Текст книги "Алгоритмы разума"

Автор книги: Николай Амосов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 17 страниц)

«Круги» восприятия

В предыдущем описании ФА был предложен наиболее легкий процесс распознавания моделей – по полному совпадению с эталонами. В действительности это не так. Сложные структуры, воспринятые рецепторами и запечатленные в кратковременной памяти как первичная модель, почти никогда не имеют во внешней памяти точного аналога. Поэтому распознавание всегда носит вероятностный характер. Модель объекта представлена в нескольких кадрах, в которых запечатлены его образы с разной степенью обобщенности и некоторое количество деталей. Сравнение идет по нисходящей – от самых обобщенных моделей до подробностей. При этом требуются усилия – стимулы, поскольку нужно вызывать из памяти все новые модели – эталоны. Усилия утомляют, накапливаются «тормозы», стимулы любознательности ограничены, поэтому сравнение идет только до уравнивания стимулов и «тормозов». При этом не достигается полное распознавание объекта со всеми его качествами, а происходит лишь приблизительное опознание. Как уже говорилось, есть механизм (программа) учета степени вероятности. Этот показатель представляет «вход» для любознательности, так как всякое нераспознанное – в целом или в частностях – является новым и интригующим. Во внешней памяти у развитого интеллекта есть множество вариантов объектов с разным набором деталей, имеющих равное значение для разных целей. Поэтому возможно запоминание нескольких вариантов «своих моделей», соответствующих «первичной модели» с разной степенью вероятности.

Какая точность нужна. И все ли необходимые для ФА детали содержатся в первичной модели.

Точность – это детали и качества. Некоторые из них являются значимыми качествами-критериями. Именно они воздействуют на центр потребности, определяют величину возможной «платы», которую представляет объект. Пример: зеленое или спелое яблоко – качество степени съедобности, в разной мере значимое для сытого и голодного человека. Его нужно точно распознать. Отсюда следует, что предел необходимой точности исследования и распознавания определяет задачу поиска качеств, значимых для данной потребности. Для удовлетворения любознательности достаточны новизна и точность сами по себе (скажем, рябина, а не калина). Для специальных потребностей нужны «избранные» детали. При первом нецеленаправленном осмотре их можно и не заметить.

Итак, первый «круг» восприятия и распознавания действует за счет стимула любознательности и дает нам приблизительную «первичную модель», которая выявляет вероятностное совпадение с не очень подробными моделями-эталонами. Второй пункт анализа как этапа ФА направлен на определение ценности объекта для удовлетворения специальной потребности и выдвигает новые задачи. Степень точности модели может оказаться недостаточной, потому что специальная потребность (чувство) предусматривает некоторые значимые для нее детали. Как только ориентировочно, по неточным моделям, определяется ценность объекта, сразу же начинается второй «круг» – целенаправленное исследование его. Возбуждение специфической потребности («голод») при восприятии объекта вызывает добавочное действие после Д₄. Оно состоит в том, что из внешней памяти по связям (адресам) потребности вызываются детали, которыми должен обладать объект, чтобы удовлетворить «голод». Во временную память вводятся «фразы» вариантов объекта, в разной степени ценных как «плата». С ними сравнивается имеющаяся уже первичная модель и обнаруживается, во-первых, ее недостаточно а во-вторых, выявляются нужные детали, которые следует поискать в объекте, чтобы повысить вероятность «платы». Для этого включается новое действие – настройка рецептора с целью специального поиска нужной детали. В результате исследования появляется «усовершенствованная» первичная модель, которая снова подвергается анализу. Распознавание определяет, есть ли в ней искомая деталь, и если таковой нет, это понижает «ценность» объекта как «платы», что сказывается на последующем перерасчете чувств и стимулов. Модель цели на следующем этапе тоже может измениться, поскольку изменилась первичная модель.

Прогнозирование и определение динамики

Эти термины относятся к анализу, мы их опустили для простоты в описании ФА, предположив, что объект и среда совершенно статичны. В действительности же интеллект имеет дело с динамикой. Факт динамичности устанавливается глазом человека при первом восприятии, когда за доли секунды он определяет «первую производную» изменений положения или структуры объекта. Для алгоритмического интеллекта, возможно, понадобятся две первичные модели вместо одной и автоматический механизм их сравнения для определения динамики.

