Когнитивные, концептуальные и ассоциативные карты

Немного разобравшись с кентавром Теоном и его родственниками, смело отправляюсь в дремучий лес когнитивных конструкций и технологий, а чтобы сразу не заблудиться — попытаюсь составить карты )

Речь пойдет о различиях в следующих геоинформационных технологиях исследования нашего интеллекта (хотя авторы говорят скорее о репрезентации и визуализации идей-концепций-концептов):

  • mind mapping (Buzan 1993)
  • concept mapping (Novak 1984, 1993)
  • cognitive mapping (Eden 1988, 1998, Ackermann et al. 1992)

За основу дифференциации этих технологий я взял комментарий с сайта разработчиков специального программного средства для когнитивного моделирования (http://www.banxia.com/dexplore/resources/whats-in-a-name). Я выбрал именно этот источник, т.к. разработчики зачастую вынуждены не столько рассуждать об отличиях теоретических концепций, сколько их реализовывать и объяснять широким массам пользователей.

1. Ассоциативные карты (Mind Maps) 

1.1. Русская вики дает основной перевод как диаграмма связей, но также приводит два других: интеллект-карта или ассоциативная карта (а переводов очень много, часто используется, например, схема ума). А вот определение общее — способ изображения процесса общего системного мышления с помощью схем. Мне кажется, что более правильно суть этого вида схем отражает англоязычное толкование:

A mind map is a diagram used to represent words, ideas, tasks, or other items linked to and arranged around a central key word or idea. Mind maps are used to generate, visualize, structure, and classify ideas, and as an aid to studying and organizing information, solving problems, making decisions, and writing.

1.2. Теоретической основой этого вида карт является общая семантика (англ. General Semantics)

 — эмпирическая дисциплина, представляющая собой систематическую методологию по исследованию того, как люди взаимодействуют с миром, реагируют на мир, реагируют на собственные реакции и реакции других людей и, соответственно, каким образом они изменяют своё поведение. Общая семантика основана Альфредом Коржибски в 1920-е — 1930-е годы. Общая семантика и семантика представляют собой отдельные дисциплины, которые не следует друг с другом путать. Технически название «общая семантика» отсылает к исследованию Коржибски семантических реакций, или реакций целого человеческого организма в окружающей среде на некое событие в отношении значения этого события.

К сожалению книгу сходу не нашел, хотя пишут, что есть переведенный вариант. Если кто найдет, загрузите в группу или киньте ссылку.

1.3. Особенностями ассоциативных карт, отличающие их от других являются:

  • Наличие одной центральной идеи-концепции (в отличие от концептуальных и когнитивных карт)
  • Древовидная структура (хотя иногда встречаются связи вершинами различных веток, но это скорее редкость)
  • В качестве отправного узла (идеи), а также других узлов рекомендуется использовать картинки как более выразительные и богатые семантикой. Стоит отметить, что эта особенность часто отсутствует в программных утилитах.
  • В картах могут присутствовать только ассоциативные связи, т.е. не размеченные и не конкретизированные (в отличие от концептуальных карт).

 1.4.  Существует большое количество программ для «майндмэппинга», которые можно использовать для самых разных целей и на разных платформах. Особый интерес представляет встраивание этой технологии в вики-движки (например, http://ru.wikipedia.org/wiki/MediaWiki).

На полях. Некоторое время назад Юрий Гапанюк  активно рекламировал данные технологии, и предлагал их активно использовать в учебном процессе. К сожалению PmWiki не поддерживает соответствующие движки, поэтому в будущем (надеюсь в ближайшем) вики-ресурс НОК CLAIM перекочует на новую платформу.

1.5. Ассоциативные карты представляют особый интерес для тех, кто участвует в проекте по созданию АСНИ «Ассоциативных экспериментов», т.к. могут быть использованы для визуализации результатов исследования и др. аспектов. В частности, перспективу представляет использование БД АЭ для развития соотв. инструментов «майндмэппинга».

1.6. Надо еще проработать возможность использования математического аппарата ассоциативных сетей Квилиана, которые легли в основу развития семантических сетей, а также поискать другие мат. движки для этого вида схем.

 2. Концептуальные карты

2.1. Википедиа об этих типах карт имеет только статью на английском, которая гласит:

A concept map is a diagram showing the relationships among concepts. They are graphical tools for organizing and representing knowledge. Concepts, usually represented as boxes or circles, are connected with labeled arrows in a downward-branching hierarchical structure. The relationship between concepts can be articulated in linking phrases such as «gives rise to», «results in», «is required by,» or «contributes to».

