УДК 004

, д. э.н., к. т.н., профессор.

Алгоритмизация творческого процесса получения нового знания

Рассматриваются принципы построения искусственного интеллекта на основе исследования свойств интеллекта человека

В последнее время растет осознание невозможности дальнейшего существенного развития интеллектуальности разрабатываемых вычислительных средств без изучения свойств интеллекта самого человека [4]. Так, вспоминая недавнюю историю, можно отметить, что амбициозные планы японских разработчиков еще к 1995 году создать ЭВМ так называемого пятого поколения, обладающую некоторыми интеллектуальными способностями, в целом потерпели крах. Эта неудача стала результатом необоснованной уверенности создателей вычислительных систем в возможности решить все поставленные задачи исключительно средствами программирования.

Изучение интеллектуальной деятельности человека необходимо проводить с учетом свойств инструментария, который должен эмулировать такую деятельность. В качестве такого инструментария выступают средства вычислительной техники. Указанный инструментарий диктует необходимость изучения интеллекта человека в операциональном аспекте, который может быть реализован с использованием информационных технологий.

Исследуем основные функции естественного интеллекта при получении нового знания с целью их алгоритмизации. В проводимом рассмотрении продуктивным представляется использование "принципов бессилия" — определение границ возможностей интеллекта. Необходимо исследовать ограничения, присущие интеллекту человека, что может быть более продуктивным, чем подчеркивание и констатация его безграничных возможностей.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При определении границ возможностей выделения информации интел­лектом могут рассматриваться два уровня преобразования информации. Первый уровень — это выделение информации пятью сенсорными каналами (зрение, слух, обоняние, осязание, вкус), которые имеют свои "полосы пропускания" и не перекрывают весь возможный диа­пазон поступления информации. При этом принимаем во внимание то обстоятельство, что зрительный анализатор обеспечивает порядка 90% всего объема поступающей информации, а слуховой – до 10%.

Второй уровень преобразования информации — это уровень интеллекта, строящего на основе получаемой от органов чувств информации модель окружающего мира. При этом характеристики и особенности интеллекта, сложившиеся в процессе эволюции, определяют прин­ципы построения указанной модели. Мозг, нервная система человека конечны, имеют конечную сложность, а поэтому имеют свои ограничения и особенности, которые определяют диапазон или поле решаемых задач. Основными ограничениями мозга в информационном отношении являются конечная скорость обработки информации и фиксированный конечный объем хранимой информации. В частности, ограниченность интеллекта в скорости обработки информации заключается в следующем:

- центральные отделы мозга могут перерабатывать ~ 16 бит инфор - мации в секунду;

- два события на временном интервале менее I/I6 секунды в сознании человека сливаются в одно;

- события, отстоящие друг от друга на время более 2 секунд, могут восприниматься, в общем случае, как несвязанные;

- интеграция информации при восприятии происходит за 5-10 секунд.

Ограниченность интеллекта в возможности хранения информации проявляется в следующем:

- объем «рабочей» памяти человека ограничен;

- всего в памяти человека может храниться около 20 млд бит информации;

- в кратковременной памяти человека может фиксироваться порядка семи элементов.

Наиболее существенной, с нашей точки зрения, является последняя особенность восприятия – в кратковременной памяти одномоментно фиксируется порядка семи понятий. Человек или волевым усилием, или за счет своеобразной свертки понятий может раздвинуть указанные ограничения, однако, только в некоторых пределах.

Сравнивая величину объема обрабатываемой человеком информации в единицу времени с числом одномоментно фиксируемых в кратковре­менной памяти элементов, получаем разность в размере ~ 9 бит информации. Можно предположить, что эта информация связана с эстетическим подпороговым аспектом восприятия и образует поле смысловой неоднозначности, тот элемент, который обеспечивает активный процесс творчества. Парадокс в данном случае заключается в том, что избыточная информация идет на увеличение неоднозначности.

