книги из ГПНТБ / Автоматы и разумное поведение. Опыт моделирования

ной оптимизации может быть оптимизирована подбором вре­ мени зондирования. Эта оптимизация, связанная с поиском в одномерном пространстве, выполняется с помощью извест­ ных методов.

Основным результатом работ, изложенных в настоящей главе, является следующее. Показано, что описанная ранее и реализованная в виде М-автомата модель двигательного поведения действительно оказалась способной решать соот­ ветствующие задачи. При этом содержательные интерпрета­ ции реакций модели, а также их количественные оценки позволяют сделать заключение об адекватности модели имею­ щимся качественным описаниям характерных реакций чело­ века при решении аналогичных задач. Выводы другого рода связаны с оценкой языка М-сетей как инструмента модели­ рования. Продемонстрированы возможности представления в этом языке различного рода качественных и плохо форма­ лизованных данных (рефлексов, чувств и т. п.). Показана гибкость языка, т. е. возможность изменять поведение модели путем частных изменений ее структуры (параметров обуче­ ния, предорганизации исходных данных и т. п.), без изме­ нения модели в целом. Модель естественно формализуется средствами существующих алгоритмических языков. Пока­ зано, кроме того, что исследованные в работе алгоритмы об­ учения эффективно улучшают поведение модели по сравне­ нию с необучающимся вариантом. Предложены эксперимен­ тальные процедуры оптимизации обучения при изменении характера решаемых моделью задач.

З А К Л Ю Ч Е Н ИЕ При обсуждении различных вопросов, связанных с построе­ нием систем ИР, неоднократно упоминалось о том, что в це­ лом проблема имеет прикладной характер. Направленность на практическое использование получаемых результатов ха­ рактерна не только для конечной цели систем ИР, способ­ ных к решению сложных интеллектуальных задач, но и для промежуточных этапов исследования.

Одним из таких промежуточных этапов можно считать разработку М-автоматов РЭМ и МОД, в которых реализован ряд важных положений исходной гипотезы. Полученные ре­ зультаты при решении практических задач могут использо­ ваться в двух различных направлениях.

Первое из них связано с применением аппарата и приемов моделирования, развитых при построении модели двигатель­ ного поведения. К настоящему времени в этом направле­ нии сделан ряд конкретных разработок [25, 27, 28], пока­ завших перспективность предложенного метода моделиро­ вания.

Второе направление связано с непосредственным исполь­ зованием разработанных автоматов при решении задач уп­ равления. РЭМ и МОД являются относительно простыми М-автоматами «первого поколения», рассчитанными на реше­ ние задач ограниченного класса. Поэтому и характер их прак­ тического использования определяется теми возможностями, которые предоставляет выбранный при разработке этих ав­ томатов сюжет моделирования. Иначе говоря, применение разработанных автоматов необходимо связано с задачами двигательного поведения. Проиллюстрируем одну из возмож­ ностей такого рода.

параметров различным уровням возбужденности i-моделей, соответствующих измеряемым характеристикам среды (это оказывается возможным в подавляющем большинстве случа­ ев). Таким образом, ситуация внешней среды, воспринимае­ мая устройством в каждый момент времени, может быть ото­ бражена совокупностью возбуждений «рецепторных» i-моде­ лей управляющего М-автомата.

Далее, управляемое устройство должно быть способно выполнить в среде некоторые активные действия и, следова­ тельно, должно иметь ряд эффекторных приспособлений. Вы­ полнение устройством элементарного действия (движения по прямой, поворота, взятия пробы и т. д.) обеспечивается вклю­ чением определенного эффектора или последовательностью таких включений, осуществляемых по жесткой программе. Каждой из этих операций может быть поставлена в соответ­ ствие i-модель из сферы «действий» М-автомата. Выбор одной из этих i-моделей системой усиления — торможения может интерпретироваться как принятие решения системой и перекодироваться в команду включения соответствующего эффектора.

Связи, которые можно заранее установить между «рецепторными» i-моделями и i-моделями «действий», составят систему «безусловных рефлексов» устройства. Задавая на­ чальную структуру управляющего М-автомата, можно предо­ пределить исходную логику его поведения в среде. В дальней­ шем эта логика может изменяться в зависимости от «опыта» автомата.

