книги из ГПНТБ / Автоматы и разумное поведение. Опыт моделирования

уровня оказывается возбужденной, между ней и i-моделями блока Р устанавливаются связи. В дальнейшем повторное восприятие той же или сходной ситуации всегда будет при­ водить к возбуждению этой i-моделп, т. е. она становится представителем, моделью ситуации. Аналогичным образом та же i-модель связывается с i-моделыо действия, выполнен­ ного автоматом в воспринятой ситуации. Так происходит запоминание реакции на ситуацию. В дальнейшем между i-моделямп различных ситуаций могут устанавливаться ас­ социативные связи по сходству или временной близости, так что восприятие одной ситуации может вызвать возбуждение целого ряда i-моделей других ситуаций.

i-модель второго уровня может связаться с к i-моделями пер­ вого и стать их представителем. Между i-моделями обобщен­ ных ситуаций могут устанавливаться ассоциативные связи. Кроме того, они связываются и с элементами блока действия.

Впредлагаемом варианте автомата блок содержит 150 i-моделей первого уровня и 50 второго. i-Моделп блока могут связываться также с элементами блока ПО. Таким образом, совокупность связей, направленных от i-моделей какпх-либо ситуаций к i-моделям блоков Р и ПО, определяет «содержа­ ние» ситуаций, а их связи с блоком эмоций — «значение» ситуаций для автомата.

Блок эмоций содержит 14 i-моделей различных эмоциопальных состояний и чувств (недовольство, гнев, беспокой­ ство, страх, удовлетворение, неудовлетворение, любопытство, неуверенность, уверенность, безопасность, радость, близость цели, голод, усталость). Кроме того, в блок входят i-модели интегральных оценок «приятно» (Пр) и «неприятно» (НПр). Между некоторыми i-моделями блока заданы связи, отра­ жающие наблюдающиеся у животных и человека взаимодей­ ствия между эмоциональными состояниями [32]. Например, возбуждение i-модели «гнев» тормозит возбуждение i-моде­ ли «усталость». Заданы также некоторые «врожденные» свя­ зи с i-моделями блока Р. Таким образом, восприятие ситуа­ ции изменяет состояние эмоциональной сферы автомата.

Связи, устанавливающиеся в процессе функционирова­ ния автомата между элементами блока эмоций и блоков ПС и ПО, обеспечивают влияние эмоционального состояния на весь ход переработки информации и, следовательно, выбор автоматом действий. В свою очередь, остальные блоки вли­ яют на состояние блока эмоций.

Возбуждение i-моделей «голод» и «усталость» отражает состояние «тела» автомата. Возбуждение i-модели «голод» дискретно увеличивается в каждый момент времени, но сни­ жается до нуля, если автомат находится в клетке, содержа-

щей раздражитель группы «пища», и выполняет действие «есть». Возбуждение i-модели «усталость» дискретно увели­ чивается при каждом шаге автомата, но снижается до нуля прп выполнении им действия «спать». Элементы блока эмо­ ций связаны с г-моделями блока желаний.

Блоки желаний и действий. «Желание» мы рассматри­ ваем как обобщенное, недифференцированное действие. В со­ ответствии с этим в автомат включены г-модели желании «действовать» и «не действовать», а также их уточнения — i-модели желаний «действовать быстро», «действовать спо­ койно», «стоять на месте» и «отдыхать». Возбуждение г'-мо­ делей желанпй обусловливается состоянием элементов блока эмоций и передается непосредственно на г-модели действий.

