Разработка когнитивных моделей и программных средств для анализа процесса функционирования социально-экономических систем тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Разработка когнитивных моделей и программных средств для анализа процесса функционирования социально-экономических систем"

На правах рукописи

РАДЧЕНКО СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОГНИТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОЦЕССА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 08 00.13 - математические и инструментальные методы

экономики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата экономических наук

Ростов-на-Дону -2005

Работа выполнена в ГОУВПО Таганрогский государственный радиотехнический университет

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Горелова Галина Викторовна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Карелин В.П.

доктор экономических наук, доцент Попова Е.В.

Ведущая организация Институт проблем управления РАН

Защита диссертации состоится «20» июня 2005 г. в 15 часов 30 мин. на заседании регионального диссертационного совета ДМ 212.209.03 в Ростовском государственном экономическом университете «РИНХ» по адресу: 344002, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 69, ауд. 231.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГЭУ «РИНХ».

Автореферат разослан «20» мая 2005 г. Учёный секретарь ^ - ^

диссертационного совета f E.H. Тищенко

MW- ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Тенденции модернизации классических теорий региональной экономики посредством их выражения на языке современной математики сопровождается значительным расширением и усложнением применяемого математического аппарата. Сфера эффективного применения математического моделирования ограничивается главным образом возможностями формализации социально-экономических ситуаций и состоянием информационного обеспечения разработанных моделей.

Большие затруднения для продолжения исследований по моделированию создает информационная недостаточность, усилившаяся в переходном периоде: проблемы информации о частном секторе, расширение разнообразных форм теневой экономики, перевод статистики на новую методологию и, как следствие, отсутствие достаточно длинных динамических рядов сопоставимых данных. Непоследовательная экономическая политика, неустойчивый характер экономических процессов, хаотичное изменение "правил игры" выдвигает новые требования к моделированию' оценку кризисных ситуаций, последствий распада прежних экономических связей и т п. Для формализации подобных ситуаций требуется создание новых теорий, математического и инструментального аппаратов и соответствующих моделей. Необходим инструментарий, подходящий для стратегического планирования и управления региональными социально-экономическими процессами, комплексного анализа условий регионального развития. Однако разнообразные по применяемому математическому аппарату и форме математических зависимостей модели не охватывают различные аспекты функционирования региональной экономики в комплексе. Поэтому актуальной является задача поиска методики (и ее инструментальной реализации) системного анализа регионального развития с учетом возможностей человеко-машинного диалога и проведения комплексных модельных экспериментов.

При изучении регионального развития с позиций системного подхода в круг решаемых задач следует включать идентификацию объекта, исследование связности, сложности, устойчивости, исследование причинно-следственных связей и системной динамики. Решение данных проблем в совокупности позволяет на высоком уровне обоснования оценить последствия принимаемых решений и добиться более эффективного управления.

Степень разработанности проблемы. Большой вклад в развитие теории и практики региональных исследований внесли ученые отечественной школы: И.Г. Александров, H.H. Баранский, B.C. Немчинов, H.H. Некрасов, А.Е Пробст, Ю.Г. Саушкин, Я.Г. Фейгин, Р И. Шнипер и др. Среди иностранных исследователей отметим Дж. Кейнса, Й. Тюнена, А. Вебера, У. Айзарда, А. Леонтьева и др. Теории развития региона опираются на достижения макроэкономики, микроэкономики, институциональной экономики и других направлений " " науки

Наиболее распространенными задачами исследования являются: закономерности, принципы и факторы размещения производительных сил, экономическое районирование, анализ межрегиональных связей, методы планирования и регулирования регионального развития. Эволюция теории региона отражает повышение роли "нематериальных" целей и факторов экономического развития, возможности междисциплинарных знаний и перехода регионов на модель устойчивою развития. В этой связи необходимо отметить роль системного анализа и теории систем. В данной области большой вклад внесли Волкова В.Н., Денисов A.A., Моисеев В.Н., Прангишвили И.В., Гиг Дж., Каста Дж. и другие.

С методами системного анализа тесно связан когнитивный подход, разработанный психологами (работы Р. Солсо, Т. Куни и др.), под которым понимается решение традиционных для различных наук проблем методами, учитывающими когнитивные аспекты (процессы восприятия, мышления, познания, объяснения и понимания). В настоящее время когнитивное моделирование является основанием программно-методологических разработок отдельных секторов ИПУ РАН. Это, например, "Интегрированный информационно-аналитический комплекс ситуационного анализа" (труды Качаева C.B., Макаренко Д.И.), ориентированный на реализацию когнитивной технологии стратегического управления развитием сложных социально-экономических объектов в нестабильной внешней среде. Существует также комплекс "ИМПАН", предназначенный для моделирования систем различного назначения с использованием аппарата знаковых орграфов (труды Кульбы В.В., Ковалевского С.С., Кононова Д А., Чернова И.В., Шелкова А.Б. и др.).

Развитие теории когнитивного моделирования, связанное с использованием информационных технологий, направлено на расширение возможностей существующего математического аппарата, комплексного применения различных методов системного анализа для повышения обоснованности и практической применимости получаемых модельных результатов. С учетом всего вышесказанного, в диссертации определены следующие объект, предмет, цели и задачи исследования

Объект - региональная социально-экономическая система. Предмет - процесс функционирования региональных социально-экономических систем и когнитивные имитационные модели их развития.

Цель - разработка на основе когнитивного подхода моделей и программных средств исследования региональных социально-экономических систем и проектирование стратегий их устойчивого развития. Задачи:

- адаптировать методику когнитивного моделирования к исследованию региональных социально-экономических систем, на основе которой разработать программные средства для интеллектуальной системы поддержки управленческих решений:

-разработать программную, систему когнитивного моделирования (ПС КМ) социально-эдономцчеекой системы (идентификация, анализ путей и * * -. - - 1 - «•

циклов когнитивной модели, анализ устойчивости системы, сценарный анализ в диалоговом режиме с экспертом) для блоков поддержки управленческих решений в интеллектуальных системах;

- провести с помощью ПС КМ на примере двух регионов (Особая Экономическая Зона в Калининградской области и долина Теннесси - США) их когнитивную структуризацию и имитационное моделирование с целью сопоставления полученных результатов с имевшим место развитием ситуаций и анализа применимости предлагаемого теоретико-инструментального аппарата в формировании моделей эффективного управления регионом;

- провести анализ статистических и экспертных данных по основным социально-экономическим показателям развития республики Адыгея для построения когнитивных моделей, отражающих механизм функционирования экономики республики;

- разработать когнитивные модели региональной социально-экономической системы республики Адыгея и провести когнитивное моделирование для обоснования управленческих решений по эффективному развитию исследуемого объекта.

Теоретико-методологическая основа исследования. Для достижения поставленной цели исследования и решения соответствующих задач были использованы методы макро- и микроэкономики, когнитивное моделирование в сочетании с методами теории графов, теории системного анализа, теории устойчивости, сценарного анализа, методами имитационного моделирования.

В качестве инструментария разработки программных средств была использована система программирования Visual С++6.

Информационно-эмпирическая база исследования. В работе были использованы отчетные материалы министерства социально-экономического развития Республики Адыгея: «Основные показатели, представляемые для разработки прогноза социально-экономического развития Российской Федерации на 2000 г. и на период до 2003 г.», «Государственный доклад об итогах социально-экономического развития республики Адыгея, 2003 г.», «Комплексный доклад государственного комитета по статистике Республики Адыгея и Министерства экономического развития и торговли Республики Адыгея «О социально-экономическом положении РА в 1991-2000 гг.».

Работа выполнена в рамках паспорта специальности 08.00.13 -Математические и инструментальные методы экономики, п. 1.7 «Построение и прикладной экономический анализ экономических и компьютерных моделей национальной экономики и ее секторов», п.2 3. «Разработка систем поддержки принятия решений для рационализации организационных структур и оптимизации управления экономикой на всех уровнях».

