книги из ГПНТБ / Автоматы и разумное поведение. Опыт моделирования

теми сведениями, которые уже изложены относительно блоксхемы автомата. Будем также считать, что существует М-сеть, соответствующая этой блок-схеме, а также тем об­ щим задачам, для решения которых строится автомат.

§ 2. Структура М-сети автомата

Структура М-сети автомата может быть сопоставлена с пло­ ским связным, ориентированным графом, узлы которого со­ ответствуют элементам структуры — i-моделям, а ребра — функциональным связям между ними. В соответствии с блок-схемой произведем условное разделение М-сети авто­ мата на три сферы — логическую (блоки восприятия и по­ нятийных обобщений), эмоциональную (блок эмоциональ­ ных оценок) и двигательную (блок принятия решений).

Сфера логики. Логическая сфера представляет собой иерархически организованную структуру, первый уровень

Восприятие человеком некоторого объекта из естествен­ ной среды сопровождается осознанием пространственного положения последнего. Поскольку информация о простран­ ственном положении объекта необходима для организации адекватного поведения, элементы множества R выбраны та­ ким образом, что каждый элемент г* £ R соответствует объек­ ту а,-, имеющему определенный пространственный признак (например, а* слева и т. п.). Зафиксируем в среде опреде­ ленную систему координат: верх, низ, левая сторона, правая сторона и пронумеруем все клетки среды слева направо и снизу вверх. В пространственном представлении такая среда имеет вид цилиндра с винтовым расположением кле­ ток. Положение любой клетки окрестности автомата может быть определено относительно последнего однозначным об­ разом. Пусть автомат расположен в клетке g'. Среда орга­ низована так, что окрестность автомата всегда составляет девять клеток — в одной из них расположен автомат, а восемь остальных непосредственно к ней примыкают. Обо­ значим клетку, в которой расположен автомат, через g9 , а

ный объект я,, расположенный в окрестности автомата, мож­ но записать в виде ап где / ( / = 1, 2,..., 9) означает про­ странственное положение объекта относительно автомата

автомата (например, возбуждение r i свидетельствует о том, что автоматом воспринят объект а\ слева).

Каждая клетка среды может также характеризоваться двумя дополнительными признаками (например, наличие за­ паха и звука). «Интенсивность» этих признаков может быть различной в разных клетках среды. Соответственно прост­ ранственным положениям клеток окрестности автомата в М-сети выделены две группы по девять i-моделей, содер­ жательно интерпретируемых как признаки клеток среды. Восприятию признака из окрестности М-автомата соответст­ вует возбуждение определенной i-модели, причем «интенсив­ ность» признака отражена величиной возбужденности этой i-модели.

i-Модели объектов и признаков среды, а также алгоритм, реализующий функцию их восприятия из окрестности авто­ мата, составляют блок восприятия М-автомата.

При опознании человеком воспринятого объекта послед­ ний отиосптся им к определенному классу, причем в зависи­ мости от признаков один и тот же объект может быть от­ несен к разным классам. Наличие в системе понятий чело­ века абстракций различного уровня свидетельствует о том, что существует и соответствующая иерархия внутренних (корковых) информационных моделей, т. е. классы объектов естественной среды объединяются в классы классов и т. д. Отнесение объекта к тому пли иному классу и обусловливает реакцию человека на данный объект.

В самообучающемся и самоорганизующемся М-автомате i-модели высших уровней иерархии образуются вследствие процессов самоорганизации; их семантика определяется на­ личием связей с теми или иными i-моделями первого уров­ ня, семантика которых предполагается известной. Однако, поскольку здесь процесс самоорганизации не рассмат­ ривается, то существование в логической сфере автомата некоторого множества i-моделей, совокупность связей между которыми задана, постулируется. Сведения о взаимосвязи различных понятий, используемых человеком, позволяют организовать множество i-моделей логической сферы в опре­ деленного вида многоуровневую структуру.

Элементы блока восприятия, составляющие первый уро­ вень логической сферы, объединяются по различным при­

к i-моделям второго уровня логической сферы отражают ро­ до-видовую взаимосвязь соответствующих этим i-моделям по­ нятий. Естественно, что по различным признакам одни и те же i-модели первого уровня могут быть включены в раз­ личные классы, т. е. одна и та же i-модель первого уровня

может иметь связи с несколькими i-моделями второго уров­ ня. Аналогично i-модели второго уровня объединяются в классы, представленные i-моделями третьего уровня, и т. д. Класс высшего уровня может включать в себя не только элементы предыдущего уровня, но также — частично — и элементы более низких уровней. Так, например, к i-моде-

в ряде случаев более полно отразить родо-видовую взаимо­ связь объектов и понятий, соответствующих i-моделям сети.

