книги из ГПНТБ / Автоматы и разумное поведение. Опыт моделирования

мы — коры головного мозга,— на котором роль ее подсистем играют корковые информационные модели объектов внешне­ го и внутреннего мира человека. Преимущество такого под­ хода состоит в том, что программы поведения корковых мо­ делей относительно просты и могут быть заданы с помощью нескольких функциональных характеристик.

3. Автоматы и среды

Основная задача моделирования состоит в синтезе автомата на основе описания моделируемой системы. В области ИР, где речь идет о моделировании сложных систем, задача син­ теза до настоящего времени в общем виде не решена. Это объясняется следующими обстоятельствами. Чаще всего сложность объекта моделирования исключает возможность подробного описания всех программ, которые должен вос­ произвести автомат. Программы, следовательно, описываются не полиостью или их описание дается на сравнительно высо­ ком уровне, т. е. в весьма обобщенном виде. Кроме того, определенные трудности возникают при задании множества допустимых входных воздействий. Как правило, оказывается невозможным в явном виде перечислить все комбинации входных сигналов, которые могут возникнуть при работе будущего автомата. Вследствие этого нельзя конструктивно задать и соответствие между входными воздействиями и про­ граммами системы. Таким образом, можно сказать, что опи­ сание моделируемой системы в общем случае задается в не­ полной форме.

В то же время обычно имеются некоторые сведения об устройстве объекта моделирования и структуре операций, реализуемых его механизмами. Эти сведения также не являются полными и дают лишь некоторую дополнительную информацию о программах объекта и о том, как реализовано в нем соответствие между входными воздействиями и про­

и неполных дополнительных сведений о его структуре и функционировании. В этих условиях и оказывается необхо­ димым выдвижение различного рода гипотез, дополняющих и уточняющих имеющиеся сведения. Конструируя на основе гипотез реальный автомат, реальное физическое или алгорит­ мическое устройство, мы, следовательно, не можем быть за­ ранее уверены, что программы этого устройства будут хоро­ шо совпадать с программами моделируемого объекта. То же самое относится и к соответствию между входными воздей­ ствиями и программами автомата.

Будем говорить, что, создавая реальный автомат, мы тем самым задаем в его структуре и операциях некоторые про­ граммы, в той или иной степени не соответствующие жела­ емым. Обычно заранее определяется допустимая степень такого несоответствия. И если фактическое несоответствие, наблюдаемое при исследовании уже построенного автомата, превышает допустимое, то структура автомата корректирует­ ся до тех пор, пока различия не' уменьшатся в достаточной мере. Именно это и является содержанием циклических про­ цессов «доводки» модели, рассмотренных в предыдущем раз­ деле. В целом приведенные соображения поясняют смысл тех операций по разработке моделей, принципиальная струк­ тура которых описана ранее с помощью упрощенных схем.

Рассмотрим теперь предлагаемые нашей гипотезой копкретные способы задания программ различного типа.

Программы поведения корковых информационных моде­ лей отображают закономерности изменения во времени их выходной активности при определенных воздействиях, посту­ пающих на входы моделей. Входные воздействия на каждую из моделей определяются активностями других моделей, вы­ ходы которых связаны со входами данной модели. Предпола­ гается, что количество связей, подходящих к модели, может достигать нескольких десятков. Число возможных входных воздействий на модель оказывается, следовательно, весьма большим и не может быть задано простым перечислением. Соответственно весьма большим может оказаться и число программ модели, так что задать модель, описывая каждую программу отдельно, также невозможно. Поэтому гипотеза предусматривает задание программ корковых информацион­ ных моделей путем построения специального алгоритма, па вход которого поступает информация о внешних воздей­ ствиях на модель. Алгоритм перерабатывает эту информацию таким образом, что последовательности сигналов на его вы­ ходе соответствуют программам поведения i-модели. Этот алгоритм и является автоматом, реализующим описание кор­ ковой модели. При построении такого автомата используются содержательные сведения о внутренней структуре корковых моделей и реализуемых ими операциях.

Программы поведения подсистем, соответствующих свя­ зям между корковыми информационными моделями, также воспроизводятся с помощью автоматов, разрабатываемых на основе содержательных представлений. Эти представления могут определять совокупность функциональных характе­ ристик подсистемы (связи) и последовательность реализуе­ мых ею операций. То и другое используется при построении алгоритма, задающего программы поведения связи.

Задание программ переработки информации осуще­ ствляется путем построения структур, элементами которых

являются автоматы-модели и автоматы-связи. Процессы, протекающие в такой структуре, т. е. ее программы перера­ ботки информации, определяются программами поведения элементов. Структуры такого рода и являются автоматами, задающими программы переработки информации, или, иначе говоря, действующими моделями процессов переработки ин­ формации корой головного мозга.