Однако и неподвижные в данный момент объекты необязательно неизменны в продолжение тех отрезков времени, в которых проектируется ФА. Поэтому динамика, прогнозирование изменения объекта, является непременным действием анализа. Ее необходимость выявляется при распознавании: уже тогда, когда первичная модель заменяется, «переписывается» вторичной, в ней заложена возможность и вероятность динамики. Динамичность маркируется особой «буквой».

Прогнозирование состоит в том, что модель объекта представляется «словом» «фразы», в которой записана вероятная последовательность изменения структуры объекта или его пространственного положения в среде. Соответствующие «фразы» хранятся во внешней памяти и вызываются в кратковременную память специальным действием. Я не буду вводить дополнительные обозначения, поскольку они недопустимо усложняют схему. Распознавание будущего по «фразе» динамики носит вероятностный характер и состоит в определении промежуточных и конечного состояний объектов – в виде его новой модели, которую и нужно оценить с позиции значимости как «платы». Это не так просто.

Динамика и прогнозирование сталкивают нас с новым фактором, новой переменной – временем. При описании простейшего ФА мы не учитывали время. На самом же деле, оценивая динамику объекта, интеллект определяет время, в течение которого объект сохраняет значимость в качестве «платы», удовлетворяющей потребность. Пример: зеленая ягода. Поскольку сейчас она в пищу не годится, ФА не состоится. Другой пример: автомашина идет по дороге, которую нужно перейти. Она представляет угрозу, оценка уровня которой прямо определяется динамикой и расстоянием до автомашины. «Плата» обычно ожидается только в будущем, но она уже сейчас определяет действия. Как уже говорилось, любой развитый интеллект всегда работает на будущее. Но ценность объекта в будущем и сейчас не одинакова, и, следовательно, не одинаково его значение как стимула действий.

Для расчета динамических систем введено понятие «реальность будущего». Это очень важное понятие для любого интеллекта. Мы его разлагаем на два компонента: вероятность будущего события и «коэффициент будущего». Уже на этапе анализа реальность вводится в расчет для определения величины «платы», а следовательно, и стимула. В Д₅ нужно ввести поправку для динамических систем: умножить стимул на «коэффициент реальности», полученный как произведение вероятности будущего события и значимости будущего – «коэффициента времени», рассчитанного по кривой, показанной на рис. 27. Стимул может оказаться существенно меньше или даже исчезнуть совсем.

В этапе «планирование» время присутствует постоянно. Модель цели учитывает динамику объекта («где и когда его можно взять.», «в каком он будет состоянии.» и обязательно – «сколько для этого потребуется времени.»).

Д₇ – модель движений для достижения цели – полностью зависит от времени. Здесь выступает тесная связь времени и сложности действий. Простые движения быстры, сложная последовательность их напротив, продолжительна. Не будем пока говорить о том, как планируются сложные движения, ограничимся констатацией того факта, что они требуют определенного времени для своего выполнения. Следовательно, они отдаляют получение «платы», уменьшают «коэффициент будущего», увеличивают усилия и связанное с ним утомление. Все это сказывается на Д₉ – пересчете стимулов после планирования.

Планирование всегда является прогнозированием, следовательно, оно вероятностно. Этот фактор присутствует в планах. Степень вероятности достижения цели в результате действий оценивается по подробности исходной модели объекта и по наличию в памяти соответствующих моделей, полученных из предыдущего опыта. Эти модели-«фразы» извлекаются из постоянной памяти в то время, когда рассчитывается последовательность движений и их результат – как «фразы» плана. Результат характеризуется определенной вероятностью.

При этом может оказаться, что исходная модель объекта снова была недостаточно полной. Одно дело – модель распознавания и модель для оценки и другое дело – модель для воздействия на объект. «Фразы» действий могут потребовать новых деталей, а для этого понадобится новый, третий, «круг» исследования – снова настройка рецептора на искомую деталь, снова ее восприятие, новая первичная модель и анализ – уже с позиций выполнения действий.

