БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭВОЛЮЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
1. Проблема искусственного интеллекта. Исследователи, конструирующие ИИ, с самого начала ставят своей целью создание технических систем, осуществляющих функции, которые обычно выполняет человек, естественный интеллект. Конструкторы таких систем ориентируются на получение определенного результата: решение машинами некоторого класса задач, которые до сих пор решал человек.
При этом не имеет существенного значения, подобны ли процессы, происходящие в машине, процессам, происходящим в нервной системе человека. Таким образом, конечная цель заключается в том, чтобы получить определенный результат, аналогичный тому, который получает человек в результате размышлений.
В действительности, перед системой ИИ ставится цель: решение задач высокого уровня сложности, а не только получение каких-либо результатов.
Определение 1.3.1. В этом смысле, понятие ИИ может быть определено, как свойство технических систем решать задачи, которые и для естественного интеллекта сохраняют элементы творчества, т.е. такие задачи, которые не могут быть решены простым применением последовательности стандартных правил.
Искусственный интеллект не есть нечто, существующее независимо от естественного интеллекта. Он является техническим, инструментальным продолжением последнего, усилителем интеллектуальных способностей человека [Л.
324, с. 9]. Благодаря ИИ человек становится способным моделировать сложные системы, познавать их, управлять ими и, таким образом, преодолевать психофизиологическую ограниченность своей нервной системы.
Особо подчеркнем, что высшие функции целепологания и формирования субъективных образов остаются только за человеком и его интеллектом. Тем более, что от систем ИИ не требуется сходства с естественным интеллектом, с точки зрения процессов его функционирования.
2. Моделирование процессов мышления. При моделировании процессов мышления сущность проблемы иная. Важен не результат сам по себе, а процесс, который приводил бы к результату.
Моделирование мышления представляет собой применение метода моделей к познанию определенного объекта: мышления. В рассматриваемой области ученые пытаются упростить сложнейшую задачу познания мышления путем применения различных моделей. Развитие ЭВМ создает предпосылки для технического моделирования мыслительных процессов. Таким образом, постановка проблем и задач при моделировании мышления по сравнению с конструированием ИИ существенно различна.
Возможно, что те или иные задачи, связанные с созданием искусственного интеллекта, могут быть решены только при условии воспроизведения в нем определенных черт познавательного процесса. Гипотеза С. М. Шалютина в том и заключается, что ряд выявленных гносеологией исторически сложившихся орудий познавательной деятельности (язык, категории и т.п.) обязательны для всякой системы, которая была бы способна выполнить весь объем интеллектуальных функций, осуществляемых человеком.
Чем в большей степени эти орудия будут воплощены в системах искусственного интеллекта, тем более разумными, интеллектуальными будут эти системы.
3. Общетеоретическое направление области искусственного интеллекта. Для этого направления актуальным является вопрос: может ли машина мыслить?.
Сущность этого направления состоит в следующем. Если бы модель была тождественна оригиналу, то ее исследование не давало бы познавательного выигрыша.
Тем не менее, очень важен вопрос о возможности создания модели, столь адекватной оригиналу, что различие между нею и классом объектов, составляющих оригинал, по основным, конституирующим характеристикам, было бы не большим, чем различие внутри этого класса. Ответ на поставленный вопрос требует анализа мышления как целостной системы и сопоставления с ним созданных моделей.
Итак, сделаем вывод о том, что задача создания мыслящей машины не совпадает с задачей моделирования мышления. Другими словами, сущностью этого направления является теоретическое, фундаментальное изучение и познание мышления, с точки зрения кибернетики, математики и информатики.
Результатом развития этого направления, по всей видимости, будет создание абстрактной теории мышления, с точки зрения процессов генерации и обработки знаний, информации. Дальнейшее исследование области развития интеллектуальных систем целесообразно провести после изложения полученных нами новых научных результатов по созданию эволюционных баз данных и знаний, т.е. в последнем разделе этой работы.
При исследовании систем искусственного интеллекта и интеллектуальных систем необходимо провести анализ в некоторых других научных областях, некоторые результаты которых оказывают самое непосредственное влияние на нашу область. Более того, многие термины были взяты из психологии, медицины, гносеологии и ряда других областей современной науки. Мы не можем показать здесь обзоры всех взаимодействующих областей науки, так как это займет слишком много места в книге. Однако, наиболее важные, оказавшие самое сильное влияние на полученные нами научные результаты, так сказать, фундаментальные предпосылки необходимо здесь, хотя бы очень кратко, обсудить и проанализировать.