При разработке автоматов, способных к организации ра­ зумного поведения, важным этапом является задание среды, в которой функционирует автомат. Понятие среды описывает совокупность воздействий, которые могут возникнуть на вхо­ дах автомата при его работе, а также правила и закономер­ ности появления этих воздействий во времени.

В общем случае среда также задается в виде некоторого автомата, выходы которого соединены со входами действую­ щей модели, а входы — с ее выходами. При исследованиях в области искусственного разума широкое применение нахо­ дят среды специального типа, являющиеся аналогами неко­ торых классов естественных сред. Обычно это оказывается необходимым при построении систем, моделирующих челове­ ческую деятельность. При построении таких сред исполь­ зуется информация о реально существующих законах внеш­ него мира и о характере протекающих в нем процессов. Ина­ че говоря, среды такого типа могут строиться как модели естественных сред. Это позволяет описывать поведение авто­ мата в «естественной» среде с помощью тех же терминов, что п поведение человека. Указанная возможность может быть использована для предварительной оценки «разумнос­

Итак, мы рассмотрели содержание некоторых основных по­ нятий, используемых в гипотезе. В заключение данного раз­ дела кратко остановимся на схематическом описании общей структуры гипотезы, в которой условно выделим три основ­ ные части.

Первая часть гипотезы включает в себя описание основ­ ных программ переработки информации человеком. На са­ мом общем уровне модель человека представлена в виде ав­ томата с тремя типами программ: «для себя», «для рода» и «для вида». Эти программы являются программами форми­ рования поведенческих реакций, направленных соответствен­ но на самосохранение, продолжение рода и поддержание ви­ да — общества.

На более низком уровне рассмотрения выделены шесть основных программ: восприятия и переработки внешней

информации, чувств, сознания, речи, действия, труда и твор­ чества. В процессе их уточнения и расшифровки в рассмот­ рение введен целый ряд элементарных программ, среди ко­ торых имеются и программы реакций, и программы форми­ рования.

Для описания программ использован блок-схемный метод. Первая часть гипотезы представляет собой, по существу, многоуровневую блок-схемную модель процессов переработ­ ки информации мозгом. Эта модель не является, конечно, полностью завершенной. Дальнейшее ее развитие может быть направлено как на уточнение и дополнение блок-схем­ ных описаний программ, так и па выделение и построение оппсаний новых программ низших уровней. Однако уже вы­ деленные в гипотезе программы описывают весьма широкий класс информационных процессов и составляют основу для разработки целого ряда действующих моделей.

Всвязи с вопросами дальнейшего развития и проверки блок-схемную модель можно рассматривать в двух различ­ ных аспектах. Одним пз них является психологический. Здесь блок-схемная модель информационных процессов моз­ га выступает как модель сложных психических функций че­ ловека, в частности мышления. Дальнейшее развитие модели

вэтом направлении предполагает, очевидно, проведение спе­ циальных исследований, направленных на эксперименталь­ ное пзученне программ психической деятельности с целью дополнения, уточнения и проверки модели. Правомерность гипотезы может быть также установлена путем построения действующих моделей психических функций на основе их блок-схемных описаний.

Васпекте искусственного разума блок-схемная модель информационных процессов мозга выступает как теоретиче­ ская основа для построения автоматов, способных к органи­

зации разумного поведения. Именно этот аспект гипотезы и развивается в настоящей книге. При этом совокупность описанных в гипотезе программ может быть рассмотрена как конструктивное определение разума.

В настоящее время четкого определения понятия разум­ ности не существует. Практически единственным способом установления разумности поведения данного объекта являет­ ся его сравнение с поведением человека, находящегося в аналогичных условиях. Но какого человека? Ясно, что не любого, а только такого, о котором заранее известно, что он разумен. Способ оказывается, таким образом, непригодным. Правда, мы пользуемся им в обыденной жизни, сравнивая подвергаемое оценке поведение со своим собственным и по­ лучая соответственно те или иные результаты в зависимости от качества эталона. Можно было бы избежать субъектив­ ности, используя для сравнения некоторые обобщенные и

При построении моделей широко используются эвристи­ ческие приемы и предположения, эффективность которых заранее неизвестна и выясняется только в ходе исследова­ ния. Поэтому практическая работа с моделями связана, как правило, с частым внесением в модель исправлений, дополне­ ний и т. п. Следовательно, язык моделирования должен обла­ дать достаточной гибкостью, т. е. допускать внесение в модель частых изменений без перестройки модели в целом.