Блок действий включает в себя г'-моделп 22 действий, доступных автомату. Среди них имеется 9 г-моделей шагов, переводящих автомат в одну пз клеток окрестности. Кроме того, имеется 8 i-моделей действий-шагов «нападать». Дей­ ствие «нападать» связано с переходом автомата в новую ячейку. Прп этом, если, например, раздражитель «зверь Л» по условиям «опасен» для системы, то при обычном шаге автомат не должен входить в ячейку, занятую этим раздра­ жителем, и такой шаг рассматривается как ошпбка, свиде­ тельствующая о неверном выборе структуры пли алгоритмов обучения. Если же этот шаг выполняется как действие «на­ падать», то указанное ограничение снимается. «Нападение» связано с увеличением возбуждения i-моделей «усталость» и «больно». В блоке имеются также i-моделп следующих действий: 1) рыть; прп выполнении этого действия в неко­ торой ячейке в последнюю вносится раздражитель «убежи­ ще», i-модель которого связана с i-моделямп «удобно», «не действовать» и т. п.; 2) спать; прп выполнении этого дей­ ствия возбуждение i-модели «усталость» снижается до нуля

4) нести; после выполнения этого действия в какой-либо непустой ячейке дальнейшее перемещение автомата в среде сопровождается соответствующим перемещенпем находивше­ гося в исходной ячейке раздражителя, а также повышением возбуждения i-модели «усталость»; 5) бросить; прекращает действие «нести».

Кроме указанных, блок содержит также восемь г'-моделей «обобщенных» действий, каждая из которых связана с г-мо­ делями шагов, при помощи которых соответствующее «обоб­ щенное» действие может быть реализовано, и с i-моделями обобщенных ситуаций в блоке ПС (связи с блоком ПС уста­ навливаются в ходе функционирования автомата). Состоя­ ние блока действий является результатом переработки ин­ формации во всей сети. Выбор одного из возможных дейст-

вий осуществляется по определенным правилам, которые будут описаны ниже.

Система усиления — торможения. В предлагаемом авто­ мате СУТ реализована в виде двухуровневой системы. Ее первый уровень составляют «частные» подсистемы, каждая из которых действует на г-моделях одного из блоков автома­ та. Будем обозначать их, приписывая к слову СУТ назва­ ние соответствующего блока (СУТж, СУТпо и т. п.). Второй уровень СУТ (СУТ-2) представлен в виде подсистемы, в каждый момент времени выбирающей наиболее возбужден­ ный блок автомата. i-Модели всех остальных блоков равно­ мерно притормаживаются (в том числе и i-модели, выбран­ ные «частными» СУТ этих блоков). Возбужденность всех i-моделей выбранного СУТ-2 блока увеличивается.

§ 2. Диналшка М-автомата

Пусть в некоторый момент времени в М-сети возбуждено определенное количество i-моделей, и пусть шаг был выпол­ нен автоматом в предыдущий момент. Работа автомата на­ чинается с восприятия сптуации, что приводит к возбужде­ нию ряда i-моделей блока Р. Затем происходит очередной пересчет М-сети, при котором определяются новые значения проходимостей связей п возбужденностей i-моделей. При этом спонтанно возбужденная i-модель в блоке ПС связы­ вается с возбужденными i-моделями блока Р. После опреде­ ления возбужденностей i-моделей начинает работать СУТ, в результате чего картина возбуждений изменяется. По из­ мененным возбуждениостям проверяется, будут лп выполня­ ться условия действия и, если они не выполняются, по­ вторяется восприятие сптуации и цикл выполняется вновь.

В ходе пересчетов возбуждение, возникающее в блоке Р, распространяется по всей сети. При этом одновременно с формированием i-моделей ситуаций в блоке ПС идет «узна­ вание» воспринятых раздражителей в блоке ПО и формиру­ ется эмоциональная оценка в блоке Э. Затем возбуждение достигает блока Д, причем отдельные его i-модели возбуж­ даются неодинаково. Это обстоятельство используется для выбора действия. Определенное действие осуществляется при выполнении одного пз следующих условий: 1) СУТ-2 выби­ рает блок Д; при этом выполняется действие, i-модель ко­ торого выбрана СУТд; 2) СУТ-2 выбпрает не блок Д, но возбужденность i-модели, выбранной СУТд, превышает не­ который заранее выбранный уровень. Если выполняется од­ но из этих условий и СУТж выделяет i-модель «действовать быстро», то в результате шага автомат перемещается не в

одну из соседних клеток, а дальше — в клетку следующего слоя. За выполнением действия следует восприятие новой ситуации и описанные выше циклы повторяются. Блок дейст­ вий включает в себя также системы, следящие за выполне­ нием плана, которые позволяют автомату корректировать план или отказываться от его выполнения.

