книги из ГПНТБ / Автоматы и разумное поведение. Опыт моделирования

М-автомат является моделью некоторого (условного) субъекта, осуществляющего двигательное поведение в есте­ ственной среде, соответствующей машинной. М-сеть автома­ та предварительно организована и содержит i-модели объек­ тов, которые имеются в среде, г-модели действий, которые он может выполнить, а также г-модели, соответствующие различным образам, понятиям, чувствам, эмоциям и жела­ ниям моделируемого субъекта.

В каждый момент дискретного времени автомат нахо­ дится в одной пз клеток среды и может производить ее «осмотр». «Поле зрения» автомата (количество одновремен­ но рассматриваемых клеток среды) ограничено. В процессе осмотра автомат перемещает поле зрения по клеткам среды, причем воспринпмает тем меньше признаков объектов, чем они дальше от него.

На основе данных осмотра автомат намечает цель (клет­ ку пли совокупность клеток среды), достижение которой позволит удовлетворить его стремление к пище, отдыху, без­ опасности п т. п. Автомат может формировать ташке иерар­ хии целей. Затем он строит планы достижения целей и при­ нимает решение о выполнении того из них, который наибо­ лее полно удовлетворяет ряду формируемых автоматом критериев. В качестве критериев могут выступать безопас­ ность маршрута, его длина и т. п.

Построив план, автомат приступает к его выполнению, передвигаясь из одной клетки среды в другую. При этом считается, что поле его зрения ограничено клетками, сосед­ ними с той, в которой он находится в каждый данный мо­ мент. В процессе передвижения автомат принимает решения о выполнении в каждый момент одного из возможных дей­ ствий, а также о коррекции или полной перестройке имею­ щегося плана.

Передвигаясь в среде, автомат стремится избегать опас­ ных объектов, чередует движение и отдых, удовлетворяет голод, преодолевает препятствия и т. п. Автомат способен использовать собственный прошлый опыт. Мотивом его дея­ тельности служит задаваемое ему изначально стремление

ксамосохранению.

Вразличных вариантах модели двигательного поведения описанный сюжет представлен с различной степенью пол­ ноты.

Из приведенного описания следует, что функции, реали­ зуемые автоматом, могут быть отнесены к таким основным видам проявлений разумной деятельности: направленное восприятие, целеполагание и планирование, принятие реше­ ний при организации конкретных действий в среде.

В автомате воспроизводятся следующие из основных про­ грамм переработки информации мозгом человека (изложение

иерархии целей и последующие изменения их), отделения реального и нереального (при обращении к внутренней мо­ дели среды и планировании), моделирования собственных действий (при планировании).

Упомянутые программы имеют следующие общие черты: в исходном состоянии автомата все они задаются введением

щим принципом организации всех программ является этаж­ ность, или многоуровневость. В процессе работы М-автомата программы могут усложняться и дополняться за счет форми­ рования новых i-моделей и связей. Каждая программа реали­ зуется определенными, «свопмп» i-моделями и связями. Одни и те же i-модели п связи могут участвовать в реализации различных программ.

Следует отметить, что приведенное перечисление про­ грамм и подпрограмм не является полным. С одной стороны, различные подпрограммы представлены в рамках принятого

реализует много других, не отмеченных при перечислении

об объеме программ можно составить на основе подробного рассмотрения работы его конкретных действующих реализа­ ций, описание которых приводится ниже. Посмотрим теперь, в какой степени предлагаемая модель двигательного поведе­ ния соответствует общим требованиям к моделям гипотез (см. выше).

Одно из основных требований состоит в том, что модель должна воспроизводить действительно сложные виды чело­ веческой деятельности. В противном случае она не может быть использована для проверки эффективности исходной ги­ потезы. Мы полагаем, что перечисление программ перера­ ботки информации, реализуемых с помощью предлагаемого автомата, свидетельствует о достаточной сложности решае­ мых проблем, так что первое требование можно считать вы­ полненным.

Требуется далее, чтобы на основе исследования модели можно было определить область практического применения проверяемых с ее помощью принципов исходной гипотезы. Уже упоминалось, что рассматриваемая нами условная за­ дача организации двигательного поведения М-автоматом по своей структуре и проблематике весьма близка к практиче­ ской задаче автоматизации управления передвижением в естественной среде различного рода информационных и тран­ спортных средств. Иначе говоря, наша вычислительная мо­ дель М-автомата может быть рассмотрена как -действующий

макет реального устройства управления движением, а полу­ ченные результаты могут быть непосредственно использова­ ны при конструировании такого устройства. Можно также отметить, что принципы построения М-автоматов могут быть применены при решении класса практических задач, интер­ претируемых как общая задача поиска путей в простран­ ствах параметров произвольной природы. Класс таких задач достаточно широк, и в него входит ряд важных задач авто­ матического управления. Вопросы практического использова­ ния разработанной модели мы еще рассмотрим в дальней­ шем. Сказанного, однако, достаточно, чтобы уже теперь считать выполненным обсуждаемое требование.

Следующее важное требование предполагает перспектив­ ность модели. Выполнение этого требования обеспечивается тем обстоятельством, что воспроизводимые в предлагаемом автомате программы переработки информации лежат в осно­ ве более сложных проявлений разумной деятельности чело­ века (труд, речь). Подробнее этот вопрос обсуждался выше (см. «Второе ограничение»). Задачи воспроизведения более сложных видов деятельности могут, следовательно, решаться путем дальнейшего развития и усложнения предлагаемой модели и с учетом результатов, полученных при ее исследо­ вании.