1.2. Фактически, концептуальные карты можно приравнять к семантическим сетям, т.к. они

  • имеют сетевую структуру (в отличие от ассоциативных карт),
  • возможность указания типов связей (другие типы карт использует только один тип связей)
  • используют в вершинах слова, реже короткие фразы
  • могут, но редко имеют множественные связи между идеями-концепциями (вершинами сети).  

1.3. Считается, что диаграммы UML являются подмножествами концептуальных карт.

 3. Когнитивные карты

3.1 Википедиа дает нам следующее определение:

Когнитивная карта (от лат. cognitio — знание, познание) — образ знакомого пространственного окружения. Когнитивные карты создаются и видоизменяются в результате активного взаимодействия субъекта с окружающим миром. При этом могут формироваться когнитивные карты различной степени общности, «масштаба» и организации. Это — субъективная картина, имеющая прежде всего пространственные координаты, в которой локализованы отдельные воспринимаемые предметы. Выделяют карту-путь как последовательное представление связей между объектами по определенному маршруту, и карту-обозрение как одновременное представление пространственного расположения объектов.

3.2  Психологи активно используют это понятие и соответствующую методику:

Когнитивные карты относятся к ранним компонентам памяти, они являются как бы схемой, канвой, или эскизом для формирования других предметных отражений. У. Найссер считает, что они контролируют частные образы воображения. По сравнению с элементами реального пространства у когнитивных карт бывают систематические искажения.

Дополнительно, по этой теме можно почитать статью У. Найссер. Когнитивные карты как схемы

3.3. Что касается самого термина (понятия), то он предложен в 1948 в работе американского психолога Э. Толмена «Когнитивные карты у крыс и челов. Надо будет как-нибудь почитать этот труд и убедиться (искренне на это надеюсь), что наши когнитивные процессы превосходят от наблюдаемых у наших меньших братьев ))3.4. В русскоязычной версии википедии также приводится краткое описание расширенного понимания когнитивных карт как инструмента для Методология когнитивного моделирования, которая предназначена для анализа и принятия решений в плохо определенных ситуациях и предложена Аксельродом [Axelrod R. The Structure of Decision: Cognitive Maps of Political Elites. – Princeton. University Press, 1976]. Именно этот подход вызывает наибольший интерес для области ИИ и СППР.

ека»

3.5. В статье Тимура Василенко «О.Генри и когнитивные карты» даются развернутые примеры построения когнитивных карт. Заслуживает внимание и список литературы статьи.

3.6. Когнитивные карты и ситуационное моделирование. Для меня лично большой интерес представляет применение соответствующих технологий в области поддержки принятия решений и ситуационных центрах. Например, можно посмотреть статью В.И. Максимов, Е.К. Корноушенко, С.В. Качаев «Когнитивные технологии для поддержки принятия управленческих решений» http://www.iis.ru/events/19981130/maximov.ru.html. Для интересующихся очень рекомендую посмотреть книгу А.Н.Райкова «Конвергентное управление и поддержка решений», где данная тематика рассматривается на большом практическом опыте и значительно обогащается другими технологиями и решениями. Как-нибудь я рассмотрю это более детально и постараюсь провести параллели между наработками отечественной школы (направления в науке) «ситуационного управления», которая возникла в СССР и активно развивалась до прихода поглотившего ее направления «ИИ».

Сейчас в режиме доделки находится html-версия моей книги по интеграции систем моделирования, поэтому пока с кратким обзором (я бы даже сказал анонсом) методов ситуационного моделирования (дискретных ситуационных сетей, RX-кодов, универсальным семантическим кодом и т.д.) можно ознакомиться здесь.

3.7. Стоит отметить, что в описании на сайте разработчиков banxia Когнитивные карты предстают в несколько ином виде и имеют дополнительные характерные особенности:

  • имеют сетевую структуру, что отличает их от Ассоциативных карт (Mind Map)
  • дуги (связи) отражают только казуальные связи (надо еще раз проверить этот факт)
  • в узлах обычно находятся фразы-описания идей, а не слова-идентификаторы
  • используются два типа вершин: моно и биполярные («идеи-антонимы»)
  • в описании не отрицается возможность отрицательных связей, однако в иллюстрациях они не приводятся, как впрочем и коэффициенты отражающие силу связи (или ее относительную значимость). В статье Василенко этому уделяется особое внимание, да и у Райкова и других когнитивные карты предстают в мажорно-минорном виде (с раскраской дуг плюсиками и минусами).

