внимательны. Я действительно вначале дискуссии упоминал об этом, но все-таки, какой именно ассоциативный метод? Помогу Вам немного. Раньше он назывался «метод каталога», «метод гирлянд ассоциаций». О. даже предложил такие ассоциации из ключевых слов «змея» и «кино». Напомню, что мы говорили о фокусе и фокусировке внимания на главном «ключевом» слове. Ну, кто предложит соответствующе название?

С. – Метод фокусировки.

Ю. – Метод главного объекта.

И. – Метод ключевых объектов.

П. – В предложенных названиях почти правильно определена сущность метода. Я вам еще немного помогу. Объединим определения С. и Ю. и напомним сущность метода, которая заключена в том, что главное «ключевое» слово (объект) лежит как бы в фокусе переноса смысловых ассоциаций (списка признаков других «ключевых» слов набора). Поэтому далее этот метод будем называть методом фокальных объектов. Есть у вас вопросы?

О. – При чем здесь «каталог»?

П. – Кто сможет объяснить?

М. – Мы для выбора «ключевых» слов пользовались орфографическим словарем. С таким же успехом можно было бы использовать библиографический каталог, любую техническую или художественную книгу.

П. – Совершенно верно. Естественно, что телефонный справочник для этой цели мало пригоден. Кто теперь назовет первую операцию (последовательную процедуру) метода фокальных объектов?

У. – Выбор «ключевых» слов.

П. – В чем его особенность?

М. – Мы использовали элемент случайности. Это напоминает процесс рандомизации при выборе номера опыта в процедуре планирования многофакторного эксперимента: из колоды карт (номеров), как в лотерее, производится случайный выбор номеров.

П. – Назовите, пожалуйста, вторую последовательную процедуру метода, которую мы с вами уже сделали.

К. – Выбор главного «ключевого» слова из набора.

П. – Все же давайте ближе к названию метода.

К. – Выбор фокального объекта.

П. – Вот это другое дело, правильно. О., развейте, пожалуйста, вашу предыдущую мысль о «модификациях» «ключевых» слов и попробуйте сформулировать третью последовательную процедуру метода фокальных объектов.

О. – Я думаю, что это составление списков признаков случайных объектов (неглавных «ключевых» слов из набора).

П. – Совершенно верно! Где такая процедура уже проводилась?

К. – Наверное, при составлении матриц в методе морфологического анализа, где двумерная матрица содержит набор признаков системы (объекта) и возможные их градации.

П. – Правильно. Вы тоже теперь активно включились в дискуссию! Предложите, пожалуйста, список признаков случайного объекта для слова «кино».

К. — «Немое», «звуковое», «черно-белое», «цветное», «широкоэкранное», «панорамное», «стереоцветное».

П. – Кто предложит список признаков слова «полюс»?

И. – «Северный», «южный», «магнитный», «геомагнитный», «многополюсный», «однополюсный», «положительный», «отрицательный», «земной».

П. – С каким другим случайным объектом из набора ассоциируется слово «многоподасный»?

И. – Скорее всего с объектом «множество».

П. – Правильно. Собственно, можно бы уже и ограничиться этими двумя списками признаков случайных объектов «кино» и «полюс». Я предлагаю еще использовать список признаков или «гирлянд ассоциаций» О. к объекту «змея»: «змеевидный», «змееобразный», «гремучий», «спиралеобразный», «очковый».

П. – С., Вы записываете? Кто предложит теперь следующую, уже четвертую процедуру метода?

М. – Объединение фокального объекта и признаков случайных объектов.

П. – В общем мысль неплохая. Но здесь хорошо бы использовать известную Вам из предыдущего материала одну из основных процедур метода «мозгового штурма». Кто напомнит нам сущность этого метода?

Ю. – Метод «мозгового штурма», или «мозговой атаки», состоит в следующем. Собирается коллектив специалистов различного профиля. Перед ними организатором «штурма» ставится вполне определенная проблема: как преодолеть данное конкретное техническое противоречие?