Ввиду своей конечности человеческое сознание может раскрыть для себя бесконечность проявлений окружающего мира только путем его декомпозиции, а затем интеграции "слоев настоящего" [3] в определенную модель в рамках некото­рой иерархии. При этом на каждом уровне иерархии каждое понятие сле­дующего уровня порождается определенным постоянным числом (по нашему мнению, семью) понятий предыдущего уровня. Происходит своего рода свертка понятий в метапонятия. Причем каждое понятие может участвовать также в определенном числе сверток в рамках различных контекстов рассмотрения.

В качестве основы модели интеллекта используем парадигму или понятийную сетку [2], обеспечивающую иерархическую интеграцию выде­ляемой сознанием последовательности "слоев настоящего". Под пара­дигмой здесь понимается некоторый мета контекст, реализуемый системой понятий верхнего уровня, связями и весами связей между этими понятиями.

Все поле знания представляет собой структурированное таким образом множество понятий различного уровня общности. Парадигма, с другой стороны, является динамической структурой, в которой одновременно может быть активизировано порядка семи элементов - понятий, которые образуют так называемый гештальт [2]. Активизация определенного гештальта приводит к измене­нию весов связей между элементами парадигмы. Тем самым обеспечи­вается тот или иной контекст рассмотрения.

Основными особенностями интеллекта человека, которые проистекают из его ограниченности, по нашему мнению, являются:

- инерционность сознания;

- позитивный процесс выборочного забывания;

- «люфт» выделяемых понятий;

- учет аксиом «по умолчанию»;

- функционирование в соответствии с универсальным алгоритмом;

- сбалансированность интеллекта.

Подробнее рассмотрим указанные особенности интеллекта человека.

Инерционность сознания

Интеграция "слоев настоящего" в парадигме реализуется за счет свойств "инерции" сознания. Причем инерция сознания здесь трактуется как выход за область известного за счет определенной устойчивости понятий. В своем крайнем проявление инерция сознания выступает как навязчивая идея.

Инерция сознания, которая проявляется как во времени, так и в пространстве, может быть подразделена на два вида – ближнего и дальнего плана. Инерция ближнего плана проявляется в распространении не скорректированных представлений на соседний по месту или времени элемент действительности. Коррекция может быть не проведена на вре­менном интервале от I/I6 до 2 секунд. С другой стороны, однообразная информация может быть идентифицирована и обработана как изменяющаяся через временной интервал в 2 секунды. Таким образом происходит как бы активное сканирование и интеллект человека можно уподобить вычисли­тельной системе конвейерного типа с квантованным временем перемены набора обрабатывающих операций. Волевые импульсы могут изменять величину временного кванта как в сторону увеличения, так и снижения, но не ниже 1/16 секунды – временного уровня восприятия.

Инерция сознания дальнего плана заключается в определенной ус­тойчивости парадигм и теоретических построений. Причем "объем" парадигмы, при котором происходит переосмысление последней, по всей видимости, есть величина постоянная. Эта величина определяется конечным ради­усом действия аналогии в поле знания и связанным с этим срывом адекватности логи­ческих построений. То есть, любая модель, каковой является и парадигма, может занимать определенную область поля знания, в пределах которой она до определенной степени сохраняет свою адекватность. Алгоритм перехода от одной парадигмы к другой представляет собой принцип прев­ращения определенного набора (структуры) аномалий в исходной парадигме в набор тавтологий в новой парадигме, то есть включение их в систему аксиом. (Под аномалией в данном рассмотрении понимаем отклонение наблюдаемого события от предписаний используемой парадигмы).

С известной точностью может быть рассчитано время существования теории или парадигмы с момента достижения последней некоторой "критической массы", при которой она достигает самодостаточной величины. Причем, с чисто внешней точки зрения, переход от одной парадигмы к другой происходит тогда, когда разработка парадигмы достигает такой степени строгости предписаний внутри себя, при которой объяснение определенного для данной парадигмы набора аномалий становиться более сложным, чем преобразование базисных предположений указанной парадигмы.

Позитивный процесс выборочного забывания

Выделение памяти человека в качестве обособленной функции носит искусственный характер и не отражает глубинную сущность интеллекта как целого. Ответ на вопрос "как происходит запоминание" в большой степени опреде­ляет и то, "что запоминается". Исходя из этого, рационально рассматри­вать не принципы фиксирования заранее выделенной информации, а сам процесс формирования последней.