Сфера «эмоций» М-автомата позволяет задать мотивацию поведения путем введения таких i-моделей, как «страх» перед опасными объектами, «любопытство», «осторожность», «го­ лод» — показатель степени обеспеченности энергетическими ресурсами, «усталость» — показатель степени исправности или надежности функциональных систем и т. п.

Управляющий М-автомат может организовать целенаправ­ ленное поведение, если есть возможность заранее задать цель передвижений управляемого устройства или поисковое поведе­ ние на основе некоторых указаний общего характера, напри­ мер: исследовать как можно больший район, пренебрегая деталями; детально исследовать заданный район; собрать информацию об объектах с заданными характеристиками; проводить исследования, считая, что выполнение задания важнее сохранения целостности, и т. п. Существует возмож­ ность повышения эффективности работы М-автомата путем введения в него имеющейся информации о характере иссле­ дуемой среды в виде, например, огрубленной карты. Если такой информации нет, то могут быть использованы програм­ мы «восприятия», ориентированные на совместную работу с М-сетыо.

Проведенные работы составляют необходимый н достаточ­ но важный этап исследования исходной гипотезы о составе и структуре программ переработки информации человеком. В разработанных М-автоматах нашла отражение только часть основных программ, реализация которых в полном объеме должна (согласно гипотезе) привести к построению системы, способной к разумному поведению при решении разнообраз­ ных задач. Рассмотрим кратко, какие именно возможности получит М-автомат в рамках разрабатываемого сюжета при введении новых, более сложных программ и каким образом введение этих программ может быть осуществлено.

Конечным результатом работ в интересующей нас области ИР должно явиться построение автомата в виде реального физического устройства, способного к сложному целесообраз­ ному поведению в естественной среде. Взаимодействие с есте­ ственной средой невозможно без реализации программы восприятия и первичной обработки внешней информации. Сюда входит настройка рецепторов на восприятие определен­ ной информации, распознавание образов, временное хране­ ние и предварительная обработка полученной информации. Весь этот процесс должен оканчиваться возбуждением опре­ деленных i-моделей в сфере восприятия М-сети автомата. Очевидно, что состояние М-сети в целом будет оказывать существенное влияние на ход этих процессов. Например, для настройки анализаторов на восприятие определенной инфор­ мации необходимо знать, какая именно информация наиболее важна для автомата в данный момент. Определение же сте­ пени ее важности зависит от предыдущих состояний и за­ дачи автомата. Так, на некотором этапе работы для автомата может оказаться важной только зрительная информация или только слуховая. При поиске конкретного объекта наиболее важными должны быть именно его существенные признаки и соответственно должны быть настроены все анализаторы автомата. Важность той или иной информации в М-сети определяет СУТ. Возможно, для обеспечения адекватной настройки анализаторов необходимо будет несколько специа­ лизировать алгоритмы СУТ, работающей на уровне сферы восприятия, и ввести дополнительные механизмы и алго­ ритмы изменения состояний i-моделей в самой сфере вос­ приятия. Что касается организации анализаторных механиз­ мов, то в этом направлении некоторые работы уже прове­ дены [1, 2]. Кроме того, здесь могут быть использованы результаты многочисленных работ по распознаванию обра­ зов, проводимых другими исследователями.

Перспективы развития и усложнения М-автоматов во многом связаны с решением задачи организации вербального поведения, или иначе,— воспроизведением программ речи. Здесь особое внимание уделяется нами проблеме понимания

и синтеза осмысленной, а не только грамматически правиль­ ной речи. В программе речи слова выступают как символы образов, их пространственных, временных, качественных отношений и абстракций различного уровня. Смысл воспри­ нятой речевой информации выделяется благодаря связям между i-моделями слов и i-моделями образов и эмоций. В общих чертах этот процесс можно описать следующим образом

