13.2. Від абстрактної машини до самоорганізації потоків

Почнемо з дослідження законів динаміки інформаційних потоків. Із того, що для істотно неоднорідних потоків ці закони відрізняються від законів для потоків однорідних. Для цього повернемося до розгляду будови і роботи інформаційної машини, тієї абстрактної конструкції, яку ми почали будувати в попередніх розділах. Вище ми розглянули загальну концепцію, топологію організації розміщення даних на рівні елементарної структури і метаструктури, а також деякі аспекти їх руху. Розглянемо тепер топологію потоків даних і структур у системі (Рис. 13.1).

Рис. 13.1. До розгляду топології інформаційних потоків

Як ми вже відзначали вище, структура S є “елементом стану”, “одиницею опису” (подання) стану і одночасно метаструктурою цього рівня. Її половинки S(0) і S(1) є поданнями “стану у цілому”: S(0) (тобто “пам’ять”) за відсутності активності ; S(1) (поточний стан) при активному стані .

Зауважимо тепер, що серед елементів нижнього рівня структур S(1) і S(0) – тобто в S1 і (з ряду причин нам зручна така система позначень) немає якого-небудь природного порядку, невідомо де “перший” з кожних 8 елементів.

Щоб не вводити порядок, нумерацію штучно (не влаштовувати проблем із адресацією), треба замкнути S1 і у кільце і відповідність S(1) і S(0) встановлювати їх відносним поворотом, при цьому S2, S3 і/або , можливо доведеться теж повернути на один елемент. Тобто не тільки половинки структури, конуси S(1) і S(0) повертаються щодо один одного, але й усередині кожного з них верхня частина, контекст (все, що вище основи), може повертатися щодо нижньої частини конуса, тексту. При цьому важливий відносний поворот, відносний зсув текстів і контекстів. Ми можемо вважати, що обертання відбувається завжди в одну вибрану сторону, це не змінює загальності, але спрощує ситуацію. Так “виглядає і працює” один елемент опису стану – структура S, інфокварк. Опис стану всієї конструкції з урахуванням внутрішніх станів рівня (позначимо його 2S) ми одержимо, якщо підставимо замість елементів S1 метаструктуру S. Для простоти зобразимо тільки частину структури 2S(1) (Рис. 13.2):

Рис. 13.2. Перша надбудова структури - 2S

“Працює” ця структура (2S) за тією ж схемою, що й S, тобто її половинки 2S(1) і 2S(0) також “обертаються”, елементи надбудованої структури 2S (цілі структури S) переміщаються в ній так само, як елементи усередині S.

Нарешті, повний опис одного стану (миттєвого) всієї машини з урахуванням – 3S отримується ще однією підстановкою метаструктури S замість “нижніх елементів” структури 2S, тобто умовно це можна зобразити на рис 13.3.

Рис. 13.3. Друга надбудова структури - 3S

Будь-яка скільки завгодно висока структура існує актуально тільки в процесі складного руху всіх вкладених структур по всіх рівнях вкладеності, аж до елементарних станів. Але, Зауважимо, так само, як ми можемо прийняти один напрям обертання, аналогічно можна прийняти і єдину послідовність відносних поворотів, тобто припустити, що в довільній структурі відносні повороти відбуваються послідовно, починаючи, наприклад, завжди з самих нижніх (тобто найрухоміших) елементів.

Починаючи повороти “зверху”, з підгонки контекстів, можна істотно скоротити перебір (число поворотів), але це не загальний випадок, так можливо поступати, якщо з якоїсь причини апріорі відома одна половинка структури nS(1) або nS(0). У загальному ж випадку шукана структура будується динамічно, оскільки невідомо “що ми можемо шукати”, “що може виявитися адекватною гіпотезою, рішенням”.

Пригадаємо тепер, що на вхід рівня надходять не сигнали з реального світу, але передоброблені периферичною системою і вже структуровані їх послідовності (як наступні один за одним шматки записів довільної довжини). Ми повинні розглядати вхідні структури саме як послідовності і в такому порядку, в якому вони надходять, оскільки внутрішня структура периферичних систем (відповідно до правила трійки) взагалі “нерозрізнима” в термінах рівня, що складається із структур S, 2S,…, nS.