На данном этапе нашего исследования целесообразно перейти к краткому обзору и анализу некоторых биологических (эволюция) и психологических аспектов создания интеллектуальных систем.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭВОЛЮЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Метод моделирования проникает сейчас во все науки. Исследуя истоки моделирования, мы приходим к мифам. Мифы - первые модели: человек мысленно населял природу сверхъестественными существами, снабжал их характерами и судьбами, влечениями и возможностями. Достигали люди этим двух целей: явления природы становились более понятными и как-то предсказуемыми.
Эти функции - обслуживание понимания, обеспечение понятности и создание предсказаний - остались и у современных моделей [Л. 77]. С точки зрения нашего исследования, определенный интерес представляет книга [Л.
77] о моделях в теории эволюции, об идеях наследования, оптимальности и естественного отбора. Итак, человеческая деятельность в какой-то степени проектируется всегда, но и некоторые естественные процессы и явления бывает полезно рассматривать так, будто они искусственные, спроектированные для достижения некоторой цели. Такой прием широко распространен в биологии. Свое естественнонаучное оправдание он находит в теории эволюции, рассматривающей, в особенности после работ Дарвина, эволюцию как естественный процесс.
Эволюции посвящено, в той или иной степени, большое количество работ, например [Л. 29, 32, 52, 58-61, 67, 76-77, 83, 85, 99, 133, 138, 168, 177, 187-188, 212, 217, 221, 229, 239, 256, 260, 281-283, 288, 295, 299, 301, 312, 320, 330, 332, 334, 336, 341]. Данный перечень конечно не претендует на полноту, но позволяет отразить различные интересные подходы к исследуемым нами понятиям. Например, здесь приведены книги по общим вопросам теории эволюции [Л.
29, 61, 83, 133, 239, 246, 288, 334, 341], по общим вопросам биологии [Л. 177, 187-188], по развитию самой идеи эволюции [Л.
58, 61, 99, 234, 301], по генетике [Л. 67, 168, 221, 295, 320], приведены книги классиков, чьи труды оказали огромное влияние на развитие этой области науки [Л. 85, 260, 281-283, 295, 312, 320], указаны некоторые работы, которые в определенном смысле взаимосвязаны с понятием эволюции [Л.
14, 30, 32, 44, 46, 49, 52, 59-60, 68-69, 72, 81, 92, 108, 112, 114, 118, 119, 127, 138, 159-162, 182, 186, 212, 217, 222, 229, 240, 251, 256, 258, 277, 297-299, 306, 324, 330, 332333, 342, 427-430], а также некоторые научно-популярные источники [Л. 76-77].
Рассмотрим понятие эволюции более подробно.
Платон в мифе об Эпиметее изложил важную идею о существовании единой меры для различных биологических свойств. Эта мера - коэффициент размножения, т.е. среднее число выживших потомков на одного предка [Л. 77, 85, 312].
Чтобы в череде поколений не исчез ни один вид, коэффициент размножения должен быть равен единице. Однако, мир Эпиметея - застывший мир, в котором виды не возникают и не исчезают.
Такой мир эволюционного равновесия вроде бы чужд идее эволюции, но, на самом деле, необходим для ее понимания.
В теории эволюции Дарвина рассматривается возникновение одних видов и вымирание других. Очень важно предположение, что виды возникают и исчезают медленно, если измерять время продолжительностью жизни особей этих видов. Тогда получаем, что коэффициенты размножения для ныне живущих видов практически равны единице.
Кроме того, появляется еще фон сравнения [Л. 77], т.е. это те, кого недавно не стало. Значит, они были хуже и их коэффициент размножения стал меньше единицы. Такой фон сравнения -застывшая история, а коэффициент размножения в данных условиях - единая мера оптимальности или совершенства.
Конструировать фон сравнения на основе реальной истории сложно, поэтому используются другие подходы. Горбань А.Н. и Хлебопрос Р.Г. в [Л. 77] предлагают выделить все результаты биологических упрощений в особое царство формальных и математических моделей, а применение таких результатов к классическим биологическим существам рассматривать на правах сравнительного анализа. Обитателей этого нового царства они назвали матемазаврами.
Это безобидные и полезные существа, заменяющие теоретикам кроликов и дрозофил. Считается, что большинство матемазавров бесцельно слоняется в случайных направлениях, пока не наткнется на пищу.
Покушав, матемазавры тут же или чуть позже размножаются и слоняются дальше. Матемазавры эволюционируют очень быстро и могут вести себя более осмысленно.
