Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Проблема искусственного интеллекта Кибернетика.
ЭдН 220, Бренич С.Г.
|
[1] Содержание [2] Введение [2.1] Механический подход. [2.2] Электронный подход. [2.3] Кибернетический подход. [2.4] Нейронный подход. [2.5] Появление перцептрона. [2.6] Искусственный интеллект и теоретические проблемы психологии. [3] Заключение [4] Литература: |
С конца 40-х годов ученые все большего числа университетских и промышленных исследовательских лабораторий устремились к дерзкой цели: построение компьютеров, действующих таким образом, что по результатам работы их невозможно было бы отличить от человеческого разума.
Терпеливо продвигаясь вперед в своем нелегком труде, исследователи, работающие в области искусственного интеллекта (ИИ), обнаружили, что вступили в схватку с весьма запутанными проблемами, далеко выходя щими за пределы традиционной информатики. Оказалось, что прежде всего необходимо понять механизмы процесса обучения, природу языка и чувс твенного восприятия. И тогда многие исследователи пришли к выводу, что пожалуй самая трудная проблема, стоящая перед современной наукой - познание процессов функционирования человеческого разума, а не просто имитация его работы. Что непосредственно затраги вало фундаментальные теоретические проблемы психологической науки. В самом деле, ученым трудно даже прийти к единой точке зрения относи тельно самого предмета их исследований - интеллекта.
Некоторые считают, что интеллект - умение решать сложные задачи; другие рассматривают его как способность к обучению, обобщению и ана логиям; третьи - как возможность взаимодействия с внешним миром путем общения, восприятия и осознания воспринятого.
Идея создания мыслящих машин "человеческого типа", которые каза лось бы думают, двигаются, слышат , говорят, и вообще ведут себя как живые люди уходит корнями в глубокое прошлое. Еще древние египтяне и римляне испытывали благоговейный ужас перед культовыми статуями, кото рые жестикулировали и изрекали пророчества (разумеется не без помощи жрецов). В средние века и даже позднее ходили слухи о том, что у кого-то из мудрецов есть гомункулы (маленькие искусственные человечки) - настоящие живые, спо собные чувствовать существа. Выдающийся швейцарский врач и естествоис пытатель XVI в Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (более известный под именем Парацельс) оставил руководство по изготовлению гомункула, в ко тором описывалась странная процедура, начинавшаяся с закапывания в ло шадиный навоз герметично закупоренной человеческой спермы. "Мы будем как боги, - провозглашал Парацельс. - Мы повторим величайшее из чудес господних - сотворение человека!".
В XVIII в. благодаря развитию техники, особенно разработке часо вых механизмов, интерес к подобным изобретениям возрос, хотя результа ты были гораздо более "игрушечными", чем это хотелось бы Парацельсу. В середине 1750-х годов Фридрих фон Кнаус, австрийский автор, служивший при дворе Франциска I, сконструировал серию машин, которые умели держать перо и могли писать довольно длинные тексты.
Успехи механики XIX в. стимулировали еще более честолюбивые за мыслы. Так, в 1830-х годах английский математик Чарльз Бэббидж заду мал, правда, так и не завершив, сложный цифровой калькулятор, который он назвал Аналитической машиной; как утверждал Бэббидж, его машина в принципе могла бы рассчитывать шахматные ходы. Позднее, в 1914 г., ди ректор одного из испанских технических институтов Леонардо Тор рес-и-Кеведо действительно из готовил электромеханическое устройство, способное разыгрывать простейшие шахматные эндшпили почти также хоро шо, как и человек.
Однако только после второй мировой войны появились устройства, казалось бы, подходящие для достижения заветной цели - моделирования разумного поведения; это были электронные цифровые вычислительные ма шины. "Электронный мозг", как тогда восторженно называли компьютер, поразил в 1952 г. телезрителей США, точно предсказав результаты прези дентских выборов за несколько часов до получения окончательных данных. Этот "подвиг" компьютера лишь подтвердил вывод, к которому в то время пришли многие ученые: наступит тот день, когда автоматические вычисли тели, столь быстро, неутомимо и безошибочно выполняющие автоматические действия, смогут имитировать невычислительные процессы, свойственные человеческому мышлению, в том числе восприятие и обучение, распознава ние образов, понимание повседневной речи и письма, принятие решений в неопределенных ситуациях, когда известны не все факты.
Многие изобретатели компьютеров и первые программисты развлека лись составляя программы для отнюдь не технических занятий, как сочи нение музыки, решение головоломок и игры, на первом месте здесь оказа лись шашки и шахматы. Некоторые романтически настроенные программисты даже заставляли свои машины писать любовные письма.
