Философское введение в "Основы построения систем искусственного интеллекта"

Философское введение в "Основы построения систем искусственного интеллекта"

Сергей Рычик

Киев

апрель 2000г

"А на какого дьявола, спрашивается? Объясните мне, пожалуйста, зачем нужно искусственно фабриковать человека, когда любая баба может его родить когда угодно? Нет, не спорьте, пожалуйста, не возражайте, Иван Арнольдович, теоретически это интересно, физиологи будут в восторге, Москва беснуется... Ну а практически что?".

Ф.Ф. Преображенский

Во-первых, сразу отметим, что речь пойдет не об искусственном человеке, а об искусственном интеллекте. Т.е. как минимум мы не будем заниматься проблемами походки, питания, дыхания, пищеварения и пр. Вот как ковш экскаватора имитирует руку с лопаткой, так же наш ИИ будет имитировать не всего человека, и даже не все его возможности, а только одну функцию - интеллект. Начнем (что вполне логично) с уяснения, что именно мы будем создавать.

Что такое ИИ (искусственный интеллект) понятно сразу - это интеллект, созданный искусственно. Т.е. появившийся не в результате естественного хода эволюции, а искусственно. Такой себе homunculus... Осталось выяснить, что такое сам интеллект.

Большой энциклопедический словарь дает следующее определение: "Интеллект - это способность мышления, рационального познания". Мышление - это (согласно тому же словарю) "высшая ступень человеческого познания. Позволяет получать знания о таких объектах реального мира, которые не могут быть непосредственно восприняты чувственной ступенью познания. Формы и законы М. изучаются логикой, механизмы его протекания - психологией и нейрофизиологией. Кибернетика анализирует М. в связи с задачей моделирования некоторых мыслительных функций". Ну и для полноты картины: "Познание - процесс отражения и воспроизведения действительности в мышлении субъекта, результатом которого является новое знание о мире". Нельзя сказать, что хоть одно из этих определений неправильно или неполно.

Каждый, прочтя их, прекрасно понимает, что имеется ввиду. Однако для постановки "технического задания" этого мало. Важно не только понять, но и сформулировать понятие настолько четко, чтобы можно было любое явление или функцию однозначно либо отнести к области интеллекта, либо нет. Чтобы дать настолько четкое описание воспользуемся советом Платона руководствоваться двумя принципами: однородности и спецификации, - т.е. сначала определим общий класс понятий, в который включается интеллект, а затем выясним, чем же он принципиально отличается от других понятий этого класса.

Из уже приведенных определений (да и просто из контекста употребления слова) интеллект (естественный) несомненно относится к явлениям нашей психики, т.е. деятельности ЦНС. Последнее можно представить в виде схемы: ВНЕШНИЙ МИР -> разнородное воздействие -> ОРГАНЫ ЧУВСТВ -> информация о внешнем мире -> ПСИХИКА -> управляющие сигналы -> МЫШЦЫ -> обратное воздействие -> ВНЕШНИЙ МИР и т.д. ...

Рассмотрим теперь подробнее деятельность психики, разделяя ее на составляющие, пока не вычленим из нее интеллект. Начнем рассмотрение с простейших организмов, дойдем до высших и дальше до качественного скачка -- появления разума. При этом свойства психики, которые проявятся при качественном скачке от неразумных существ к разумным, и будут составлять сущность интеллекта.

Деятельность простейших живых существ, как-то реагирующих на внешние воздействия и обладающие нервной системой, довольно легко описывается с помощью теории автоматов. Если взять, например, моллюска или насекомое, то можно довольно легко определить основной набор реакций на внешние раздражители, причем эти реакции будут практически одинаковыми у всех особей одного вида.