Итак, при Д₉ – пересчете стимулов – учитывается поправка на реальность достижения цели как функцию вероятности и требуемого времени. Нужно помнить, что само планирование несет с собой утомление, как всякое однообразное действие; это ограничивает его продолжительность и заставляет скорее переходить к решению, не добиваясь стопроцентной вероятности результата при расчете получения «платы».

Иерархия функциональных актов

Юноша пять лет учился в институте – это ФА продолжительностью в пять лет, который он планировал на такое время, исходя из существующих правил обучения. У него была цель – получить высшее образование для работы, призванной в свою очередь удовлетворить набор потребностей, существующих к моменту поступления. Этот длинный ФА будет разделен на пять более коротких – по годам учения, те – на еще более короткие – семестры и т.д., вплоть до уроков и заданий на завтра. Такая совокупность ФА разной продолжительности и разных частных целей при одной общей – окончании института – представляет иерархию ФА. Вся жизнь человека состоит из подобных сложных ФА, направленных на удовлетворение различных потребностей и рассчитанных на неодинаковую продолжительность. Подчиненные ФА выступают при этом в двух образах – как самостоятельные и как компоненты главного.

Так мы подошли к применению принципа обобщенности к ФА. Обобщение модели относилось к моделированию внешнего мира: обобщенная структура из крупных блоков, обобщение повторяющихся объектов во времени или по этапам исследования, «буква обобщенности» как маркировка этого вида действия с моделями, даже если оно происходит автоматически в результате процесса забывания незначащих деталей.

Действия, как сокращения мышц и как операции с моделями в смысле вызова их из постоянной памяти, сравнения, прогнозирования, представлены в интеллекте моделями. Следовательно, они тоже могут обобщаться.

Обобщенные модели можно себе представить как «неясные», или «крупноблочные», без деталей, но имеющие «букву обобщенности». Она указывает, что модель получена путем действия с множеством моделей, а не через восприятие рецепторами с плохой настройкой. «Буква обобщенности» такая же, как «буква настройки рецептора», обе они показывают, как получена соответствующая модель. Обобщенная модель всегда известна, то есть имеет связи с другими моделями. Если нам нужно вообразить «собаку вообще», мы представляем какую-нибудь одну из множества виденных собак, обычно не очень ясно. Обобщенный образ собаки проявляется, когда мы пытаемся ее нарисовать, а не просто вспомнить. Он же проступает скрыто, неявно при распознавании конкретной собаки. Явная обобщенность выступает в интеллекте только через речь. Об этом еще будет разговор.

По такому же принципу возможно обобщение модели действия. Например, действие «взять» состоит из набора нескольких конкретных движений, изменяющихся в зависимости от объекта деятельности, но имеющих нечто общее – фиксацию предмета и перенесение его к субъекту. В конкретном выражении это проявляется двояко: или в работе некоторых мышц, принимающих участие во всех реализациях действия «взять», или в зрительном образе объектов, фиксированных рукой и перенесенных ближе к себе. Обобщенное действие «учиться» представить труднее, потому что оно составлено из очень разнообразных конкретных действий. Их круг расширяется по мере развития ребенка. Обобщение происходит после появления ряда моделей, имеющих общие «буквы».

Обобщенный ФА становится возможным только при развитии памяти и программы обобщения. Его условием является способность запоминать длительные периоды времени с возможностью повторения моделей и последовательного сравнения их с целью обобщения. Так получаются «фразы», охватывающие периоды времени. Как говорилось, структуры «фраз» таковы, что сами по себе они не длинны, а удлинение периодов времени достигается обобщением и созданием иерархии «фраз», расшифровывающих обобщенную модель новой короткой «фразой».

Обобщение изменений среды во времени, тем не менее, не исключает ее оценки как «платы», направленной на удовлетворение потребности. В результате оценки длительного будущего появляется стимул к действию. Обобщенной модели изменений среды в пространстве или во времени соответствует обобщенная модель действия. Эти модели «среда – оценка – действие» хранятся во внешней памяти в вариантах с разной степенью обобщенности.

