Мышление и интеллект - естественный и искусственный
530
стве теорем, в криптоарифметике) для получения решения путем эвристи-
ки, используемой людьми. Ее работа напоминает решение задач челове-
ком тем, что сначала задаются подцели. Так, если человек пытается ре-
шить шахматную или логическую задачу, он, вероятно, сначала будет ис-
кать простые подцели, которые можно оценить по их полезности для ре-
шения. Этот первый процесс, организация решения задачи включает как
поиск соответствующих подцелей, так и их оценку.
После того как была выбрана подцель, начинается другой процесс,
анализ средство-результат. В этом процессе используется соответству-
ющая эвристика, необходимая для достижения подцели. Анализ средство-
результат начинается с имеющихся данных и проводит с ними допустимые
преобразования, как это делает человек при решении задачи. Если реше-
ние не найдено путем следования данной эвристике, пробуется другая,
затем еще одна, пока не будет найдено решение или прекращен поиск.
Ньюэлл и Саймон часто сверяли процессы в их компьютерной модели
с тем, как решают задачи люди. Последнее они пытались выяснить, пред-
лагая испытуемым вербализовать то, что они делают при решении задачи
(см. Рис. 15.13). Этот прием можно проиллюстрировать на решении крип-
тоарифметической задачи, в которой числовые величины присваиваются
буквам. В следующем примере, использованном Ньюэллом (197,3), испы-
туемый должен найти числа так, что при подстановке их вместо букв
получилась правильная сумма, если слова рассматриваются как еще одна
задача.
CROS?3 (пересеченные)6
+ ROADS (дороги)
DANGER (опасность)
УРЗ постепенно был вытеснен более внушительными программами, но
он признан за открытие области решения задач компьютерами путем раз-
ложения сложной задачи на подзадачи, которые решить проще. Ховард
Гарднер (Gardner, 1985) отдал дань проницательности Ньюэлла и Саймо-
на в своей книге по истории "когнитивной революции" в следующем абзаце:
"С их точки зрения, глубокое сходство между человеческим мозгом,
занятым решением задачи, и компьютером, за-программированным
на. решение этой же задачи, далеко превосходит различия в их,
устройстве (электронная машина и. комок нервной ткани). И
то, и другое - это просто системы, которые обрабатывают
информацию во времени, действуя при этом более или менее
логично. Более того, если этапы, отмеченные индивидуумом а
процессе интроспекции, соответствуют строкам компьютерной
программы, то мы уже не можем придерживаться мягкого подхода
к ИИ: оказывается, что эту созданную человеком физическую
символическую систему имеет смысл рассматривать как
"Более сложное описание модели Ньюэлла можно найти в статье "Artificial
Intelligence and the Concept of Mind" в книге: R.Schank and K.Colby, eds.,
Computer Models of Thought and Language (1973).
"В русском языке "crossroads" (пересечение дорог) выражается словом "пе-
рекресток".- Прим. перев.
Искусственный интеллект
531
Время
внимания и
сканиро-
вания (сек)
Движения
глаз
Отсчет
V Б6?633
Время
внимания и "
сканиро- Движения
вания (сек) ГЛа3
Отсчет
"v р633"
as
з.о
0.8
0.8
2.6
-0.2
СД055 плюс ROADS это будет
DANGER
1.2 CR(
ROA
?. 4 D A N G E
2.0 .С
2.0
S плюс S
Должно равняться R
и
R тогда будет равно двум S
а ? плюс D
тоже должно равняться E.
Тогда
Рис. 15.13. Движения таз и вербализация при решении испытуемым криптоарифметической
задачи. Времена сканирования даны жирным шрифтом. Обведенные буквы - это те, на которых
фиксировался взгляд; линии, соединяющие буквы, показывают путь движения глаза. Трапеции с
левого края шкалы времени - это графические указатели времени сканирования (пустые{ и
времени внимания {заштрихованные), показанных в первой колонке.
действительно способную к. решению задач" (Howard Gardner.
Minds New Science. 1985, p. I 50).
Роботы
Роботы (устройства, "способные выполнять человеческую работу или ве-
дущие себя подобно человеку") воплощают в себе большую часть рас-
смотренной выше географии ИИ - моделирование распознавания паттер-
нов, памяти, обработки языка и решения задач.