Уточним понятие «ход мышления» автомата. В каждый момент времени СУТ выделяет г'-модели в различных сфе­ рах М-сети. То обстоятельство, что М-сеть является сетью с семантикой, позволяет каждой из выбранных СУТ г-моде- лей поставить в соответствие определенное слово естествен­ ного языка. В ходе работы М-автомата СУТ последовательно выделит некоторый ряд г-моделей. Последовательность слов,

МОД рассчитан на совместную работу с системой, моде­ лирующей переработку информации в процессе построения плана двигательного поведения. Для этого М-автомат допол­ няется блоком, обеспечивающим влияние выработанного пла­ на на выбор действий. Последний включает в себя системы, следящие за выполнением плана и позволяющие автомату корректировать план или отказаться от его выполнения.

Необходимо еще раз отметить, что содержательные обо­ значения элементов среды и i-моделей автомата выбраны, вообще говоря, произвольно для того, чтобы сделать возмож­ ной содержательную интерпретацию процессов, происходя­ щих в автомате, и облегчить оценку адекватности его пове­ дения. Будем по возможности и в дальнейшем придержива­ ться этих обозначений.

§ 3. Реализация М-автомата

М-автомат МОД реализован в виде комплекса программ для ЦВМ БЭСМ-6. В настоящем параграфе описываются наибо­ лее важные участки программы, а также блок-схемы, необ­ ходимые для понимания ее структуры.

При реализации М-автомата на его структуру и алгорит­ мы наложен ряд ограничений. Некоторые из них связаны с выбором конкретного вида характеристик i-моделей и свя­ зей. Эти ограничения зафиксированы в виде совокупности условий й неравенств, приведенных ниже. Часть ограниче­ ний вводится путем включения в алгоритм функционирова­ ния М-сети ряда вспомогательных процедур, краткое описа­ ние которых также дано в настоящем параграфе. Сущест­ венное ограничение, далее, состоит в том, что мы будем считать пренебрежимо малыми значения остаточных со­ ставляющих усиливающей и тормозной компонент связей,

Рис: 53. Связи между i-мо­ делями.

т. е. всегда Г[оу} Г ^ Ц ~ 0 (см. гл. 4). Введение этого огра­ ничения обусловлено тем обстоятельством, что объем затрат машинного времени при экспериментальном исследовании модели двигательного поведения не позволяет исследовать работу М-сети в течение столь больших промежутков време­ ни, чтобы изменения этих составляющих можно было считать существенными. С тем же обстоятельством связан и отказ от реализации в программе характеристик гипертрофии и адап­ тации возбудимости г-моделей. Таким образом, в рамках на­ стоящей работы мы не будем исследовать упомянутые меха­ низмы долговременной памяти М-сети.

Характеристики элементов М-сетп. Основные характери­ стики г-моделей и связей между ними реализованы следую­ щим образом.

Характеристика передачи связей принята линейной, т. е. для случая, показанного на рис. 53,

•3=1 3=1

Характеристика затухания г-моделей имеет вид

Характеристика торможения i-моделей принята линей­ ной, так что

ствование «верхнего порога» возбуждения пейроиа), примем, что величина возбуждения i-моделей ограничена сверху не­ которым постоянным, задаваемым заранее значением П т а х . С целью экономии затрат машинного времени будем считать

ходном состоянии М-сети между отдельными i-моделями су­ ществуют заранее заданные связи, имеющие некоторую про­ ходимость. Будем полагать, что между всеми остальными i-моделями также имеются связи, начальная проходимость которых равна нулю. При выполнении определенных усло­ вий эти связи могут проторяться. Процесс пх проторения естественно называть установлением связей, а соответствую­ щий алгоритм — алгоритмом установления.

