Проект алгоритмической модели интеллекта

 

Как же практически подойти к построению алгоритмической модели. Согласно правилам эвристического моделирования прежде всего нужно определить ее назначение, выбрать цель. Смоделировать человеческий разум — это кажется столь же просто, сколь и невозможно. Нужен компромисс. Минимально доказательные человеческие качества интеллекта — это речь с перевоплощением в собеседника с образным и словесным мышлением, это третий уровень сознания — слежение за собственными мыслями. Наши предыдущие модели этих качеств не имели, попытки воспроизвести речевое (вербальное) поведение были, но они совершались в отрыве от других программ интеллекта.

Для того чтобы «вместить» эти многообещающие задачи в модель и достигнуть демонстративности, необходимо наметить ограничения. Прежде всего они определяются сюжетом. Я предполагаю воспользоваться привычным для нас путешествием по некоей искусственной среде, хотя можно было бы взять задачу моделирования другого вида деятельности, например работу врача по диагностике и лечению больного или строителя, создающего конструкции из элементов. Предполагается по сюжету, что «субъект» должен иметь главную цель — дойти по компасу и найти предмет — какие-нибудь «три дерева», чтобы обнаружить там «награду», «плату», действующую на чувство собственности. По пути он преодолевает умеренные трудности, выбирает маршрут, мобилизуя иерархию ФА, думает, используя внутреннюю речь, и периодически общается по радио с партнерами, к которым питает положительные чувства и в личности которых «перевоплощается». Важно, чтобы разнообразие «входов» среды было минимальным, чтобы число уровней усложнения объектов, за которыми следуют уровни обобщения моделей, было ограничено двумя-тремя. Например: модели-образы деревьев (ветки, листья, высокие, средние, низкие, густые, редкие) должны характеризовать лес.

Минимизация разнообразия должна касаться всех элементов модели. К примеру, такой минимум действий: идти — шагать — быстро, медленно, сидеть, есть, разговаривать, думать, вспоминать. Речь придется ограничить ответами на вопросы и, может быть, короткими рассказами.

Модели действий будут разбиты по степени обобщенности на несколько уровней. Наверху — обобщенные действия, которые соответствуют желаниям: «напрягаться» — «расслабиться», «двигаться» — «отдыхать», «самовыражаться» (в смысле «рассказывать») — «замкнуться», «устраняться», «избегать» — «сопротивляться» и т. п.

Первичных желаний будет немного. Так же придется ограничить и расшифровку желаний в конкретные действия — от обобщенных до детальных.

Восприятие будет ограничено условным рецептором зрения с минимальной настройкой по направлению, глубине и напряжению. То, что попадает в поле зрения, станет автоматически кодироваться цифровым шифром: «главная фигура» и «фон». Рецептор слуха будет действовать только для речи.

Чувства-потребности являются важнейшим элементом любого интеллекта. Минимальный их набор примерно такой: голод, боль, страх, любопытство, потребность действовать, утомление и скука, свобода, отношение (симпатия) к партнеру по разговору, самовыражение. Убеждения будут представлены долгом и волей: словесными формулами, диктующими, как нужно поступать в тех или иных случаях. Разумеется, будут универсальные чувства Пр — НПр, которые и являются главным критерием для выбора действия из нескольких возможных вариантов. Их соотношение определяет уровень душевного комфорта. Эмоции мне представляются как крайнее выражение чувств: радость — при самом высоком уровне Пр, горе — при самом высоком уровне НПр. Гнев, агрессивность — это ответ на угрозу, на ограничение свободы. Страх, ужас — пассивная эмоция как ответ на подавляющую угрозу. Каждая эмоция имеет свое желание — обобщенное действие. Гнев, например, вызывает желание оказать сопротивление источнику угрозы. Вопрос об эмоциях требует еще дополнительной проработки. Характер вырисуется в соотношениях Пр — НПр и характеристиках чувств и СУТ.