Важным свойством человеческого сознания, проистекающим из его ограниченности и уравновешивающим свойство инерции, является позитивный процесс забывания, в том числе и оперативное забывание.

Процесс выборочного забывания, "забывания по шаблону", обеспе­чивает деактуализацию (маскирование) определенных связей между понятиями в парадигме, которые не отвечают шаблону. В качестве шаблона выступают некоторые общие принципы, реализуемые аксиомами по умолчанию и проецируемые на конкретные связи между понятиями. В результате деактуализации в двух направлениях – вовнутрь, когда все находящееся внутри контура считается принадлежащим одному понятию, и наружу, когда деактуализация касается связей между различными понятиями - контурами, происходит свертка знания и построение некоторых сверхзнаков на основе новых структур, образуемых контурами. (Под деактуализацией понимаем временное снижение весов определенных связей между понятиями).

Необходимо подчеркнуть позитивную роль временного забывания как инструмента построения абстракций. Временно забывается как бы "наполнение" контуров, возникающих как результат фрагментации окружающего бесконечномерного мира конечным человеческим сознанием. Получаемые контура могут выступать как материал для более широких обобщений. Оперативное забывание имеет также большое значение при реали­зации различных контекстных интерпретаций при перемещении гештальта внутри парадигмы.

«Люфт» выделяемых понятий

Важное свойство интеллекта человека, связанное с его инерционностью и позитивным свойством оперативного забывания, характеризу­ется понятием "люфт". Под люфтом в данном случае понимается то обсто­ятельство, что любое понятие в поле знания представляет собой не точку, а некоторую область или зону вариации.

Диапазон люфта – это расстояние между соседними понятиями в поле знания или область возможных толкований и интерпретаций данного понятия, при которых последнее еще распознаваемо. Так, абстрактное мо­жет быть рассмотрено как диапазон люфта конкретного или как диапазон существования данного понятия в определенной парадигме. Чем сложнее понятие (чем больше у него различаемых параметров, а, следовательно, больше возможных связей с другими понятиями), тем шире диапазон люфта и больше "расстояние" между понятиями в дан­ном поле знания. Следовательно, "расстояние" между понятиями в поле знания является функцией от числа различаемых параметров элементов поля знания, а само поле знания задается парадигмой, определяющей возможный на­бор параметров в том или ином конкретном рассмотрении (в том или ином контексте).

Существует люфт ближнего и дальнего плана. Люфт ближнего пла­на определяет диапазон вариации отдельных понятий внутри данной парадигмы. Люфт дальнего плана определяет области вариации более сложных построений, включая парадигму. Так под люфтом алгоритма можно понимать диапазон изменения исходных данных, для которого алгоритм сохраняет свою адекватность. Не ус­тоявшиеся, с большим люфтом понятия бывают наиболее продуктивными для формирования нового знания, а создание нового – это иногда "реализация заблуждения". Степень понимания определенного поля знания, в данном контексте, можно оценивать возможностью интерпретации понятий в пределах их люфта.

Учет аксиом «по умолчанию»

В любом познавательном акте присутствуют аксиомы по умолча­нию (по аналогии с программированием), обеспечивающие связность поля знания и преемственность его преобразований. Аксиомы по умолчанию могут маскироваться явными аксиомами, однако, когда действие их не перекрыто явными аксиомами, они достраивают "каркас" строгости постановочной части решаемой задачи (например, в задаче рас­познавания образов). Системы аксиом создают своеобразную "плоскость аксиом", как бы искривляют предыдущее знание (парадигму) в соответствии с новыми представлениями. Размер "плоскости аксиом" определяется широтой аналогий и связанного с ним радиуса действия логических построений.

