Когнітивні процеси

Когнітивістика (cognitive science) – наука про мислення – вивчає і моделює принципи організації і роботи природних і штучних інтелектуальних систем(ІС).

Людина як ІС – це не тільки головний мозок і його механізми, а й інші органи: спинний мозок (початкова нейронна структура, що зберігає рефлекторну інформацію (інстинкти) і керує моніторними функціями); проміжний мозок (центр сприйняття інформації і джерело емоційних реакцій). Великий мозок – орган мислення – результат розвитку здатності людини до адаптації та свідомої еволюції (не є функціонально однорідним тілом (≈50 зон)). Всі органи функціонують незалежно паралельно, але пов’язані засобом кодування і обміну інформацією, що вказує на еволюційний розвиток від „існування” до „створення”.

Відмінність між біологічними і штучними ІС полягає в тому, що останні розвивалися обернено (від „створення” до „усвідомлення існування”), крім того вони мають різні засоби досягнення мети (Відмінності лекція 1). Тому повна аналогія між ними не можлива, хоча архітектура ЕОМ може розвиватись в напрямку подібності до внутрішньої функціональної будови мозку.(Наприклад: Процес мислення у людини багатоетапний (багатоплановий) з окремим видом знань на кожному етапі. Види знань виділяються за функціональним призначенням і зберігаються окремо. Це вказує на подібність нашого уявлення про механізми розумової діяльності і механізмів переробки інформації в ЕОМ)

Для опису певної сфери людської діяльності застосовується поняття предметна галузь (ПГ) – сукупність об’єктів, понять, зв’язків відношень і задач. ПГ можуть бути внутрішніми (когнітивні процеси) та зовнішніми по відношенню до людини.

У смисловому просторі виділяється ділянка змістів, із якими система себе ототожнює – “Я” (Ототожнення) і інші змісти – “не Я”. Змісти “Я” – актуальні для суб’єкта, впливають на його активність, процеси сприйняття, діяльність. Між “Я” та “не Я” існує певний бар’єр потенціалів змістів (Якщо актуальність змісту достатня він переходить до “Я”, інакше повертається до “не Я”).

Можна також виділити ділянки засвоєних змістів (осмислених суб’єктом) і незасвоєних. Засвоєні змісти не мають протиріч і складають смисловий континуум суб’єкта. Між цими двома ділянками також існує бар’єр, перейти який можуть тільки ті змісти, які здатні спричинити переосмислення, рефлексію вмісту цієї ділянки, що пов’язано з виникненням нових складних ситуацій. Це рефлексія - ділянка навичок і можливостей.

Крім того виділяють ділянки позначених і не позначених змістів. Для переходу з однією ділянки в іншу змісти позначаються певними дискретними мітками (семантичними). Позначені змісти усвідомлюються суб’єктом, тому ця ділянка має назву свідомість.

Загальна структура смислового простору

Смисловий простір поділяється на 8 зон.

1. Зона усвідомленої думки про самого себе і задач, на яких суб’єкт концентрує увагу.

2. Зона імітації усвідомленої думки про себе і проблем, які ще не ясно як вирішити.

3. Зона своєї неусвідомленої думки про себе і задач, які вирішуються автоматично.

4. Зона зовнішньої неусвідомленої думки про себе і можливі проблемні ситуації.

5. Зона своєї усвідомленої думки про світ, світогляду суб’єкта, його відомих можливостей і тривіальних ситуацій.

6. Зона зовнішньої думки пор світ, ерудиції суб’єкта.

7. Зона своєї неусвідомленої думки пор світ, прихованих можливостей суб’єкта.

8. Зона зовнішньої неусвідомленої думки про світ. Реальне смислове середовище.

До результатів розумової діяльності відносяться:

• запам’ятовування інформації, що надходить від різних рецепторів;

• побудова умовиводів (висновки, маніпуляція знаннями);

• розуміння і синтез зв’язаних текстів;

• переклад з однієї мови на іншу;

• спілкування;

• переробка (аналіз і синтез) візуальної інформації;

• навчання;

• планування дій;

• творчість;

• поведінка: нормативна, доцільна, ситуаційна.