Алгоритм установления связей между i-й и /-й i-моделя­ ми работает в том случае, если выполняется условие уста­ новления, т. е. является истинным выражение

Введем обозначение: Аг = Пп р — П'нпрПусть в момент t для i-моделей i н / выполнено условие (8.7), а также Гц =

Если в момент £ некоторая связь fyj =?^= 0, то характери­ стика проторения этой связи задается в виде

где кг, кг — коэффициенты пропорциональности.

Алгоритмы функционирования М-автомата. Для удобства дальнейшего изложения введем обозначения п дадим крат­

мент t М-автомат находится в вершине gi среды и задана «целевая» вершина #ц . Входной информацией для Ag явля­ ются сведения о gi и #ц . В результате работы Ag дополни­ тельное возбуждение получает i-модель того сложного дей­ ствия, выполнение которого необходимо для передвижения

цели, реализуя «функцию цели» g(gi, gn)-

А9

информация о распределении возбуждений в сфере действий М-сети и зафиксированные правила выбора действия. Ис­ пользуя эти правила, AD либо выбирает некоторую i-модель действия, либо не выбирает никакой i-модели. Таким обра­ зом, действия могут осуществляться автоматом не на каж­ дом такте его работы.

A T — множество «эффекторных» алгоритмов. Каждому действию d, £ D соответствует единственный «эффекторпый» алгоритм Ае, £ А Е . После выбора алгоритмом AD i-модели некоторого действия начинает работать соответствующий

Уточним понятие такта работы М-автомата. Будем по­ лагать, что один такт составляют все операции, выполняе­ мые между двумя последовательными вхождениями в блок AD. ИЗ рис. 70 видно, что в зависимости от результатов ра­ боты 4 D В такт может не включаться выполнение алгорит­ мов Ае, Av, Ag.

Кроме указанных на рис. 54, в программу введен ряд вспомогательных алгоритмов, выполняющих некоторые функ­ ции, выражение которых в языке М-сети оказывается не­ удобным с точки зрения машинной реализации. Опишем наиболее важные из этих функций.

Асимметрия связей и Иц вводится для того, чтобы обеспечить М-автомату возможность воспроизведения после­

где толщина линий пропорциональна проходимости изобра­ жаемых ими связей. Если через некоторое время после мо­ мента t -f- п окажется возбужденной i-модель I так, что она будет выделена СУТ, то в результате пересчета будут воз­ буждены i-модели кит, причем П т > П ь , и i-модель т ока­ жется выделенной СУТ. Далее процесс повторится и будет продолжаться до тех пор, пока СУТ не выделит все следую­ щие за I i-модели последовательности в том порядке, в кото­ ром предъявлялись соответствующие образы («воспроизведет» последовательность). Правильный порядок воспроизведения

ностей в структуре связей.

может быть нарушен, еслп некоторые i-модели последова­ тельности получают возбуждение от других i-моделей сети (например, от i-моделей сферы оценок — если предъявля­ лись «эмоционально значимые» образы). Этот феномен ле­ жит в основе формирования «редуцированных» последова­ тельностей, включающих в себя лишь наиболее важные, «ключевые» образы и понятия [7].

Описанный механизм обеспечивает также правильное вос­ произведение «пересекающихся», т. е. имеющих общие эле­ менты, последовательностей. Такая возможность обусловле­ на тем, что характеристика затухания (8.2) i-моделей в об­ щем случае обеспечивает отличную от пуля возбужденность i-модели в течение п(п > 1) тактов с момента ее первона­ чального возбуждения, так что при предъявлении некоторой последовательности первая из возбужденных i-моделей свя­ зывается не только со второй, но и с рядом последующих i-моделей, причем Ri,г > Ri,з > . . . > Run. Очевидно, п = = /(а) и Ri j = г(а, Пу), что в неявном виде задается ха­ рактеристиками (8.8), (8.9) и (8.10), (8.11).