Метрика поля знания определяет меру "жесткости" той или иной аксиомы и смысл процедуры обмена указанной жесткости на определен­ное количество менее "жестких" аксиом. Она же определяет полноту и непротиворечивость системы аксиом. При этом аксиомы представляют со­бой мета ограничения, налагаемые на поле знания. Системы аксиом образуют семантически связанные комплексы, причем алгоритм организа­ции таких комплексов, очевидно, унифицирован для различных предметных областей и парадигм. Системы аксиом представляют собой "логику скачка смысла", а "плоскости" между ними заполняются тавтологическими построениями. Аксиомы по умолчанию выступают как элемент бессознательного, как инерционные построения в наиболее важных и часто повторяющихся случаях.

В то же время аксиомы по умолчанию возникают и при достижении нового знания, причем алгоритм их возникновения обеспечивает преемственность знания, как бы его уточнение – то есть "аналоговое", без семантических перепадов, поле знания. Структуризация предметных областей также производится в соответствие с аналогичными аксиомами по умолчанию.

Принципы построения систем аксиом по умолчанию, очевидно, ана­логичны принципам построения систем явных аксиом. Те и другие аксиомы образуют взаимосвязанные и уточняющие системы. Аксиомы по умолчанию являются наиболее фундаментальными допущениями, причем в прос­тейшем больше их доля, что делает простейшее самым сложным для осознания и моделирования (например, при распознавании образов различных видов).

Порядок дополнения системы явных аксиом аксиомами по умолча­нию можно представить себе как "выдавливание" из некоторого стека ранжированной последовательности аксиом по умолчанию в случае, если отсутствует определенный тип явных аксиом для достраивания фрагмента поля знания до некоторой цельности. Это своеобразный принцип дополнительности "неполного" знания. Уточняя можно сказать, что "выдавливаются" из стека не сами аксиомы, а соответствующие унифицированные алгоритмы их формирования, реализующие конкретные аксиомы по умолчанию для той или иной области поля знания.

Системы аксиом по умолчанию ответственны за "шаблоны" при оперативной деактуализации определенных связей между объектами в па­радигме. Практика жизни и особенности восприятия трансформируются в конкретные аксиомы по умолчанию. Причем можно различить два уровня характе­ристик, определяющих вид этих аксиом. Первый, глубинный уровень, определяется устойчивыми и неизменными характеристиками восприятия. Важнейшее значение при этом имеют, по всей видимости, понятия симметрии и "золотого сечения". Это обусловлено особенностью человеческого сознания переводить задачи различного класса в зрительные коррелянты, что, в свою очередь, связано с психо­логической установкой человека строить завершенные и замкнутые струк­туры. В этом случае упрощается задача структуризации всего рассматриваемого материала.

Второй уровень характеристик связан с определенными вариациями указанных глубинных параметров.

Системы аксиом представляют собой иерархические построения с уровнями различной степени общности. Если верхние уровни такой иерархии обладают наибольшей инвариантностью применимости, то на более низком уровне находятся соответствующие системы аксиом, определяющие конкретику предметной области – то есть множество ее элементов, учитыва­емые характеристики элементов и связи между ними. Такой процесс может быть рассмотрен как согласование систем аксиом высокого уровня общности с конкретными предметными областями, а аксиомы низшего уровня - как интерфейсы к определенным предметным облас­тям. Можно предположить, что такие интерфейсы унифицированы, или, другими словами, системы аксиом более высокого уровня формируются из систем менее высокого уровня с использованием универсального алгоритма.

Системы аксиом, определяющие конкретную предметную область, задают поле возможных целей, достижение которых может обеспечить управление в этой предметной области. Причем формирование возможных целей управления в любой предметной области обеспечивается также универсальным образом. Можно сказать, в соответствии с теоре­мой К. Геделя о неполноте, что синтаксис предыдущего уровня иерархии выступает как семантика последующего уровня.

Функционирование в соответствии с универсальным алгоритмом

Ограниченность интеллекта "во времени и в пространстве" приводит к необходимости организации обработки им информации по универсальному алгоритму, базирующемуся на "функциональном шаблоне". В принятом в данном исследовании контексте рассмотрения такой универсализм алгоритма заключается в единообразии переработки информации любой предметной области естественным интеллектом с использованием функционального шаблона. Однообразие определяется рассмотренными особенностями строения нервной системы человека.