Єдина можливість якось упорядкувати вхідні структури і не створити проблем з адресацією – не вводити спеціального окремого механізму нумерації, а сприймати, запам’ятовувати і обробляти їх як збалансовані В*-дерева з невідомим наперед числом листя (яке в кожний момент визначається роздільчою здатністю сенсорів, або місткістю пам’яті, тобто тим, скільки станів вхідного сигналу розрізнено і запам’ятано {208. Пояснимо цей момент. Один елементарний стан, елемент образу, сприйманий на вході структури , можна подати як елементарне B*-дерево, тобто структуру, що містить три рівні – ім’я (образу), набір ключів (елементів образу) і, відповідний кожному ключу, набір даних. Відповідно до правила трійки цей максимально докладний опис того, як вся периферійна система сприймає зовнішній сигнал (потік сигналів, образ) і як може “максимально детально” подати фізичні сигнали для входу рівня . Складніші образи, які за своїм змістом не можуть бути представлені як одне B*-дерево, повинні сприйматися як послідовність окремих B*-дерев, а цілісний образ можна буде вже синтезувати, надбудовувавши контекст у вигляді структур типа S. Це істотна відмінність між власне даними (представленням зовнішніх фізичних сигналів) з двома рівнями контексту і всіма контекстами вищого рівня, які вже представляються тільки як структури типа S. Нагадаємо ще раз із попереднього – якщо вся наша конструкція в цілому (ЦНС) не може розрізнити структури стану зовнішніх фізичних сигналів із розділенням більшим, ніж подання B*-дерев, то структура периферичної системи якраз така, що видає подання у вигляді цих B*-дерев.}).

Щоб ці структури “власне дані з контекстом” відрізнялися в пам’яті від структур типа S1 S0 без уведення спеціальної позначки, розташувати їх треба іншим способом, наприклад, як на рис. 13.4.

Мнемоніка рис.13.4, тобто розміщення В*-масивів у структурах, позначених на малюнку як Z(1) і Z(0) означає, що вони мають інше (відмінне від S) призначення, інший спосіб обробки і відповідним способом влаштоване “середовище” (можливо відмінну і апаратно від середовища, обробляючої структури S). Структура Z, віднесена до одного “листа” самої найнижчої структури S є двовимірний (“плоский”) В*-масив, розташований “вертикально”, тобто в площині, що проходить через “вісь машини” - 00 і складається з двох В*-дерев Z(1) Z(0), відповідних S(1) S(0).

Вважатимемо, що “дані” надходять у структуру Z1 “від периферії малюнка” як послідовне поповнення B*-дерева (більшого ми вважати не можемо), а попередні елементи просто зсовуються в структурі Z1, подібній “тришаровому зсувовому регістру” до “центру”.

Частина даних, “те, що варто запам’ятати” (про це трохи нижче) передається в Z(0), тобто на рис.13.5 це зображено як потік П(1), при цьому “безнадійно застарілі дані” просто “висуваються за межі пам’яті”. Одночасно повинен відбуватися процес “згадки досвіду”, тобто зустрічний потік П(0) на рис 13.5.

де: z-z – “площина дзеркала”, сукупність комірок регістрів, де відбувається порівняння.

Рис. 13.5. Потоки “власне даних”

Нагадаємо, що найнижчий рівень B*-масиву, його листя – це і є подання деякого об’єкту на рівні елементарних (розрізнимих сенсорами) зовнішніх сигналів, його “миттєва світлина зовнішнього стану”.

Зауважимо, що весь механізм машини побудований на тому, щоб “збалансувати подання сприйманого і всього попереднього досвіду”, тобто він правильно діятиме, якщо потоки П(1) і П(0) збалансовані (П(1) П(0)) по всій множині (масиву) Z, тобто

.

Дійсно, віднесений до одного вузла найнижчої структури типу S масив, повинен бути “пачкою моментальних світлин” за деякий час t := t₁, t₂,…t_n, тобто двовимірний масив, що подає стани зовнішнього образу на відрізку t, як послідовність сполучених в одне В*-дерев. Можна вважати, що набір масивів Zt₁…Zt_n, що відносяться до всіх вузлів нижньої структури S, це стан образу (його “різні проекції”) на відрізку t := t₁, t₂,…t_n.