Кроме перечисленных чувств, будут еще дополнительные критерии, о которых уже шла речь. Первый критерий — обобщенность модели, находящейся в сознании, второй, используемый при сравнении моделей,— вероятность, третий — коэффициент времени для оценки значимости будущих событий и четвертый — реальность.

Человек, личность имеет прошлое, оно постоянно присутствует в настоящем. Биографию придется придать и нашему «субъекту». Пока трудно определить ее объем, но он должен быть минимально необходимым.

Ограничения по времени выразятся в продолжительности временного такта — что-нибудь около 5— 10 секунд реального времени. Длительность исследования модели, то есть путь, который будет пройден по местности-карте, будет целиком зависеть от возможностей программ, компьютеров и настойчивости экспериментатора. Отрезок времени должен дать доказательную информацию о «человекоподобии» модели.

Схема интеллекта в самом общем виде показана на рис. 4, 21. Поскольку это алгоритм, а не сеть, то отражать на схеме связи, видимо, нет смысла, так как получится многомерная структура. При создании модели она понадобится, но будет столь сложна, что окажется непригодной для восприятия. Тем не менее нужна какая-то систематизация. Поэтому модели, выполняющие одинаковые функции, придется объединить в сферы, которые явятся в то же время и «координатами» сознания. Примерный перечень сфер таков:

1. «Входы» — модели объектов среды.

2. «Выходы» — модели действий. Сюда войдут и модели настройки рецептора.

3. Чувства — модели всех перечисленных критериев, кроме последней группы дополнительных. Каждое чувство должно иметь свой отдел в сфере.

4. Модель самого себя и отношений к среде. Складывается из ощущений, получаемых с различных следящих систем — с рецепторов, воспринимающих внешнюю среду, с рецепторов «тела», дающих некоторые чувства, со следящей системы, регистрирующей переключения СУТ, то есть наблюдающей за своими действиями и моделями.

б. Комплекс моделей собеседника с его чувствами, действиями и предполагаемыми мыслями, то есть то, что реализует программу перевоплощения. Сочетание этой сферы с предыдущей составят «чувства сопереживания» — компоненты собственных чувств, вызванных чувствами собеседника.

6. Независимая координата времени. Она должна иметь свои модели и свою сферу. Ее разделы — настоящее, прошедшее, будущее.

7. Отдельная сфера для критериев вероятности, реальности, обобщенности. Это важные критерии — координаты для любой «вещественной» модели.

8. Сфера программ переключения этапов функционального акта. Ее модели осуществляют слежение за выполнением алгоритма и этапов ФА — восприятие, анализ, планирование, решение, действия.

Думаю, что не нужна отдельная сфера «речь», просто потому что модели слов будут содержаться в каждой сфере в качестве отдельного кода, наряду с моделями-образами.

Сферы в то же время предполагают определенную организацию памяти, как кратковременной, так и внешней. Но сначала поговорим о «кирпичиках» памяти — элементарных моделях. Мне представляется, что для модели данного интеллекта нужно задать «словарь слов», то есть перечень элементарных моделей — понятий, образов и слов речи — для каждой сферы, с делением их по степени обобщенности. Иначе говоря, создать иерархически построенную систему моделей. Приблизительная прикидка такой системы приведена для сферы «выходы — действия». Индекс степени обобщенности должен присутствовать в модели (рис. 42). Модель низкого уровня (детальная) следует снабдить адресом, указывающим на принадлежность ее к более высокому классу понятий.

Модель «шагать с усилием» должна включать цифры, указывающие, что это значит «идти», что это «движение», «действие». Обобщенная по классу I модель «действие» предполагает «вакантные» места для понятий следующего уровня обобщенности — как бы адреса соответствующих моделей.

 

Рис. 42. Система моделей «Выходы».

 

Таким же образом строятся системы моделей для понятия «предметы» (имеется в виду внешняя среда). В подробности сейчас я не вдаюсь просто потому, что работа над моделью только начата и все еще очень неопределенно.