К концу 50-х годов все эти увлечения выделились в новую более или менее самостоятельную ветвь информатики, получившую название "искусс твенный интеллект". Исследования в области ИИ, первоначально сосредо точенные в нескольких университетских центрах США - Массачусетском технологическом институте, Технологическом институте Карнеги в Питт сбурге, Станфордском университете, - ныне ведутся во многих других университетах и корпорациях США и других стран. В общем исследователей ИИ, работающих над созданием мыслящих машин, можно разделить на две группы. Одних интересует чистая наука и для них компьютер - лишь инс трумент, обеспечивающий возможность экспериментальной проверки теорий процессов мышления. Интересы другой группы лежат в области техники: они стремятся расширить сферу применения компьютеров и облегчить поль зование ими. Многие представители второй группы мало заботятся о выяс нении механизма мышления - они полагают, что для их работы это едва ли более полезно, чем изучение полета птиц и самолетостроения.
В настоящее время, однако, обнаружилось, что как научные так и технические поиски столкнулись с несоизмеримо более серьезными трудно стями, чем представлялось первым энтузиастам. На первых порах многие пионеры ИИ верили, что через какой-нибудь десяток лет машины машины обретут высочайшие человеческие таланты. Предполагалось, что преодолев период "электронного детства" и обучившись в библиотеках всего мира, хитроумные компьютеры, благодаря быстродействию точности и безотказной памяти постепенно превзойдут своих создателей-людей. Сейчас мало кто говорит об этом, а если и говорит, то отнюдь не считает, что подобные чудеса не за горами.
Несмотря на многообещающие перспективы, ни одну из разработанных до сих пор программ ИИ нельзя назвать "разумной" в обычном понимании этого слова. Это объясняется тем, что все они узко специализированы; самые сложные экспертные системы по своим возможностям скорее напоми нают дрессированных или механических кукол, нежели человека с его гиб ким умом и широким кругозором. Даже среди исследователей ИИ теперь многие сомневаются, что большинство подобных изделий принесет сущест венную пользу. Немало критиков ИИ считают, что такого рода ограничения вообще непреодолимы.
К числу таких скептиков относится и Хьюберт Дрейфус, профессор философии Калифорнийского университета в Беркли. С его точки зрения, истинный разум невозможно отделить от его человеческой основы, заклю ченной в человеческом организме. "Цифровой компьютер - не человек, говорит Дрейфус. - У компьютера нет ни тела, ни эмоций, ни потребнос тей. Он лишен социальной ориентации, которая приобретается жизнью в обществе, а именно она делает поведение разумным. Я не хочу сказать, что компьютеры не могут быть разумными. Но цифровые компьютеры, зап рограммированные фактами и правилами из нашей, человеческой, жизни, действительно не могут стать разумными.
Попытки построить машины, способные к разумному поведению, в зна чительной мере вдохновлены идеями профессора МТИ Норберта Винера. Винер был убежден, что наиболее перспективны научные исследования в так называемых пограничных областях, которые нельзя конкретно отнес ти к той или иной конкретной дисциплины. Они лежат где-то на стыке на ук, поэтому к ним обычно не подходят столь строго. Винеру и его сотруднику Джулиану Бигелоу принадлежит разработка принципа "обратной связи", который был успешно применен при разработке нового оружия с радиолокационным наведением. Принцип обратной связи заключается в использовании информации, поступающей из окружающего ми ра, для изменения поведения машины. В основу разработанных Винером и Бигелоу систем наведения были положены тонкие математические методы; при малейшем изменении отраженных от самолета радиолокационных сигна лов они соответственно изменяли наводку орудий, то есть - заметив по пытку отклонения самолета от курса, они тотчас расчитывали его даль нейший путь и направляли орудия так, чтобы траектории снарядов и само летов пересеклись.
В дальнейшем Винер разработал на принципе обратной связи теории как машинного так и человеческого разума. Он доказывал, что именно благодаря обратной связи все живое приспосабливается к окружающей сре де и добивается своих целей.
К этому времени и другие ученые стали понимать, что создателям вычислительных машин есть чему поучиться у биологии. Нейрофизиолог Уоррен Маккалох со своим 18-летним протеже, блестящим математиком Уолтером Питтсом, разработал теорию деятельности головного мозга. Эта теория и являлась той основой, на которой сформировалось широко расп ространенное мнение, что функции компьютера и мозга в значительной ме ре сходны.