Кроме родо-видовых связей, между различными i-моде­ лями логической сферы установлены также связи, отражаю­ щие ассоциативные отношения, существующие между используемыми понятиями в системе понятий человека. «Ас­ социативные» связи могут устанавливаться между i-моделя­ ми как одного, так и различных уровней. Количество уров­ ней иерархии и общее количество связей в М-сети автомата может быть сколь угодно велико и ограничивается в основ­ ном возможностями практической реализации автомата.

Классификация и оценка воспринятой человеком ситуа­ ции, а также реакция на эту ситуацию часто определяются не только наличием каких-либо определенных объектов, но и их отсутствием. Этот факт воспроизведен в сети РЭМа введением i-моделей «отсутствие i-ro объекта», возбуждение которых существенным образом влияет на поведение авто­ мата.

Благодаря наличию связей между i-моделями логиче­ ской сферы возбуждение от i-моделей воспринятых объектов и признаков распространяется по сети. Образующееся рас­ пределение возбуждений в сети интерпретируется как логи­ ческая оценка М-автоматом воспринятой ситуации.

Сфера эмоций. Воспринятая М-автоматом информация подвергается не только «логической», но и «эмоциональной» оценке. В структуре автомата выделена эмоциональная сфе­ ра, включающая множество i-моделей эмоций. Последнее со­ ответствует множеству корковых i-моделей эмоций, возбуж­ дающихся (предположительно) в коре головного мозга чело­ века прп осуществлении поведенческих актов в условиях, близких к тем, в которые поставлен автомат. Связи между i-моделямп эмоциональной сферы отражают взаимоотноше­ ние соответствующих эмоций у человека. Так, например, если в М-сети автомата имеются i-модели эмоций «страх» и «радость», то, очевидно, между ними должны быть уста­ новлены взаимотормозящие связи.

Все многообразие испытываемых человеком эмоций мо­ жет быть условно разбито на два класса — эмоции положи­ тельные и отрицательные. В соответствии с этим в эмоцио­ нальную сферу автомата введены i-модели «приятно» (Пр)

и «неприятно» (НПр), связанные с остальными i-моделями эмоциональной сферы таким образом, что возбуждение i-мо­ делей Пр и НПр в каждый момент времени отражает обоб­ щенное «эмоциональное» состояние автомата. Между i-моде- лямп Пр и НПр установлены взаимотормозящие связи. Соот­ ношение возбуждений Пр и НПр используется для общей, интегральной оценки состояния автомата.

i-Модели эмоциональной сферы связываются с определен­ ными i-моделямп логической сферы. Связи от элементов ло­ гической сферы к элементам эмоциональной обеспечивают возможность «эмоционально» оценивать воспринятую ситуа­ цию. Однако, как известно из психологии, существует и об­ ратная связь — влияние состояния эмоциональной сферы на восприятие и переработку информации. Этот факт в М-ав­ томате отражается установлением связей от i-моделей эмо­ циональной сферы к i-моделям логической. Наличие того или иного распределения возбуждений в эмоциональной сфе­ ре автомата может существенно влиять на распределение возбуждений в логической сфере и, следовательно, на пове­ дение автомата. Можно говорить, что взаимосвязь логиче­

i-модели «желаний», которые можно рассматривать как «по­ буждения к действиям». Согласно исходной гипотезе каж­ дому элементу эмоциональной сферы может быть поставлено в соответствие желание, которое определяет характер пред­ полагаемого действия. В структуре М-автомата связи от i-моделей эмоций к i-моделям желаний и от последних — к действиям устанавливаются в соответствии с содержатель­ ной интерпретацией соединяемых i-моделей.

Двигательная сфера. Как уже говорилось, автомат может совершать действия-шаги, переводящие его из одной клетки среды в другую, соседнюю. Такие шаги будем называть про­ стыми действиями. Пусть в результате ряда простых дейст­ вий автомат перешел из клетки gu в клетку gn, не принад­ лежащую окрестности gh. В этом случае можно сказать, что

будем называть сложным. Последовательность сложных действий также можно рассматривать как одно действие — движение в общем направлении. Такое действие назовем

составным.