" i-Модели воспринятых слов прямо или опосредованно вы­ зывают возбуждение соответствующих i-моделей образов и эмоций. Это возбуждение распространяется в М-сети, в ре­ зультате чего вырабатывается общая эмоциональная оценка и возбуждаются новые i-модели образов и слов, обобщающие воспринятую информацию. В частном случае эти слова мо­ гут быть редукцией воспринятой фразы. В процессе понима­ ния большую роль играет соотношение полученной информа­ ции с уже имеющимися знаниями. Организация таких про­ цессов М-сетью в ряде случаев является весьма трудной задачей. Поэтому автомат, реализующий программы речи, удобно, по-видимому, представлять в виде неполного М-авто­ мата и, следовательно, заранее ориентироваться на использо­ вание совместно с М-сетыо алгоритмов различного рода.

Принципы организации и возможные пути воспроизведе­ ния программ речи в широком объеме рассмотрены нами пока только теоретически. Однако в настоящее время уже выполнены и некоторые экспериментальные исследования по организации речевого поведения с помощью М-сети. Работа проведена В. Д. Фоменко [61]. В построенной им модели механизмов речи представлены такие аспекты устной речи, как восприятие, осмысление и речевая экспрессия. Преиму­ щественное внимание уделялось содержательной стороне процессов переработки вербальной информации. Модель реа­ лизована в виде необучающегося полного М-автомата и со­ держит следующие блоки: слуховых восприятий, сенсорный речевой, проприоцептивный речевой, понятийный, эмоций, мотивационный, двигательный речевой, артикуляторный и СУТ. Блоки модели соотнесены определенным мозговым об­ разованиям. При задании организации М-сети использова­ лись данные нейроморфологии, нейрофизиологии и клиничес­ кой неврологии.

Проведенные В. Д. Фоменко исследования показали прин­ ципиальную возможность реализации речевого поведения полными М-автоматами. В то же время эти исследования позволили выявить и существенную трудность воспроизведе­ ния речевых функций при помощи М-сети, связанную со значительными размерами последней.

При современном состоянии техники, используемой для создания М-автоматов, более перспективной, очевидно, будет

замена ряда участков М-сети функциональным описанием их деятельности, т. е. построение неполных М-автоматов. Это позволит существенно расширить словарный запас автомата п объединить в одном устройстве структуры, ответственные за выполнение речевых функций, с сетью, организующей, например, двигательное поведение. Раздельное исследование, а затем объединение различных программ переработки ин­ формации представляется нам эффективным путем дальней­ шего развития работ по ИР.

Наиболее сложной и, с нашей точки зрения, ключевой для решения многих задач ИР является представление про­ граммы сознания. Воспроизведение этой программы в ИР обе­ спечит пространственную и временную ориентации автомата, а также «понимание» им причинно-следственных отношений в окружающем автомат внешнем мире. В программе сознания можно выделить несколько уровней: внимание — выделение наиболее важной в данный момент информации; определение пространственных и временных взаимоотношений объектов; возможность предсказания их поведения; представления о собственном «Я» и «не Я»; воля — способность концентриро­ вать и направлять внимание; воображение — способность различать реальное и нереальное.

Способ реализации одного из элементов сознания — вни­ мания показан нами на примере описанных выше М-автома­ тов. Следующим шагом на пути усложнения М-автоматов мо­ жет быть формирование представлений о собственном «Я» и «не Я». В настоящее время намечен подход к решению этой задачп. [11]. Он связан с построением алгоритмов, формирую­ щих в обучающейся М-соти такую подсеть, которая отражает в своих z-моделях и связях наиболее часто повторяющиеся состояния автомата. Кроме того, в «Я» должны быть включе­ ны алгоритмы или структуры, фиксирующие результаты взаимодействия автомата с различными внешними объек­ тами.

Таким образом, «Я» автомата соответствует его «представ­ лению» о себе самом, или, иначе, является моделью себя. Формирование модели «Я» должно происходить, по всей ве­ роятности, параллельно с формированием моделей «не Я». Последние можно понимать как модифицированные модели «Я». Ведущую роль в формировании моделей «не Я», по на­ шему мнению, играет механизм сопереживания, т. е. отожде­ ствления себя с другим объектом. Действия этого объекта используются для коррекции модели «Я», а после определен­ ного опыта взаимодействия или наблюдений «Я» модифици­ руется и выделяется самостоятельная модель «не Я», отра­ жающая представление автомата о данном объекте. Парал­ лельно с формированием новой модели «не Я» происходит и коррекция, дополнение модели «Я».

