Текст книги "Знакомьтесь - роботы!"

Автор книги: Арон Кобринский

Соавторы: Иван Артоболевский
сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 17 страниц)

Железный интеллект

Еще о механизмах интеллекта

Помните девушку, которая пришла с приятелем в компанию? Помните, как она быстро ориентировалась в многолюдном обществе, здоровалась со знакомыми, узнавала мало знакомых, почти забытых, о которых уже давно даже не вспоминала, и знакомилась с чужими ей людьми?

Как это ей удавалось так быстро и уверенно отличать мало знакомых от совершенно чужих? По каким таким признакам?

Как-то один ученый "средней известности" на следующий день после 10-минутного выступления в программе телевидения зашел в овощной магазин по соседству с домом. Он заходил в этот магазин и раньше, но не настолько часто, чтобы приобрести там какую-либо особую популярность. Тем не менее продавщица, отвесив ему полкилограмма изюма, заметила: "А вчера вы были в галстуке". На недоуменный вопрос: "А где я был вчера?" – она ответила: "Вы вчера выступали по телевизору перед очень интересным фильмом. Мы по ошибке включили телевизор на 15 минут раньше времени".

Как девушка из компании, продавщица из овощного магазина, как вы сами узнаете почти незнакомых людей, с которыми встречались где-то, когда-то, подчас, один-два раза в жизни? Вы не можете вспомнить имени, отчества или фамилии, обстоятельств, при которых произошла встреча, но одно вам ясно этого человека вы видели.

Конечно же, вы его узнали не по форме головы, не по цвету глаз, не по размерам мочек ушей. Об этих подробностях, каждой по отдельности и всех в совокупности, у вас сохранились самые смутные представления, но их оказалось достаточно, чтобы уверенно сказать:– «Я его видел, хотя понятия не имею, где именно», не умея объяснить, на чем зиждется такая уверенность. Оказывается, это действует механизм интеллекта, выполняющий задачу распознавания образов. Его возможности удивительны. Вы распознаете знакомого человека на расстоянии, на котором не можете видеть его лица, распознаете по походке, по позе, по звукам голоса. Различаете двух собак одной породы, вареную колбасу разных сортов, умеете прочитать письмо, написанное каракулями или очень неразборчивой скорописью, причем все это делаете очень быстро.

Процесс распознавания занимает доли секунды, он реализуется буквально на ходу. Можете двигаться вы или распознаваемый предмет, объект, прохожий – все равно взгляд почти сразу отличает знакомое от незнакомого, видит, чем отличается одно незнакомое от другого. Естественный механизм распознавания действует непрерывно; человек, хочет он того или нет, непрерывно его тренирует – это один из важнейших механизмов интеллекта, который активно используется человеком в процессе трудовой деятельности.

Когда вы посылаете в магазин за кефиром десятилетнего джентльмена, он крайне раздраженно реагирует на любые попытки подать ему полезный совет на тему, как наилучшим образом выполнить это поручение.

Он все знает сам и сам спланирует, что и как ему нужно сделать. Он знает, что, спускаясь по лестнице, нельзя прыгать через две ступеньки, поскольку можно разбить пустые бутылки и порезаться, что, переходя улицу, нужно дождаться разрешающего сигнала светофора и смотреть сначала налево, а потом направо, что нужно сначала сдать порожнюю посуду, а сдачу проверять, не отходя от кассы. Ему достаточно получить задание – все дальнейшие движения и действия он спланирует сам, первый раз, может быть, похуже, а в последующие – лучше; и траектории этих движений, и моменты остановок, и усилия, необходимые, чтобы нести пустые бутылки и бутылки с кефиром.

Он сам примет решение, в какую кассу стать, где короче очередь, решит, пройти ли мимо газетного киоска, где выставлены новые марки для коллекции, или сразу пересечь улицу и поглядеть на витрины книжного магазина, – одним словом, всю гигантскую программу 15-20-минутного трудового процесса он разработает "вдвоем" со своим "механизмом планирования и принятия решений" – другим важным механизмом интеллекта. Ему ведь уже десять лет. Он уже три года учится в школе, он ходит сам через улицу, он умеет читать и считать и иногда спускается по лестнице, не прыгая сразу через две ступеньки, он самостоятельно с утра до вечера принимает множество самых разных, важных решений, начиная с того, вставать ли сразу, когда его будят, или попытаться еще немножко поваляться в кровати.