Подобное представление о действиях автомата позволило построить его двигательную сферу в виде иерархической структуры, содержащей множество i-моделей действий. Пер-

о «желании» автомата выполнять действие илп di,. Как видно из схемы, действие ds наиболее полно соответствует как воспринятому объекту, так и возникшему «желанию» и, следовательно, в данном случае является наиболее целе­ сообразным для автомата.

Взаимосвязь г'-моделей, принадлежащих различным сфе­ рам М-сети автомата, является существенно важной для реализации ряда программ переработки информации, участ­ вующих в организации целесообразного поведения. Выбран­ ная структура автомата отражает представления исходной гипотезы относительно способов реализации таких программ, как взаимодействие эмоциональной и логической программ переработки информации, иерархичности этой переработки, иерархичности двигательных программ и связи действий различного уровня с «эмоциями» и «логикой». Поэтому мож­ но полагать, что экспериментальное исследование автомата позволит оценить эффективность использования сделанных в гипотезе предположений при создании устройств, способ­ ных к организации разумного поведения.

§ 3. Динамика М-автомата

Пусть в некоторый момепт t М-автомат находится в клетке среды gi. Объекты, находящиеся в окрестности gi, воспри­

мата определяется состоянием сети в момент t, характерис­

будет приведен несколько позже — при описании програм­ мной реализации автомата. Тогда же будет обсужден и кон­ кретный вид выбранных характеристик i-моделей сети. Сейчас

гических аналогий и предположений относительно качествен­ ных различий между характеристиками элементов, относя­ щихся к различным сферам и уровням.

Одним из наиболее существенных отличий М-автоматов от разработанных до настоящего времени моделей с сетевой нейроноподобной структурой является наличие механизма СУТ. Однако, поскольку РЭМ был первым из действующих М-автоматов, было решено представить в нем функции СУТ в несколько упрощенном виде. Вначале мы ограничились одноуровневой СУТ. Кроме того, не были реализованы функ­ ции торможения и зависимость величины дополнительного

возбуждения выделяемых СУТ i-моделей от интегральной оценки состояния эмоциональной сферы М-сети.

В каждый момент времени СУТ РЭМа выбирает одну или несколько наиболее возбужденных i-моделей сети. Эти i-модели получают дополнительное возбуждение, равномерно распределяемое на все элементы выделенной группы. Одно­ временно для всех выделенных СУТ i-моделей характерис­ тика затухания изменяется таким образом, чтобы обеспечить последующее быстрое снижение их возбуждения. «Нормаль­ ное» затухание возбуждения i-моделей восстанавливается только тогда, когда они оказываются вне выделенной СУТ группы. При повторных выделениях СУТ одной и той же i-модели (в последовательные моменты времени) дополни­ тельное возбуждение этой i-модели не производится.

Если в некоторый момент времени в группу i-моделей, выделяемых СУТ, входит i-модель первого уровня двига­ тельной сферы, то считается, что автоматом принято «осо­ знанное» решение осуществить определенное действие. При этом специальный алгоритм переводит М-автомат, в соот­ ветствии с выбранным действием, в одну из клеток окрест­ ности.

Если в группу i-моделей, выделенных СУТ, входит несколько i-моделей действий первого уровня, то выполня­ ется действие, i-модель которого имеет наибольшую возбуж­ денность. Автомат может выполнить действие и в том слу­ чае, если ни одно из простых действий не выделено СУТ, но возбуждение какой-либо i-модели первого уровня двига­ тельной сферы превышает определенную, заранее установ­ ленную величину. В этом случае можно говорить, что вы­ полняется «автоматический», «неосознаваемый» шаг.

Действие, планируемое или выполняемое автоматом в оп­ ределенной ситуации, будем называть его внешней реакцией на данную ситуацию. Последовательность таких реакций составляет план или двигательное поведение автомата со­ ответственно.

Возбуждения i-моделей М-сети автомата будем называть его внутренней реакцией. При рассмотрении психологиче­ ских аналогий и интерпретаций протекающих в М-сети про­ цессов мы уже обсуждали возможность использования таких терминов, как внимание, осознание, подсознание, мышление и т. п., применительно к М-автоматам. Поэтому в дальней­ шем, при описании работы автомата РЭМ, будем пользова­ ться этой терминологией и, в частности, различать «осознан­ ные» и «неосознанные» внутренние реакции автомата. Последовательность «осознанных» внутренних реакций, т. е. понятий, соответствующих выделяемым СУТ i-моделям, бу­ дем называть «ходом мышления» автомата. Можно полагать, что анализ «мышления», наряду с анализом плана и двига-

тельного поведения автомата, позволит судить о разумности его действий.