Модели «Я» и «не Я» могут использоваться автоматом для планирования собственных действий и экстраполяции действий других объектов, способных к активному поведению. Таким образом, на этом этапе автомат будет способен к эф­ фективному поведению в динамических средах. Прогнозиро­ вание своих и чужих действий тесно связано с еще одним элементом сознания — воображением, поскольку автомат дол­

Представление в автомате воображаемых ситуаций может быть достигнуто путем формирования специфичной «разо­ вой» внутренней модели — фрагмента общей внутренней модели среды. Необходимо именно формирование фрагмента, а не выделение его на общей внутренней модели, поскольку должна существовать возможность различных преобразова­ ний воображаемой ситуации. Различение реальной ситуации от воображаемой может быть достигнуто благодаря тормо­ жению или какому-нибудь иному изменению функции СУТ на сфере восприятия. Возможно, в автомате окажется целе­ сообразным притормаживать деятельность рецепторов при «просмотре» воображаемых ситуаций, как это происходит у человека. Однако специальные сигналы, однозначно опре­ деляющие режим восприятия автомата, должны быть пред­ усмотрены во всех случаях.

Реализация моделей «Я» и «не Я» позволит автомату «продумывать» каждое действие и проверять на внутренней модели возможные его последствия. Сознательное планиро­ вание собственных действий связано с решением проблем пространственно-временной ориентировки и «воли». Вообще, все элементы сознания тесно взаимосвязаны и, по всей веро­ ятности, должны исследоваться комплексно. Естественно, в зависимости от назначения автомата те или иные аспекты сознания могут быть воспроизведены более или менее под­ робно, однако полное исключение каких-либо элементов должно существенно сказываться на «уровне разумности» по­ ведения.

Заканчивая обсуждение, отметим, что перспективы даль­ нейшего развития работ в области практического использова­ ния М-автоматов и усложнения реализуемых ими функций связаны, по-видимому, с разработкой методов и техники по­ строения М-автоматов в виде физических устройств. Принцип создания таких устройств определяется тем, что М-сеть кон­ струируется из большого числа однотипных элементов. Пред­ варительные работы по построению физических аналогов М-сетей [8, 35] показали принципиальную возможность соз­ дания систем весьма большого объема.

Необходимость представления М-автоматов в виде физи­

Проблема разработки физического аналога М-сетей пред­ ставляет интерес также и в связи с тем, что ряд особенно­ стей такого устройства — распределенная память, параллель­ ная переработка информации, совмещение операций запо­ минания, переработки и выборки информации — позволяют рассматривать его как один из вариантов реализации вы­ числительных сред, с развитием которых связываются пер­ спективы построения вычислительных машин пятого поко­ ления.

1.А г а б а б я н К. Г. Автореферат канд. дпс. Ин-т кибернетики АН УССР, К., 1969.

2. А г а б а б я н К. Г.— ДАН СССР, 1971, 199, 5.

3.А д а м а р Ж. Исследование психологии процесса изобретения в области математики. «Советское радио», М., 1970.

4.А м о с о в Н. М. Моделирование мышления и психики. «Наукова думка», К., 1965.

21.Г у т ч и н И. В., К у з и ч е в А. С. Бионика и надежность. «Наука», М, 1967.

24.3 а и о р о ж е ц А. В. и др. Восприятие и действие. «Просвеще­ ние», М., 1967.

39.М о ц к у с И. Б. Многоэкстремальпые задачи в проектировании. «Наука», М., 1967.

42.Общая психология. Под ред. А. В. Петровского. «Просвещение», М., 1970.

52.Р а д ч е н к о А. Н. Моделирование основных механизмов мозга. «Наука», Л., 1968.

59.Ф е л ь д б а у м А. А. Основы теории оптимальных автоматических систем. Физматгиз, М., 1963.