Положения, выносимые на защиту:

- адаптированная к условиям региона методика когнитивного моделирования региональных социально-экономических систем, включающая методы построения когнитивных карт, исследования структуры объекта,

анализа устойчивости, имитационного моделирования сценариев развития объекта, позволяющая провести разработку программных средств для системы поддержки принятия управленческих решений на основе когнитивного моделирования;

- программная система когнитивного моделирования, включающая модули: создания и корректировки когнитивной модели, импульсного моделирования, анализа устойчивости, структурного анализа. Система позволяет разрабатывать различные сценарии развития социально-экономических процессов, определять соответствующие им управленческие решения и выбирать среди них наилучшие;

- когнитивные модели: развития Особой Экономической Зоны в Калининградской области (построена на основании соответствующей федеральной программы); развития долины Теннесси (США), а также результаты исследования на моделях, показавших применимость используемого аппарата знаковых ориентированных графов для имитации региональных социально-экономических процессов и поиска путей воздействия на сложившуюся ситуацию;

- структурированные блоки показателей, индикаторов, факторов, (целевых и управляющих) и их взаимосвязи, позволившие разработать когнитивные модели социально -экономической системы республики Адыгея, предназначенные для проведения структурного анализа и имитационного моделирования развития региональных социально-экономических процессов;

- результаты когнитивного моделирования социально-экономической системы республики Адыгея (построение когнитивных моделей, анализ структуры системы, анализ ее устойчивости, импульсное моделирование), позволившие предложить сценарии развития республики Адыгея; сценарии предусматривают становление на путь устойчивого развития за счет реструктуризации дотационности бюджетной системы, развития производства, помощи федеральных властей.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в:

- адаптации к условиям региона методики когнитивного моделирования, отличающейся комплексностью и взаимосвязанностью решаемых проблем, и дающей возможность проводить анализ последствий вырабатываемых управленческих решений;.

- решении (в диалоговом режиме с экспертом) системы взаимосвязанных задач когнитивного моделирования, что отличает разработанную программную систему когнитивного моделирования от существующих программных средств возможностью рассматривать в комплексе системные задачи исследования устойчивости, структурного анализа и имитационного моделирования; это дает возможность генерировать и сравнивать различные управленческие решения и сценарии развития;

- разработке структур блоков показателей, факторов регионального развития, часть из которых была ранее апробирована в качестве элементов различных когнитивных карт, а часть представляет собой цели регионального

е.

развития, сформулированные с учетом требований системности. Разработанная структура позволяет совместить представление различных макро - и микропоказателей и соответствующих им инструментов, а также поставленных целей в рамках единой схемы и создать на ее основе когнитивные модели региональной социально-экономической системы республики Адыгея;

- разработке моделей социально-экономической системы республики Адыгея, построенных с помощью адаптированной методики когнитивного моделирования. Модели позволили учесть нечетко постулируемые зависимости и сформировать сценарии, могущие послужить основой разработки программы устойчивого развития региона.

Теоретическая и практическая значимость исследования. Научные положения, выдвинутые в работе, развивают теоретические основы и методологию анализа сложных социально-экономических систем и принятия управленческих решений в условиях воздействия внешней среды. Применение результатов диссертационного исследования способствует решению важной народнохозяйственной задачи- определению условий устойчивого развития региональной социально-экономической системы за счет выбора и реализации наиболее выгодных сценариев управляющих воздействий. Разработанная в диссертации программная система поддержки принятия решений позволяет повысить качество и скорость принимаемых решений, оценивать будущее развитие региональных ситуаций, предупреждать негативные тенденции регионального развития, увеличить уровень информированности ЛПР при принятии решений.

Результаты работы могут быть использованы:

- при проектировании интеллектуальных систем принятия решений в сложных системах;

- при построении и анализе когнитивных моделей сложных систем различной природы;

- в региональном анализе при формировании и исследовании системной модели региона;

- при разработке сценариев регионального развития для выработки рекомендаций министерствам и ведомствам, связанных с формированием и реализацией региональной политики.

Результаты работы могут быть также полезны при изучении курсов системного анализа и социально-экономического прогнозирования, а также для исследователей с точки зрения доработки предложенных подходов.

Апробация работы. Научно-метоцические разработки автора по теме диссертационного исследования прошли апробацию на научных, научно-практических конференциях международного, федерального и регионального уровней. Автор участвовал в пяти международных, региональных и межвузовских конференциях и семинарах с докладами и выступлениями по теме диссертационного исследования.

Результаты диссертации были использованы в научно-

исследовательских работах, проведенных в НИЧ ТРТУ. Применение программы позволило проанализировать эффективность разработанных моделей оценки сосгояния сложного технического объекта и наметить пути реализации данных моделей в распределенных микрокомпьютерных системах мониторинга. Исследования автора также были внедрены в практику проведения лекционных, практических и лабораторных занятий на кафедре Государственного и муниципального права и управления Таганрогского государственного радиотехнического университета. Основные результаты исследования опубликованы в 11 работах (авторских 2,84 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (143 наименования) и восьми приложений, содержит 24 таблицы и 52 рисунка. Работа содержит 212 страниц, в том числе основной текст 174 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулированы цель и задачи исследования, определены объект, предмет и методы исследования, сформулированы положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе "Теоретические и методологические проблемы анализа и моделирования региональной социально-экономической системы" раскрыты основные проблемы, с которыми сталкиваются исследователи при проведении анализа социально-экономических систем, обосновывается необходимость применения программных средств интеллектуального анализа данных на основе когнитивного моделирования для их решения.

Специфика современных региональных социально-экономических систем состоит в том, что необходимо целостное системное видение региональных ситуаций, что является непременной предпосылкой разработки эффективных управленческих решений. В условиях обособления рыночно-ориентированных хозяйственных и финансовых структур в каждом регионе формируются свои особые критерии оценки ситуаций и принятия решений. Для формализации подобных ситуаций, проведения эффективной региональной политики и совершенствования системы управления необходимо создавать новые теории, новый математический аппарат, новые модели. Эти методы должны позволять проводить всестороннюю оценку регионального социально-экономического развития, выявлять и анализировать причины происходящих событий, обосновывать принятие управленческих решений с позиций системного подхода, базируясь на комплексном использовании методов системного анализа. Системный подход позволяет привязать оценки состояний объекта к единому периоду времени, учесть большое количество переменных и взаимосвязей между ними. В результате исследователь получает целостную картину объективного состояния региона и рекомендации по принятию решений, направленных на обеспечение устойчивого регионального развития

Для решения задач регионального анализа, связанных с моделированием социально-экономических процессов, необходимо опираться на комплексное использование методов системного анализа. Это обеспечит разработку и обоснование адекватных моделей и сценариев с учетом структурных схем взаимовлияния факторов региональной системы.

Исследование развития региональной социально-экономической системы и разработка соответствующих моделей на основе предлагаемого комплекса методов системного анализа и с помощью соответствующего программного инструментария ранее не проводилось. Это дает основание считать разработку моделей и программных средств поддержки принятия управленческих решений на основе адаптированной методики когнитивного моделирования в региональных социально-экономических системах актуальной задачей.

Во второй главе "Разработка программной системы когнитивного моделирования для поддержки принятия решений в социально-экономических системах" представлена адаптированная методика когнитивного моделирования региональных социально-экономических систем и описание разработанного на ее основе программного инструментария.

Разработанные программные средства представляют собой программно реализованный комплекс методов, включающий в себя элементы импульсного анализа, теории графов и теории систем. Сочетание представленных методов позволяет комплексно и взаимосвязано подойти к изучению протекания региональных социально-экономических процессов, во взаимодействии с экспертами проанализировать качественные структурные особенности исследуемой системы и количественные динамические характеристики развития региона во времени, добиться качественно новых результатов в области изучения механизмов развития социально-экономических процессов.

ПС КМ позволяет строить когнитивные модели, проводить на качественном уровне структурный анализ построенных моделей, формировать и исследовать сценарии развития исследуемой системы управления. В основе проектирования программы когнитивного моделирования лежит предлагаемая структурная схема (см. рисунок 1), отражающая функциональное назначение, состав решаемых задач и структуру взаимосвязей между функциональными элементами программы и экспертом.

Адаптируем и приведем теоретические положения, ставшие основой для проектирования ПС КМ.

В подсистеме «Построение когнитивной модели, диалоговый режим» проводится формирование во взаимодействии с пользователем когнитивной модели на основе следующих математических построений. Когнитивная модель (векторный функциональный граф):

Ф=<0,У,Р>, (1)

Рисунок 1 - Структурная схема ПС КМ, разработанная на основе адаптированной методики когнитивного моделирования

где й =< X, Е > - ориентированный граф; X - множество вершин, вершины х, € X, ¡=1, 2,..., к являются элементами изучаемой системы; Е - множество ДУГ, дуги еу е Е . у=1,2,...,1М отражают взаимосвязи между вершинами х, и

х^ V - множество параметров вершин X, V = {Vх'}, 1=1, 2...., к;

Б = Р(У, Е) = , V е„) - функционал преобразования дуг, ставящий в соответствие каждой дуге весовой коэффициент соц [1, 5].