Элементарные модели разной степени обобщенности составляют «словари слов» в каждой сфере. Однако основой мышления являются не «слова», а «фразы», причем «фразы» короткие, не более трех слов. «Словари фраз» могут составляться из «слов» данной сферы, например между моделями разных уровней обобщенности («движение» — «лежать», «движение» — «сидеть» или, наоборот, «идти» — «движение»). То же относится к соединению моделей-образов с моделями слов речи (образ камня и слово «камень»).

Однако самые важные «фразы» объединяют «слова», принадлежащие к разным сферам, например «предмет — чувство» или «чувство — действие». Видимо, между каждыми двумя сферами должно существовать пограничное поле, наполненное такими «фразами» поскольку связи между ними имеют одностороннюю направленность. Мало того, при связях должен еще быть «коэффициент проходимости», указывающий на степень сродства двух понятий. Можно представить себе довольно много «словарей фраз» и еще большее число возможных сочетаний «слов» во «фразах». В этом заключается вся трудность: придется ограничивать число «слов», иначе модель быстро сделается необозримой.

Внешняя память вся представлена «словарями фраз», составленными так, что на первом месте стоят наиболее употребительные, на последнем — редко встречающиеся «фразы».

Мне трудно сейчас определить состав кратковременной или оперативной памяти. В ней должны находиться модели, являющиеся «координатами» сознания. Это прежде всего модели из каждой сферы, поскольку здесь представлено слежение, осуществляемое всеми типами рецепторов. Зрение определяет «субъекта» в пространстве, «служба времени» отмечает, какое сейчас время, рецепторы «тела» говорят об ощущениях и чувствах, так же как рецепторы самого интеллекта — например следящие за переключением сознания. В оперативной памяти каждой сферы будет сколько-то активных моделей, которые получены рецепторами от объектов своего слежения. Чем более активная сфера, то есть чем более напряжен соответствующий рецептор, тем больше будет моделей, тем они будут активнее. «Старые» модели станут частью забываться, частью переводиться во внешнюю память в том случае, если они долго хранились в оперативной памяти и повторно привлекались в сознание. Другим источником моделей для оперативной памяти является память внешняя. По алгоритму ФА будут извлекаться модели — «фраза» по их первому «слову» для вспоминания, сравнения, прогнозирования. Подробности этого механизма еще не прояснились.

Расчет активности моделей в оперативной памяти является важнейшей операцией алгоритмического интеллекта, поскольку активность моделей определяет движение сознания. Параметры активности всех моделей оперативной памяти пересчитываются в каждый такт времени. Для расчета служат характеристики — статические и динамические, по типу показанных на рис. 6 и 7. Самым трудным явится расчет циркуляции энергии по связям между моделями оперативной памяти, от которого зависит их активность. Все подсознание зиждется на таком расчете. По всей вероятности, для этого придется привлекать коэффициенты проходимости связей, зафиксированные в «словарях фраз» внешней памяти. Например, если в оперативной памяти есть слово «волк» и чувство «страх», введенные из разных источников, то они будут влиять друг на друга по принципу: более активное слово — на менее активное, а степень влияния определится коэффициентом связи.

Вызов нового «слова» из внешней памяти нужно связать с сознанием, и этот вопрос остается неясным, пока не определится структура СУТ. По всей вероятности, нужна двухуровневая СУТ, какую мы уже использовали в МОДе,— «микро-СУТ» отдельно для каждой сферы и «макро-СУТ, выбирающая максимально активную сферу. Возможно, «микро-СУТ» будет дано право вызывать из памяти модели, с тем чтобы осуществлять простые ФА в подсознании.