3.8. Когнитивные карты имеют не только визуальное, но и математическое обоснование, которое может пригодиться тем, кто занимается созданием моделей жестов и эмоциональных экспрессий. Имеет смысл сразу смотреть Нечеткие когнитивные карты (FCM – не путайте с fuzzy c-means), граф из узлов и взвешенных дуг, где узлы – концепты предметной области, а дуги причинно следственные связи между ними. Используются во многих областях для моделирования динамических систем, так как обладают наглядностью, гибкостью отображения предметной области, возможностями абстрактного представления и элементов нечеткой логики (суждений).

 4. Когнитивная составляющая

4.1. Подводя небольшой итог представленному обзору, стоит отметить, что когнитивность, т.е. близость составленных схем концепций к тому как они устроены в памяти и мышлении человека во многом зависит от метода (технологии) их составления. Если они формируются в режиме свободного ассоциативного эксперимента или его коллективной вариации в формате «мозгового штурма», то лишь тогда мы можем говорить о захвате «крепости ума», но насколько она разрушена и полезна нам после «когнитивных боев» ответить можно далеко не всегда.

4.2. Актуальным является и вопрос о ценности полученных результатов – являются ли они драгоценностями отдельной крепости, и будут ли они, собранные вместе, составлять настоящее сокровище, которое, мы часто называем «ассоциативным тезаурусом» (или как настаивают некоторые — «лексической онтологией»).

Запись опубликована в рубрике Тезаурусы и онтологии с метками , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.
  • Александр Панченко

    «Фактически, концептуальные карты можно приравнять к семантическим сетям, т.к. они…»

    Мне показалось что несмотря на то что структурно они похожи, семантическая сеть изначально была разработана для машино-читаемого представления знаний (изначально для решения задач машинного перевода).
    «Semantic networks were introduced 1966 as a representation for the concepts underlying English words, and became a popular type of framework for represeting a wide variety of concepts in AI applications» [1]

    Я эксперт в концептуальных картах, но судя по тому что пишет википедия и некоторые другие не научные источники это ближе к удобной нотации для людей. Т.е. целостность модели не имеет особенного значения, в отличие от семантической сети (см. [2])

    [1] http://books.google.be/books?id=e6_hJtM07qwC&dq=%22concepts+underlying+English+words%22&hl=en&source=gbs_navlinks_s

    [2] Novak, J.D. (2010). Learning, Creating, and Using Knowledge: Concept Mapas as Facilitative Tools in Schools and Corporations (2nd Ed.) NY: Routledge.

    • Александр Панченко

      “Особый интерес представляет встраивание этой технологии в вики-движки“
      А вы знаете какие-либо существующие реализации? Для чего вообще может быть конкретно полезен такой плагин?

      Прочитал еще раз пост и кое что про Mind Maps, Concept Maps, и Mind Mapping (использую термины на английском для однозначности). У меня сформировалось мнение о том что модели данного класса хотя и очень похожи внешне на формальные модели представления знаний, такие как семантические сети, фреймы, онтологии, и концептуальные графы, однако очень далеки он них по своему применению. Насколько я понял, все эти модели применяют исключетельно для человеко-читаемого представления знаний, в отличие от перечисленных выше моделей представления знаний в ИИ. Интересно ваше мнение по данному вопросу? Корректно ли действительно сравнивать формальные модели представления знаний, такие как концептуальные графы (conceptual graphs) и неформальные модели такие как концептуальные карты (concept maps)?

      • 1. Реализаций по встраиванию Mind maps в вики-движки довольно много (соотв. ссылки есть в статьях вики). А преимуществ этого очень много, т.к., во-первых, гештальтно, если так можно сказать, представляется информация о понятии. При этом ассоциативные связи визуализируются и могут служить отличным навигатором. И потом, это очередной шаг в сторону semantic web, при том гораздо более наглядный для обычного пользователя, чем разметка OWL )
        2. Что касается сравнения, то важно выбрать критерий. Если две модели имеют одинаковые (или очень похожие) выразительные (репрезентативные) возможности, то вопрос в их различии действительно стоит в том, как они составляются или используются. Подробнее об этом в следующем посте.