В подсистеме "Анализ структуры когнитивной модели" проводится исследование качественных свойств построенной модели, что позволяет определить управляющие и целевые элементы модели, а также интегральные (непосредственные и все возможные опосредованные) влияния изменения одних факторов на другие. Структурный анализ необходим для решения задач, связанных с оценкой условий и возможностей реализации управления системой и включает исследование связности и сложности объекта.

Анализ связности направлен на выявление существенных, функционально-значимых связей системы. Для исследования свойства связности вводятся понятия из теории графов, а также знания алгебры и топологии. Слабосвязная система допускает автономное управление блоками. Это может иметь как положительные, так и отрицательные стороны. Отрицательный эффект возникает от того, что автономное управление в рамках единой социально-экономической системы может оказаться дорогим и приносящим вред из-за несоблюдения принципа системности.

Анализ сложности построен на исследовании циклов обратной связи (активных контуров) и путей, образующих причинно-следственные цепочки. Результаты анализа позволяют оценить последствия изменения значений переменных в вершинах когнитивной карты и характер распространения поступающих возмущений, обусловленный взаимодействием активных контуров.

Подсистема "Импульсное моделирование состояний системы" позволяет создать имитацию управляющих воздействий, направленных на стимулирование социально-экономического развития объекта, рассчитать и проанализировать динамику изменения значений показателей. Одной из важнейших задач когнитивного моделирования является задача изучения процессов распространения возмущений на графе. Под влиянием различных возмущений, значения переменных в вершинах когнитивной модели могут изменяться; сигнал, поступивший в одну из вершин, распространяется по цепочке на остальные, усиливаясь или затухая. Моделирование можно проводить шагами или импульсами. Суть такого моделирования состоит в том, что в одной из вершин графа задается определенное изменение. Эта вершина актуализирует всю систему показателей, то есть связанных с ней вершин, в большей или меньшей степени. Таких вершин может быть несколько, их принято называть активизирующими. Для взвешенного орграфа имеем следующее правило [1,6]:

V,(/ + 1) = V,(г) + X/(и(0, (2)

7=1

где через /(и ,м() обозначена весовая функция связи между вершинами и(

и iij . Автономный процесс распространения возмущений (г е. такой, в

котором возмущение подается один раз в начале моделирования) по орграфу G определяется правилом (2) наряду с вектором начальных значений в вершинах v(0) и вектором внешних возмущений р(0) в каждой вершине в момент времени / = 0 . В случае, если моделируется управляемое развитие, т. е. подаются возмущения на различных шагах импульсного процесса, то процесс распространения возмущений определяется правилом (3).

v, (/ + 1) = v, (/) + if (и j , и,) р j (/) + Q. (/ + 1), (3)

где Qi (t + 1) - внешнее возмущение, поступившее в вершину в момент времени t-+1.

При машинном моделировании удобно использовать формулу зависимости изменения значений вершин от матрицы взаимосвязей. Пусть А -

¡t

матрица взаимосвязей для данного орграфа; Qt /=0,1,2,... - вектор

внешних импульсов q. , вносимых в вершины м(- в момент времени t; к

Vt - {v,t- вектор значений вершин vu , соответствующих вершинам и1 в

к

момент времени t; Rt = \ra - вектор изменений значений вершин в момент времени t, который задается уравнением:

Л, =Xt -Xt_x, / = 1,2,3,... (4)

Изменения значений вершин задаются следующим уравнением:

= Xt_x + ARt_x + Qf_x. (5)

Получим из последнего уравнения выражение для R(:

R, = A'~XQ0 + A'~2Q1 + ... + AQ,_2 + IQt_x, (6)

где I - единичная матрица.

В подсистеме «Анализ устойчивости» в комплексе с задачами структурного анализа дополнительно исследуется устойчивость по начальному значению и устойчивость по возмущению. Обозначим значение в

в момент времени t через v;(i), г =1,2, ...,N ; /=0,1,... . Предположим, что значение v((f + l) зависит от v((f)и от вершин, смежных с u(, a Pj{t) представляет изменение в Uj в момент времени t. Будем говорить, что вершина и устойчива по начальному значению, если последовательность

{[ V (е) = 0,1,ограничена. Аналогичным образом, назовем вершину и

устойчивой но возмущению, если ограничена последовательность

{! Р] (0 \:1 - '>•••} • Взвешенный орграф устойчив по возмущению (по

начальному значению), если каждая его вершина обладает этим свойством [1, 6, 8].

Введем теперь понятие алгебраического критерия устойчивости по возмущению и • по начальному значению. Рассмотрим простые процессы распространения возмущений, для которых р(0) имеет лишь один ненулевой вход. Для решения вопроса об устойчивости необходимо вычислить максимальный по модулю корень характеристического уравнения матрицы взаимосвязей для графа в. Если этот корень лежит вне круга единичного радиуса, то орграф не будет устойчив по возмущению для любого простого импульсного процесса; в противном случае орграф в устойчив по возмущению. Если орграф в устойчив по возмущению для любого простого импульсного процесса и единица не является характеристическим значением в, то орграф О устойчив по начальному значению для любого простого процесса распространения возмущений.

Представленные инструментальные подсистемы - это основной аналитический инструментарий адаптированной методики когнитивного моделирования. Для его реализации требуется создание множества отдельных модулей, связанных в рамках единого программного комплекса (рисунок 2).

Разработка каждого модуля проводилась в несколько этапов, включающих этапы внешнего и внутреннего проектирования. Внешнее проектирование (описание формата входных и выходных данных, осуществляемые преобразования в системе, обработка данных и особенности реализации) представляет собой конкретизацию внешних взаимодействий будущего программного продукта без детализации внутреннего устройства; внутреннее (построение ХИЛО-диаграмм, описание алгоритма работы модуля, разработка блок-схем и кодирование) проектирование составило собственно программирование внутренней логики каждого модуля.

В результате проектирования и программной реализации модулей разработана программная система, которая обладает дружественным интерфейсом, позволяет в интерактивном режиме формировать и анализировать когнитивные модели, получать графические и текстовые результаты работы в удобной для пользователя форме. По сравнению с возможностями, реализованными в других подобных программных продуктах, ПС КМ дополнена расширенными инструментами структурного анализа и анализа устойчивости, а также улучшенными возможностями интерактивной работы пользователя.

31 Модуль создания и корр ектировхи ко гнитивной модели

31 1 Модуль формирования вер шин

31 2 Модуль формирования дуг

32 Модуть импульсного моделирования

32 1 Модуль расчета результатов

Э2 2 Модуль графического отображения результатов

ЙЗ Модуль анализа устойчивости

33 1 Модуль гфиведани исходной матрицы к правой , почта треугольной матрице

33 2 Модуль поиска собственных чисел матрицы

Й4 Модуль структурного анализа

Э4 1 Модуль поиска циклов

Б4 2 Модуль поиска путей

Б4 3 Модуль поиска компонентов связности

Б4 4 Модуль поиска симплициальных комгшоссов

Я4 5 Модуль поиска эксцентриситетов

Рисунок 2 - Структурная схема модулей программной системы когнитивного моделирования

Возможности разработанных программных средств были реализованы при проведении исследований в области развития региональных социально-экономических систем и при разработке когнитивных моделей оценки состояния сложного технического объекта, что позволило наметить пути реализации данных моделей в распределенных микрокомпьютерных системах мониторинга.

В третьей главе «Исследование развития региональной социально-экономической системы на основе когнитивного подхода» с помощью разработанной программной системы осуществлено построение и исследование когнитивных моделей, связанных с изучением проблем развития социально-экономических процессов в регионе и возможностей управления ими.

Переход страны на путь реформ и установление рыночных отношений способствовали качественному изменению внутренних и внешних материальных и финансовых связей регионов. Это отразилось на динамике социально-экономических процессов: снизилось производство, увеличилась безработица, снизился покупательский спрос населения и т.п. С целью формализации данной ситуации проблемы и взаимосвязи между ними были структурированы в виде когнитивной карты, которая также отражает

структуру внутренних и внешних связей региона, существующую в условиях рыночных отношений (см рисунок 3). Данная модель построена на основе схемы функционирования регионального экономического механизма в переходный период, предложенной А.Г. Гранбергом. Вес дуг. характеризующий силу связи между факторами, соответствует заданным в указанной схеме лингвистическим оценкам: слабая связь - вес 0,3; средняя связь - вес 0,6; сильная связь - вес 0,9.

