Les cartes cognitives


Historique
Le terme de carte cognitive a été utilisé pour la première fois en 1948 par E. Tolman (Cognitive Maps in Rats and Men). Il y décrit des rats entraînés à se déplacer dans un labyrinthe. Ces derniers ont une représentation mentale du monde, que Tolman a modélisé en créant la carte cognitive. Cette représentation permet aux rats de prendre des raccourcis. Cependant, ce modèle n'a pas été retenu.
Dans les années 1970, Axelrod développe un modèle graphique de connaissances qu’il appelle carte cognitive. Il s’agit d’un graphe de causalité qui représente un modèle de croyance d’un individu. Axelrod appliquera des cartes à la modélisation des décideurs politiques. Les cartes cognitives ne sont plus dans un contexte de représentation spatiale, mais dans celui d’un problème décisionnel. C'est cette approche que nous allons développer dans notre TER.
Les cartes cognitives ont été utilisées dans divers travaux, notamment pour représenter graphiquement les croyances d’une personne sur un domaine particulier. Cette personne se représente les différents concepts qui sont influents dans le domaine, et les lie par des liens de causalité. Le but est de comprendre comment un état est favorable ou nuisible pour un autre état.

Exemple d'une carte cognitive
Pour créer les cartes, il faut faire appel à des experts qui étudient un environnement et représentent les concepts clés, ainsi que les liens de causalité entre ces concepts. Prenons l’exemple d'une carte cognitive extraite de l'article de Mata Avila (Raisonnement qualitatif dans les systèmes multi-agents basé sur les cartes causales).

carte aeroport
Cette carte représente les différents concepts intervenants dans le domaine de la sécurité des aéroports. Les sommets C1 à C8 représentent ces concepts et les arcs avec des + ou des – représentent les liens de causalité. Par exemple, l’arc allant de C1 vers C2 indique que la sécurité dans les aéroports influence positivement la révision des bagages. De même, le lien allant de C1 à C4 signifie que la sécurité dans les aéroports influence négativement les attentats.

Représentation
La structure d’une carte cognitive correspond à un graphe orienté (cliquez ici pour en savoir plus sur les graphes orientés). Celui-ci contient un ensemble de sommets, qui correspondent aux concepts qui interviennent dans le monde, ainsi qu’un ensemble d’arcs qui représentent les liens de causalité allant d’un concept « cause » à un concept « conséquence ». Ces arcs contiennent également un poids qui symbolise l’existence plus ou moins forte de la relation de causalité (de par sa valeur), ainsi que la qualité excitatrice ou inhibitrice de la relation (de par son signe).
matrice aeroport
Une carte cognitive peut également être représentée sous forme de matrice. La taille de la matrice est n x n où n est le nombre de concepts de la carte. Les éléments de la matrice mij correspondent aux poids des arcs allant du sommet i vers le sommet j. L’état du système sera alors représenté sous forme de vecteur.

Utilisation des cartes cognitives
Les cartes cognitives permettent de représenter des systèmes complexes contenant un grand nombre de facteurs qui interagissent. Elles permettent alors de simuler les conséquences d'une situation donnée. Dans notre exemple, nous pouvons simuler plusieurs cas : si on augmente la sécurité dans l'aéroport, quels concepts seront modifiés ?
Les cartes cognitives sont alors un outil d'aide à la décision. En effet, plusieurs situations peuvent être simulées pour voir les différents résultats qu'ils engendrent et une décision peut alors être prise en fonction des résultats.
Enfin, les cartes cognitives permettent de modéliser des comportements.