Общий алгоритм действия АИ будет построен на функциональных актах. Все движение по местности и общение с собеседником должны представлять иерархию и сеть ФА, из которых несколько останутся незаконченными и составят содержание мыслей. Во время отдыха или движения по легкой местности «субъект» может «отвлекаться» — на воспоминания, нереальное планирование. Предметом воспоминаний будут активные модели в подсознании, способные привлечь СУТ в интервалах ФА. Утомление и скука явятся важным регулятором продолжительности однотипных действий.

Внутренняя речь будет сопровождать действия с моделями-образами. Общение по радио, а возможно, какая-нибудь иная его форма, еще требует проработки. Видимо, диалог будет представлять самостоятельные ФА, вкрапленные среди других.

Вот главные трудности на пути создания модели интеллекта:

1. Орган зрения. На сетчатке глаза миллионы рецепторных клеток и еще несколько слоев вспомогательных нейронов. Это не просто миниатюрные датчики, это их система, воспринимающая пространственную картину и выделяющая ее некоторые свойства, то есть несущая функции первичного распознавания. Воспроизвести глаз техническими средствами пока не удается. Не случайно проблема распознавания образов в кибернетике — одна из самых трудных. В предполагаемой модели АИ мы попытаемся обойти ее, сразу вводя образы в кратковременную память в цифровом выражении. Разумеется, это возможно только при очень упрощенной среде и ограниченном наборе объектов.

2. Представление мира-среды и самого себя моделями разной степени обобщенности — от детальных картин до самых общих понятий. В памяти должно быть несколько моделей одной и той же картины или ее изменений во времени. Нужен удобный механизм перехода от детальной картины к обобщенной, и наоборот. Мы предполагаем обойти эту трудность созданием нескольких дискретных уровней обобщения моделей и алгоритма перехода между ними.

3. Подсознание, изменение активности всех моделей, находящихся в памяти, взаимодействие между моделями, приторможенными СУТ, вплоть до подсознательных двигательных актов. Придется ограничить подсознание областью кратковременной памяти, выделив отдельно внешнюю память, в которой модели не будут изменять свою активность. Параллельный пересчет активности можно осуществить алгоритмически.

4. Самоорганизация. Она выражается в образовании новых связей и повышении собственной активности моделей в результате тренировки. Это качество можно воспроизвести при относительно небольшом объеме информации.

Едва ли стоит продолжать предположения и планы, касающиеся будущей модели. Все может измениться в процессе работы. Будет модель — будут и описания, а теперь нужно остановиться.

 

Заключение

 

Попытаемся подытожить основные идеи гипотезы об алгоритме разума.

Интеллект — это аппарат управления сложными системами через действия с их моделями для достижения максимума критериев оптимальности. Понятие интеллекта применимо к органам управления всех сложных систем «типа живых» — ДНК в клетке, нервная система в организме, администрация в обществе. Интеллект может быть воплощен различными материальными средствами от биологических до технических.

Типовая схема интеллекта включает обязательные элементы — рецепторы, эффекторы и «мозг», содержащий модели среды, «тела», критериев и действий.

Объектами управления интеллекта могут быть собственное «тело», внешний мир, другие разумные существа и, наконец, он сам — разум. Каждый из них представляет собственные критерии оптимальности в виде моделей с высокой активностью, содержащих компоненты универсального критерия «Приятно — Неприятно». Деятельность разума направлена на получение максимального уровня душевного комфорта (УДК), то есть максимума суммы ∑(Пр — НПр).

Основная проблема интеллекта — преодоление избыточности разнообразия внешнего мира, его восприятия множеством рецепторов, его картины во временной памяти, вариантов возможных действий. Нужно выбрать одно действие, удовлетворяющее многим критериям в настоящем и будущем. Это возможно только при использовании моделей разной обобщенности. Модели должны отражать пространственную структуру внешнего мира и своего тела, различные виды сил и энергий как внешних, так и собственных, критерии разной значимости и, наконец, изменение всего этого во времени.