Как возникает обобщенный ФА. Восприятие конкретного объекта сопровождается анализом его первичной модели, в который входит и прогнозирование. «Фраза» прогноза может охватывать большой отрезок времени в случае, когда объект изменяется медленно. Если изменения не только длительны, но и многообразны, то их обобщенная модель (из двух – четырех слов) развертывается в целый набор коротких «фраз», описывающих каждое обобщенное «слово». Так прогнозируются этапы изменений внешней среды, ее «расписание» во времени, пространстве, качествах. Воздействия или качества прогнозируемого изменяющегося объекта оцениваются с «коэффициентом реальности», формируются конечная цель и обобщенный стимул. В памяти хранятся модели обобщенного действия и их развертывания в частные действия применительно к каждому этапу изменений объекта. Они оцениваются по «трудности», которая выступает как «тормоз» тоже в обобщенном варианте с «коэффициентом реальности». Производится суммирование стимулов и «тормозов», и если сумма оказывается положительной, принимается решение начать обобщенный ФА. Истинное начало выражается во включении первого подчиненного ФА, то есть действий, направленных на достижение первой цели, точнее, промежуточной цели.

Проектирование такого подчиненного ФА осуществляется по общим принципам – или после принятия решения по обобщенному, «главному» ФА, или до этого, когда при предварительном планировании обобщенного ФА подробно расписывается его первый этап.

Выполнение иерархии ФА имеет свои особенности. Они в значительной мере определяются степенями зависимостей между ФА разных уровней. Например, проведение хирургической операции как цепи этапных ФА целиком определяется конечным результатом всей операции. Наоборот, в труде рабочего цели годичного или месячного периодов могут быть малозначащими, а определяющим уровнем является рабочий день или отдельные трудовые циклы с частными целями.

Для того чтобы выполнялось любое действие, необходимы стимулы. Для простейшего ФА мы их уже определили. Основные стимулы – в цели, в удовлетворении специального критерия, а рабочие критерии (чувства, любознательность, цель, утомление) играют вспомогательную роль. О поправке на реальность тоже уже говорилось. Подчиненный ФА при очень большой зависимости от главного функционирует преимущественно за счет его стимулов. Конечно, при этом действуют рабочие стимулы – «рефлекс цели» для достижения промежуточного рубежа, утомление от действий, требующее временного отдыха, и любознательность, поскольку в ходе деятельности производятся исследования. Таким образом, постоянно действующий стимул ФА верхнего уровня периодически сильно уменьшается за счет утомления, и действие может остановиться на некоторое время после очередного этапа, если условия среды это позволяют. В результате отдыха действие главного стимула восстанавливается, и включается следующий этапный ФА.

Рис. 31. Схема двухуровневого функционального акта. Включение очередного низшего ФА происходит после выполнения предыдущего.

После каждого такого этапа производится перерасчет не только стимулов собственно этого ФА, но и главного. Учитывается возросшая вероятность достижения последней цели, увеличивается значение «коэффициента будущего» и «рефлекса цели», поскольку цель приближается во времени.

Схема двухуровневого функционального акта показана на рис. 31.

Условия успешного окончания длительных ФА особенно трудны. Во-первых, их планирование менее достоверно, поскольку ниже вероятность достижения цели из-за трудностей долгосрочного прогнозирования среды как в смысле ее «платежеспособности», так и «сопротивления». Во-вторых, нелегко оценить свои силы на продолжительное время вперед. В модельном представлении это выражается характеристиками потребностей – как «основной», так и «рабочими», например утомляемостью. Вследствие такой неопределенности длительного ФА возможно прекращение деятельности на любом его этапе, когда баланс стимулов и «тормозов» сместится в сторону последних. Правда, часто остановка имеет временный характер, если главным «тормозом» является утомление. После некоторой паузы оно уменьшается, и стимулы вновь побуждают действовать. Но бывают «тормозы» иного характера, к ним мы и перейдем теперь.