В конце 20-х годов 20-го столетия оформилось новое научное направление, которое может быть охарактеризовано, как математическая теория эволюции. Впрочем, официального единого названия это направление не имеет, но своим созданием обязано многим исследователям, которые теперь называют себя не биологами, а эволюционистами [Л. 76-77]. Наиболее известные из них: Дж.
Б.С. Холдейн, Р.А. Фишер, С. Райт. Интересно, что первые шаги в этом направлении были сделаны еще в 19 веке Т. Мальтусом и, как отмечал Ч. Дарвин, послужили основой для наводящих соображений при создании теории отбора.
В целом математическая теория эволюции так же, как и более известное направление, не использующее математику, опирается на идеи Ч. Дарвина об отборе. Отметим, что, в целом, в теории эволюции очень много разнообразных идей, часто противоречащих друг другу.
Теория эволюции с помощью естественного отбора предстает перед нами сейчас одним из воплощений идеи Ньютона о динамических моделях: описываются изменения, связанные с наследственными вариациями, рождениями, выживанием, размножением и смертностью на сравнительно небольших временах, и утверждается, что биологическая эволюция сводится к большой последовательности таких изменений.
Со временем выживают те организмы, у которых коэффициент размножения больше. Но это не из-за какого-либо стремления к совершенству, а просто потому, что с ходом времени их доля в системе все увеличивается. При этом коэффициент размножения - просто коэффициент в уравнениях, описывающих изменение численности, а не цель совершенствования.
Однако в результате появляется возможность рассматривать его как меру оптимальности. Такого рода динамические модели выживания (модели дифференциального выживания) призваны объяснить эволюцию.
Такой подход (метод) дает возможность конструировать сценарии эволюционного развития и упорядочить данные биологического моделирования.
Идеи эволюционного моделирования применяются не только в биологии, но и при исследовании других научных объектов, например, в астрономии исследуют эволюцию Вселенной. Интересно, что явно свести всю эволюционную биологию к динамическим моделям отбора наследуемых вариаций невозможно и не нужно, но мыслить все эволюционные события происходящими по Дарвину (по современной синтетической теории) полезно, т. к. это способствует упорядочению и согласованию знаний.
Подчеркнем, что Дарвиновская теория эволюции исходила во многом из аналогии между процессами, происходящими в природе, и селекцией домашних животных и растений. Селекционер был заменен условиями обитания - от них зависят скорости успешного размножения.
Живые существа, видоизменяясь, приспосабливаются к новым условиям. Впрочем, термин приспособление метафоричен и неточен, так как подразумевает, что изменения происходят целенаправленно и сознательно.
В действительности же наиболее важен такой механизм: одним обитателям становится существенно хуже, другим - не настолько или даже лучше. И эти последние вытесняют прежних жителей, даже если вначале, до изменения в среде, были в меньшинстве.
Называя такой процесс отбора приспособлением, мы как бы смешиваем его с другими - индивидуальной адаптацией и модификацией индивидуального развития.
При изменении условий все организмы, так или иначе, меняются - адаптируются. Это происходит довольно быстро, но в сравнительно узких пределах. Более широкий диапазон изменений дает модификация индивидуального развития. В новых условиях развитие идет хоть немного, но по другому.
Для проявления таких модификаций требуется уже смена нескольких поколений. Эти изменения обычно обратимы и захватывают сразу значительную часть особей.
Не вытеснение одних другими за счет изменений в коэффициенте размножения, а просто изменение многих - в этом отличие эволюции путем отбора наследуемых вариаций [Л. 77]. Он действует медленнее всех индивидуальных
приспособлений и модификаций, но зато может приводить к приспособлениям, намного сильнее уклоняющимся от первоначальных свойств.
Однако процесс эволюции не сводится к одному-двум эффектам. Более того, в биологии складывается такая проблемная ситуация, когда умножение знания о деталях не ведет автоматически к углублению понимания целого.
В нынешней теории эволюции отсутствует процедура сбора целостной картины из разнообразных фрагментов. Здесь уместно перейти (вернуться) от биологии к нашей предметной области, т.е. к созданию эволюционных баз данных и знаний для синтеза интеллектуальных систем, и даже более того: к эволюции техносферы.
Когда речь идет об эволюции техносферы, то в действительности имеется в виду эволюция человеческой мысли и деятельности [Л. 77]. Человечество подошло вплотную к такому порогу, когда оно может запустить управляемую эволюцию техносферы. Функции человека, при этом, возможно, будут таковы: не придумывание шагов эволюции, а ее запуск, создание базы, рамок, основных правил.