Рисунок 3 - Когнитивная модель регионального экономического механизма в условиях рыночных отношений

Разработанная программа позволила провести имитационное моделирование последствий для регионов перехода России к новой системе хозяйствования Характерное при отходе от плановой системы сокращение финансовой поддержки из центра (начальный импульс минус 1 в вершине «У8. Федеральные регулирующие системы») вызвало падение производства, снижение доходов регионального бюджета и, как следствие, ухудшение уровня жизни населения (см. рисунок 4).

Для формирования сценариев преодоления возникших нежелательных последствий рыночных реформ было необходимо провести разработку соответствующих когнитивных моделей, содержащих управляющие факторы макро- и микрорегуляторы. Результаты сценарного моделирования для макро-и микро-моделей региона показали, что для эффективного государственного регулирования и выведение региона на устойчивое развитие необходимо прибегать к сочетанию использования различных макро- и микроинструментов, формированию соответствующих региональных программ. Требуется создание моделей комплексов конкретных проектов и

мероприятий и выявление вариантов оптимального использования всех имеющихся средств и с учетом создавшейся ситуации.

—-■- - Оро*э»одс*»о

..... Звиитость

- - — Дохай

региона

Дм примера разработки модели региональной программы рассмотрим построенную когнитивную модель, используемую для анализа эффективности действия региональной программы в Особой Экономической Зоне в Калининградской области (см. рисунок 5).

Учитывая территориальную обособленность данного региона от основной части России в интересах национальной безопасности страны сформировать здесь особые экономические условия функционирования рыночных механизмов. Для привлечения иностранных инвестиций, грузов и товаров в рамках сформированной региональной программы было предпринято ряд мер, включающих: освобождение импортных товаров от уплаты таможенных платежей, освобождение предприятий от уплаты НДС и сбора акцизов (внесение начального импульса +1 в вершину «С1. Правительство. Федеральный бюджет»). В результате были созданы новые производства с участием зарубежных фирм, улучшилась ситуация на потребительском рынке, увеличился объем переработки грузов в морских портах, что в целом имело положительное влияние на экономику региона (см. рисунок 6а)).

Вместе с тем, с отменой таможенных пошлин появились более широкие возможности для развития теневой экономики и нелегального импорта в Россию, а в результате налоговой политики из-за снижения цен упала рентабельность местных производств. Для сокращения объемов теневого рынка и привлечения дополнительных средств на реализацию программы регионального развития были введены квоты на беспошлинный ввоз товаров и их аукционная продажа (добавление на карте дуг с положительным знаком между вершинами «С2...» и «РЗ...», «С2...» и «Р4...»). В результате наблюдалось уменьшение теневого товаропотока, а государство получило возможность использовать полученные от продажи квот деньги на

финансирование региональной программы (см рисунок 66)).

И. Дохода^населения К2 Уровен/^прЬи^в' / ''

N3 Потеря бцохет«

Н4 Объем у&гмродэтоха экояошшс

Д1 Уое/шчевкв Производстве

□рояышшнйостм

Р1 Ос »обожди:

С2.Прмителкспю РФ. «едераяьмл цеяемя программа

С1 Правительство РФ ФелсральякА йщиет

Рисунок 5 - Когнитивная модель развития ОЭЗ в Калининградской области

—- Доходи населен»

— Уровень производства

— 06»еи «ояаропаФом а теневой эковояим —— Яаиушнольяад безопасность

-Дахояк веселим

- - Уровень фаювояста*

— 06*ея «оеарогштока ж теневой : Национальная бсмгаовсть

О 1 2 34 5 б 7 8 9 10 11 12

01 234567 В9 10 11 12

Рисунок 6а) - Результаты введения льгот в регионе, Рисунок 66) - Результаты введения экономических ограничений в ОЭЗ в Калининградской области

Таким образом, предлагаемый программно-методологический инсгрументарий показал свою применимость к построению сценариев реализации региональных программ, учитывающих сложный механизм достижения целей с помощью комплексного воздействия управляющих факторов. В целом методика когнитивного моделирования позволяет системно описать проблемы регионального развития и обозначить пути их решения Поэтому, используя данный подход можно обратиться к построению и анализ} моделей конкретной региональной социально-экономической системы.

основываясь на методике когнитивной структуризации и поэтапно решая весь комплекс задач когнитивного моделирования.

В четвертой главе «Когнитивное моделирование региональной социально-экономической системы Республики Адыгея» рассмотрено использование предложенного программно-методологического комплекса для системного исследования проблем и разработки сценариев развития одного из южных российских регионов.

В результате проведенной процедуры когнитивной структуризации была построена укрупненная модель, элементами которой являлись блоки составляющих региональную СЭС факторов (см. рисунок 7). Укрупненная когнитивная карта представляет состав и структуру исследуемой системы на уровне блоков факторов; ее целью является выявление структурных особенностей и динамических характеристик взаимодействующих подсистем региональной СЭС без описания внутреннего механизма протекающих процессов.

На основе укрупненной модели была разработана детализированная когнитивная модель РА, образованная из составляющих элементов блоков укрупненной модели и отражающая сложную структуру взаимосвязей внутри и между региональными подсистемами (см. рисунок 8). При установлении взаимосвязей между факторами использовалась имеющаяся информация о соотношениях между величинами параметров, характеризующих исследуемые процессы и о динамике относительного изменения последних.

Проведем анализ устойчивости и структурный анализ построенной когнитивной модели. Максимальное по модулю собственное число соответствующей матрицы равно 0,785, следовательно, модель является устойчивой по значению и по возмущению, го есть поступивший внешний импульс не будет бесконечно усиливаться, а затухнет, проходя по причинно-следственным цепочкам и циклам (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Циклы детализированной когнитивной модели СЭС РА

Элементы цикла Знак циклической обратной связи

Ц5-»ИЗ~ЯД5 +

Ц2—>Ц5->Ц2

Ц2—»ИЗ—>Ц2 +

1Д2—>Ц5—»ИЗ—»Ц2 +

Р7—>Ц2-»ИЗ —>Р7 +

Р8—»Ц2—»ИЗ —>Р8 +

Р8—>Ц2—>Ц5—»ИЗ—>Р8 +

Р7—»Ц2—Щ5—»ИЗ—»-Р7 +

Рисунок 7 - Укрупненная модель региона

Р6. Повышение мобильности И7. Пассажярсоборот

рабочей силы трп иг портных организаций

Рисунок 8 - Детализированная модель региона

Зададим начальные условия, необходимые для имитации развития региональных социально-экономических процессов (см. таблицу 2)

Распространение возмущений будет иметь затухающий характер (вектор собственных чисел е={0,785, -0,619, -0,165, -0,00179, 0,..., 0} максимальное по модулю собственное число матрицы смежности равно 0,785), следовательно, для того, чтобы положительные тенденции сохранялись необходимо постоянное воздействие внешних импульсов.

Таблица 2 - Начальные условия имитационного моделирования регионального развития РА по детализированной когнитивной карте (для 2002г. в ценах 2001г.)

Название фактора Единица измерения Начальное значение Приращение (импульс)

ИЗ. Доходы бюджета млн. руб. 2036,8640 330,2270

Ц2 Объем производства млн. руб. 10254,500 -1081,640

ЦЗ Объем инвестиций млн. руб. 1018,6520 152,1172

Ц5. Доходы населения млн. руб. 6641,0910 913,4630

И6, Убытки предприятий транспорта тыс. руб. 2362,5000 5384,6310

И8, Объем инвестиций в предприятий транспорта млн. руб. 276,7819 -96,6071

Проведем имитационное моделирование динамических импульсных процессов для построенных когнитивных карт, что даст возможность сформировать ряд сценариев, отражающих различные варианты проведения региональной политики.

Рассмотрим варианты сценариев при использовании регулирующих инструментов Р4-Р8 и саморазвитии ситуации (отсутствуют связи фактора "ИЗ. Доходы бюджета" с факторами Р4-Р8) при отсутствии дополнительных возмущающих воздействий (см. рисунок 9).