Пам’ять. Три ступені (від миттєвого до довгострокового), асоціативний характер (інформація вибирається за набором властивостей).

Умовиводи. Виведення за аналогією, дедуктивне та індуктивне виведення.

Дедукція – процес виведення за логічними правилами, при якому здійснюється перехід від посилань, фактів, що мають загальний характер, до висновків наслідків.(від загального до окремого). Дедукція має стопроцентну достовірність знань.

Індукція – форма умовиводу, у якому на основі знання про окреме робиться висновок про загальне, засіб мислення, за допомогою якого встановлюють обґрунтованість гіпотези. Розрізняють повну (на основі скінченої кількості фактів) і неповну індукцію (кількість фактів нескінченна). Результатом застосування індукції найчастіше є формулювання статистичних законів.

Опрацювання інформації в нервовій системі людини проходить такими способами:

1. якісний, конкретно-почуттєвий відбиток (камінь твердий, вода рідка);

2. пошук зв’язків (за блискавкою буде грім);

3. узагальнення, застосування абстрактних інваріантних стосовно конкретних уявлень терминів (дерево інваріант стосовно акації, дуба, берези).

При побудові умовиводів інформація узагальнюється, з неї виділяється головне, інформація розкладається на категорії.

Приклад узагальнення зображення:

Картинка – початкове зображення, що дає зовнішній світ. У ній виділяється специфічні властивості, формуються істотні ознаки, сукупність яких дає відображення. Далі формується уява – збільшена картинка в термінах мови або візуальних термінах). На підставі уяви формуються описові, просторові та інші категорії. Крім аналізу зображення (стрілки зліва направо) існує зворотній процес – синтез (стріки справа наліво).

Елемент системи знань, що подає узагальнену модель деякого класу об’єктів, за допомогою якої реалізуються процеси розпізнавання і генерації моделей конкретних об’єктів цього класу, називають поняттям (concept).Множина узагальнених у понятті об’єктів становить його обсяг. Категорія – це поняття найвищого рівня, що не входять в обсяги інших понять.(процес – категорія, прийняття рішень, логічне виведення – поняття). ЕОМ оперує символьними іменами категорій, при цьому частина інформації, яка є не суттєвою відкидається.

Сприйняття змісту мовного повідомлення на основі пошуку зв’язків, узагальнення і конкретно-чуттєвого відбитка реалізується трьома механізмами. Асоціативний механізм, використовуючи конкретно-почуттєвий відбиток, забезпечує зв’язок між конкретними явищами і словами (Ілюструє повідомлення). Кореляційний механізм забезпечує пошук статистичного зв’язку між окремими словами (Задає зміст повідомлення). Граматичний механізм вказує на те, які слова варто зіставляти одне з одним, а які ні (Стандартизує).

Можливі три типи зв’язків між словами в повідомленні. У тривіальному повідомленні всі зв’язки вже були зафіксовані в попередньому досвіді слухача. У інформативному повідомленні зв’язок між двома словами раніше не фіксувався, але ці слова зв’язуються за допомогою третього слова, що має зв’язки з кожним з них. В абсурдному висловленні зв’язок встати вити не можливо.

Широке застосування мови для комунікації стало підставою для виникнення творчості (поезії, прози, критики, гумору). Поезія використовує роздрібнення мови на однакові за розміром вірші, що володіють внутрішньою мірою, і спираються на другий ступінь пам’яті.

Навчання – оволодіння знаннями – це зростання зв’язків між словами і іншими знаками як відомими, так і новими.

ВСТУП

Поняття інтелект укорінилося в наш повсякденний вжиток і стало об’єктом дослідження, перейшовши з категорії філософської в категорію атрибутивну.

