Алгоритмы разума

Амосов Николай Михайлович

В заключение автор высказывает сомнение в том, удалась ли ему книга. Я уверен в ее большой пользе, в том, что она очарует не только кибернетиков, но и психологов, воспринявших имитационный метод моделирования, а также всех тех, кого интересуют тайны регулярного поведения живого и искусственного интеллектов. Что касается упомянутых выше значительных ограничений области исследования, то они будут поняты как необходимые при первопроходческом характере работы.

Член-корреспондент АН УССР

А. Г. Ивахненко

Введение

Механизмы разума интересуют ученых разных специальностей. Для психологов и физиологов — это теория их науки, для кибернетиков — пути создания искусственного интеллекта (ИИ). В предлагаемой

вниманию читателя книге я попытаюсь дать изложение представлений о этой проблеме — как результат развития работ, ведущихся в отделе биокибернетики Института кибернетики АН УССР начиная с 1962 г. Новые идеи значительно отличаются от ранее опубликованных [1, 3].

Слово «алгоритм» не случайно введено в название книги: мне представляется, что есть возможность «разложить по полочкам» самые сложные проявления интеллекта — и даже с перспективой на его развитие выше уровня человеческого разума. Видимо, я не смогу убедить скептиков — для этого нужно воспроизвести алгоритмы интеллекта в программах. К сожалению, на этом пути стоят большие трудности. Может быть, излагаемые идеи как-то помогут энтузиастам проблемы. Предупреждаю, что предмет исключительно сложен для понимания, поскольку лежит на стыке физиологии, психологии, техники и даже философии. Для упрощения я буду широко пользоваться схемами.

Интеллект определяется как совокупность средств и способов управления сложными системами путем оперирования с их моделями, направляемого критериями оптимальности управления. Современная наука и техника дают возможность воспроизводить модели и действия с ними техническими средствами и таким образом отделить разум от мозга, с которым его обычно связывают. Отличие приведенного определения от множества других состоит в том, что оно подчеркивает это последнее обстоятельство.

Рис. 1. Схема сетевого интеллекта (СИ): Об — объект управления; Рц — рецепторы; Э — эффекторы; ВП — кратковременная память; ПМ — первичная модель; ПП — постоянная память; РМ — распознанная модель; Кр — критерии; МД — модель действия.

Таким образом, говоря об интеллекте, мы будем иметь в виду эту совокупность средств и способов управления, независимо от того, реализована ли она в биологических системах или при помощи искусственно созданных, технических средств. Такое употребление термина «интеллект» не является общепринятым. Оно, однако, тесно связано с основной идеей этой книги. В тех отдельных случаях, когда речь пойдет только о естественном интеллекте человека, это будет специально оговариваться. Что же касается термина «искусственный интеллект» (ИИ), то он, как это и принято, будет использоваться для обозначения различного рода технических реализаций, моделей интеллекта.

Остановимся на основных понятиях, с тем чтобы постепенно войти в круг обсуждаемых вопросов. Прежде всего нужно выделить два противоположных подхода к моделированию интеллекта. Условно их можно назвать сетевым и алгоритмическим. Соответственно будем различать и два типа моделей — сетевой (СИ) и алгоритмический (АИ) интеллекты.

Самая простая схема сетевого интеллекта показана на рис. 1. Объект управления (Об) представляет собой некую сложную трехмерную структуру. Она воспринимается датчиком — рецепторами Рц (например, глазами) и передается сигналами в «мозг», где превращается в первичную модель ПМ. В первом приближении ПМ представлена плоской двухмерной структурой, составленной из возбужденных, активированных элементов некоторой сети — условного «рецепторного поля». Объект распознается путем наложения ПМ на множество фигур из неактивных элементов, объединенных «проторенными» связями. Эти неактивные модели-фигуры представляют собой модели уже известных объектов и составляют постоянную память ПП. В соответствии с принципом действия СИ элементы, составляющие постоянную и временную (или активную) память ВП,— одни и те же; они отличаются только уровнем активности. Наложением первичной модели на сеть выбирается и активируется одна

распознанная модель — фигуры РМ, и от нее включается управляющее воздействие на объект. Это воздействие представлено моделью действия МД, управляющей эффекторами Э. Распознанная модель объекта связана с несколькими моделями действий; выбор одной, нужной, определяется критерием Кр. Активированная от РМ и Кр модель действий передает активность на эффекторы, в которых управляющие сигналы превращаются в механическую энергию управляющего воздействия. Таким образом, в сетевом интеллекте «действия с моделями» представлены изменением активности элементов сетей, в которых заложены модели.

Рис. 2. Схема алгоритмического интеллекта (АИ): Об — объект управления; Рц — рецепторы; ПМ₁ — первичная структурная модель; П₁ — преобразователь; ПМ₂ — первичная цифровая модель; РМ — распознанная модель; Кр — критерии; ДП — длительная память; МД — цифровая модель действия; П₂ — преобразователь; Э — эффекторы.

На рис. 2 показана схема алгоритмического интеллекта. Начало его функционирования такое же, как в СИ,— в результате работы рецепторов Рц формируется первичная структурная модель ПМ₁ в виде такой же плоской двумерной структуры. Однако она тут же считывается преобразователем П₁ превращаясь в линейную, одномерную модель из набора цифр — ПM₂. Все последующие действия осуществляются с этой моделью. Распознавание ПМ₂ состоит в последовательном сравнении ее с записанными тем же кодом моделями-эталонами из длительной памяти ДП, где находится распознанная модель РМ. По этой модели выбирается модель действия МД. Процесс этот осуществляется путем перебора моделей в длительной памяти под управлением критерия Кр. Модель действия передается на преобразователь П₂, где цифровой код превращается в управляющие сигналы эффекторов Э и через управляющие действия — на объект Об.

Основное различие между СИ и АИ состоит в структуре памяти и вытекающих отсюда разных действиях с моделями. Однако в обоих типах интеллекта сохраняется принцип управления моделями со стороны критериев управления через их активацию.

Создание СИ и АИ предполагает использование разных методологических подходов к моделированию одного и того же объекта — разума человека. Каждый из подходов имеет свои сильные и слабые стороны. Поэтому при построении реальных систем ИИ может оказаться целесообразным представление некоторых функций разума в виде сетевых моделей, а некоторых — в виде алгоритмических. Общий принцип здесь таков: чем ниже уровень моделируемой функции в общей иерархии функций разума, тем вероятнее, что при ее воспроизведении в ИИ наиболее эффективным окажется сетевой метод.

Дело в том, что реализация многих функций нижнего уровня (как, например, нахождение распознанной модели по первичной модели — см. рис. 2) связана с осуществлением больших переборов в длительной памяти. Такие переборы особенно эффективно осуществляются в сетевых моделях, реализующих параллельные процессы переработки информации. В то же время сетевые модели имеют другие недостатки, ограничивающие область их применения. На сравнительном анализе достоинств и недостатков сетевых и алгоритмических моделей я еще буду неоднократно останавливаться.

Вопросам создания и исследования свойств СИ посвящен ряд работ, выполненных под руководством автора. Получены конкретные результаты, краткий обзор которых содержится в первом разделе книги. Все дальнейшее изложение я посвящу описанию принципов построения АИ, не делая больше специальных оговорок, что при практической его реализации ряд функций может быть представлен при помощи сетевых структур.

Искусственный интеллект сегодня