Алгоритмы разума

Система усиления-торможения — СУТ

Принцип СУТ для сетевого интеллекта состоит в том, что каждый такт деятельности разума начинается с пересчета активности всех моделей, затем активности сравниваются и наиболее активная модель получает дополнительное усиление, а все другие — торможение. Обычно дополнительно активируется та модель в сети, которая наиболее значима, поскольку именно она главным образом получает энергию от моделей чувств-потребностей. Все другие, наоборот, снижают свою активность. Гипотезой было предусмотрено, что после краткого усиления «главной» модели связь к ней от СУТ как бы «устает», и усиление отключается. Одновременно отключается и торможение всех других моделей. Начинается новый цикл: снова пересчитываются активности моделей, снова выбирается наиболее активная, к ней приключается СУТ, усиливает ее и тормозит все другие. Таким образом устанавливается приоритет для самой значимой модели, которая в то же время имеет возможность усилить к следующему такту связанную с ней другую модель и, следовательно, обеспечить движение активности по моделям, представляющим этапы ФА. Повторное включение одной и той же модели исключается ее блокировкой на несколько тактов. Эта гипотеза была неоднократно воспроизведена в наших моделях сетевого интеллекта на ЦВМ и в модели, выполненной на физических элементах. Схема, объясняющая принцип СУТ, показана на рис. 33.

Рис. 33. Схема системы усиления-торможения — СУТ: Рц₁ , Рц₂ — рецепторы; М₁, М₂, М₃ — модели образов внешней среды; Чп — чувства-потребности; Д₁, Д₂, Д₃ — модели действий; Чм — «мышечное чувство»; Мш₁, Мш₂ — мышцы, Т— тело; Эн — источник активности для СУТ; Ус — усиливающая часть СУТ; Торм — ее тормозящая часть. Жирная пунктирная линия — усиление избранной для сознания модели; тонкие пунктирные линии — торможение остальных моделей; жирные сплошные линии — особенно большая активность между моделями, предполагающая захват СУТ следующей моделью Д₂. Для М₁ и Д₂ показаны условные схемы нейронных ансамблей, составляющих модели.

Гипотеза о сетевом разуме с СУТ позволяет дать модельную трактовку психологических понятий. Вот как они выглядят:

1. Мышление — взаимодействие моделей, направляемое чувствами и СУТ.

2. Мысль — модель, усиленная СУТ в данный момент.

3. Сознание — движение активности по значимым моделям, усиленным СУТ, отражающим важнейшие отношения в системе субъект—среда.

4. Подсознание — взаимодействие моделей, ослабленных СУТ. Оно обеспечивает подготовку моделей для сознания, распознавание заученных образов и выполнение привычных движений.

Таким образом, впервые в модельном исполнении продемонстрированы сферы сознания и подсознания. Взаимодействие обеих сфер обеспечивает противоположные и взаимно дополняющие свойства интеллекта человека — дискретность сознания и непрерывность подсознания.

В зависимости от суммарного напряжения чувств изменяется уровень усиления и торможения со стороны СУТ и соответственно изменяется соотношение значений сознания и подсознания. Не следует думать, что гипотеза дает приоритет подсознанию, а СУТ только регистрирует то, что достигнуто бессознательно. В действительности после пребывания в сознании модель получает мощный толчок активности, и хотя она не может сразу вернуться в сознание, поскольку связь ее с СУТ блокирована на несколько тактов, но однако передает свою энергию другим моделям, связанным с нею, и таким образом как бы направляет дальнейшее движение мысли. Поэтому наблюдается «связность мышления». Если бы сознание являлось лишь орудием подсознания, то переключения СУТ были бы беспорядочными и целенаправленная деятельность стала бы невозможной. Сетевой интеллект с СУТ позволяет воспроизвести многие феномены мышления и поведения человека, но использование этого принципа для моделирования достаточно сложного интеллекта оказалось нереалистичным. Поэтому вернемся к алгоритмическому интеллекту и посмотрим, насколько в нем применима и полезна СУТ.