При этом, шаги эволюции такая техносфера будет делать уже сама. Отметим, что современное развитие вычислительной техники, кибернетики, математики и других наук позволяет говорить о такой эволюционной техносфере уже без налета фантастики, а как о ближайшей перспективе.
Важно, что, имея такую прикладную проблему в качестве одного из основных мотивов деятельности, теория эволюции получит новые стимулы к развитию, а моделирование эволюционной динамики - конкретные цели.
Как справедливо замечено в [Л. 77], время создания ЭВМ принципиально нового поколения уже пришло. Для таких ЭВМ надо ставить формализованные цели и организовывать контакт с действительностью. Остальное такие ЭВМ, набираясь опыта, сделают сами, используя при этом эволюционные алгоритмы.
Впрочем, адаптация имеет и свои минусы: трудно учитывать концептуальные ограничения, а без этого система может плохо работать в ситуациях, далеких от встречавшихся ранее. Для программируемых машин таких проблем не возникает.
Если удастся соединить достоинства этих двух классов машин, то можно будет гибко сочетать программируемость и адаптацию. В частности, такой подход пытаются исследовать и реализовать в рамках создания новых методов обработки данных и конструирования ЭВМ [Л. 5-7, 37, 56, 63, 93, 126-131, 137, 148, 165-167, 189, 244, 245, 263, 274, 287, 343-344, 384-386, 438, 460-461], обучаемых ЭВМ и искусственного интеллекта [Л.
9, 11, 23, 28, 31, 33, 47, 82, 92, 112-118, 171, 203, 232-233, 251, 326-327, 427-430, 438, 462-465, 481-503], нейрокомпьютеров [Л. 17, 76-77, 142, 207-211, 333, 438].
Данная работа также посвящена аналогичным вопросам создания новых обучаемых и адаптирующихся комплексов ЭВМ.
Таким образом, смысл терминов, связанных с эволюцией, в различных областях одинаков, т.е. под этим понимают постепенное изменение системы в течение некоторого интервала времени. Однако, в каждой области знаний, термин эволюция имеет свое значение, но вместе с ним можно (как синоним) употреблять термин адаптация.
НЕКОТОРЫЕ ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СИНТЕЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ
1.5.1. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ САМООТНОШЕНИЯ
Одной из основных проблем при разработке систем искусственного интеллекта является проблема наделения таких систем самосознанием, самооценкой, самоанализом, что в общем случае может быть обозначено в гносеологическом смысле как самоотношение СИИ к себе самой. До сих пор исследователи уделяли недостаточно внимания анализу влияния психологических аспектов самоотношения при разработке систем искусственного интеллекта. Особый интерес представляет то, как понятие самоотношение определяют при исследовании естественного интеллекта, прежде всего в психологии [Л.
106,153,223,259,265, 272, 273, 291, 427-459].
Рассмотрим основные представления о строении обобщенного самоотношения. Существует пять основных подходов к пониманию глобальной самооценки (самоуважения) и ее структуры [Л. 223]:
1. Я - как конгломерат частных самооценок, связанных с различными аспектами Я-концепции.
2. Самоотношение как интегральная самооценка частных аспектов,
взвешенных по их субъективной значимости.
3. Самоотношение как иерархическая структура, включающая частные самооценки, интегрирование по сферам личностных проявлений и в
комплексе составляющие обобщенное Я, которое находится наверху иерархии.
4. Глобальная шкала самооценки, которая относительно автономна и одномерна, т.к. выявляет некоторое обобщенное самоотношение, одинаково приложимое к различным сферам Я.
5. Самоотношение как чувство в адрес Я, включающее переживания различного содержания (самоуверенность, отраженное отношение и т.п.).
Кроме того, в настоящее время в психологии, в связи с термином самоотношение, можно выделить два положения, которые, по мнению Пантилеева С.Р. [Л. 223], априорно принимаются большинством исследователей:
- существует некоторое обобщенное самоотношение (самоуважение, самооценка), которое является целостным, одномерным и универсальным образованием, выражающим степень положительности отношения индивида к собственному представлению о себе;
- это обобщенное самоотношение некоторым образом интегрируется из частных самооценок.
Интересно, что именно эти положения наименее эмпирически обоснованы, но это не приводит к сомнению в их априорной истинности. Считается, что самооценка есть эмоциональная реакция на знание о себе, так как ей просто больше неоткуда взяться, а обобщение этих эмоциональных реакций происходит на основе обобщения отдельных аспектов образа Я в целостную Я-концепцию.