Первый этап называется «генерацией идей». Участники высказывают любые идеи, которые фиксируются организатором. При этом ставится обязательное условие: ни одна из предложенных идей не подвергается критике или одобрению, даже шуточные, фантастические, на первый взгляд явно абсурдные, противоречащие известным законам природы, «сумасбродные» и т. п.

Второй этап «мозгового штурма»: экспертная оценка идей. Он, как правило, осуществляется более узкой группой специалистов того профиля, который имеет прямое отношение к области решаемой проблемы. Наиболее удачные идеи отбираются экспертами и подвергаются дальнейшей более детальной проработке.

П. – Все верно. Давайте в четвертой процедуре метода фокальных объектов использовать «генерацию идей»! Ю., сформулируйте название этой процедуры.

Ю. – Генерирование идей с использованием фокального объекта и списков признаков случайных объектов.

П. – Я внесу только небольшую поправку: генерирование идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов. Кто же совершит эту процедуру применительно к нашему фокальному объекту «фильтр» и списков признаков к случайным объектам «кино», «полюс», «змея», «кассета»? Попробуйте Вы, И.

И. – Многополюсный многокассетный стереоцветной очковый фильтр.

П. – Кто придумал лучшие ассоциации? По-видимому, И. предложил наиболее удачную. Нет возражений? Хорошо. Но здесь И. несколько опередил события: им фактически выполнена не только четвертая процедура метода, которую мы с вами только что определили, но и пятая. В самом деле, согласно определению четвертой процедуры можно было бы генерировать идею с использованием фокального объекта и одного из списков признаков, например, «многополюсный фильтр», «стереоцветный фильтр». И. обобщил эти частные идеи, выполнив операцию развития полученных сочетаний путем свободных ассоциаций, что соответствует пятой последовательной процедуре метода фокальных объектов. Далее я вправе задать вам естественный вопрос: следующая, теперь уже конечная процедура метода?

С. – Теперь, очевидно, нужно определить область применения названного фильтра. Наверное, это будет стереоцветное телевидение, где такой фильтр может применяться зрителями кинозала для восприятия цветного и объемного изображения.

П. – Как же назвать процедуру?

М. – Я думаю, что далее можно применить метод эмпатии.

П. – Все помнят этот метод? Нет? Помните, я приводил пример с «белой вороной» – как ее окрасить? Пожалуйста, М., напомните.

М. – Метод «эмпатии» заключается в отождествлении личности одного человека с личностью другого, даже с неодушевленным предметом (объектом). Иными словами, «эмпатия» означает буквально процесс «вживания в образ». Например, можно представить себя (если я разработчик объекта) частью системы, подсистемы, устройства, узла, детали («я – транзистор»). Здесь уместно задать себе вопросы: «Мне не больно?», «Не слишком ли мне жарко?», «Не требуется ли то или иное изменение режима?» и т. п. Кстати, можно представить себя «белой вороной» и решать задачу: «Какой бы я хотела себя видеть после окраски? Серой, зелено-оранжевой, голубой, красной, серо-буро-малиновой и т.д.».

П. – Все вспомнили? Вот и хорошо. Нет ли других предложений? Можно, конечно, и «вжиться в образ» многополюсного многокассетного стереоцветного очкового фильтра. Однако это будет лишь решением частной задачи. Придется, я вижу, здесь снова обратиться к уже удачно использованному нами в процессе коллективного творчества методу «мозгового штурма». Ю. назвал нам первый этап или первую процедуру этого метода, нельзя ли не оставить без внимания вторую?

Ю. – Тогда пятой процедурой метода фокальных объектов является экспертная оценка (оценка полученных идей и отбор полезных решений).

П. – Совершенно верно. В самом деле, ведь таких свободных «гирлянд ассоциаций», как мы получили, может быть множество (если использовать весь набор «ключевых» слов – случайных объектов и списки их признаков). Есть ли ко мне вопросы? Теперь мне кажется, что вы овладели методом фокальных объектов. Попробуйте дома проделать все его процедуры для других фокальных и случайных объектов.

Дата добавления: 2014-11-18