Ц5. Доходи к&селекмя

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

2002 2004 2006 200В 2010 2012 2014 2016

Рисунок 9 - Моделирование саморазвития ситуации с использованием регуляторов

Различия в изменениях значений факторов для первого и второго вариантов оказпись малозначительными для рассматриваемого периода с 2003 по 2013 годы. Следовательно, применение регулирующих инструментов для рассматриваемой модели малоэффективно в автономных импульсных процессах, когда возмущающие воздействия подаются один раз в начале моделирования; необходимо постоянное, а не временное воздействие. Например, будем дополнительно подавать на структурные управляющие факторы "ИЗ. Доходы бюджета" и "ЦЗ. Объем инвестиций" равные по силе начальным воздействиям возмущающие воздействия на временном интервале с 2004 по 2008 год через один такт моделирования. Тогда в течение рассматриваемого периода произойдут положительные перемены по сравнению вариантами одноразовой помощи (см. рисунок 11). При этом разница между вариантами сценариев (различающихся между собой наличием внутрисистемного регулирования) при периодической "подпитке" регионального бюджета и жизненного уровня населения из центра, напротив, является малозначительной; республика полностью зависит от центра и не в состоянии самостоятельно обеспечивать рост экономики и жизненного уровня людей.

-ИЗ. Доходи бкшяета

Доколи населения

пт руб 5270.01 4865.67 4461.73

ws7.se

36S3.44 3249.29 2045 15 2441.01 2036.86

ВПК. pytí. 17529.47 16168.4214807.37 13446. 3312085.28 10724 23 9363.19 8002.14 -6641.09

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 Объем производстве

2002 ZQ04 2006 2008 2010 2012 -014 2016 - И5. Об*ен транспорта« услуг

РОД

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

2002 2004 2Р06 2008 2010 2012 2014 2016

Рисунок 10 - Развитие СЭС под влиянием внешних факторов с применением экономических регуляторов

Рассмотрим варианты сценариев социально-экономического развития региона на основе построенной когнитивной модели РА, но с качественной иной структурой бюджета: безвозмездные перечисления их федерального центра составляют всего 20%, вместо 50% В такой ситуации влияние внешних

факторов дает больший эффект (см. рисунок 11) по сравнению с ситуацией, характеризующейся дотационной структурой регионального бюджета.

Таким образом, проведенное имитационное моделирование позволило определить основные источники социально-экономического развития рассматриваемой региональной системы: это формирование регионального бюджета, характеризующегося положительными изменениями, как в количественном, так и в качественном отношении; необходимо влияние внешних факторов — помощи со стороны центра, и увеличение доли собственных бюджетных средств за счет развития регионального производства.

ЯЛН руб.

6555.71 5930.85 5126.00 4961 14 4296.29 3731 43 3166.57 ¿601.72 2036 66

ИЛИ. руб.

27527.83 25233 46 22939.09 20644 7216350.3416055 97-

13761.бонда. гэ-

9172.86 • 2С

Рисунок 11 - Развитие СЭС под влиянием внешних факторов с применением экономических регуляторов для недотационного бюджета

Сравнительный анализ сценариев развития региональной социально-экономической системы показал несущественный эффект от использования региональных регулирующих инструментов за счет использования местных бюджетных средств; необходимо выделения для этих целей больших средств за счет внешней среды. Однако, постоянная внешняя финансовая поддержка республиканского бюджета и постоянные внешние инвестиции по полученным оценкам до 2016 года приводят к росту объема производства на 39,7%, доходов бюджета - на 58,7%, доходов населения - на 63,9%. Такой вариант сценария не может устраивать регион, в котором объемы производства в различных областях промышленности и в сельском хозяйстве пали в разы. Выходом из сложившейся ситуации может стать реструктуризация экономики, подъем промышленности и сельского хозяйства за счет внедрения в практику современных инновационных технологий.

Доходи населения

02 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

создания значительного интеллектуального потенциала, расширение и повышение качества образования. Реализация поставленных задач требует серьезных финансовых затрат, характеризуется высокой степенью риска и поэтому рассмотренные проблемы требуют дальнейшей проработки на уровне представителя Президента РФ в Южном Федеральном Округе и Правительства России.

В заключении формулируются основные выводы, сделанные в диссертационной работе.

Предметом дальнейших исследований автора является разработка и внедрение в существующую модель интеллектуальной системы функций передачи и обработки логической экспертной информации, которые позволят накапливать, анализировать в процессе когнитивного моделирования и эффективно использовать в управлении выраженные в виде правил знания экспертов.

Публикации по теме диссертации

1. Пьявченко О.Н., Горелова Г.В., Боженюк A.B., Клевцов С.И., Радченко С.А., Клевцова А.Б. Методы и алгоритмы моделирования развития сложных ситуаций: Монография / Под ред. д.т.н., профессора О Н. Пьявченко.

- Таганрог: издательство ТРТУ, 2003. - 157с. - 9,12 п.л. (лично автора 0,62 п.л.)

2. Радченко С.А. Раздел 5.4. Информационное обеспечение в книге: Горелова Г.В., Джаримов Н.Х. "Региональная система образования, методология комплексных исследований". - Краснодар: Печатный двор, 2002.

- 358 с. - 12,5 п.л. (лично автора - 0,25 пл.)

3. Радченко С.А. Разработка программной системы когнитивного моделирования для анализа региональных ситуаций // Микропроцессорные системы мониторинга, диагностики и управления сложными техническими объектами, организационно-техническими системами и комплексами: Материалы Известий ТРТУ. - Таганрог: издательство ТРТУ, 2004. - с. 84-88. -0,31 п.л.

4. Горелова Г.В., Радченко С.А. Программная система когнитивного моделирования социотехнических систем // Актуальные проблемы экономики, менеджмента, права: - Материалы Известий ТРТУ. - Таганрог: издательство ТРТУ, 2004. - с. 218-227. - 0,56 п.л. (лично автора 0,25 п.л.)

5. Горелова Г.В., Радченко С.А. Когнитивные технологии поддержки управленческих решений в социально-экономических системах // Актуальные проблемы экономики, менеджмента, права: - Материалы Известий ТРТУ. -Таганрог: издательство ТРТУ, 2003. - с. 95-104. - 0,62 пл. (лично автора 0,36 пл.)

6. Горелова Г.В., Радченко С.А. Исследование и визуальное имитационное моделирование мягких систем в программной среде ПС КМ // Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций: Сборник трудов 4-й Международной конференции CASC'2004. - Москва: ИПУ РАН, 2004. — с. 81—

89. - 0,56 п.л. (лично автора 0,25 п.л.)

7. Горелова Г.В., Радченко С.А. когнитивного моделирования для блока по социально-экономической сфере // градостроительства". - Таганрог: издателы п.л. (лично автора 0,3 п.л.)

8. Горелова Г.В., Радченко С.А. Раз когнитивного моделирования социально технологии в управлении, бизнесе и г конференции. - Невинномысск: издательств ^¡(иинл, ¿иич. — I/. оч—об, п.л. (лично автора 0,18 п.л.)

9. Радченко С.А. Когнитивное моделирование как средство поддержки принятия решений при управлении социально-экономической системой // Проблемы регионального управления, экономики и права и инновационных процессов в образовании: Труды III Международной научно-практической конференции. - Таганрог: издательство ТИУиЭ, 2003. - с. 298-300. - 0,18 пл.

10. Радченко С.А. Когнитивный анализ региональной социально-экономической системы // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды VII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. - Москва: издательство МЭИ, 2001. — с. 56-59. — 0,1 п.л.

11. Радченко С.А. Когнитивное моделирование социально-экономических систем // Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления: Труды VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов. - Таганрог: издательство ТРТУ, 2002. — с. 312-313. — 0,06 п.л.

р 1 г. - , -:

РНБ Русский фонд

2006-4 6381

......... . . П/1_ГЧХ 114 1

Подписано к печати 20.05.05 Объем 1,0 уч.-изд.л. Печать офсетная. Бумага офсетная. Формат 60x84/16. Гарнитура «Тайме» Заказ Тираж 120 экз. «С»

Издательство Таганрогского государственного

радиотехнического университета ГСП 17А, Таганрог, 28, пер. Некрасовский, 44 Типография Таганрогского государственного радиотехнического университета ГСП 17А, Таганрог, 28, Энгельса, 1

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Радченко, Сергей Александрович

Введение.

1 Теоретические и методологические проблемы анализа и моделирования региональной социальноэкономической системы.

1.1 Системный подход к исследованию развития региональной социально-экономической системы.

1.2 Программные средства исследования социально-экономических 23 объектов.

1.3 Интеллектуальные системы поддержки принятия управленческих решений в сложных системах.

2 Разработка программной системы когнитивного моделирования для поддержки принятия решений в социально-экономических системах.