Основные требования, предъявляемые к предлагаемой модели, оказываются, таким образом, выполненными, что позволяет использовать приведенное выше описание сюжета моделирования в качестве содержательной основы для по­ строения действующей модели двигательного поведения. Формальная постановка задачи моделирования дана в рабо­ те [6].

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

Эксперимен­

тальное

исследование

поведения М-автоматов

§ 1. Блок-схема модели

Общая блок-схема модели РЭМ показана на рис. 11. Автомат помещен в среду, каждая клетка которой может содержать не более одного объекта. Количество различных типов объек­ тов фиксировано. В среде РЭМ может совершать только действия по -перемещению из одной клетки в другую — со­ седнюю. Прп этом он может «ходить» как по пустым, т. е. не содержащим объекты, клеткам, так и по тем клеткам, в которых уже находится какой-либо объект. Однако это толь­ ко принципиальная возможность «свободы действий». За­ дачей РЭМа является выбор такого пути передвижения, ко­ торый обеспечил бы ему сохранение целостности и минимум отрицательных «эмоциональных переживаний». Иначе гово­ ря, ему не безразлично, какие действия-шаги выполнять в тех пли иных ситуациях.

В М-сети РЭМа имеются i-модели всех типов объектов

организован таким образом, что для каждого пространствен­ ного положения объекта относительно автомата существует

и два режима работы блока восприятия, т. е. два различных режима осмотра внешней среды. Общая цель движения за­ дается РЭМу экспериментатором в виде координат опреде­ ленной клетки среды. В процессе планирования автомат про­ изводит осмотр достаточно большого участка среды и в том случае, если конечная цель движения находится за преде­ лами этого участка, намечает себе промежуточную цель и строит план ее достижения. При выполнении плана, т. е. при непосредственном передвижении в среде, РЭМ после каждого шага осматривает только окружающие его клетки среды. На основе воспринятой при осмотре информации и ранее выработанного плана он принимает решение о выпол­ нении следующего действия-шага.

Как видно из блок-схемы РЭМа, информация о результа­ те осмотра (в случае планирования) или о плане и осмотре (в случае выполнения плана) не является единственной, на основе которой автомат принимает решения о действиях в среде. Прежде чем принимается какое-либо решение, вос­ принятая информация подвергается «логической» и «эмоцио­ нальной» оценкам в блоках эмоциональной оценки и поня-

тийпых обобщений. Это обеспечивает автомату, во-первых, возможность учитывать свой предыдущий опыт, выражен­ ный в структуре М-сети и определенном распределении воз­ буждений составляющих ее i-моделеп, и, во-вторых, возмож­ ность самостоятельно оценивать значимость воспринятой информации. Таким образом, каждое принимаемое автома­ том решение о выборе определенного этапа плана или кон­ кретного действия-шага является результатом сложных и взаимосвязанных процессов, протекающих в его М-сети.

объемов оперативной памяти ЦВМ и, самое главное, непер­ спективна без реализации функций обучения и самооргани­ зации. Поэтому блок планирования РЭМа выполнен в виде функционального описания соответствующего процесса.

Таким образом, РЭМ является неполным иеобучающимся М-автоматом, в котором блоки восприятия, понятийных обоб­ щений, эмоциональной оценки и принятия решений пред­ ставлены в виде взаимосвязанных сфер М-сети, а блок пла­ нирования — в виде взаимодействующего с сетью алгоритма. Использование принципиально отличного от сетевого способа реализации функций плаппрования в автомате позволило оценить возможность п эффективность построения неполных М-автоматов. Оказалось, что организация оперативного взаи­ модействия алгоритмических и сетевых блоков автомата может быть осуществлена сравнительно простыми средства­ ми. Этот вывод был использован нами в дальнейших рабо­

в результате протекающих в сети процессов производится оценка воспринимаемой пзвне информации, учет плана п опыта предыдущей деятельности п выработка новых реше­ ний о выполнении конкретных действий пли выборе нового плана поведения. То обстоятельство, что одна и та же М-сеть используется п при планировании, и при выполнении плана, позволяет автомату стропть такие планы поведения, которые соответствуют его «субъективному» восприятию среды. В процессе движения «эмоциональная» оценка тех или иных объектов среды может измениться, что приведет к необходимости коррекции или перестройки плана. В этом случае новый план будет построен уже с учетом изменив­ шихся «эмоциональных» оценок объектов.

Эффективность различных действий автомата в значи­ тельной мере зависит от того, каким образом организована его М-сеть, т. е. насколько обоснованно п согласованно с об­ щей задачей автомата выбраны i-модели и связи сети, их характеристики и законы взаимодействия. Для необучающегося М-автомата этап задания организации М-сети является наиболее важным, поскольку в процессе функционирования структура сети автомата остается неизменной. Именно по­ этому подробное описание автомата РЭМ мы начнем с рас­ смотрения принципиальной схемы структуры и динамики его М-сети. Конкретные содержательные интерпретации объ­ ектов среды, в которой функционирует РЭМ, и содержатель­ ное описание структуры сети автомата будут приведены не­ сколько позже. На этом этапе, т. е. при описании принци­ пиальной схемы М-сети, будем пользоваться пока только