Нарешті, сукупність масивів Z, віднесена до всіх нижніх вузлів структури 3S, утворює “повну модель образу у всіх варіантах”. Таким чином, модель даних топологічно є тором (рис.13.6):

Рис. 13.6. Побудова моделі образу

Тут 4S – мінімальна повна модель образу з урахуванням стану зовнішніх сигналів. Якщо ця модель “тісна”, тобто варіантів образу (його іпостасей) більше, ніж вміщає , то надбудовувати модель припустимо тільки породжувати структуру 5S, об’єднуючи 8 структур 4S під однією метаструктурою типа S. І вже в залежності від того, як заповниться ця верхня метаструктура, повна вона вийде чи вироджена, це буде макрообраз або перечислення схожих образів (найвище дерево-конус “порожнє”).

Такий процес надбудови – породження 6S, 7S,… можна продовжувати до тих пір, поки дозволяє пам’ять.

Насправді, для побудови скільки завгодно високих структур nS не потрібна пам’ять, що має дуже багато шарів. “Вивернемо всередину” один із конусів nS(0), так, що він виявиться вкладеним у nS(1) (Рис. 13.7). Тоді, якщо використовувати для подання структур nS(0) і nS(1) згадані вище “скручені хвилеводи”, то з’являється можливість реалізації конструкції машини в оброблювальному середовищі, що має скінчене число шарів {209. Якщо забезпечити доступ до даних (комутацію чи транспортування на достатньо великій “пам’яті даних” Z і комутацію “вершин” 3S(0), 3S(1) на рівень нижнього шару структур, тобто передачу активізації “збудження” структур Z), то для побудови “високих” віртуальних структур достатньо (перераховуючи “знизу-вгору”):

• одного “обробляючого шару”;

• два В*-дерева, тобто шість шарів для “власне даних”, але організованих не “пошарово”, а як однорідне середовище, що забезпечує “однакове” переміщення даних по всіх координатах;

• 10 шарів обробки структур 3S - дев’ять шарів для подання самої структури 3S і десятий для комутації, для надбудови конструкції.

На такій “апаратурі” можна будувати скільки завгодно “високу” (див. р. 14) віртуальну машину або серії таких. Деякі з цих машин доцільно зробити спеціалізованими, локалізувавши в оброблювальному середовищі і прив’язавши до зовнішніх каналів. Чи не так, це нагадує “високий нейрон”, пронизливий десять шарів кори мозку, і нижче, під цими шарами шипіковий механізм (пам’ять) і робочі (повчальні, збудливі і гальмуючі) входи, що містить, тобто механізм операції із структурами даних. А конструкція-то чисто логічна, одержана тут тільки виходячи з найбільшої простоти і уніфікації.}.

Загальний принцип побудови і роботи конструкції (Рис. 13.8) гранично простий. Z – пошарово організована пам’ять, діюча завжди одним і тим же способом “на прийом даних”. В структурі Z, в B*-масиві Z(0) може зберігатися також і вся структура S(0) як “добавка” до B*-дерев “власне даних”, достатньо просто приписати до дерева послідовність вузлів конструкції S(0), пов’язаних із ним.

Завдання (“збудження”), тобто зовнішня дія “виштовхує” з пам’яті структуру 3S(0) в “операційну зону S’” – деяке обробляюче середовище, яке проводить весь цикл побудови конструкції 3S(1).

Завершується цикл тим, що побудована конструкція знищується, але може бути “записана в пам’ять” - так само як з Z структури послідовно “висувалася” 3S(0), записана в B*-дерева, так само “завантажується” і нова, “зворотним ходом” (Рис. 13.9).

Звернемо увагу на мнемоніку малюнка в частині загального потоку даних і структур. Потоки ЗД, А, З замикають структури S(0), S(1), Z0 в “поверхню Мйобіуса”, “нескінченну стрічку в скінченному обсязі”. Можна провести пряму паралель із нескінченною стрічкою Машини Тьюрінга, але з урахуванням тієї самої реалізованої нової абстрактної машини, яку ми вже згадували вище.