Использование функционального шаблона заключается в следующем. Применение обычного шаблона, например, при распознавании образов, показало свою несостоятельность. Функциональный шаблон реализует процедуру, не зависящую от вида обрабатываемой информации. В соот­ветствии с таким шаблоном в любой информации, определяемой тем или иным контек­стом рассмотрения, выделяются порядка семи элементов, причем в качестве таких элементов - понятий выступают мивары [1]. Указанные элементы выделяются в соответствии с системой аксиом по умолчанию, обеспечивающей наибольшее расстояние между элементами в конкретном поле знания. Все остальные элементы, с использованием процедуры оперативного забывания, относятся к группе того или иного ранее выделенного элемента поля знания. Затем, с использованием рассмотренных выше процедур (инерционность сознания; позитивный процесс выборочного забывания; «люфт» выделяемых понятий; учет аксиом «по умолчанию») осуществляется процесс получения нового знания.

(Существование универсального алгоритма переработки информации интеллектом человека подтверждается результатами опытов [3]. Так, если показать человеку некоторое изображение с произвольным набором различных фигур, то человеческое сознание структурирует их в семь групп.)

Любое выделяемое сознанием человека понятие может быть определено только внутри структуры и в связи с другими понятиями, на которые оно имеет проекции. Другими словами, "понятие" как таковое не может существовать обособленно, оно имеет смысл только как элемент определенной структуры с определенными данной парадигмой взаимосвязями.

Структуризация каждой предметной области определяет не просто понятие (структуру понятий), но "понятие - процедуру", то есть, с каждым понятием определенная парадигма задает возможные процедуры его преобразования. Можно предположить, что существует некоторая величина, характеризующая каждую пару "понятие - процедура" в рамках всего поля взаимосвязанных "понятий-процедур". Эта величина может быть определена в рамках миварного пространства [1], в котором понятия и процедуры их обработки имеют общие координаты. При определенной структуризации предметной области указанная характеристика есть величина постоянная. Поэтому необходимо проводить такую структуризацию, при которой эта характе­ристика была бы минимальна.

Можно также предположить, что "насыщенность" понятий можно обменивать на сложность процедур их обработки. Однако, такой обмен может происходить в некоторых пределах. В самом деле, если данное излишне "насыщенно", то минимальная его вариация может вывести получаемый результат за рамки допустимого. С другой стороны, если данное "не насыщенно", то сложность его обработки экспоненциально возрастает. (Под насыщен­ностью понятия будем понимать отношение количества изменяемых характе­ристик к общему числу его возможных характеристик при данном рассмотрении.)

Каждое понятие определяется семью различными параметрами или характеристиками, каждое из которых, в свою очередь, имеет мощность (величину) порядка семи условных единиц. Наделение каждого из понятий конкретным набором таких характеристик, каждая из которых имеет определенную величину, обуславливается выбранной парадигмой. При этом гештальт в сознании человека строится таким образом, что в него входят элементы, имеющие в определенном контексте одинаковые характеристики. Величина каждой характеристики уменьшается на единицу при фиксировании ее связи с каждым другим элементом гештальта. Таким образом, величина характеристики в семь условных единиц исчерпывается при связи каждого понятия с шестью другими понятиями, а гештальт максимально включает порядка семи элементов.

Структуризация как действительности на предметные области, так и каждой предметной области на "элементы - понятия " может производиться сознанием произвольным образом, но внутри некоторого поля возможностей, определяемого предыдущей историей развития знания как "экстра­поляция ранее заложенных тенденций".

Сбалансированность интеллекта.

Необходимо отметить сбалансированность интеллекта во всех аспектах его функционирования. В целом сбалансированность интеллекта человека проявляется в том, что размер парадигмы соотносится с размером гештальта, который может перемещаться в рамках определенной парадигмы, таким образом, что реализуются все необходимые информа­ционные связи между человеком и окружающей средой. Сбалансированность интеллекта определяется также и унифицированными принципами его функционирования, которые могут получить количественную оценку в рамках предложенных подходов.