Причина этого заключается в том, что набор этих реакций полностью формируется с помощью естественного отбора - набор реакций (в теории автоматов это называется "внутренней функцией") "зашит" в структуре сети нервных клеток и в течении жизни не меняется. Изменение набора реакций у популяции происходит эволюционным путем в течении нескольких поколений:

ЕСЛИ: животное с рефлексом А жизнеспособно

ТО: животное дает потомство и рефлекс передается по наследству

ИНАЧЕ: животное погибает и рефлекс утрачивается

Теперь перейдем непосредственно к млекопитающим (исключая человека). Тут нервная система, кроме "унаследованного" механизма безусловных рефлексов - одинаковых для всех представителей одной популяции действует и параллельный механизм - условные рефлексы. Условный рефлекс - это реакции нервной системы, выработанные в течении жизни одной особи. Новый механизм является более совершенным, т.к. позволяет быстрее адаптироваться к изменениям окружающей среды. Интересной особенностью условных рефлексов является то, что для их выработки механизм естественного отбора оказывается слишком медленным. Действительно, система оценки "выжил"/"не выжил" в течении жизни одной особи не применима :). Необходима принципиально другая оценочная функция, способная определить вредность рефлекса до того, как особь "отбросит копыта", "склеит ласты" или, если таковых нет, просто "протянет ноги"... Роль такой оценочной функции играют ощущения.

Ощущения, как известно, делятся на приятные и неприятные, появление первых при исполнении рефлекса сигнализирует о "полезности" данного рефлекса, а вторых - о "вредности". Сами же ощущения являются индикаторами основ жизнедеятельности - функционирование органов (боли, усталость), питание (голод), размножение (без комментариев). Механизм действия условных рефлексов был хорошо изучен Павловым, но и до него широко применялся в частности в дрессировке. По сути, процесс дрессировки и заключается в выработке условных рефлексов, - если после свистка встать на задние лапки - получишь сладкое. При этом если сладким таки перекормить, и ощущение сладость перестанет оцениваться, как приятное - никто на задние лапки по свистку становиться не будет (если конечно "пряник" изначально не подкреплялся "кнутом").

Еще одной особенностью условных рефлексов является возможность их передачи от особи - потомству путем все той же дрессировки, что и наблюдается у многих "высших" животных.

Для развития условного рефлекса необходимо постоянная поддержка правильной оценки, т.е. животное, будет настолько часто следовать данному рефлексу, насколько часто это будет приносить приятные ощущения. Долгое отсутствие подтверждения условного рефлекса приводит к его утере (одичанию). Схема действия условного рефлекса:

ЕСЛИ ощущение после применения условного рефлекса

"ПРИЯТНОЕ": статус рефлекса повышается

"НЕ ПРИЯТНОЕ": статус рефлекса понижается

Как видно из вышеизложенного, эволюция психики шла от более инерционной системы принятия решений к более динамичным. Если для изменения реакции на одинаковые воздействия или выработки новых реакций на новые воздействия у низших животных уходит несколько поколений, то у высших все может происходить в течении жизни одной особи, впрочем, переход на следующий уровень не отменяет предыдущий! Оба механизма действуют параллельно. Вполне естественно, что следующей ступенью эволюции стала возможность психики выработать реакцию до первого воздействия. Для этого уже мало не только естественного отбора, но и ощущений.

Ведь нельзя оценить то, что произойдет, до того, как оно произошло. Выход один - надо уметь моделировать происходящее. Если бросить в не пуганное животное камень, ему будет больно, и оно убежит (или придется убегать экспериментатору, тут надо очень осторожно выбирать объект эксперимента!). Через несколько повторов (в зависимости от уровня развития психики подопытного) животное уже будет реагировать не сам бросок, и убегать до того, как получит болезненный удар. Преимущество обладающего разумом человека тут в том, что он с первого раза прикинет, что камень твердый и тяжелый, а он [человек] мягкий и нежный и контакт с камнем ему совсем не желателен, поэтому его реакция проявится до того, как камень в него попадет первый раз.

Итак, особенность очередного (и интересующего нас) уровня развития психики - возможность моделировать окружающий мир и принимать решения, касающиеся того, что еще не произошло, т.е. не только реагировать на происходящее, но и, предугадывая будущее и, рассматривая различные возможности - изменять его. Конечно, чисто теоретически можно обойтись и без моделирования - создаем новый мир, идентичный существующему, смотрим, как он развивается (при этом настоящий мир надо бы остановить) и принимаем решения, потом возвращаемся в настоящий мир и действуем. К сожалению такое возможно только теоретически, практически приходится ограничиваться достаточно примитивной моделью (весь мир в голову не запихнешь).