Да, но ведь поручение сходить за кефиром он получил впервые. Что помогает ему спланировать программу выполнения этого задания? Ведь если попытаться представить себе, какую массу разных движений и действий ему придется выполнить, какое множество решений принять, то даже такое кажущееся простым задание будет выглядеть как чрезвычайно сложное, а короткое указание "Сходи, пожалуйста, за кефиром" предстанет лишь как смутный намек на то, что же в действительности нужно джентльмену сделать!

Возбужденный карапуз на полной скорости семенит в воду по отлогому берегу озера.

Обеспокоенная его смелостью мать кричит: "Федя, не лезь в озеро, вода еще очень холодная!"

В ответ слышится восторженный вопль: "Ничего, мама, не бойся, она уже остыла!"

Мама и весь берег расцветают улыбками. Почему?

Да потому, что всем все понятно. Понятно, что мальчик ошибся, сказал не то, что думал; понятно, что он думал сказать; и даже понятно, почему он сказал не то, что хотел. И каждый из тех, кто был на берегу, видел, что не только он, но и все другие все поняли.

А вы? Мы уверены, что вы тоже все поняли. Ведь вы по сравнению с карапузом прошли уже больший отрезок жизненного пути, не однажды пробовали слишком горячую кашу, дотрагивались до горячей кастрюли, вас не раз учили не трогать утюг.

Забавное происшествие на берегу мгновенно всколыхнуло вашу память и по ассоциации вызвало ряд чем-то похожих воспоминаний и представлений, как-то отражающих ваш личный опыт общения с горячими и холодными предметами и средами. И то, что весь берег расцвел улыбками, вас нисколько не удивило. Каждый в свое время обжигался горячей кашей и испытывал удовольствие от купанья в холодной воде. Вот и неудивительно, что всем все ясно!

В то самое время, когда вы в уме объясняете себе, почему вам и всем на берегу все понятно, действует еще один механизм человеческого интеллекта механизм так называемой ассоциативной памяти, который выстраивает неупорядоченные смутные кадры, вызванные из памяти диалогом мамы с карапузом, в стройную понятную "короткометражку".

Кстати, вы поняли, что мы имели в виду, говоря "берег расцвел улыбками"? Как это берег может расцвести? И вообще, как это можно цвести улыбкой?

Не один читатель, наверное, в этом месте поморщился: что, мол, за вольности такие, какая литературная отсебятина ученых мужей. И действительно, это предложение, если пытаться прочитать его прямолинейно, формально (вы понимаете, что мы имеем в виду), дает очень смутное представление о береге озера в летнее утро, о многочисленных свидетелях короткого диалога. Поморщился, но понял! Потому что действуют обычные механизмы интеллекта, обусловливающие образность, выразительность, краткость речи в общении людей между собой. В том числе механизмы распознавания образов, планирования и принятия решений, ассоциативной памяти.

То, что мы так четко их перечислили, не должно вас путать. Это не три отдельных механизма, это просто еще три грани человеческого разума, управляющего всеми нашими движениями, действиями и поступками, еще три функции человеческого мозга – материальной основы разума.

Вероятно, они всегда действуют совместно. Девушка, смутно распознавая знакомого, вынуждена покопаться в памяти, принять решение (да, я его знаю!) и спланировать свое поведение, встретив его взгляд, – приветливо улыбнуться. И всю эту процедуру, которая в действительности заняла время меньшее, чем нужно, чтобы прочитать этот абзац, конечно, нельзя разбить на сколько-нибудь четкие этапы.

Изучением механизмов интеллекта занимается психология – наука о функциях мозга, связанных с психической деятельностью человека, с ощущениями и восприятиями им явлений внешнего мира, с формированием представлений, с процессами мышления.

Это как раз тот самый круг вопросов, который нас сейчас интересует. Так вот, если вы спросите у психолога: как удавалось молодой девушке и юному джентльмену решать задачи распознавания, планирования, принятия решения? какими приемами и методами они при этом пользовались? – он, не задумываясь, ответит: эвристическими.

"Эврика!" – воскликнули: Архимед, открыв свой закон; "Молодая гвардия", придумав название для серии книг о науке в пестрых обложках, и многие другие открыватели и изобретатели.