2.1 Методологические основы когнитивного анализа.

2.2 Проектирование структуры и содержания функций программы когнитивного моделирования.

2.3 Проектирование подсистемы интеллектуального интерфейса.

3 Исследование развития региональной социальноэкономической системы на основе когнитивного подхода

3.1 Исследование и формализация проблем развития региональных социально-экономических систем.

3.2 Экономические механизмы регулирования регионального развития.

3.3 Когнитивное моделирование и разработка программ регионального развития.

4 Когнитивное моделирование региональной социально-экономической системы Республики Адыгея.

4.1 Описание тенденций развития республики.

Ф 4.2 Построение когнитивной модели СЭС.

4.3 Когнитивное моделирование функционирования СЭС.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Разработка когнитивных моделей и программных средств для анализа процесса функционирования социально-экономических систем"

Актуальность темы исследования

Тенденции модернизации классических теорий региональной экономики посредством их выражения на языке современной математики сопровождается значительным расширением и усложнением применяемого математического аппарата. Сфера эффективного применения математического моделирования ограничивается главным образом возможностями формализации социально-экономических ситуаций и состоянием информационного обеспечения разработанных моделей.

Большие затруднения для продолжения исследований по моделированию создает информационная недостаточность, усилившаяся в переходном периоде: проблемы информации о частном секторе, расширение разнообразных форм теневой экономики, перевод статистики на новую методологию и, как следствие, отсутствие достаточно длинных динамических рядов сопоставимых данных. Непоследовательная экономическая политика, неустойчивый характер экономических процессов, хаотичное изменение "правил игры" выдвигает новые требования к моделированию: оценку кризисных ситуаций, последствий распада прежних экономических связей и т.п. Для формализации подобных ситуаций требуется создание новых теорий, математического и инструментального аппаратов и соответствующих моделей. Необходим инструментарий, подходящий для стратегического планирования и управления региональными социально-экономическими процессами, комплексного анализа условий регионального развития. Однако разнообразные по применяемому математическому аппарату и форме математических зависимостей модели не охватывают различные аспекты функционирования региональной экономики в комплексе. Поэтому актуальной является задача поиска методики (и ее инструментальной реализации) системного анализа регионального развития с учетом возможностей человеко-машинного диалога и проведения комплексных модельных экспериментов.

При изучении регионального развития с позиций системного подхода в круг решаемых задач следует включать идентификацию объекта, исследование связности, сложности, устойчивости, исследование причинно-следственных связей и системной динамики. Решение данных проблем в совокупности позволяет на высоком уровне обоснования оценить последствия принимаемых решений и добиться более эффективного управления.

Степень разработанности проблемы

Большой вклад в развитие теории и практики региональных исследований внесли ученые отечественной школы: И.Г. Александров, H.H. Баранский, B.C. Немчинов, H.H. Некрасов, А.Е. Пробст, Ю.Г. Саушкин, Я.Г. Фейгин, Р.И. Шнипер и др. Среди иностранных исследователей отметим Дж. Кейнса, Й. Тюнена, А. Вебера, У. Айзарда, А. Леонтьева и др. Теории развития региона опираются на достижения макроэкономики, микроэкономики, институциональной экономики и других направлений современной экономической науки. Наиболее распространенными задачами исследования являются: закономерности, принципы и факторы размещения производительных сил, экономическое районирование, анализ межрегиональных связей, методы планирования и регулирования регионального развития. Эволюция теории региона отражает повышение роли "нематериальных" целей и факторов экономического развития, возможности междисциплинарных знаний и перехода регионов на модель устойчивого развития. В этой связи необходимо отметить роль системного анализа и теории систем. В данной области большой вклад внесли Волкова В.Н., Денисов A.A., Моисеев В.Н., Прангишвили И.В., Гиг Дж., Касти Дж. и другие.

С методами системного анализа тесно связан когнитивный подход, разработанный психологами (работы Р. Солсо, Т. Куни и др.), под которым понимается решение традиционных для различных наук проблем методами, учитывающими когнитивные аспекты (процессы восприятия, мышления, познания, объяснения и понимания). В настоящее время когнитивное моделирование является основанием программно-методологических разработок отдельных секторов ИЛУ РАН. Это, например, "Интегрированный информационно-аналитический комплекс ситуационного анализа" (труды Качаева C.B., Макаренко Д.И.), ориентированный на реализацию когнитивной технологии стратегического управления развитием сложных социально-экономических объектов в нестабильной внешней среде. Существует также комплекс "ИМПАН", предназначенный для моделирования систем различного назначения с использованием аппарата знаковых орграфов (труды Кульбы В.В., Ковалевского С.С., Кононова Д.А., Чернова И.В., Шелкова А.Б. и др.).

Развитие теории когнитивного моделирования, связанное с использованием информационных технологий, направлено на расширение возможностей существующего математического аппарата, комплексного применения различных методов системного анализа для повышения обоснованности и практической применимости получаемых модельных результатов. С учетом всего вышесказанного, в диссертации определены следующие объект, предмет, цели и задачи исследования.

Объект и предмет исследования

Объект — региональная социально-экономическая система. Предмет — процесс функционирования региональных социально-экономических систем и когнитивные имитационные модели их развития.

Цель и задачи исследования

Цель — разработка на основе когнитивного подхода моделей и программных средств исследования региональных социально-экономических систем и проектирование стратегий их устойчивого развития.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- адаптировать методику когнитивного моделирования к исследованию региональных социально-экономических систем, на основе которой разработать программные средства для интеллектуальной системы поддержки управленческих решений;

- разработать программную систему когнитивного моделирования (ПС КМ) социально-экономической системы (идентификация, анализ путей и циклов когнитивной модели, анализ устойчивости системы, сценарный анализ в диалоговом режиме с экспертом) для блоков поддержки управленческих решений в интеллектуальных системах;

- провести с помощью ПС КМ на примере двух регионов (Особая Экономическая Зона в Калининградской области и долина Теннесси - США) их когнитивную структуризацию и имитационное моделирование с целью сопоставления полученных результатов с имевшим место развитием ситуаций и анализа применимости предлагаемого теоретико-инструментального аппарата в формировании моделей эффективного управления регионом;

- провести анализ статистических и экспертных данных по основным социально-экономическим показателям развития республики Адыгея для построения когнитивных моделей, отражающих механизм функционирования экономики республики;

- разработать когнитивные модели региональной социально-экономической системы республики Адыгея и провести когнитивное моделирование для обоснования управленческих решений по эффективному развитию исследуемого объекта.

Теоретико-методологическая основа исследования

Для достижения поставленной цели исследования и решения соответствующих задач были использованы: методы макро- и микроэкономики, когнитивное моделирование в сочетании с методами теории графов, теории системного анализа, теории устойчивости, сценарного анализа, методами имитационного моделирования.

В качестве инструментария разработки программных средств была использована система программирования Visual С++6.

Информационно-эмпирическая база исследования

В работе были использованы отчетные материалы министерства социально-экономического развития Республики Адыгея: «Основные показатели, представляемые для разработки прогноза социально-экономического развития Российской Федерации на 2000 г. и на период до 2003 г.», «Государственный доклад об итогах социально-экономического развития республики Адыгея, 2003 г.», «Комплексный доклад государственного комитета по статистике Республики Адыгея и Министерства экономического развития и торговли Республики Адыгея «О социально-экономическом положении РА в 1991-2000 гг.».

Работа выполнена в рамках паспорта специальности 08.00.13 -Математические и инструментальные методы экономики, п. 1.7 «Построение и прикладной экономический анализ экономических и компьютерных моделей национальной экономики и ее секторов», п.2.3. «Разработка систем поддержки принятия решений для рационализации организационных структур и оптимизации управления экономикой на всех уровнях».

