книги из ГПНТБ / Автоматы и разумное поведение. Опыт моделирования
.pdfАКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР
ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКОВА ДУМКА» КИЕВ — 1973
Н. М. Амосов A.M. Касаткин Л.М. Касаткина С. А. Талаев
Под общей редакцией академика АН УССР Н. М. АМОСОВА
втоматы и разумное поведение
ОПЫТ МОДЕЛИРОВАНИЯ
6Ф01
А22
УДК 621.391,612.82
Р е ц е н з е н т ы :
ЧЛЕН-КОРРЕСПОНДЕНТ АНН СССР
М. Н. С К А Т К И Н ,
КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Э. М. К У С С У л ь
Редакция физико-математической литературы
3314—355 М221(04)— 73
©Издательство «Наукова думка», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ |
Арсенал подходов к моделированию |
сложных |
объектов, п в частности |
|
|
к исследованию психнкп человека, с целью решения проблемы «ис |
|||
|
кусственный |
разум» непрерывно |
растет. |
Академик АН УССР |
|
Н. М. Амосов и его сотрудники являются авторами подхода, назван |
|||
|
ного ими эвристическим моделированием. Именно необычность и но |
|||
|
визна объясняют многочисленные факты непонимания и поспешной |
|||
|
критики этого |
направления. |
|
|
|
|
Сущность эвристического моделирования состоит в |
следующем. |
||||||||||||
|
Каждый специалист-психолог имеет некоторые представления о связи |
||||||||||||||
|
переменных, характеризующих психическое состояние личности пли |
||||||||||||||
|
коллектива людей. Такие представления образуют то, что мы назы |
||||||||||||||
|
ваем опытом специалиста. Допустим, к примеру, что Вы как специ |
||||||||||||||
|
алист |
уверены, что |
«страх» |
повышает |
«агрессивность», |
«усталость» |
|||||||||
|
снижает |
«внимание» |
п т. п. Если это так, то почему не изобразить эти |
||||||||||||
|
зависимости при помощи простых графиков, уравнений или вычисли |
||||||||||||||
|
тельных |
алгоритмов |
(подпрограмм) и не ввести их |
в общую |
програм- |
||||||||||
|
. му вычислительной машины для того, чтобы посмотреть, как ведет |
||||||||||||||
|
себя вся система таких зависимостей и подпрограмм в целом? Обра |
||||||||||||||
|
тите внимание |
на то, |
что в |
состав априорной |
информации |
входят |
|||||||||
|
только |
|
характеристики и |
подпрограммы |
элементов системы, кото |
||||||||||
|
рые Вам приходится изобретать на основании общего опыта работы с |
||||||||||||||
|
людьми. Машина же покажет суммарный эффект действия всех эле |
||||||||||||||
|
ментов в системе, которая и является моделью искусственного |
разума. |
|||||||||||||
|
К тому же для такого моделирования разума не требуется никаких |
||||||||||||||
|
конкретных экспериментальных данных. Характеристики подпрограм |
||||||||||||||
|
мы |
элементов |
системы |
изобретаются |
человеком — автором модели и |
||||||||||
|
составляют существенную часть априорной информации, вводимой в |
||||||||||||||
|
машину. |
Разумеется, |
переменные |
в |
указанных |
характеристиках |
|||||||||
|
(«страх», |
«внимание», |
«усталость» п |
др.) весьма |
условны. |
Авторы |
|||||||||
|
часто не могут дать точное определение терминов переменных и тем |
||||||||||||||
|
более измерить их практически на человеке. Однако, как отмечалось, |
||||||||||||||
|
конкретных измерений и не требуется. Нужно только знать, что по |
||||||||||||||
|
нимается под этими условными названиями, даже если это понима |
||||||||||||||
|
ние «размытое», «небулярное», «диффузное». |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Историческое развитие методов моделирования сложных систем |
|||||||||||||
|
подтверждает целесообразность применения эвристического модели |
||||||||||||||
|
рования: сейчас уже во всем мире широко применяются |
подобные |
|||||||||||||
|
методы для моделирования сложных социальных, экономических и |
||||||||||||||
|
экологических |
систем. |
Наибольшую |
известность |
|
получила |
работа |
||||||||
|
американского |
ученого |
Дж. Форрестера «Динамика мира» |
(1971 г.), в |
|||||||||||
|