Теперь можно дать "практическое" определение разума:

Разум - это механизм психики, позволяющий моделировать события реального мира, прогнозировать их развитие и принимать решения. Как видим "новое" определение не противоречит приведенным выше. Более того, - оно может быть из них получено. Все вышеприведенные размышления просто позволяют вычленить ту часть, которая нас интересует. Для построения любой модели необходимы две - три составляющие:

1)язык описания данных (структуры представления данных)

2)язык манипулирования данными (операции над данными и постановка запроса)

3)ограничения целостности (правила, выявляющие противоречия модели)

Рассмотрим теперь, что представляют из себя эти две составляющие в естественном интеллекте.

Язык описания данных

Основной единицей информации в человеческом интеллекте является "понятие" (concept), как {"представление, отчетливое сознание которого связано со словом (Logos)} [А. Шопенгауэр "Мир как Воля и представление" т.2 1835г]. Особо ценным в этом определении является указание на тесную связь понятия со словом. Действительно, для в процессе мышления, именно использование слов дает нам возможность связывать понятия в логические выводы. Если в родном языке человека нет слова, обозначающего определенное понятие, как правило, ему недоступно и само понятие (как впрочем, и наоборот). Источником понятий для человека является окружающий мир, "поставляющий" восприятию образы и другие люди, помогающие соединить эти образы со словами.

Интересной особенностью понятий, является то, что формально в них не различаются объекты реального мира, их свойства, явления с ними проистекающие и даже абстрактные понятия, служащие для обозначения групп других понятий. Кстати, само "слово" - это тоже понятие. Понятия могут объединяться в группы для описания чего-либо, с помощью определенных отношений (ассоциаций). Так для описания, например, яблока можно использовать понятия цвета, размера, формы и более специфические: сорт, степень зрелости и пр. В языке, для описания таких групп используются фразы. Впрочем, для передачи информации между людьми, полное описание объектов требуется редко, как правило, достаточно самого упоминания имени объекта говорящим, чтобы у слушающего в сознании возник весь набор ассоциаций с этим объектом.

Таким образом, подведя итог, можно сказать, что языком описания данных для разума служат понятия и связи между ними - ассоциации.

Язык манипулирования данными

Язык манипулирования данными должен обеспечивать необходимый набор элементарных операций мышления. Определение такого набора операций, а также доказательство его полноты и неизбыточности является на сегодня открытой задачей. Можно только указать на основные направления таких операций, это:

1)абстракция и спецификация, т.е. построение более общих и более конкретных понятий.

2)получение новых составных понятий, на основании имеющихся. Собственно эта функция интеллекта и является основой - построение "умозаключений". Набор операций здесь, скорее всего, следует искать в логике (в частности логике силлогизмов).

Ограничения целостности

В данном случае в качестве ограничений целостности служит описание того, чего не может быть ни при каких обстоятельствах - абсурд, противоречие, указывающее на ошибку в выводах. Таких ограничений можно указать три (как их выделил А. Шопенгауэр):

1)субъект равен сумме своих предикатов. Иными словами - набор свойств, приписываемых понятию, полностью это понятие определяет;

2)субъекту нельзя одновременно придать предикат и отказать в нем, или A?ШA;

3)из набора контрадикторно противоположных предикатов, один обязательно должен подходить субъекту. Иначе говоря, время суток может быть либо утро, либо день, либо вечер, либо ночь.

Ну и напоследок рассмотрим интуицию, которая не вписывается в приведенное выше описание.

Во-первых, отметим, что понятие "интуиция" применяется также и к животным, большинство действий которых мы называем интуитивными. Жертва интуитивно чувствует приближение хищника и настораживается, хищник интуитивно чувствует жертву, многие животные интуитивно чувствуют эмоции человека... Человеку также доступна "чисто животная" интуиция, называемая "предчувствие". Предчувствие основано на поступающей в мозг, но не фиксирующейся в сознании информации. Такая ситуация возникает вследствии ограниченности вербального представления данных в сознании с одной стороны, и существованием рефлексии, работающей параллельно с интеллектом с другой. При этом получается довольно интересный эффект: вследствии того, что для своей работы сознание строит, как бы "вторую реальность", рефлексия направляется, как на обработку событий внешнего мира, так и на само мышление. Результатом такого эффекта, является то, что интуиция у человека помогает не только ориентироваться во внешнем мире, но и "подсказывает" решение интеллектуальных задач.