Эвристика – красивое греческое слово, в переводе означающее "нахождение". Как видите, если это слово использовать в его точном значении, то ответ психолога нам может показаться несколько странным. Получается, что девушка и джентльмен решали все эти задачи, находя их решения? Но, наверное, вы уже догадываетесь, что это слово может иметь другое, не такое точное значение, может характеризовать другое понятие смутно очерченное, но понятное человеку, который натренирован в непрерывном жонглировании такими понятиями.

С четверть века тому назад, в самый разгар "кибернетической горячки", складывалось мнение о том, что создание мыслящих машин – дело близкого будущего. Именно тогда были сформулированы задачи программирования перевода с одного языка на другой, распознавания образов, доказательств теорем, игр в шашки и шахматы и др. Другими словами, были сформулированы задачи программирования таких процессов, которые ранее относили к категории чисто человеческих, интеллектуальных, творческих. Дело не ограничилось только формулированием подобных задач; были предложены новые подходы и идеи решения этих задач, получены первые интересные результаты.

Однако затем темп продвижения вперед резко замедлился. Машинный перевод с языка на язык возможен, но он пока груб и неточен, требует человеческого редактирования. Стихи, сочиненные машиной, не представляют художественной ценности. А что касается, например, того, чтобы создать программу, которая могла бы отличить Азу Лихитченко от Евгения Суслова – дикторов телевидения, обычно ведущих программу "Время", то об этом не было речи 25 лет назад, не заикаются об этом сегодня, и вряд ли это будет возможно в обозримом будущем.

Почему так затормозилось создание "настоящего" искусственного разума? Совсем не потому, что человек принципиально не может проникнуть в тайны собственного мозга, а проникнув в них, никогда не сумеет описать эти разгаданные тайны, достаточно глубоко изучить тот или иной механизм интеллекта, построить его модель, воспроизвести его действие! Ведь мы точно знаем, что границ человеческому познанию нет!

Вы, наверное, пробовали заглядывать внутрь телевизора, туда, где расположены все его коммуникации. Сотни проводов и проволочек в самых различных сочетаниях и переплетениях соединяют десятки электронных ламп и сотни других элементов, образуя сложнейшую перепутаницу, в которой неопытный взгляд не может обнаружить никакой закономерности, никакого смысла.

А теперь представьте себе, что размеры ящика, в котором помещается прибор, в десятки раз уменьшены, число его элементов вместо нескольких сотен штук достигает десятков миллиардов, количество проводов, проволочек и паек исчисляется тысячами миллиардов; причем все они окрашены в одинаковый цвет и разглядеть их можно только через микроскоп. Добавьте к этому, что никто вам не может точно сказать, с чем вы имеете дело: с телевизором, с вычислительным автоматом, с генератором идей и изобретений или с прибором для сочинения стихов или заявлений.

Учтите также, что ни в одной книжке (даже из числа тех, в которых, как дважды два – четыре, ясно доказано, что машина умнее человека) вы не найдете самого слабого намека на монтажную схему этого устройства (не говоря уже о том, что ни один владелец, как бы хорошо он к вам ни относился, ни за что не позволит вам его вскрыть из чистого любопытства).

Вот, примерно, те трудности, что возникают перед учеными, изучающими мозг человека, его нервную систему.

Не тонкий череп, а глухая стена противостоит каждой попытке продвинуться вперед. А если удается с превеликими трудами попытка на каком-то участке пробиться сквозь нее, то за этой стеной оказывается совсем небольшое свободное пространство, а за ним еще более глухая стена. Вот почему дело так медленно движется вперед!

Но движется! Одним из действенных инструментов этого продвижения являются эвристические методы. В их основе – глубокое изучение внешних проявлений интеллектуальной деятельности человека, наблюдение за тем, как он решает те или иные задачи, какие общие закономерности при этом действуют, попытки описать, пусть приблизительно, грубо, эти закономерности, применить их для решения самых простых задач, включающих самые элементарные интеллектуальные процедуры.