Предлагаемый язык моделирования развит на основе пред­ ставления о мышлении как о направленном процессе взаи­ модействия множества корковых информационных моделей объектов внешнего и внутреннего мира человека. Искусст­ венные системы, строящиеся на основе этого представления, реализуются в виде специфических сетей, названных М-се- тями. Узлы М-сети есть формальные элементы, которые ставятся в соответствие корковым информационным моде­ лям. Будем называть эти узлы г'-моделями. Связи между г-моделями отвечают предполагаемым связям между корко­ выми моделями. С содержательной стороны г'-модели могут быть поставлены в соответствие образам и понятиям, кото­ рыми оперирует человек. Поэтому с помощью М-сетп можно представлять взаимосвязанные системы образов и понятий, предположительно используемые человеком в ходе мышле­ ния. М-сеть является, таким образом, сетью с семантикой.

Уточним содержание основных понятий предлагаемого языка.

i-Моделъ есть формальный элемент, которому может быть поставлено в соответствие определенное понятие. При про­ ведении нейрофизиологических аналогий г-модель сопостав­ ляется с нейронным ансамблем. Аналог г-модели в психоло­ гии— внутренняя (корковая) информационная модель со­ бытия внешнего или внутреннего мира. В семантическом плане г-модель является знаком понятия. С конструктивной точки зрения {-модель есть элемент некоторой структуры, который может находиться в ряде отличных друг от друга состояний. С функциональной точки зрения г-модель есть набор некоторых операторов или алгоритмов переработки информации. Опишем i-модель как элемент, обладающий следующими свойствами.

1. Каждая г-модель имеет конечное число входов и один выход.

— 2. Каждая i-модель может находиться в состоянии воз­ буждения, степень которого характеризуется числовой вели­ чиной П, называемой возбужденностью. Будем описывать

функционирование i-модели в дискретном времени. Возбуж­ денность / некоторой i-модели в момент времени t будем обозначать П'-.

3. i-Модели могут быть соединены направленными свя­ зями, по которым возбуждение передается от одних i-моде- лей к другим.

Связь между i-моделями есть формальный элемент, ней­ рофизиологическим аналогом которого является феномен взаимозависимости возбуждений различных ансамблей. Ана­ логом связи в психологии может быть ассоциативная связь. Основные свойства связи таковы.

1. Каждая связь может быть направлена от выхода i ка­ кой-либо i-модели к одному из входов j другой i-модели.

2.От выхода i-модели может отходить более чем одна связь, а к одному входу может подходить только одна связь.

3.Между двумя i-моделями может существовать только одна связь.

4.Каждая связь характеризуется упорядоченным набо­ ром параметров R, называемым проходимостью связи, или, для краткости, просто связью. Проходимость связи, направ­ ленной от i-модели / к i-модели i, в момент дискретного вре­ мени t будем обозначать R\j.

Семантика i-моделей задается двумя путями: во-первых, ее определяет соответствие, установленное между данной i-моделыо и некоторым содержательным понятием, а, во-вто­

— < rij, rij, Г(о)<з, r(0)ij > , где параметры тч/ и Гц — усили­ вающий и тормозной компоненты проходимости связи, а па­ раметры щи и r(o),j — остаточные составляющие этих ком­ понент. Эти параметры могут принимать численные значе­ ния, что содержательно означает следующее. Возбуждение, поступающее по связи Rij, может как увеличивать, так и уменьшать, тормозить возбудимость i-модели i . Численной

мерой этих воздействий и являются значения Гц и Гц. Эти значения могут меняться во времени, так что в случае

П.р Э> г,-,- можно говорить об усиливающем характере связи Rij, а в обратном случае — об ее тормозном характере. Оста­ точные составляющие связи всегда удовлетворяют соотно­ шениям

г'о) у •< А}\ г'о) у •< гц (4.1)

и составляют долговременную память связей (подробнее об этом см. ниже). Будем полагать, что Rij = 0 в том случае,

если равны нулю все ее компоненты. Каждая связь описы­ вается следующими характеристиками.

1. Характеристика проторения есть функция, описываю­ щая зависимость проходимости связи от возбужденностей соединяемых ею г-моделей:

функционирования и определены критерии качества его ра­ боты. По отношению к этим критериям и формируется оцен­ ка А. Конкретные механизмы и правила вычисления значе­ ний А будут, соответственно, определяться при построении той или иной конкретной модели.

Будем называть связь непроторенной в момент £, если

2. Характеристика затухания связи есть набор функций, описывающих уменьшение значений ее параметров во вре­ мени. Эта характеристика описывает процесс уменьшения проходимости связи Rn при условии, что в некоторый на­ чальный момент to значение Riq, ф 0 и во все последующие моменты времени Пг = 0 и П;- = 0. Для усиливающих и тормозных компонентов связи характеристики затухания имеют вид

t , t—i t .

к значениям их остаточных составляющих. Для остаточных составляющих характеристики затухания

(4.5a)

(4.56)