Интеллект человека сбалансирован в рамках естественного языка, который по определению перекрывает все возможные понятийные области. Своей "окаменелой семантикой" – синтаксисом язык определяет некоторую "плоскость", в которой и происходит получение нового знания. В качестве одной из характеристик такой "плоскости" может быть указана относительная альтернативность различных выдвигаемых человеком положений. Причем всегда обеспечивается своеобразная не ортогональность альтернатив, то есть проекция одной альтернативы на другую имеет ненулевое значение. Другими словами, всегда имеется некоторая область пересечения любых альтернатив, позволяющая переходить к интегральной процедуре синтеза.

Общие принципы построения языка и его синтаксис являются наиболее устойчивыми, инерциальными элементами любого рассмотрения, обеспечивающими преемственность и сопоставимость получаемых результатов. Изменения же в языке, в его структуре наиболее фундаментальны, так как проектируются на все возможные приложения. В языке может быть выделено несколько уровней абстрактного. Между множеством абстрактных и конкретных конструкций языка существует определенное соотношение, определяемое характеристиками сознания человека по свертыванию информации в сверхзнаки.

Можно предположить, что естественный язык ограничен в своих возможностях и как бы вырезает определенный сектор из всего поля возможностей и как ограниченный инструментарий в известной степени определяет направление исследований и их результат. Мы находимся как бы "внутри" поля языка и не можем в настоящее время представить себе ему альтернативу, находясь в уверенности, что по ограниченному числу правил естественного языка можно построить бесконечное число приложений. Интеллект человека, по аналогии с глазом, имеет ограниченный диапазон, но может адаптироваться, однако только в пределах "видимого" спектра задач.

Заключение

Таким образом, модель интеллекта человека представляет собой иерархическую систему с унифицированным алгоритмом обработки информации. Все выделенные функции интеллекта человека допускают достаточно простую алгоритмизацию. Однако, при моделировании процесса полу­чения нового знания, необходимо учитывать то обстоятельство, что многие характеристики интеллекта определяются особенностями его субстрата и могут быть эмулированы только путем значительной "перекодировки идей".

В то же время, как известно, для каждого слова общеупотреби­тельной лексики существует до 100, а для каждого понятия значи­тельно меньше, свободных ассоциаций. Для ряда естественных языков выделяется конечное, до 200, базовых отношений. Конечное число комбинаций этих понятий и отношений в рамках естественного языка, а также все возрастающие возможности современных вычислительных систем обеспечивают возможность эмуляции творческих способностей человека.

В рамках предложенных подходов может быть интерпре­тирован ряд фактов, характеризующих как память, так и интеллект человека в целом. Так, по всей видимости, у высших животных гештальт включает меньшее, чем у человека, число элементов, поэтому выводы их "интеллекта" ограниченнее, хотя и пересекается в некоторой области с выводами человека. Во сне у человека, очевидно, сокращается размер гештальта, что, в частности, проявляется в том, что у здорового человека сновидения обычно черно-белые и при воспоминаниях о сновидениях возникает чувство отсутствия в них логики. Сознание человека работает как бы на "холостом ходу", обеспечивая себе отдых.

Могут получить объяснение некоторые отклонения психики человека при патологических состояниях и определены направления их коррекции. Более глубокое обоснование могут получить методы тестирования. Повышение эффективности процесса обучения может быть обеспечено за счет "наполнения" вводного гештальта соответствующей структурой понятий.

С другой стороны, для реализации искусственного сверх интеллекта возможно включение в гельштальт большего числа элементов, однако при этом важное значение приобретают вопросы верификации получаемых решений. В целом, на основе предложенных подходов может быть, в определенной степени, проведена формализация творческого процесса, получены его количественные оценки и осуществлено дальнейшее изучение его механизма с целью повышения эффективности интеллектуального труда и создания интеллектуальных систем нового поколения.

Литература

1. Варламов многомерного информационного развивающегося (миварного) пространства представления данных и правил. //Информаци - онные технологии. 2003. №5. С.42-47.

2. Структура научных революций. М:. Прогресс, 19с.

3. Фукс В, Искусство и ЭВМ. М.: Мир, 19с.

4. , Суворов фундаментальные исследования интеллекта - путь к созданию компьютерных технологий новых поколений. //Информационные технологии. 2005. №6. С.2-7.