Положения, выносимые на защиту:

- адаптированная к условиям региона методика когнитивного моделирования региональных социально-экономических систем, включающая методы построения когнитивных карт, исследования структуры объекта, анализа устойчивости, имитационного моделирования сценариев развития объекта, позволяющая провести разработку программных средств для системы поддержки принятия управленческих решений на основе когнитивного моделирования;

- программная система когнитивного моделирования, включающая модули: создания и корректировки когнитивной модели, импульсного моделирования, анализа устойчивости, структурного анализа. Система позволяет разрабатывать различные сценарии развития социальноэкономических процессов, определять соответствующие им управленческие решения и выбирать среди них наилучшие;

- когнитивные модели: развития Особой Экономической Зоны в Калининградской области (построена на основании соответствующей федеральной программы); развития долины Теннесси (США), а также результаты исследования на моделях, показавших применимость используемого аппарата знаковых ориентированных графов для имитации региональных социально-экономических процессов и поиска путей воздействия на сложившуюся ситуацию;

- структурированные блоки показателей, индикаторов, факторов, (целевых и управляющих) и их взаимосвязи, позволившие разработать когнитивные модели социально-экономической системы республики Адыгея, предназначенные для проведения структурного анализа и имитационного моделирования развития региональных социально-экономических процессов;

-результаты когнитивного моделирования социально-экономической системы республики Адыгея (построение когнитивных моделей, анализ структуры системы, анализ ее устойчивости, импульсное моделирование), позволившие предложить сценарии развития республики Адыгея; сценарии предусматривают становление на путь устойчивого развития за счет реструктуризации дотационности бюджетной системы, развития производства, помощи федеральных властей.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в:

- адаптации к условиям региона методики когнитивного моделирования, отличающейся комплексностью и взаимосвязанностью решаемых проблем, и дающей возможность проводить анализ последствий вырабатываемых управленческих решений;.

- решении (в диалоговом режиме с экспертом) системы взаимосвязанных задач когнитивного моделирования, что отличает разработанную программную систему когнитивного моделирования от существующих программных средств возможностью рассматривать в комплексе системные задачи исследования устойчивости, структурного анализа и имитационного моделирования; это дает возможность генерировать и сравнивать различные управленческие решения и сценарии развития;

-разработке структур блоков показателей, факторов регионального развития, часть из которых была ранее апробирована в качестве элементов различных когнитивных карт, а часть представляет собой цели регионального развития, сформулированные с учетом требований системности. Разработанная структура позволяет совместить представление различных макро - и микропоказателей и соответствующих им инструментов, а также поставленных целей в рамках единой схемы и создать на ее основе когнитивные модели региональной социально-экономической системы республики Адыгея;

-разработке моделей социально-экономической системы республики Адыгея, построенных с помощью адаптированной методики когнитивного моделирования. Модели позволили учесть нечетко постулируемые зависимости и сформировать сценарии, могущие послужить основой разработки программы устойчивого развития региона.

Теоретическая и практическая значимость исследования Научные положения, выдвинутые в работе, развивают теоретические основы и методологию анализа сложных социально-экономических систем и принятия управленческих решений в условиях воздействия внешней среды. Применение результатов диссертационного исследования способствует решению важной народнохозяйственной задачи: определению условий устойчивого развитию региональной социально-экономической системы за счет выбора и реализации наиболее выгодных сценариев управляющих воздействий. Разработанная в диссертации модель интеллектуальной системы поддержки принятия решений позволяет повысить качество и скорость принимаемых решений, оценивать будущее развитие региональных ситуаций, предупреждать негативные тенденции регионального развития, увеличить уровень информированности ЛПР при принятии решений.

Результаты работы могут быть использованы:

-при проектировании интеллектуальных систем принятия решений в сложных системах на основе имитационного моделирования;

- при построении и анализе когнитивных моделей сложных систем различной природы;

- в региональном анализе при формировании и исследовании системной модели региона;

-при разработке сценариев регионального развития для выработки рекомендаций министерствам и ведомствам, связанных с формированием и реализацией региональной политики.

Результаты работы могут быть также полезны при изучении курсов системного анализа и социально-экономического прогнозирования, а также для исследователей с точки зрения доработки предложенных подходов.

Апробация работы

Научно-методические разработки автора по теме диссертационного исследования прошли апробацию на научных, научно-практических конференциях международного, федерального и регионального уровней. Автор участвовал в пяти международных, региональных и межвузовских конференциях и семинарах с докладами и выступлениями по теме диссертационного исследования.

Результаты диссертации были использованы в научно-исследовательских работах, проведенных в НИЧ ТРТУ. Применение программы позволило проанализировать эффективность разработанных моделей оценки состояния сложного технического объекта и наметить пути реализации данных моделей в распределенных микрокомпьютерных системах мониторинга. Материалы диссертационного исследования вошли в проект № 0502-02199а РГНФ в 2005г. Исследования автора также были внедрены в практику проведения лекционных, практических и лабораторных занятий на кафедре Государственного и муниципального права и управления Таганрогского государственного радиотехнического университета. Основные результаты исследования опубликованы в 11 работах (авторских 3,79 п.л.). Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (143 наименования) и восьми приложений, содержит 17 таблиц и 52 рисунка. Работа содержит 209 страниц, в том числе основной текст 171 страницу.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Радченко, Сергей Александрович

Выводы

1. При исследовании регионального развития необходимо использование системного подхода, элементов имитационного моделирования и структурного анализа. Однако на практике реализация указанных требований, как правило, не выполняется в связи с отсутствием готовых, апробированных на реальных данных, методик решения поставленных задач, учитывающих особенности и свойства региональных СЭС. Поэтому необходима разработка и исследование соответствующих когнитивных моделей, формирование правил региональных исследований на основе когнитивного моделирования. Предложенная методика исследования региональной социально-экономической системы, сочетающая когнитивный подход к построению модели, структурный анализ (на основе методов исследования сложных систем и теории графов), а также динамическое имитационное моделирования развития импульсных процессов, позволила получить новые результаты применительно к конкретному региону -Республике Адыгея. Методика также может быть использована при исследовании других российских регионов на основе когнитивного подхода. Отличительной особенностью выбранной методики моделирования является отсутствие требования к знанию точных числовых соотношений между компонентами системы, что позволяет создавать когнитивные карты, описывающие сложные социально-экономические процессы.

2. Системное исследование региональной СЭС характеризуется взаимосвязанностью решаемых задач: решение одной задачи часто является основанием для решения следующей, а некоторые из задач невозможно решить без предыдущих. Решение наиболее общих определяющих задач регионального системного анализа: идентификации объекта (построение когнитивных карт) и сценарное моделирование не может в полной мере обеспечить проведение системного исследования. Поэтому на основе предложенной методики было проведено комплексное системное исследование регионального развития и получен ряд новых результатов.

Использование методов структурного исследования сложных систем: выделение циклов взвешенного орграфа, анализа устойчивости по значению и по возмущению системы по мере ее эволюции, позволило выявить структурные особенности построенных моделей. Во-первых, взвешенные орграфы, представляющие когнитивные модели, являются устойчивыми по возмущению и по значению, то есть система характеризуется способностью к поглощению внешних возмущений без резко выраженных последствий для ее поведения. Поэтому для поддержания прироста значений социально-экономических показателей необходимо постоянное воздействие со стороны управляющих факторов. Во-вторых, все циклы взвешенного орграфа соответствуют контурам положительной обратной связи, характеризующих усиление тенденции к отклонению от данного состояния. Это означает, что не будет серьезного подавления внешних возмущений в вершинах моделей и форма функционального изменения значений показателей будет линейного или экспоненциального вида, но не периодической (с колебаниями).

3. Существующая структура регионального бюджета Республики Адыгея является в большой степени (примерно наполовину) дотационной. Это означает, что республика не в состоянии самостоятельно обеспечить собственные потребности и достижение региональных интересов. Поэтому стоит задача максимально эффективного использования направляемых из федерального центра средств для создания условий самостоятельного развития региона и интеграции его в общероссийское экономическое пространство. Выходом из сложившейся ситуации может стать реструктуризация экономики, подъем промышленности и сельского хозяйства за счет внедрения в практику современных инновационных технологий, создания значительного интеллектуального потенциала, расширение и повышение качества образования. Реализация поставленных задач требует серьезных финансовых затрат, характеризуется высокой степенью риска и поэтому рассмотренные проблемы требуют дальнейшей проработки на уровне представителя Президента РФ в Южном Федеральном Округе и Правительства России.

Заключение

В диссертации разработана и использована программная система для поддержки принятия решений в сложных социально-экономических системах. Новым является пакет инструментальных средств когнитивного моделирования, построенный на основе когнитивного подхода, методах системного анализа и теории графов. Использование разработанной программной системы позволило по-новому подойти к решению проблем создания и исследования моделей региональной социально-экономической системы. В итоге впервые получены когнитивные модели и построенные на их основе сценарии социально-экономического развития российского региона -Республики Адыгея.

В результате проведенных исследований все задачи, поставленные в диссертационной работе были решены. К основным выводам, полученным в диссертации можно отнести следующие.