Суть алгоритма интеллекта состоит в том, чтобы от множества активных моделей «входов» и критериев, с учетом их прошлого и прогноза на будущее, выбрать и активировать одну модель действий. Для этого модели должны обладать следующими параметрами:

а) сложной структурой, отражающей объекты с разной степенью обобщенности;

б) активностью (потенциалом энергии), изменяющейся по статическим и динамическим характеристикам в зависимости от энергии, получаемой по связям от рецепторов и других моделей. На этом основана кратковременная память;

в) свойством тренируемости, то есть изменением характеристик в зависимости от интенсивности и длительности предшествовавшей активности;

г) способностью образовывать новые связи между наиболее активными моделями и тренировать их при частом использовании.

Тренировка моделей и связей обеспечивает обучение, воспитание и самоорганизацию разума.

Важнейшими действиями с моделями являются: активирование новой модели от других, сравнение моделей для определения общего и различий, превращение частных моделей в обобщенную и, наоборот, развертывание обобщенной модели в набор частных.

Эффективное управление, то есть выбор действий и доведение их до цели при наличии «помех» со стороны других раздражителей среды и критериев, возможно только при реализации специального алгоритма усиления моделей наиболее значимого функционального акта и торможения всех других ФА. Такой алгоритм возможен в виде системы усиления-торможения — СУТ. При этом модельно воспроизводятся основные психологические понятия — сознание, подсознание, мысль.

Эволюция «мощности» интеллекта выражается в возрастании способности отвечать на максимальное и изменяющееся разнообразие среды действиями, спланированными и реализованными во времени так, чтобы получать максимум эффекта по многим критериям в длительные отрезки времени. Это возможно путем взаимодействия ФА разной обобщенности и направленности при возрастающем количестве и сложности моделей в памяти.

Можно условно выделить несколько ступеней эволюции интеллектов:

Первая — жесткий автомат. Структурно это прямая связь: рецептор —> усилитель —> эффектор. Функционально: признак в среде —> действие. Критерии заложены в структуре связей и специфике рецептора. ФА короткий, без обратных связей, с блокировкой до окончания действия.

Вторая — сложный многопрограммный автомат. В структуре — несколько рецепторов и эффекторов. Разум представлен сложной системой коммуникаций, включающей обратные связи, усилители, блокировку, торможение. Функция выражается в способности выделять несколько видов признаков и в зависимости от набора включать один из нескольких ФА, состоящих из последовательности действий, выполняемых под контролем обратных связей, при блокировке всех других ФА. Алгоритм реализован в клетках и технике.

Третья — разум животных, не имеющих коры головного мозга. Он похож на сложный автомат. Отличие: много рецепторов, вероятностное распознавание — выбор моделей из постоянной памяти, включение моделей действий в зависимости от критериев состояния внутренней среды. От них же могут включаться «ФА поиска». Ограниченное обучение реализуется за счет избирательной тренировки нейронов, избыточных их связей и мышц. Выделение самого значимого ФА обеспечивается торможением, блокировкой всех других, но при этом возможно слежение за средой для экстренного переключения на другой ФА.

Четвертая — разум млекопитающих, представленный корой головного мозга, этажом над подкоркой. Кора состоит из большого числа нейронов с удлиненными характеристиками, обеспечивающими сложные модели в памяти с разной степенью обобщенности. Функционируют СУТ, элементарное сознание, система критериев, представлены все этапы ФА, включая короткое прогнозирование и планирование. Обучение достигается между нейронами. Возможно случайное творчество через запоминание удачных проб, заложенных в «ФА поиска». Специальной дрессировкой (тренировкой) человек может привить животному простейшие «убеждения».