До понимания и тем более моделирования более сложных механизмов дело пока не дошло. Современная эвристика не говорит ни слова о постановке разумных целей и задач, о мотивах и движущих силах тех или иных действий и движений. Считается, что на одном из высших уровней смутные намерения, нечетко очерченные пожелания, вроде такого: "Что бы такое нужное мне сейчас сделать?" – превращаются (непонятно как!) в четко сформулированную задачу: "Надо взять заготовку, установить ее на станок, включить станок и т. д. и т. п.". А кроме того, считаются заданными все необходимые условия ее решения. Этих условий много, они все разные и определяются тем, насколько хорошо или плохо организована среда, в пределах которой задача должна быть решена, какие дополнительные действия и движения надо совершить, прежде чем перейти к ее непосредственному решению, и как их совершить наилучшим, как говорят, оптимальным образом.

Оптимизация

Некогда жареные пирожки продавались в булочных. Там они горячими хранились в большом металлическом оцинкованном ящике. Пять копеек пара пирожков – такова была цена невыразимого наслаждения. Но, как известно, счастье никогда не бывает полным, даже если вам ужасно повезло и вы стали обладателем пятака.

Целый пятак! Вот повезло так повезло! Зажав его в кулак, вы галопом мчитесь в булочную. Однако по мере приближения к цели возникает и начинает разрастаться проблема выбора. Внутрь вы входите медленным шагом и не спеша становитесь в короткую очередь, которая движется слишком быстро, не оставляя времени для размышлений.

Все дело в том, что в те времена пирожки имелись в широком ассортименте: с мясом и с повидлом, с капустой и с яблоками, с рисом и с творогом. Они были горячие и очень красивые, а главное, у кого бы из друзей ни спросили: "Какой пирожок вкуснее?" – ответ был всегда один и тот же: "Все вкуснее!" А за пять копеек можно получить лишь одну пару.

Конечно, если бы пятаки выдавались по желанию, то все было бы просто; а так, по внешнему виду, по запаху, по тому удовольствию, с каким их едят многочисленные счастливцы, или, наконец, по собственным отрывочным воспоминаниям, сохранившимся с давних пор (неделя, или месяц, или год прошел – не вспомнить!), этого вопроса не решить.

"Какой жадный мальчик! Никак не может расстаться с монетой", раздается сзади брюзжащий голос.

Если бы сзади стоял кто-нибудь из тех, кто любит при каждом случае подавать советы, то он бы сказал: "Что ты задумался, мальчик? Купи шесть пирожков, по одному пирожку каждого сорта, попробуй их, и все будет ясно!" Откуда ему было знать, что за монетка была зажата в кулаке и при каких обстоятельствах она мальчику досталась. Он ничего этого не знал, и ему очень просто было советовать.

Вот если бы в очереди нашелся кибернетик, то он сразу бы понял, в чем дело. Он бы всем объяснил, что мальчик решает очень сложную задачу задачу оптимизации, выбора наилучшего набора пирожков из множества возможных вариантов, или, как он сказал бы, альтернатив.

Он бы растолковал очереди, что число альтернатив в данном случае зависит от ассортимента пирожков и от того, сколько штук собирается купить мальчик. И, пошевелив губами и прикрыв на минуту глаза, быстро и точно подсчитал бы, что если мальчик собирается купить шесть пирожков, а пирожки продаются шести сортов, то получается больше четырехсот альтернатив. И даже если мальчик собирается купить всего лишь пару пирожков, то и тогда ему предстоит рассмотреть двадцать один вариант такой покупки.

Отсюда ясно, он бы сказал, что предложение предыдущего оратора – купить сразу шесть пирожков – вроде бы формально является надежным способом нахождения оптимального решения, но поскольку требует полного перебора, то оказывается практически неприемлемым в силу большого числа альтернатив.

Затем он успокоил бы очередь, сказав, что для отыскания оптимальных решений существуют специальные методы математического программирования, и, погладив мальчика по голове (чего обычно мальчики не любят), посоветовал бы ему хорошо учиться и стать кибернетиком. Но, предупредил бы он очередь, применять эти методы можно, только если известна строгая постановка задачи. А строгая постановка включает очень много: нужно точно знать так называемую целевую функцию, знать набор переменных, по которым строится эта функция, знать ограничения, наложенные на эти переменные. Он лично в качестве набора переменных назначил бы весь ассортимент пирожков. Если бы, скажем, в ящике оказалось в наличии всего лишь два пирожка с повидлом и пусть сколько угодно остальных, то, с его точки зрения, это было бы примером серьезного ограничения, наложенного на одну из переменных. Ограничения также могли бы возникнуть при нехватке мелких денег, но этот вариант он не рассматривает.