и при отсутствии плана поведения, поскольку в каждой ситуации автомат способен выбирать и выполнять действие, наиболее соответствующее его внутреннему состоянию. Кро­ ме того, поскольку информация о новых воздействиях среды поступает всегда в уже возбужденную М-сеть, происходит учет прошлых воздействий, определивших такое состояние сети. В результате последовательные действия РЭМа оказы­ ваются взаимосвязанными и взаимообусловленными.

Однако нашей задачей, как уже отмечалось в начале на­ стоящего раздела, являлась не только демонстрация возмож­ ности организации целесообразного поведения М-автомата- мп, но п создание такого автомата, который можно было бы рассматривать в качестве модели робота, способного выпол­ нять определенные направленные действия. Именно поэтому мы сочлп необходимым включить в автомат блок планиро­ вания. Общая ориентация автомата па формирование имен­ но двигательного поведения, а также то обстоятельство, что вся необходимая для процесса планпроваипя информация подготавливается М-сетью, обусловили некоторую специфику организации этого блока.

Прежде всего, напомним, что при разработке РЭМа было решено отказаться от реализации процесса планирования в М-сети и представить блок планирования в виде соответ­ ствующего алгоритмического оппсания. В связи с этим пам пришлось обратиться к существующим в литературе по пси­ хологии описаниям процесса планирования и провести неко­ торые дополнительные исследования. Обсуждение общих теоретических положений и проведенного нами эксперимен­ тального исследования построения планов двигательного по­ ведения человека мы и предпошлем более подробному опи­ санию блока планирования разработанного нами М-автомата.

§ 4. Планирование поведения

Построение планов двигательного поведения человеком. Дви­ гательному поведению человека, как правило, предшествует акт планирования определенных действий на более или менее длительный промежуток времени. Планирование может про­ изводиться на различных уровнях — от выбора общей цели и приближенного анализа пути ее достижения до выбора кон­ кретных действий в определенных ситуациях. При этом

фиксация общей цели оказывает существенное влияние на выработку планов более низких уровней.

ции» [38].

Для выявления правил и приемов, применяемых чело­ веком в процессе планирования, были изучены литературные данные по этому вопросу, а также проведено эксперимен­ тальное исследование деятельности человека-испытуемого по построению планов поведения в некоторой условной среде. Основная задача эксперимента состояла в том, чтобы уста­ новить специфические особенности изучаемой деятельности в тех конкретных условиях, в которых предстоит действо­ вать конструируемому М-автомату РЭМ. Иначе говоря, не­ обходимо было «привязать» сформулированные в общем виде литературные данные относительно процесса планирования к особенностям определенного ранее «сюжета» моделирова­ ния. Поэтому мы стремились построить психологический эксперимент как модель упомянутого сюжета, т. е. поста­ вить человека-испытуемого примерно в те же условия, в ко­ торых должен действовать РЭМ. Одна из целей психологи­ ческого эксперимента состояла, кроме того, в получении ма­ териала, пригодного для последующей оценки адекватности работы блока планирования, т. е. для сравнения планов поведецпя РЭМа с планами поведения человека в аналогичных условиях.

Методика эксперимента была построена таким образом, чтобы обеспечить наблюдение и фиксацию основных особен­ ностей протекания взаимосвязанных процессов формирова­ ния планов испытуемыми в выбранной условной среде.

Предварительно, в специальном эксперименте исследова­ лись индивидуальные особенности памяти испытуемых, свя­ занные со скоростью запоминания зрительного материала. Для этого каждому испытуемому предъявлялся следующий тест. На листе бумаги в случайном порядке были написаны буквы русского алфавита. Перед испытуемым ставилась за­ дача — в кратчайшее время прочесть буквы в алфавитном порядке. Время, затрачиваемое испытуемым на прочтение алфавита, измерялось. Эксперимент повторялся до тех пор, пока время воспроизведения не стабилизировалось. На осно­ вании анализа кривой запоминания делался вывод о необхо­ димом времени предъявления материала в основном экс­ перименте для данного испытуемого. При этом применялось следующее эмпирическое правило: время предъявления при­ нималось равным разности между стабилизировавшимся вре­ менем воспроизведения алфавита по тесту и временем, за­ трачиваемым испытуемым без теста.