СУТ в алгоритмическом интеллекте

В принципе АИ может обойтись и без СУТ, если установить одну линию действий, движимых одной потребностью (см. рис. 32), с использованием простых «одноэтажных» ФА при отсутствии других конкурирующих действий. При этом если стимулов недостаточно, ФА обрывается на мыслительных этапах, действия не происходят, и начинается поиск нового ФА. Снова восприятие, анализ; при обнаружении значимых объектов — планирование, расчеты и т.д. Интеллект может только думать и наблюдать за средой до тех пор, пока обострятся потребности и включится ФА поиска, то есть движений в среде, цель которых — обнаружение объекта, способного удовлетворить данные потребности.

Другое дело — при нескольких потребностях и наличии конкурирующих ФА. В этом случае при некотором исчерпании стимулов для одного ФА интеллект не может оставаться в покое и ждать, а должен своевременно переключиться на другую линию деятельности, обслуживающую другую потребность. Осуществить это можно, только пересчитывая активность моделей, составляющих содержание другого, параллельного ФА, в процессе выполнения данного. Так возникает необходимость в подсознании, то есть параллельных операциях с моделями под управляющим воздействием различных потребностей, дающих для них стимулы. Отказаться от этого — значит лишить интеллект гибкости, способности реагировать на изменение обстановки.

Параллельные действия с моделями можно осуществлять в едином алгоритме, используя простое переключение с одной программы на другую. Переключение управляется определенными данными, например той же активностью моделей или потребностей. Создание таких программ одинаково необходимо при наличии или отсутствии СУТ. Только одно важное ограничение обязательно: недопустимы два одновременных действия с эффекторами. Коль скоро одно начато, оно должно продолжаться до своего завершения, или до возникновения серьезных препятствий, или до появления очень сильной конкуренции другого ФА. Для этого можно использовать «рефлекс цели», ограничив его применение только одним ФА. В этом случае мыслительные этапы нескольких ФА могут протекать одновременно, но на действие с эффекторами выходит только один ФА, и если решение в нем принято, прочие ФА не развиваются дальше этапа планирования.

Второе ограничение касается настройки рецепторов. Как было сказано выше, существует второй «круг» восприятия, направленный на определенную цель, на поиск нужных деталей в объекте. Естественно, что если в подсознании одновременно прорабатывается несколько ФА, то может появиться необходимость в дополнительных исследованиях. Они должны быть ограничены обслуживанием одного, главного ФА. Определить его трудно, если все конкурирующие ФА еще находятся на мыслительных этапах. Нужен дополнительный алгоритм выбора главного ФА. После этого придется поддерживать именно этот ФА, поскольку для него уже проделана работа по исследованию среды. Снова неизбежно усложнение. Так постепенно приходим к необходимости все время, на любых этапах параллельно идущих нескольких ФА выбирать один главный и давать ему приоритет перед другими с помощью специального алгоритма. Это та же СУТ, приспособленная к алгоритмическому интеллекту.

В наших сетевых интеллектах СУТ также была представлена алгоритмически: сравнивалась активность моделей, выбиралась наиболее активная и еще более усиливалась. Подобное возможно и в АИ. В нем есть кратковременная память, в которой модели имеют параметр активности. Величина активности рассчитывается по характеристике, по количеству попадающей на нее энергии от других моделей и чувств. Если это первичная модель объекта, то активность зависит от энергии, полученной при восприятии объекта, и от настройки рецептора. Так можно получить исходные уровни активности всех моделей в кратковременной памяти к началу такта, в нашем случае — к моменту действия Д (см. рис. 29 и 32). Сравнивая активности моделей, выбираем наиболее активную, которая подлежит дополнительному усилению со стороны СУТ. Она и будет следующей «мыслью». Усиление избранной модели — это дополнительная энергия от СУТ, которая суммируется с энергией, поступающей от других моделей, например от чувств. Активность модели возрастает по сравнению с исходным уровнем, имевшим место к началу такта. После того как с наступлением следующего такта СУТ отключается от этой модели, падение активности будет проходить уже в соответствии с ее динамической характеристикой. Иначе говоря, энергия, полученная моделью от СУТ в тот период, когда она была «мыслью», продолжает давать себя знать в продолжение еще нескольких тактов. Это особенно важно для выбора других моделей. Согласно схеме, показанной на рис. 32, модель М₁, побыв в сознании и получив повышенную активность к началу следующего такта, отдаст часть ее модели М₂ и действию Д₂. Это важно для них, так как повысит их шансы стать «мыслью».