Інтелект (І) від лат intellectus має таке філософське трактування – пізнання, розуміння, здатність до абстрактно-аналітичної діяльності (Гегель), здатність до утворення понять (Кант). У психології І – індивідуально–типологічна особливість розвитку людини, здатність мислити, характеристика її розумового розвитку. Біологія трактує дане поняття як здатність приймати рішення в складній ситуації при ощадливій витраті ресурсів. В загальному значенні – це здатність успішно реагувати на будь-яку, особливо нову, ситуацію належною зміною поведінки, розуміти взаємозв’язки між фактами дійсності, що сприяють поставленій меті. Здатністю до раціональної поведінки в постійно мінливому середовищі володіє більшість примітивних біологічних організмів, в тому числі рослини, не кажучи вже про високорозвинені живі істоти. Дослідження дозволяють встановити навіть рівень І окремих біологічних видів. Таким чином, І – це насамперед здатність, атрибутивна властивість суб’єкта, ступінь наявності якої може бути встановлена експериментально. Штучний І (ШІ)– це наука про те, як змусити машину робити те, що потребує додатку розуму, якби було зроблено людиною (Означення запропоновано М. Мінскі).

Нині під терміном ШІ прийнято вважати роботи, що ведуться в галузі індуктивних та дедуктивних методів вирішення знань, програмного аналізу і перекладу текстів, сприйняття природної мови, робототехніки. ШІ – це розділ теорії і техніки обчислювальних машин, що займається проектуванням обчислювальних систем, які виявляють властивості, що асоціюються з розумною людською поведінкою, - розуміння мови, здатність до навчання, логічного мислення і вирішення проблем. Інтелектуальна система (ІС) – це система, що забезпечує розв’язування неформалізованих задач користувача в деякій предметній галузі (ПГ) та організує його взаємодію з комп’ютером у звичайних поняттях, термінах, уяві. ШІ - це насамперед штучна система, що імітує вирішення людиною складних задач у процесі її життєдіяльності. Розумність, інтелектуальність системи ШІ, як правило, оцінюється за аналогією з поведінкою людини в подібних ситуаціях. (перше наукове досягнення ІС - система DENDRAL, що визначала склад хім. речовин за даними спектрального аналізу і оптимізувала свої знання, виводить і перевіряє нові правила спектр. аналізу)

Інша трактова поняття ШІ полягає в повному заперечуванні можливості створення системи ШІ. Заперечення ґрунтується на ряді відмінностей між природним та ШІ

Аспекти порівняння	Природний інтелект		ШІ
Генетичний	Результат розвитку єдиної біологічної клітини	Симбіоз технічних і програмних засобів
Психологічний	Процеси поведінки й ухвалення рішення, що не формалізується	Суворо визначені (детерміновані) процеси керування й обробки
Технологічний	Неозора функціональна складність, висока надійність і захищеність	Обмеженість технічних параметрі, ненадійність
Фізіологічний	Однорідна біологічна структура з єдиним поданням інформації	Різнорідні функціональні механізми з різним поданням інформації
Функціональний	Динамічне ціле створення (формування задачі)	Реалізація заданої цільової функції оптимальним способом.

Спонукальні причини розвитку робіт у галузі ШІ: безпосередні, що визначаються самою логікою науки й обчислювальної техніки, та опосередковані, що пов’язані з великомасштабними соціальними цілями, обумовленими потребами науково- технічного прогресу.

1. Нестача обчислювальних потужностей для розв’язання складних задач. (Зростання розмірності обч. задач, невміння розв’язувати їх економічними способами) =>(паралельні системи)

2. Зростаючі труднощі в галузі програмування => (мови високого рівня, створення систем, що перетворювали природну мову на внутрішню мову машини)

3. Загальна тенденція застосування обч. техніки для розв’язання задач логічного характеру в найрізноманітніших галузях (від пошуку інформації та автоматизованого навчання до управління об’єктами в реальних умовах навколишнього середовища, що змінюється)

4. Прагнення тієї чи іншої держави захопити лідерство у галузі обробки інформації.

5. Стабільність процесу автоматизації, яка міститься в послідовній зміні трьох фаз: жорсткої (випуск майже не змінних товарів з незмінними параметрами), гнучкої (потребує заміни тільки програми), на основі ШІ.

Чинники, що пояснюють зростання інтересу до ШІ:

1. Зростання потоку інформації

2. Розвиток комп’ютерної техніки

Головна відмінність сьогоднішніх досліджень в галузі ШІ – тенденція до створення самостійних систем, перехід від створення методів подання знань і логічного виведення, систем, що допомагають людині в процесі прийняття рішень, до таких систем, які б вирішували ці задачі самостійно. Перехід від моделювання окремих дій до моделювання поведінки в цілому.