        • Александр Панченко

          1. Спасибо. Я обязательно посмотрю. Меня серьезно интересует этот вопрос так как я уже давно думаю о том что автоматическая геренация подобных «концептуальных \ предметных карт» для определенных предметных областей и топиков и наборов данных может быть одним из возможных применений моего исследования, в частности для навигации в веб или Semantic Web.

          2. Отвечу позже в соответсвтующем посте. (Заранее спасибо за него!)

  • Александр Сиренко

    Использование БД АЭ для развития соотв. инструментов «майндмэппинга».

    Кроме центральной компоненты интеллект-карты, необходим еще принцип ветвления карты, который зависит от ее назначения. Наверное, это касается и когнитивных карт и в общем ясно, почему процесс их составления не формализован, поскольку зависит от назначения, составителя и получателя.

    У меня мысль о построении карты с помощью ассоциативно-вербальной сети ассоциируется с неким проецированием сетевой структуры в таксономию.

    Вероятно, надо использовать традиционные метрики области применения.
    Например, при составлении интеллект-карты для навигации в информационном ресурсе:
    1. Берем за основу сеть, построенную дистрибутивно-частотным методом, с помощью латентно-семантического анализа и т.д.;
    2. Критерий качества — скорость ориентации человека в данных, замеряется секундомером.

    Когнитивная карта для обучения — сравниваем степень усвояемости материала.
    Карта социальных отношений в группе — фиксируем коммуникацию (если конечно не использовали ее при составлении карты:))

    • 1. В ассоциативных картах (Mind map) особого принципа ветвления нет, просто сетевые связи не рекомендуются. Ну а сделать из дерева сеть мне кажется не так сложно 🙂
      2. Если строить структуры ДСМ или другими подобными методами, то идея (принцип построения) карт исчезнут, останется только графовая (сетевая визуализация). Именно поэтому подходит только ассоц. тезаурус.
      3. Что касается когнитивной карты, то она вообще отражает (конкретизирует) другой тип связи — каузальный.

      • Александр Сиренко

        Принцип построения карт для меня в данном вопросе как раз более всего непонятен, если думать о автоматизации процесса.
        Из трех классов карт обзора наибольшая ясность в концептуальных картах, задана структура и состав.

        Англоязычное определение ассоциативной карты не специфицирует ни узлы, ни связи между ними. Наложено ограничение на структуру (дерево), что я полагаю сделано от ориентации на человека,
        так как сети для нас менее наглядны (особенно не планарные:)) Приведен широкий класс решаемых задач, что дает еще большую свободу действий и дезориентирует.

        Каузуальность связей когнитивной карты, как я понял из статьи Найссера и вашего описания Banxia не является обязательной.
        Более того, когнитивная карта может не иметь вида привычной нам сетевой структуры, а быть представлением о расположении предметов в пространстве, иметь вложенность и т.д.

        • 1. Проекцию сознания на бумагу автоматизировать нельзя 🙂 , можно только сделать возможным удобное проецирование в комп. программу. Хотя если при построении ассоциативной карты делать подсказки, чтобы человек не набирал слово (или рисовал рисунок), то это может быть полезным. Однако это может также снизить валидность процесса. Если же человек использует карты для разработки идеи, то подсказки могут быть полезны когда он зашел в тупик. Также можно оценивать оригинальность и т.д.
          3. В когнитивных картах связи не размечены, поэтому они должны быть одного типа (каузальные). Хотя можно, наверное, и волеативные связи отражать (понравилось понятие из лекций Кибрика).
          4. А вообще я довольно четко указал различия между картами (см. то, что выделено синим цветом).

          • Александр Сиренко

            Я согласен со сказанным выше и с приведенными в статье особенностями карт.
            Мои вопросы о когнитивных картах вызваны тем, что используемое психологами определение когнитивных карт (по ссылке 3.2) отличается, от используемого в области ИИ, оно как будто шире. Интересно, кто у кого заимствовал термин:)

  • Гапанюк Юрий

    Для работы с mind maps можно использовать http://www.xmind.net/ Есть бесплатная портабельная версия.

    Для работы с когнитивными картами есть интересный пакет http://cmap.ihmc.us/ На сайте много дополнительных материалов — статьи с конференций, теория использования когнитивных карт, есть перевод руководства на русский http://window.edu.ru/window/library?p_rid=63409

    • Спасибо большое за ссылки и за книги. Единственное, что хочется уточнить — во втором абзаце у тебя речь идет о концептуальных, а не о когнитивных картах.