1. Современные условия развития региональных социально-экономических систем, изменение сферы и объемов деятельности, компетенции и ответственности региональных органов власти требуют от руководителей четкой, продуманной и обоснованной региональной политики; системное, целостное видение региональных ситуаций является непременной предпосылкой разработки эффективных управленческих решений. Современная регионалистика обладает достаточно мощным инструментарием для исследования регионов и выработки рекомендаций по управлению ими. Однако в настоящее время не существует единой методологии регионального анализа, в которой практически был реализован системный подход. Поэтому научные исследования в области разработки и применения методов и методик, позволяющих согласовывать разнообразную и часто противоречивую информацию, синтезировать результаты применения различных моделей и методов принятия управленческих решений, весьма актуальны.

2. Для описания такой сложной системы как регион недостаточно использования традиционных количественных моделей; неопределенные, не поддающиеся количественному анализу закономерности часто влияют на функционирование региональных подсистем, обуславливают тенденции развития ситуаций и социально-экономическую динамику. Необходимо сочетание качественных и количественных моделей и методов системного анализа для формирования адекватных оценок в ситуациях и выработки управленческих решений. На основании принципов системного анализа были сформулированы следующие требования к методике анализа региона как сложной системы: изучение не только слабоструктурированного объекта -региональной социально-экономической системы, но и взаимодействия ее подчастей, а также взаимодействие объекта со средой; вскрытие действия законов и закономерностей, которым следует социально-экономическая система как сложная организационная система; сценарное моделирование развития социально-экономической системы; обоснование решений по наилучшему управлению системой. За основу такой методики удобно взять когнитивный (познавательный) метод, основанный на теоретико-множественном и графическом описании систем.

3. Для решения задач моделирования развития социально-экономических систем, удовлетворяющего сформулированным требованиям, необходима разработка соответствующего программного обеспечения, представленного в виде блок поддержки принятия управленческих решений. При исследовании сложных объектов с помощью интеллектуальных систем поддержки принятия управленческих решений наиболее эффективной является технология имитационного моделирования, позволяющая изучать слабоструктурированные и неструктурированные ситуации, которые не могут быть легко формализуемы оптимизационными или другими моделями. Особенно удобным является визуальное имитационное моделирование, помогающее лицу, принимающему решения интерактивно взаимодействовать с моделью и наблюдать развитие результатов во времени. Технология когнитивного анализа предусматривает графическое представление модели и компьютерный имитационный анализ, поэтому она составит основу разрабатываемой программной системы.

4. Комплекс предложенных методов, включающий когнитивный подход к созданию модели, структурный анализ когнитивных карт и импульсный анализ распространения возмущений позволяет во взаимодействии с экспертами изучить качественные структурные особенности исследуемой системы и количественные динамические характеристики развития региона во времени. Сочетание представленных методов позволяет анализировать протекание региональных социально-экономических процессов на новом, недоступном ранее уровне, с более высокой степенью адекватности; принимать обоснованные, продуманные и прозрачные решения.

5. Проектирование и реализация блока поддержки принятия решений ПС КМ (программной системы когнитивного моделирования) проводились последовательно, в несколько этапов, в соответствии с техникой системного программирования. Разработанная программа сопровождается проектной документацией, которая частично была представлена в работе, поэтому возможно ее дальнейшее усовершенствование и доведение до уровня корпоративного применения для поддержки принятия решений в сложных социально-экономических системах.

Разработанная программная система обладает дружественным интерфейсом, позволяет в интерактивном режиме формировать и анализировать когнитивные модели, получать графические и текстовые результаты работы в удобной для пользователя форме. По сравнению с возможностями, реализованными в других подобных программных продуктах, ПС КМ дополнена удобными инструментами когнитивного моделирования: "склеивание" двух и более когнитивных карт в общую модель; выделение, графическое представление и перенос в новый файл данных различных структурных элементов когнитивных карт (циклов, путей и компонентов связности); сохранение и редактирование разработанных сценариев развития импульсных процессов; одновременное отображение графических результатов моделирования сразу нескольких сценариев (до 9), позволяющее проводить сравнительную оценку эффективности управляющих воздействий. Кроме того, усовершенствованы инструменты создания и представления когнитивных карт: исследователь может по своему усмотрению изменять кривизну соединяющих вершины дуг и расположения стрелок, задающих направление связи. Рядом с дугами можно представлять и вес соответствующих связей; по желанию пользователь может также изменять размер выводимых на картах названий вершин.

7. С помощью разработанной компьютерной программы проводилось имитационное моделирование региональных социально-экономических процессов, связанных с установлением рыночных отношений. Проблемы и взаимосвязи между ними были структурированы в виде когнитивной карты, отражающей внутренние и внешние связи региона. Имитирование сокращения финансовой поддержки регионов из центра привело к ожидаемому результату: упало производство, снизились доходы регионального бюджета и ухудшился уровень жизни населения. Для того, чтобы ответить на вопрос, каким образом возможно выйти на устойчивое региональное развитие необходимо также рассмотреть и включить в модель существующие инструменты региональной социально-экономической политики.

8. Проведенная структуризация и моделирование воздействия макрорегуляторов на поведение системы позволили получить результат, показавший, что в отсталых дотационных регионах макроэкономическое государственное регулирование в условиях ограниченности материально-финансовых ресурсов дает временный эффект. Для ускорения социально-экономического развития необходимо непосредственное воздействие на деятельность субъектов региональной экономики, то есть использование микрорегуляторов. Для построения микромодели была разработана специальная методика создания многослойных когнитивных карт, учитывающая различные уровни принятия и реализации решений субъектами, включившая уровень применения микрорегуляторов. Разработанная микромодель позволила дать качественное описание процессов и вариантов стимулирования развития региона с помощью микроинструментов региональной политики, дополнив полученные ранее результаты моделирования когнитивных карт регионального экономического механизма и макроэкономической модели региона.

9. Разработанный компьютерная программа на основе адаптированной методики когнитивного моделирования позволил реализовать имитацию действия региональных программ с учетом комплексного влияния количественных и качественных факторов, макро- и микрорегуляторов. Анализ соответствия получаемых результатов реальной действительности проводился на примере управления Особой Экономической Зоной в Калининградской области. Имитировалось введение ограничений на беспошлинный импорт товаров и аукционная продажа квот; в результате наблюдался рост регионального производства (за счет повышения конкурентоспособности отечественных предприятий) и увеличение отчислений на реализацию программы регионального развития. Таким образом, предложенный программно-методологический инструментарий показал свою применимость не только к анализу частных региональных моделей, но и к построению сценариев реализации региональных программ, учитывающих сложный механизм реализации целей с помощью комплексного воздействия управляющих факторов. Когнитивное моделирование позволяет создавать и исследовать модели региональных социально-экономических систем и анализировать пути реализации стратегических целей устойчивого развития.

10. Проведенный анализ ситуации в российском регионе - Республике Адыгея, показал существование серьезных проблем, связанных с неудовлетворительным уровнем жизни населения, неэффективной структурой производства, снижающимся уровнем занятости населения, дотационностью местного бюджета. Выход из сложившейся ситуации состоит в формировании согласованной целенаправленной политики комплексного воздействия на социально-экономическую систему местными и федеральными регулирующими органами, оптимизации распределения направляемых ими ресурсов.

11. Построенные с помощью разработанного программного инструментария сценарии социально-экономического развития Республики Адыгея в среднесрочном периоде показали необходимость разработки и реализации федеральных целевых программ, регулирования создания и внедрения наукоемких технологий, образования инновационных центров и привлечение в эту сферу трудовых ресурсов. Имитационное моделирование позволило оценить темпы регионального развития регулируемого за счет средств местного бюджета, которые оказались неудовлетворительными.

12. Предложенная адаптированная методика когнитивного моделирования показала свою эффективность при изучении проблем конкретного российского региона - Республики Адыгея. Поэтому необходимо продолжать вести разработку использования парадигмы когнитивного моделирования в региональных исследованиях, новые аспекты, схема и методы которого предложены в диссертации.

Результаты проведенного исследования позволили приблизиться к целям разработки планов эффективной региональной политики, показали применимость предложенных математических методов и разработанного программного инструментария для анализа региональной социально-экономической системы. Дальнейшие исследования, связанные с диссертационной работой целесообразно вести в направлении разработки и внедрения в существующие программные средства функций передачи и обработки логической экспертной информации, которые позволят накапливать, анализировать в процессе когнитивного моделирования и эффективно использовать в управлении выраженные в виде правил знания экспертов.