Труднее воспроизвести торможение всех остальных моделей. По самой идее СУТ ее тормозящее воздействие можно представить в двух вариантах: или изменением (уменьшением) угла наклона характеристики, или прямым вычитанием некоторой доли активности, бывшей к началу такта. Выбор наилучшего варианта возможен только в конкретных моделях интеллекта. Думаю, что сперва следует пытаться уменьшать активность на некоторую долю ее исходной величины, подсчитанной к началу такта. Тормозящий эффект влияет и на последующие такты, поскольку уменьшает шансы модели завоевать сознание и снижает влияние на другие модели. Впрочем, все зависит от степени торможения.

Рис. 34. Характеристика СУТ: коэффициент усиления избранной модели со стороны СУТ является функцией «напряжения чувств» (суммы значений чувств .Ч ).

Усиление и торможение со стороны СУТ определяются ее характеристикой. Пример представлен на рис. 34. Степень усиления и торможения должна изменяться в зависимости от «напряжения чувств» — их некоей суммарной активности, выраженной в условных единицах. Подробности можно установить только на конкретном примере.

СУТ позволяет обеспечить приоритет начатому ФА и переключать действие на конкурирующий ФА только в том случае, когда его значимость гораздо выше первого вследствие связей с потребностями-чувствами.

СУТ и сознание

Обратимся снова к сознанию и подсознанию, чтобы попытаться выяснить их содержание в АИ. Определить сознание можно примерно так: сознание — это ориентировка интеллекта в пространстве, времени, отношениях, своем состоянии и состоянии окружающего мира. Понятно, что эти слова ничего не объясняют без их алгоритмического обеспечения. При этом возникает множество вопросов.

Какой может быть величина модели в сознании. Проверяя на себе, обнаруживаешь, что в различных случаях объемы модели неодинаковы. Когда человек рассматривает внешний мир, то содержанием его сознания является картина — ее размер, четкость, детальность. Человеческий глаз дает массу информации, поэтому видимая картина довольно сложна. Ее детальность зависит .т напряжения рассматривания и от сфокусированности взгляда. Это может быть широкая «крупноблочная» картина, охватывающая пространственную ситуацию, то есть расположение предметов, видимых нечетко. Если же зрение сфокусировано, оно дает четкую картину деталей в узком пространстве на фоне весьма расплывчатого окружения. Это примерно соответствует одному из «кадров» на рис. 17. Итак, тогда, когда СУТ приключена к рецепторному полю, в сознании — один кадр с «буквой» настройки рецептора. Последовательность рассматривания дает серию кадров со своими «буквами». В последующем эти картины переходят в память, а к рецептору приключаются новые кадры. В памяти картины быстро бледнеют, утрачивают детали и совсем стираются, если не усиливаются повторным рассматриванием или вспоминанием. Повторное восприятие запечатлевает в памяти новый кадр, но при этом устанавливаются связи между ним и предыдущим кадром, и они могут взаимно усиливать друг друга. Однако в каждый момент в сознании может быть только один кадр.

Другие рецепторы у человека дают модели гораздо более скудные в смысле разнообразия структур. Из слышанного набора звуков в сознании умещаются только короткие фразы. Можно последовательно, строку за строкой, припомнить стих, но нельзя воспроизвести сразу весь.

Таким образом, «фразы» в сознании короткие, состоят из двух — четырех «слов». Однако «фразы», бывшие в сознании в течение предыдущего такта, имеют повышенную активность, поскольку они получили «заряд энергии» от СУТ, и хотя их активность в данный такт несколько понижается торможением от СУТ, но не настолько, чтобы уничтожить эффект предшествовавшего усиления. Не исключается возможность, что некоторые «слова» могут попадать в сознание два раза подряд — вначале в конце первой «фразы», затем в начале второй. Несомненно, что между последовательностью «фраз» или «слов», побывавших в сознании, устанавливаются более прочные связи, чем между малоактивными моделями в подсознании. Тут действует принцип, в соответствии с которым связи особенно сильны между двумя моделями с высокой активностью. Так формируется «текст» — последовательность моделей, бывших в сознании и касающихся одного предмета.