Мышление и интеллект - естественный и искусственный
532
ш1wмата.ШЯКОwame.Т
Щкяи(Йй??!;1;;?Ящик:i
п:/I
fil-iilll|lt---11
oOxocillllll/7/50№сШШ
t0aScmW:Ящик
..Кё/чн0/77а?1111
Рис. 15.14. Плон по/меще
ния с объектами и роботом и
позициях, которые они зани-
мают в начале задачи. Взято
из: Fikes, Hart, and Nilsson
(1972).
Роботология быстро развивалась в 60-х годах в связи с исследованием
космоса и необходимостью разрабатывать весьма сложные механические
устройства для выполнения конкретных задач. Аппарат, приземлившийся
на Марсе и способный провести ряд сложных химических анализов, есть
результат этих потребностей. (Некоторые из роботов - это чисто меха-
нические устройства, только отдаленно связанные с узким определением
ИИ, использованным в данной главе.)
Некоторые из ранних прототипов космических роботов были разрабо-
таны в лаборатории ИИ Стэнфордского университета, у входа в которую
стоят знаки, предупреждающие посетителей лаборатории о том, что могут
появиться роботы-транспортные средства. К наиболее интригующим из
разработанных здесь роботов относится (1968г.) передвижное радиоуп-
равляемое транспортное средство, названное "Шейки"7, которое облада-
ло бортовыми перцептивными способностями и способностями к решению
задач. Шейки был оборудован телевизионной камерой, измерителем рас-
стояния и тактильным датчиком "кошачий ус". Вся афферентная и сен-
сорная информация передавалась в компьютер, содержавший множество
программ для анализа афферентной информации и планирования послед-
ствия действий, направленных на манипулирование окружением робота.
Все вместе размещалось на мототележке, которая могла двигаться в лю-
бом направлении.
Робот
Происхождение слова "робот" связано с
чешским писателем-фантастом Карелом Ча-
пеком, написавшем в 1920 году пьесу "R.-
U.R". История говорит, что, когда он за-
кончил эту пьесу, свои главные персона-
жи, которыми были человекоподобные ма-
шины, он решил назвать "лаборы" (от ла-
тинского корня 1аЬог= работа). Но такое
название выглядело слишком обыденно,
поэтому он посоветовался со своим бра-
том Йозефом Чапеком, известным худож-
ником. "Лаборы, лаборы. Но почему не ис-
пользовать чешское слово? Назовем их
роботы." Это слово имеет общие произвол
ные во многих славянских языках (ii;iiipi]
мер, по-русски rabota= labor).
"Shakey трясущийся, нетвердо стоящий.- Прим. перец.
Иску ест ценный интеллект
533
Эволюция роботов
Очарованнссть возможностями гуманои-
дов, действия которых имитируют челове-
ческое поведение, преобладают в фольк-
лоре и художественных произведениях.
Этот интерес г-ыразился в таких историях
как "Ученик волшебника", "Пиноккио" и
Франкенштейн, историях о "големах" и
центаврах и персонажах вроде Робота Роб-
би, R2D2 и СЗРО-(Звездные войны) и Хэла
(Одиссея 2001). С пришествием современ-
ной инженерной технологии и когнитив.
ной психологии роботология вышла из об-
ласти мифов и научной фантастики и вы-
росла до статуса очень серьезного научно-
го предприятия. Пионерская работа была
проделана британскими учеными Россом
Эшли (1953) и В,Греем Уолтером (1953).
Эшли разработал и построил электронную
цепь, способную поддерживать желаемый
гомеостаз. Уолтер добавил к устройствам
гомеостатического типа подвижность, что-
бы они могли искать свет ниже определен-
ной яркости, избегать света ярче этого
уровня и, если света нет, бродить вокруг,
так сказать, "в поисках света". Эти маши-
ны-"тропизмы" имитировали только руди-
ментарные свойства живых организмов,
проявляющиеся у насекомых, растений или
простейших животных. Следующий по эво-
люционной линии робот был собран в уни-
верситете Джона Гопкинса и стал извес-
тен под именем "Зверюги Гопкинса". Этот
мог двигаться от своей собственной энер-
гии и был полностью самостоятельным. Он
ориентировался при помощи сонара, а его
перцептивная система состояла из набора
фотоэлементов, масок, линз и цепей, спро-
ектированных для обнаружения единствен-
ной вещи: крышки электрической розет-
ки. Когда он ее видел, он пытался всту-
пить с ней в контакт с помощью руки, имев-
шей форму штепселя.