Пятая — разум человека. Его преимущества, видимо, объясняются большим количеством нейронов «новой коры» с удлиненными характеристиками и повышенной тренируемостью. Это привело к созданию сложных моделей, большому объему памяти и высокой собственной активности новых моделей, достигаемой упражнением. Отсюда все следствия: обобщенные модели, охватывающие большие участки пространства и интервалы времени, речь, через нее — воспитание и обучение, и в частности самоорганизация и формирование убеждений — активных речевых моделей поведения. Высокий уровень сознания выражается в слежении за мыслями, перевоплощении, овладении «нереальным планированием» — мечтами, искусством. Творчество и труд, как создание новых моделей и их физическое воплощение, являются алгоритмом развертывания обобщенных моделей задачи в детальные и считывания их действиями.

Шестая — искусственный интеллект выше уровня человека. Если не принимать во внимание трудности технологии, то можно предположить моделирование человеческого разума с увеличением его собственной памяти и созданием нового типа памяти внешней в виде количественных действующих моделей, призванных дополнить библиотеки из книг. Это расширит возможности творчества и самопознания, что и явится самым главным продуктом интеллекта.

* * * * * *

Чувствую, что книга вышла несовершенной. В ней нет ссылок и цитат, мало имен авторитетов, которые должны подкрепить высказывания автора. Мне не хотелось перегружать изложение нарочитой «научностью», чтобы не отвлекать внимание от основной идеи. Тем более что книга рассчитана на читателей очень разных специальностей — от инженеров до врачей. В конце концов я хотел лишь представить новый подход к пониманию механизмов психики — не от физиологического анализа, а от кибернетического синтеза. К сожалению, такой подход имеет важный недостаток: истину нужно доказывать работающей моделью. Пока ее нет, все построения висят в воздухе.

Может быть, не следовало торопиться писать. Подождать, пока будет модель. Но, ох как медленно они делаются, модели! Поэтому прошу рассматривать эту книгу как гипотезу. Они ведь тоже иногда приносят пользу.

 

 

Список литературы

 

1. Амосов Н. М. Моделирование мышления и психики.— Киев, 1965.

2. Амосов Н. М. Моделирование процессов мышления.— Кибер нетика, 1968, № 2.

3. Амосов Н. М. Искусственный разум.— Киев, 1969.

4. Амосов Н. М., Касаткин А. М., Касаткина Л. М., Талаев С. А. Автоматы и разумное поведение: Опыт моделирования.— Киев, 1973.

5. Виноград Т. Программа, понимающая естественный язык.— М., 1976.

6. Касаткина Л. М., Касаткин А. Эвристическая модель поведения.— В кн.: Некоторые проблемы биокибернетики... Киев, 1966, вып. 2, с. 21—36.

7. Мак-Каллох У. Надежность биологических систем.— В кн.: Самоорганизующиеся системы. М., 1964, с. 358—378.

8. Минский М., Пейперт С. Персептроны.— М., 1971.

9. Сутро Л., Киллмер У. Совокупность решающих устройств для управления роботом.— В кн.: Интегр. роботы. М., 1973, с. 112—163.

10. Нильсон Н. Искусственный интеллект.— М., 1973.

11. 11. Сэмюэль А. Некоторые исследования возможности обучения машин на примере игры в шашки.— В кн.: Вычислительные машины и мышление. М., 1967, с. 71—112.

12. Ньюэл.., Саймон Г. GPS — программа, моделирующая процесс человеческого мышления.— Там же, с. 283—301.

13. Шенк Р., Абельсон Р. Сценарий, планы и знание.— В кн.: Тр. IV Междунар. объед. конф. по ИИ. М., 1975, с. 208—220.

14. Файкс Р., Нильсон Я. Система STRIPS...— В кн.: Интегр. роботы. М., 1973, с. 382—403.

15. Hewitt С. PLANNER language for proving Theorems in Robots.—In: Int. joint. conf. Art., Intel. Wash., 1969, p. 295—301.

16. Hewitt C. Procedural Imbedding of Knowlege in PLANNER.— In: Second Int. joint. conf. Art. Intel. L. 1971, p. 167—182.

17. Robinson J. A. The generalized resolution principle. N.-Y., 1968, 3, p. 77—94.