Исходя отчасти из предшествующих исследований нейронов (основных активных клеток, составляющих нервную систему животных), проведенных Маккаллохом, они с Питтсом выдвинули гипотезу, что нейроны можно упро щенно рассматривать как устройства, оперирующие двоичными числами. Двоичные числа, состоящие из цифр единица и нуль, - рабочий инструмент одной из систем математической логики. Английский математик XIXв. Джордж Буль, предложивший эту остроумную систему, показал, что логи ческие утверждения можно закодировать в виде единиц и нулей, где еди ница соответствует истинному выссказыванию а нуль - ложному, после че го этим можно оперировать как обычными числами. В 30-е годы XX в. пи онеры информатики, в особенности американский ученый Клод Шеннон, по няли, что двоичные единица и нуль вполне соответствуют двум состояниям электрической цепи (включено-выключено), поэтому двоичная система иде ально подходит для электронно-вычислительных устройств. Маккалох и Питтс предложили конструкцию сети из электронных "нейронов" и показа ли, что подобная сеть может выполнять практически любые вообразимые числовые или логические операции. Далее они предположили, что такая сеть в состоянии также обучаться, распознавать образы, обобщать, т.е. она обладает всеми чертами интеллекта.
Из этого кибернетического, или нейромодельного, подхода к машин ному разуму скоро сформировался так называемый "восходящий метод" движение от простых аналогов нервной системы примитивных существ, об ладающих малым числом нейронов, к сложнейшей нервной системе человека и даже выше. Конечная цель виделась в создании "адаптивной сети", "са моорганизующейся системы" или "обучающейся машины". Основной трудностью, с кото рой столкнулся "восходящий метод" на заре своего существования, была высокая стоимость электронных элементов. Слишком дорогой оказывалась даже модель нервной системы муравья, состоящая из 20 тыс. нейронов, не говоря уже о нервной системе человека, включающей около 100 млрд. ней ронов. Даже самые совершенные кибернетические модели содержали лишь неколько сотен нейронов.
Одним из тех, кого ничуть не испугали трудности был Фрэнк Розенб лат, труды которого казалось отвечали самым заметным устремлениям ки бернетиков. В середине 1958 г. им была предложена модель электронного устройства, названного им перцептроном, которое должно было бы имити ровать процессы человеческого мышления. Два года спустя была проде монстрирована первая действующая машина "Марк-1", которая могла нау чится распознавать некоторые из букв, написанных на карточках, которые подносили к его "глазам", напоминающие кинокамеры. Перцептрон Розенб лата оказался наивысшим достижением "восходящего", или нейромодельного метода создания искусственого интеллекта. Чтобы научить перцептрон способности строить догадки на основе исходных предпосылок, в нем пре дусматривалась некая элементарная разновидность автономной работы или "самопрограммирования". При распознании той или иной буквы одни ее элементы или группы элементов оказываются гораздо более существеными, чем другие. Перцептрон мог научаться выделять такие характерные осо бенности буквы полуавтоматически, своего рода методом проб и ошибок, напоминающим процесс обучения. Однако возможности перцептрона были ог раниченными: машина не могла надежно распознавать частично закрытые буквы, а также буквы иного размера или рисунка, нежели те, которые ис пользовались на этапе ее обучения.
Ведущие представители так называемого "нисходящего метода" специ ализировались, в отличие от представителей "восходящего метода", в составлении для цифровых компьютеров общего назначения программ реше ния задач, требующих от людей значительного интеллекта, например для игры в шахматы или поиска математических доказательств.
Интерес к кибернетике в последнее время возродился, так как сто ронники "нисходящего метода" столкнулись со столь же неодолимыми труд ностями. Но в основном ИИ стал синонимом нисходящего подхода, который выражался в составлении все более сложных программ для компьютеров, моделирующих сложную деятельность человеческого мозга.
Можно выделить две основные линии работ по ИИ. Первая связана с совершенствованием самих машин, с повышением "интеллектуальности" ис кусственных систем. Вторая связана с задачей оптимизации совместной работы "искусственного интеллекта" и собственно интеллектуальных возможностей человека.
В 1963 г. выступая на совещании по философским вопросам физиоло гии ВНД и психологии, А.Н. Леонтьев сформулировал следующую позицию: машина воспроизводит операции человеческого мышления, и следовательно соотношение "машинного" и "немашинного" есть соотнесение операциональ ного и неоперационального в человеческой деятельности в то время этот вывод был достаточно прогрессивен и выступал против кибернетического редукционизма. Однако в последствии при сравнени операций, из которых слагается работа машины, и операций как единиц деятельности человека выявились существенные различия - в психологическом смысле "операция" отражает способ достижения результатов, процессуальную характеристику, в то время как прменительно к машинной работе этот термин используется в логико-математическом смысле (характеризуется результатом).