которой даны прогнозы качества условий жизни, загрязнения био |
||||||||||||||
|
сферы |
Земли |
и роста |
народонаселения |
до |
2100 |
г. Метод |
Форресте |
|||||||
|
ра |
(метод динамического |
моделирования) |
отличается |
от |
метода |
|||||||||
|
Н. М. Амосова только тем, что в нем характеристики элементов си |
||||||||||||||
|
стемы масштабируются по одной экспериментальной точке (по дан |
||||||||||||||
|
ным 1970 г.). Таким образом, приоритет в открытии метода эвристи |
||||||||||||||
|
ческого |
моделирования, |
получившего |
широкое распространение, при- |
|||||||||||
5 |
надлежит |
Н. М. Амосову. Как известно, |
по поводу |
метода |
Форрестера |
высказаны критические замечания п возражения (см., например, «Вопросы философии», 1973, № 1—3). Прежде всего оспариваются предложенные характеристики элементов системы и подчеркивается большая зависимость результатов моделирования от незначительных изменений этих характеристик. Модели II. М. Амосова, как и модели Форрестера, носят весьма субъективный характер и поэтому мало убедительны. Тем не менее они имеют право на существование благо даря своей чрезвычайной гибкости: каждому, кто уверен в том, что автором модели допущена та или иная ошибка, предоставляется про стая возможность исправить ее в модели и посмотреть на новый ре зультат моделирования, в котором учтены новые предложения, допущения и ограничения.
Н. М. Амосов и Дж. Форрестер подчеркивают, что не претендуют на точный количественный прогноз поведения системы. Они предла гают модели лишь для общего качественного исследования сложных объектов. Не воспользоваться возможностью исследования совместно го действия элементов системы, о каждом ив которых существует некоторая информация, естественно, нет причин. Такая возможность предоставляется современными вычислительными машинами, и заслу га Н. М. Амосова и его сотрудппков состоит в том, что они обра тили на нее внимание.
Предлагаемое исследование основано на общепризнанном ныне методе, но в силу особенностей этого метода содержит лишь качест венные результаты, отражающие субъективные предположения авто ров модели. Иными словами, книга рассчитана на специалистов, для которых даже полемические соображения и субъективные гипотезы могут стать стимулом в дальнейшей разработке моделей искусствен ного интеллекта.
В последнее время появились и другие подходы к использованию машин для моделирования интеллекта, например объективные ме тоды прямого моделирования (эвристической самоорганизации), не требующие изобретения характеристик или подпрограмм элементов системы и дающие наиболее точные количественные результаты. Эти методы отличаются по характеру необходимой априорной информа ции и поэтому области их применения различны. Объективные мето ды ни в коей мере не умаляют значения субъективных, область при менения которых, при правильном понимании и использовании, будет расширяться.
Член-корреспондент АН УССР
А. Г. Ивахненко
ОТ АВТОРОВ |
Искусственный разум — одна |
из наиболее интересных и волнующих |
|
проблем современной науки. Она имеет два аспекта — теоретический |
|
|
и прикладной. Целью теоретических исследований является разработ |
|
|
ка методов построения систем (физических или математических), |
|
|
которые, не уступая по эффективности человеческому мозгу, могли бы |
|
|
обеспечивать решение разнообразных сложных задач, не уступающих |
|
|
сложности задач, решаемых человеком. Речь идет не только о строго |
|
|
сформулированных на каком-либо формальном языке задачах, но и |
|
|
о задачах, представленных на содержательном уровне пли выражен |
|
|
ных средствами обычного разговорного языка. Исследования в этой |
|
|
области часто связаны с изучением структуры мыслительных про |
|
|
цессов человека и широко используют данные психологии, нейрофи |
|
|
зиологии и других наук о мозге. Разрабатывая искусственный разум, |
|
|
мы вынуждены расширять, |
углублять н делать конструктивными |
наши знания о разуме естественном.