Перцептивная система состояла из телекамеры, редуцировавшей кар-
тинки в контурные изображения, а затем - в значимые зоны или объекты
сцены. Решатель задач был типа программы доказательства теорем и по-
зволял Шейки выполнять простые задания.
Вторая версия "Шейки", разработанная в 1971 году, состояла из того
же самого оборудования, что и первая, но имела значительно расширен-
ную память и управляющую систему. Следующий пример иллюстрирует
менталитет и способности нового Шейки. Предположим, что этому робо-
ту поручено разработать и выполнить план по перемещению ящиков, по-
казанных на Рис. 15.14, так, чтобы оба ящика оказались в Комнате 1 (К1),
но с тем ограничением, что клин никогда не должен находиться в той же
комнате, что и ящик. (Задача взята из: Fikes, Hart, and Nilsson, 1972.)
Чтобы решить эту задачу, в памяти робота должна быть записана какая-то
репрезентация плана помещения и расположения ящиков. Часть памяти
должна быть постоянной - например, положение дверей и комнат, физи-
ческие законы движения и пространства; тогда как другая информация
может быть преходящей - например, текущее положение ящиков и робо-
та. Команда собрать ящики переводится в математическую форму (назван-
ную STRIPS), которая имитирует программу решения задач. (STRIPS - это
более совершенная форма УРЗ, описанного выше в этой главе.) Робот
может решить, что на первом шаге надо передвинуть Ящик 2 в Комнату 1,
но затем должен решить сначала втолкнуть этот ящик в Комнату 3, по-
скольку клин находится в Комнате 1. Хотя эта задача выглядит простой до
Мышление и интеллект
534
естественный и искусственный
абсурда, в действительности она довольно любопытна - в свете огромно-
го диапазона содержащихся в ней перцептивно-когнитивных работ. После
выполнения множества задач, вроде вышеописанной и краткого появле-
ния в одном фильме, Шейки удалился от дел в 1973 и пребывает в офисе
Бертрама Рафаэля в SRI, где его единственной и нечастой реакцией является
выпускание небольшой капли масла на пол.
Грандиозные планы 70-х, которые начались с разработки полных фун-
кциональных роботов, открыли дорогу более разумным проектам, где по-
вторяются относительно простые человеческие процессы. На этой арене
деловое сообщество идет впереди - многие трудоемкие или опасные фун-
кции можно передать роботам.
Краткое содержание
1. Искусственный интеллект характеризует всякий результат работы
компьютера, который был бы сочтен разумным, если бы был про-
изведен человеком.
2. В ИИ существует дихотомия (Сирл) между "жесткой" позицией,
утверждающей, что путем надлежащего программирования можно
создать разум, способный к пониманию, и "мягкой" позицией, ко-
торая полагает, что ИИ есть эвристический инструмент для изуче-
ния человеческого познания.
3. ИИ ставит философские вопросы, связанные с намерением, мыш-
лением и пониманием. В упражнениях, разработанных для демон-
страции неразличимости человека и машины и их функциональной
эквивалентности (например, тест Тюринга и задача "Китайская
комната"), некоторые ученые усматривают упущение такого важ-
ного фактора как произвольность, которой обладает человек и не
обладает машина.
4. У машин, обрабатывающих информацию по аналогии с человечес-
ким познанием, возможность распознавания сложных стимулов
выросла; если в первых моделях применялось наложение этало-
ных матриц, то новые подходы опираются на анализ структурных
деталей и их взаимосвязей.
5. Системы компьютерной памяти можно разделить на простые пас-
сивные системы, в которых отдельные элементы информации хра-
нятся в конкретных местах и к ним возможен последовательный
или произвольный доступ путем зондирования от центрального
процессора, и сложные активные системы, в которых элементы
хранятся в виде взаимосвязанной сети, и доступ к ним осуществ-
ляется путем адресации по содержанию.
6. Компьютерным программам, способным "понимать" естественный
язык, нужны как минимум: семантические и синтаксические пра-
вила; база знаний о мире и о социальном контексте; какие-нибудь
методы обработки неоднозначностей, имеющихся в обычно упот-
ребляемом языке.
Искусственный, интеллект
535
7. Программы искусственного интеллекта, предназначенные для ре-
шения задач (например, шахматные компьютеры или УРЗ) исполь-
зуют две принципиальные стратегии: алгоритмические процедуры,
гарантирующие решение путем перебора всех возможных вариан-
тов, и эвристические процедуры, основанные на выборе стратегии
и разложении сложных задач на более легко решаемые подзадачи.