Сеть функциональных актов

Развитый интеллект тем и отличается от простого, что он управляет сложными системами по многим или, по крайней мере, нескольким критериям. Это касается только «специальных» потребностей, поскольку «рабочие» одинаковы для всех интеллектов. Например, у животных «специальные» потребности представлены инстинктами: самосохранения, продолжения рода, стадным. Каждый из них объединяет несколько составляющих: инстинкт самосохранения – потребности в безопасности и пище, стадный – потребности в общении, в самовыражении, стремление к лидерству, альтруизм. Так, даже у животных набирается с десяток потребностей, у людей же их гораздо больше. Для удовлетворения каждой потребности не обязательно нужны отдельные ФА (к примеру, общение и самовыражение объединяются), но для большинства других ставятся разные цели. Совсем нередко потребности прямо противоречат друг другу, например, такие, как безопасность и голод. Конкуренция между ФА за время, силы и средства имеет место всегда. Это означает, что ФА, направленный на удовлетворение одной потребности, должен быть тормозом для другого ФА, ведущего к иной цели. При этом компромиссы далеко не всегда возможны, поскольку условия деятельности не позволяют беспрепятственно разделять действия во времени и пространстве. Такое разделение возможно только при суммировании коротких ФА за большие промежутки времени, да и то не всегда.

Множество потребностей создает дополнительные трудности в планировании и выполнении ФА. С одной стороны, сама идея ФА предусматривает доведение его до конца, до завершения, а с другой – деятельность, направленная к одной цели, ведет к недопустимому перенапряжению другой потребности, длительное время не получающей удовлетворения. Следовательно, интеллект должен учитывать все потребности, когда планирует ФА для удовлетворения одной из них. Потребности, не получающие удовлетворения, как правило, являются «специальными» «тормозами» в противоположность «универсальному» «тормозу» – утомлению или скуке. Такое положение требует значительного усложнения расчетов суммы стимулов и «тормозов» на всех этапах ФА.

Уже при первичной оценке внешней среды – на этапе анализа – выступают противоречия потребностей. Среда удовлетворяет их неравномерно, поэтому в каждый момент одни потребности напряжены, другие пассивны, третьи активно насыщены. Оценка производится главным образом по той потребности, которая наиболее остра; другие потребности выступают в качестве «оппонентов», ограничителей. Если внешние раздражители активируют несколько неудовлетворенных потребностей, реализации которых служат разные ФА, то альтернативы возникают уже при выборе самого обобщенного «первичного» действия. Сравнение производится по суммарному приращению интегральных чувств ∆ (Пр – НПр), поскольку трудно сравнивать чувства сами по себе вследствие их специфичности. Часто оценки потребностей оказываются равноценными на этапе анализа, тогда выбор самого выгодного ФА откладывается до планирования. Планы конкурирующих ФА приходится прорабатывать до той степени подробности, пока не определятся преимущества одного над другим за счет выявления значимых качеств либо за счет преимуществ большей реальности цели или меньшей утомительности действий.

Оценка среды и планирование «действий» на данный момент затрудняются не только наличием нескольких неудовлетворенных потребностей, но еще и планами ФА высших иерархических уровней (пример: студенту хочется пойти в кино, и это возможно, если учесть, что завтра преподаватель не будет спрашивать, но «нужно учиться». И он садится за книги). Высший ФА не только дает стимулы для низших, удовлетворяющих данную потребность, но он же – источник «тормозов» для тех ФА, которые направлены на реализацию других потребностей, даже если эти последние – «сиюминутные» и не имеют конкурирующих ФА высшего этажа. Следовательно, планы высших ФА нужно включать в расчет стимулов и «тормозов». Эти планы находятся в памяти и связаны с расписанием внешней среды. Слово «расписание» подчеркивает закономерность независимых от интеллекта изменений среды во времени таким образом, что в одни периоды действуют раздражители, представляющие «плату» для одних потребностей, в другие периоды – другие раздражители, направленные на другие потребности.

Деятельность интеллекта, обладающего многими потребностями, в разнообразной среде представляет собой сеть из ФА. Они подразделяются по направленности на разные потребности и по сложности иерархии. Есть среди них длительные ФА, есть минутные. Они перемежаются таким образом, что между отдельными этапами длительных ФА, которые обусловлены «расписанием» среды и накоплением утомления, включаются короткие ФА, направленные на другие потребности. В результате получается очень сложная динамика действий-поступков, которую и можно назвать поведением.

Но дело не ограничивается лишь переключением действий. Это только видимая сторона деятельности интеллекта. Есть еще и другая.