Сложнее всего, ему кажется, обстоит дело с формированием целевой функции, которая должна строго оговаривать, как мальчик оценивает достоинства различных пирожков и зачем хочет их приобрести. К сожалению, он, кибернетик, этого как раз не знает, об этом надо спросить непосредственно мальчика.

Что касается его лично, то он решил эту задачу оптимизации для себя еще до того, как стал кибернетиком. Лично он ест только пирожки с повидлом и уверен, что три пирожка являются для каждого интеллигентного человека оптимальным вариантом (многократно проверенным) в тех случаях, когда целевая функция характеризует желание легко перекусить на ходу.

Если бы в очереди за пирожками стоял кибернетик, то он, вероятно, мог бы рассказать еще много интересного о задачах оптимизации. Но в те годы совершенно не было кибернетиков. А в очереди стоял просто старый брюзга, который, остро завидуя аппетиту и возрасту мальчика, повторил: "Какой жадный! Цепляется за свою монетку!"

Каждый человек по одинаковым правилам решает задачи по алгебре и геометрии, физике и химии, все другие задачи, для решения которых существуют формальные правила, конечно, при условии, что его учили этим правилам и он их хорошо помнит и понимает. Однако задачи, для решения которых есть правила, – это капля в море тех задач, какие приходится решать людям, не имея четких правил и руководств, в том числе задач, связанных с поиском оптимальных решений. Эти задачи каждый человек решает по-своему, руководствуясь своими собственными критериями оптимальности либо критериями, подсказанными ему коллективом, обществом, решает по-человечески, эвристически.

Это означает, что к решению задач привлекаются интуитивные соображения, опирающиеся на предшествующий опыт решения в чем-то сходных задач, на аналогии и не вполне осознанные ассоциации, являющиеся продуктом деятельности механизмов интеллекта, на объективные и субъективные оценки и критерии "затрат" и "выигрышей".

Человек изо всех сил "шевелит мозгами", решая интеллектуальные задачи самого различного характера. Писатель, поэт и драматург, ученый, политик и дипломат, инженер, конструктор и технолог, редактор и модельер готового платья, одним словом, все, кто числится лицами умственного труда, стремятся выполнить свою работу оптимально, решают задачи оптимизации. А результат?

Каждый знает, насколько отличаются результаты деятельности разных людей при решении одних и тех же задач. Это потому, что "продукт" деятельности механизмов интеллекта сильно зависит от собственных свойств этих механизмов. Обычно их оценивают такими понятиями, как способность, талантливость, гениальность, изобретательность, инициативность, трудоспособность. Таких оценок множество, и сочетаются они каждый раз в таких различных пропорциях, что было бы очень странно, если бы вы в точности походили на вашего папу или кого-нибудь другого из четырех миллиардов человек, населяющих нашу планету. В силу этих удивительных свойств сын простого рыбака М. Ломоносов стал первым президентом Российской академии наук, Моцарт в пятилетнем возрасте сочинял музыку, а император Нерон, достав спички из кармана тоги, сжег, как говорят, свой родной город.

Что же касается критериев оптимальности, то и они применительно к деятельности человека могут формироваться самым различным образом. Наверное, про такие критерии оптимальности сочинена поговорка: "На вкус и на цвет товарища нет".

Кстати, чисто случайно мы знаем, какой набор пирожков выбрал мальчик, и можем объяснить, почему он его выбрал. Опыт научил его оценивать пищевые ощущения двумя критериями: сытно и вкусно; опыт и интеллект научили его понимать, что первый из этих критериев является решающим и в угоду ему надо жертвовать вторым. Проблема выбора его волновала чисто абстрактно, так, как может волновать владельца старого велосипеда нереальная мечта о новом автомобиле. Мальчик был рационалистом, он знал, что съест два пирожка с мясом, но ни старый брюзга, ни кибернетик не могли помешать ему на некоторое время стать мечтателем и заняться проблемой выбора.

Задачи оптимизации решают люди, они учат и машины решать эти задачи. Среди множества таких задач отдельное место занимают задачи оптимального управления, в том числе управления движением. Последние по понятным причинам интересуют робототехников в первую очередь. Особенность таких задач состоит в том, что время, которое отпускается для их решения, ограничено. Как правило, за пределами этого времени самое хорошее решение теряет смысл.