Зауважимо, що принципово все одно чи побудована машина заввишки nS на “повністю однорідному середовищі”, чи шляхом комутації “елементів заввишки 3S”, це вже залежить від матеріалу, способу створення фізичної реалізації і дотримання вимоги надійності, тобто “виживання” фізичних конструкцій.

Якщо половинки образу nS(0) (попередня) і nS(1) (поточна) достатньо добре узгоджені впродовж довгого часу, то образ запам’ятовується як щось загальнозначуще. Якщо надійшов деякий зовнішній сигнал – відмітка, що означає “навчання”, то цілісний образ доцільно занурити в довготривалу пам’ять як інваріант. Для всієї решти випадків образ залишається істотно динамічним, тобто знищується, незалежно від того був він “правильним рішенням” чи ні. Ми тут не уточнюватимемо як виглядає умова узгодження, що значить “достатньо довго”, яка “відмітка” – швидше за все це речі змінні, залежні від умов.

Образи можна використовувати не тільки повні, тобто структури типу 4S – (3S плюс масив Z), але й урізані, наприклад з одного виродженого, порожнього інфокварка S і Z (тобто образ елементарної зовнішньої події, наприклад, точкового спалаху світла), або із структури S і виродженого масиву Z (наприклад, образ абстрактного поняття).

Проте, щоб не придумувати спеціальних окремих механізмів і умов обробки, кожний вироджений образ (витягнутий з пам’яті чи надійшовший ззовні) повинен інтерпретуватися як структура 4S (повний образ), не дивлячись на те, що ця структура вийде “майже зовсім порожня”.

Аналогічно цьому “розширення” образу, що не помістився в структуру 4S, допустимо виконувати тільки як надбудову до 5S, тобто до наступного рівня. Так само, якщо при узгодженні структур Z(0) і Z(1) виявиться, що набори даних сильно різні за розмірами (нагадаємо, що ми умовилися їх обробляти просто як бітові рядки), то треба породжувати два образи: “мінімальний”, де набір даних більшої із структур урізаний, і “максимальний” – з розширеним набором даних, останні можна просто перенести з більшої структури. Ці обидва образи треба об’єднати стандартним способом у макрообраз.

Нарешті, для зовсім вироджених (чисто абстрактних) структур, неважливих у Z, можна, наприклад, за умовчанням привласнювати Z значення виродженого B*-дерева, що складається з одного листка, що має значення нижнього елементу S, якому це дерево відповідає.

Зрозуміло, все тут, в цьому розділі побудоване, мало схоже на “справжню машину”, елемент лише вельми віддалено схожий на “справжній нейрон”, але зробимо “зупинку” саме на цьому рівні подробиць {210. Для страждущих за реаліями – заспокійливе нагадування. Всі невідповідності реальності (наприклад, справжньому нейрону) насправді вирішуються вельми просто. Передбачаємо, що перше питання у зацікавленого читача буде таким: чому в реальному нейроні є “навчальні” входи і їх на два порядки більше, ніж робітництва, і де це в моделі? Відповідь: в моделі ми розглядаємо відносний рух даних, “зсуваючі регістри”, в реальності за рахунок того, що записується безліч “зайвих” зразків даних виходить безадресний механізм зберігання, але ці ж “зайві” примірники в сукупності з ієрархією зв’язків із метаданими забезпечують і відносний рух даних. При тому, що “елемент пам’яті” – це валентна пара, таке “технічне рішення” не безумство, а раціональність. Але все це і аналогічне – поки зайва для розуміння суть подробиці.}.

Нагадаємо ще раз, що фактична наша задача – побудова “абстрактної машини”, але не Тьюрінгової, а відтворюючої принцип дії реальної природної машини, тобто реалізуємої. Подивимося, що у нас виходить, щоб в кінці вже наступного параграфа встановити – в смислі занурення в подробиці ми досягли останньої межі, ще один крок “уточнення як це влаштовано” і ми одержимо повну гарантію не зрозуміти нічого.