При таком подходе, попытки понятийной реконструкции структуры эмоциональнооценочной системы не могут приводить ни к чему иному, как к коллекционированию (интегрированию) отдельных аспектов или сфер проявления личности, которые потенциально могут составить содержание Я-концепции и стать объектами для самооценок. Именно это и имеет место в большинстве зарубежных исследований [Л.
223].
Определенный интерес представляют взгляды на данную проблему, развиваемые в отечественной психологии (Леонтьев А.Н., Рубинштейн С.Л., Шорохова Е.В., Кон И.С., Столин В.В., Чеснокова И.И., Пантилеев С.Р.), где преодолены ограничения, связанные с позитивистскими и феноменологическими подходами к пониманию самосознания [Л. 106, 153, 223, 259, 265, 272, 273, 291, 427-459]. Однако решение методологических проблем пока не нашло практического воплощения в конкретные эмпирические исследования, непосредственно связанные с изучением строения самоотношения как эмоционально оценочной системы.
Самооценка чаще всего используется в практических исследованиях как независимая переменная.
Самоотношение (самооценку) нельзя рассматривать в отрыве от других понятий психологии. Наиболее разработанной в отечественной психологии является концепция самосознания, предложенная Столиным В. В. В этой концепции, самосознание понимается не только как самоописание, самопознание или комплекс самооценок [Л. 272].
Самосознание личности направлено на то основное, что составляет ее психологическую сущность - на ее собственный личностный способ интеграции различных видов деятельности и иерархизации ее мотивов. Необходимость такого понимания самосознания в психологии связана с тем, что любой человек в какой-то период своей жизни реализует некоторую совокупность жизненных отношений с помощью системы различных видов деятельности.
При этом одни и те же обстоятельства, действия и т.п. в различных жизненных отношениях будут иметь различный личностный смысл.
Одновременно осуществляя разные отношения с помощью разных видов деятельности, человек находится в потенциально конфликтной ситуации, в которой одни и те же действия могут обладать разными смыслами в отношении к разным мотивам. Этот противоречивый, составной смысл известный психолог Столин В.В. называет конфликтным смыслом [Л. 272]. Процесс самосознания по Столину происходит в виде переживания конфликтных смыслов, в ходе которого для личности (индивида) становится ясным, что она может преодолеть, что заставляет ее отступить и через какие преграды личность не может переступить даже под жестким давлением обстоятельств.
Получается, что собственное Я человека, иногда даже в большей степени, чем объективные обстоятельства, может выступать как условие, цель или мотив его деятельности.
В этой концепции самоотношение не является ни следствием знания о себе, ни реакцией на определенные аспекты образа Я. Наоборот, и знание о себе, и самоотношение есть следствие одних и тех же общих причин, лежащих вне субъекта, в его деятельности, - и лишь вторично, в феноменологически превращенных формах, отдельные самооценки могут восприниматься самим субъектом как способные порождать его истинное отношение к себе. Научный психологический анализ в этом случае не совпадает, - и даже в чем-то противоположен субъективной психологике интроспективного наблюдателя.
Как единица самосознания, смысл Я порождается как отношение к мотиву или цели релевантных их достижению качеств субъекта и оформляется в самосознании в значениях (когнитивный аспект) и эмоциональных переживаниях (эмоциональный аспект). В этом случае, смысл Я содержит когнитивную, эмоциональную и отношенческую (от слова -отношение) компоненты.
С другой стороны, самоотношение может рассматриваться как результат столкновения собственных свойств с мотивами и целями субъекта.
Получаем, что термин самоотношение (т.е. отношение к себе) употребляется как минимум в трех следующих значениях [Л. 223].
1. Самоотношение как результат процесса соотнесения Я субъекта с мотивами и целями деятельности, т.е. личностный смысл Я.
2. Самоотношение как субъективный, феноменологически представленный аспект смысла Я, ограниченный связями последнего с другими составляющими сознания и замкнутый внутри него.
3. Самоотношение как эмоциональная составляющая смысла Я.
Все три понимания: смысл Я, аспект смысла Я и эмоции правомерны, но их терминологическая нераздельность, неразведенность осложняет их анализ.
Выделяют два основания различения смысловых образований от других образований сознания [Л. 223]:
- опосредованность реальной деятельностью первых - феноменологическая непосредственная данность вторых;
- глубинность первых и функционирование на поверхности сознания вторых.
В [Л. 223] введено еще одно основание для различения понятий смысл Я и