В прикладном аспекте исследования по искусственному разуму составляют новый, высший, этап развития процессов автоматизации производственно-технической и интеллектуальной деятельности чело века. Характерным для этого этапа является стремленпе автоматизи ровать наиболее сложные формы практической деятельности, отно симые по традиции к проявлениям сугубо человеческих способностей. Таким образом, речь идет о.построении машин, которые смогут эф фективно заменить человека не только при выполнении монотонной и утомительной в физическом отношении работы, но и в деятель ности по управленшо сложными системами и процессами, принятию решений в трудно поддающихся обычному анализу ситуациях, кон струированию, составлению прогнозов и т. п. В настоящее время этот процесс находится на начальной стадии развития. Дальнейшее его течение тесно связано с прогрессом в области теоретических исследо ваний по искусственному разуму.
|
Широкий круг |
вопросов и перспективность исследований |
при |
||||||
|
влекли к проблеме искусственного разума специалистов |
различного |
|||||||
|
профиля — математиков, |
инженеров, психологов и др. Первые серьез |
|||||||
|
ные |
исследования |
были проведены математиками и |
касались |
про |
||||
|
блем |
автоматизации интеллектуальной |
деятельности |
человека |
при |
||||
|
доказательстве теорем, |
решении |
игровых задач п т. п. Вскоре, |
од |
|||||
|
нако, была осознана необходимость более широкой постановки задач. |
||||||||
|
Стало понятно, что наиболее интересные н практически важные ре |
||||||||
|
зультаты могут быть получены только путем воспроизведения в ав |
||||||||
|
томатах неформальных приемов человеческого мышления. Для ре |
||||||||
|
шения задач такого типа были широко использованы |
эвристические |
|||||||
|
приемы и методы, которые остаются основным |
инструментом |
|||||||
|
построения «разумных» автоматов до настоящего времени. Арсенал |
||||||||
|
приемов такого рода весьма широк и включает как отдельные по |
||||||||
|
лезные эвристики (например, сокращающие перебор), так и хорошо |
||||||||
|
организованные эвристические процедуры построения моделей |
||||||||
|
(например, процедуру эвристического программирования). Классифи- |
||||||||
7 |
кация эвристических |
приемов |
пока, |
к сожалению, |
не |
разработана. |
Использование эвристических приемов и |
методов |
привело к |
новым |
|||
интересным |
результатам. Однако в проведенных разработках |
«креп» |
||||
в сторону |
воспроизведения |
функций с |
хорошо |
выраженной |
логи |
|
ческой структурой сохранился. Никого |
сейчас |
особенно не удивит |
||||
появление, |
например, еще |
одной программы |
классификации |
пли, |
скажем, решения формально-логических задач одного класса. Таких автоматов с «узко направленным интеллектом» создапо достаточно много. В то же время воспроизведение менее формальных аспектов человеческой деятельности по-прежнему вызывает серьезные затруд нения. Прежде всего это касается «обычных», простых, на первый взгляд, форм поведения. Однако структура решения таких «простых» задач на самом деле весьма сложна. Более того, мыслительные про цессы, ответственные за их решение, составляют неотъемлемую часть процессов, организующих любое действительно сложное пове дение человека.
В последние годы исследования по построению автоматов, ориен тированных на решение задач упомянутого типа, широко развивают ся в области конструирования роботов — автономных технических систем, снабженных устройствами, обеспечивающими непосредствен ное воздействие на окружающую среду. Получены важные и весьма эффектные результаты. В подавляющем большинстве случаев, од нако, роботы конструируются для решения узких технических задач (обслуживание определенных станков, транспортировка деталей и т. п.) и способны работать лишь в средах с малым разнообразием. Центральными при построении роботов являются проблемы органи зации процессов восприятия информации о среде и построения на основе этой информации системы адекватных поведенческих реакций. Структуры, реализующие эти функции, составляют «мозг» робота, и именно при их разработке могут быть использованы данные о меха низмах и структуре решения соответствующих задач человеком.
Таким образом, одна из актуальных задач в области исследований по искусственному разуму состоит в том, чтобы путем изучения и моделирования основных закономерностей человеческого мышления разработать методы синтеза автоматов, воспроизводящих разумную деятельность человека при его взаимодействии с естественной сре дой. Этой области и были посвящены исследования авторов книги, проводившиеся ими в течение ряда лет. В качестве конкретного объекта моделирования были избраны процессы формирования «дви гательного» поведения — планирование и целенаправленное передви жение человека в естественной среде. Поведение такого рода связано с решением целого ряда задач неформального плана и рассматри вается как характерный пример сложной целесообразной деятель ности человека — деятельности, логическая структура которой выра жена весьма слабо и проблема автоматизации которой является сейчас одной из наиболее актуальных проблем искусственного разума.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Эвристические
методы в провлеме
„искусственный
разум"