Ключевые слова
активные системы памяти пассивные системы памяти
искусственный интеллект роботы
"Китайская комната" ПАРРИ
ЭЛИЗА ШРДЛУ
Универсальный Решатель Задач (УРЗ) речевые действия
модель с параллельной обработкой тест Тюринга
модель с последовательной обработкой
Рекомендуемая литература
По теме ИИ есть обширная литература. Хорошее введение, которое толь-
ко случайно осталось непонятым:
Jackson. Introduction to Artificial Intelligence;
Apter and Westby, eds. The Computer in Psychology.
Общие обзоры:
Tauke. Computers and Common Sense (в мягкой обложке);
J.G.Kemeny. Man and the Computer;
Apter. The Computer Simulation of Behavior.
Хорошо написанное и технически интересное изложение исследований:
Raphael. The Thinking Computer.
С несколько большим уклоном в технику:
Feigenbaum and Feldman, eds. Computers and Thought;
Winston, ed. The Psychology of Computer Vision;
Schank and Colby, eds. Computer Models of Thought and Language:
"Computer Power and Human Reason", in: Weizenbaum. Judgment to Ca-
lculation.
Также интересны центральные разделы в:
Norman and Rumelhart. Exploration in Cognition;
Bower and Hilgard. Theories of Learning (5th ed.);
Michie. "Machine and the Theory of Intel-ligence" in: Nature;
Мышление и интеллект - естественный и искусственный
536
эначенные для ре-
тли УРЗ) исполь-
ческие процедуры.
юзможных вриан-
э выборе стратегии
шаемые подзадачи.
.системы памяти
Winograd. "Artificial Intelligence: When will computers understand people?"
in: Psychology Today.
Весьма рекомендуется:
Pylyshyn. Computation and Cognition: Toward a Foundation for Cogn-
itive Science.
Выпуск журнала Bite за апрель 1985г. в основном посвящен ИИ и содер-
жит захватывающие статьи таких авторов как Minsky, Schank, and Hunt-
er, John Anderson, and Reiser, Winston, Hilton и др. Стоит прочесть всем
интересующимся ИИ и смежными областям (кроме всего, они хорошо
читаются):
Godel, Escher and Bach. Metamagical Themas: Questing for the Essence of
Mind and Matter;
Douglas Hofstadter. An Eternal Golden Braid.
Весьма рекомендуется книга, где обсуждается ИИ и многие другие темы,
затронутые в настоящей книге:
Gardner. Minds New Science.
Некоторые интересные технические вопросы рассматриваются в: Artificial
and Human Intelligence, ed. by Elithorn and Banerji;
Perspectives on Cognitive Science, ed. by Norman.
t,которое толь-
дедовании:
Ответ на вопрос на с. 518: в интервью "А" компьютер был "пациентом"
ае;
!П( (о Са-
19 Зак. 2019
Искусственный интеллект
5,37
Приложение
Современные методы нейрофизиологии
ЯМР и ЭПС
||| При обследовании методом ЯМР (ядерный магнитный резонанс) вокруг
SB тела пациента расположены очень мощные электромагниты, которые воз-
I в действуют на ядра атомов водорода, входящих в состав воды. На основа-
Ц нии полученных при этом данных можно судить о колебаниях плотности
У!> атомов водорода и об их взаимодействии с окружающими тканями. По-
; I. ||| скольку водород указывает на содержание воды, метод ЯМР можно при-
|Д менять в диагностических и исследовательских целях. Одним из главных
ж| его недостатков до недавних пор было значительное время, требуемое для
, |Й1 построения общей картины. Вследствие большого времени экспозиции этот
ill метод подходил только для наблюдения за статичными биологическими
,, Ш структурами и был практически неприменим для изучения быстроменяю-
У, щихся процессов, связанных с познавательной деятельностью. Но теперь
I Ц появилась быстродействующая техника регистрации данных, позволяю-
; |й щая получать картину за 30 мс, что достаточно для наблюдения за быст-
; К ропротекающими когнитивными функциями. Кроме того, этот метод, на-
i У зываемый эхо-планарным ЯМР-сканированием (ЭПС) позволяет получать
. я|, картины функциональной активности мозга с высоким разрешением. Воз-
1 Й| можно, что в ближайшие годы развитие техники ЭПС позволит ей стать
j Щ практическим инструментом для дискретной визуализации структур мозга
к.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81