В работах по искусственному интеллекту постоянно используется термин "цель". Анализ отношения средств к цели А.Ньюэлл и Г.Саймон на зывают в качестве одной из "эвристик". В психологической теории дея тельности "цель" является конституирующим признаком действия в отличии от операций (и деятельности в целом). В то время как в искусственных системах "целью" называют некоторую конечную ситуацию к которой стре мится система. Признаки этой ситуации должны быть четко выявленными и описанными на формальном языке. Цели человеческой деятельности имеют другую природу. Конечная ситуация может по разному отражаться субъек том: как на понятийном уровне, так и в форме представлений или перцеп тивного образа. Это отражение может характеризоваться разной степенью ясностьи, отчетливости. Кроме того, для человека характерно не просто достижение готовых целей но и формирование новых.
Также работа систем искусственно интеллекта, характеризуется не просто наличием операций, программ,"целей", а как отмечает О.К.Тихоми ров,- оценочными функциями. И у искусственных систем есть своего рода "ценностные орентации". Но специфику человеческой мотивационно-эмоцио нальной регуляции деятельности составляет использование не только константных, но и ситуативно возникающих и динамично меняющихся оце нок, существенно также различие между словесно-логическими и эмоцио нальными оценками. В существовании потребностей и мотивов видится раз личие между человеком и машиной на уровне деятельности. Этот тезис повлек за собой цикл исследований, посвященных анализу специфики чело веческой деятельности. Так в работе Л.П.Гурьевой показана зависи мость структуры мыслительной деятельности при решении творческих задач от изменения мотивации.
Между прочим, именно недостаточная изученность процесса целеобра зования нашла свое отражение в формулировании "социального заказа" для психологии со стороны исследователей ИИ, и оказала существенное стиму лирующее влияние психологической науки.
Информационная теория эмоций Симонова также в значительной степе ни питается аналогиями с работами систем ИИ. Кроме того проблема воле вого принятия решения в психологии в некоторых работах рассматривается как формальный процесс выбора одной из множества заданных альтернатив, опуская тем самым специфику волевых процессов. В то же время, Ю.Д.Ба баевой была предпринята попытка изучения возможности формализации процесса целеобразования на основе глубокого психологического анализа этого процесса в деятельности человека.
Таким образом все три традиционные области психологии - учения о познавательных, эмоциональных и волевых процессах оказались под влия нием работ по ИИ, что по мнению О.К.Тихомирова привело к оформлению нового предмета психологии - как наука о переработке информации, науч ность этого определения достигалась за счет "технизации" психологичес кого знания.
Обращаясь к проблеме роли ИИ в обучения Л.И.Ноткин рассматри вает этот процесс как одну из разновидностей взаимодействия человека с ЭВМ, и раскрывает среди перспективных возможностей те , которые напр влены на создание так называемых адаптивных обучающихся систем, имити рующих оперативный диалог учащегося и преподавателя-человека.
Таким образом взаимодействие между исследованиями искусс твенного интеллекта и психологической наукой можно охарактеризовать как плодотворный диалог, позволяющий если не решать то хотя бы нау читься задавать вопросы такого высокого философского уровня как - "Что есть человек ?".
Развитие информационной техники позволило компенсировать человеку психофизиологическую ограниченность своего организма в ряде направлений. «Внешняя нервная система», создаваемая и расширяемая человеком, уже дала ему возможность вырабатывать теории, открывать количественные закономерности, раздвигать пределы познания сложных систем. Искусственный интеллект и его совершенствование превращают границы сложности, доступные человеку, в систематически раздвигаемые. Это особенно важно в современную эпоху, когда общество не может успешно развиваться без рационального управления сложными и сверхсложными системами. Разработка проблем искусственного интеллекта является существенным вкладом в осознание человеком закономерностей внешнего и внутреннего мира, в их использование в интересах общества и тем самым в развитие свободы человека.
1) Дрейфус Х. «Чего не могут вычислительные машины».- М.: Прогресс, 1979
2) «Компьютер обретает разум». Москва Мир 1990
3) Бабаева Ю.Д. «К вопросу о формализации процесса целеобразования».
4) Брушлинский А.В. «Возможен ли «искусственный интеллект»?».
5) Гурьева Л.П. «Об изменении мотивации в условиях использования ис кусственного интеллекта».
6) Тихомиров О.К. «Искусственный интеллект и теоретические вопросы психологии».
PAGE 1