При осуществлении основного ФА по программе, описанной выше, все используемые в нем модели проходят через сознание. Если бы не было параллельных ФА, а также их иерархии, не было бы нужды в СУТ и выделении понятия сознания.

Возможно, что в постоянную память переходят только те модели, которые побывали в сознании. Однако этот вопрос еще подлежит исследованию.

Функции подсознания

Значение подсознания в АИ должно быть весьма велико. Прежде всего в подсознании хранятся активные модели, уже побывавшие в сознании и представляющие значение для интеллекта, для его дальнейшей деятельности. Эти модели нужно запомнить, в последующем они являются материалом для вспоминания и повторного исследования. Кним относятся прежде всего «планы» различных ФА высших уровней. Они периодически вспоминаются и возбуждают «тормозы» или стимулы для новых ФА, обычно низшего порядка. То же самое относится к планам «соседних» ФА, приостановленных из-за «расписания» среды, в котором удобное время для осуществления следующего этапа представится в будущем. Активными остаются модели уже выполненных этапов ФА. Все перечисленные виды моделей периодически снова поступают в сознание, как только наступает пауза в действиях вследствие истощения стимулов, насыщения потребностей или обстоятельств среды, приостанавливающих деятельность. Активность этих моделей поддерживается именно повторным включением СУТ, поступлением в сознание. Другим источником энергии для них могут быть чувства, если у моделей образовались к ним сильные связи.

Повторные вспоминания картин внешнего мира могут сопровождаться новым анализом и даже планированием, чаще всего с «буквой» «нереально». Такие мысли постоянно встречаются у человека и должны быть у любого интеллекта.

Вторая функция подсознания — слежение за средой, телом, даже самим мышлением в интервалах между сознательными актами исследования этих объектов во время этапов ФА. Главное качество развитого интеллекта состоит в том, что он всегда готов откликнуться на значительные изменения среды или тела, чем бы он ни был занят. Это — слежение для обеспечения собственной безопасности. Кроме того, слежение является частью любого ФА, потому что оно дает материал для обратных связей, регулирующих выполнение ФА.

Объем подсознательного слежения по сравнению с сознательным исследованием может значительно отличаться в различных интеллектах. Это определяется настройкой и активностью рецепторов, «приключенных» к объектам слежения, которые вместе определяют активность и детальность моделей, воспринимаемых и переносимых в кратковременную память. Объем слежения также изменяется в зависимости от степени концентрации внимания. При высокой концентрации СУТ очень активна (она значительно активирует избранные модели и соответственно тормозит все остальные), и это ведет к уменьшению объема слежения. В таком случае говорят о сужении внимания.

Слежение не ограничивается простым восприятием и запоминанием. В таком виде оно не может принести пользы. Для того чтобы поднять тревогу, нужно не только воспринять сигнал, но и распознать его, и оценить меру его значимости. Таким образом, в подсознании должны осуществляться начальные этапы ФА —восприятие и анализ, результаты которых привлекут сознание, если они значительны, или останутся незамеченными либо забудутся, если не имеют значения.

Распознавание и анализ в сетевом интеллекте производятся на тех же элементах, что и запоминание, автоматически. В АИ это осуществить сложнее: необходимо включить действия с моделями, описанные при изложении содержания ФА. Нужно извлекать из постоянной памяти модели-эталоны, сравнивать их с первичной моделью, снова вызывать из памяти модели для оценки. Все это можно осуществить двумя путями: или, пользуясь большим быстродействием ЦВМ, делать паузы в обработке материалов сознания, или вводить параллельные программы для обработки информации, поступающей от каждой следящей системы. Так или иначе, это возможно, хотя и намного усложняет дело. Но интеллект не может быть простым.

Слежение в чистом виде не предусматривает действий. Оно дает первичный материал для сознания. Если обнаруживается что-то важное, то это выражается в появлении очень активной модели, захватывающей СУТ, иными словами, заслуживающий внимания объект попадает в сознание. Активность моделей, полученных в подсознании, черпается из тех же чувств, которые дают активность для всякого ФА. Обычно после включения сознания информация «перепроверяется» заново — сильно активируются рецепторы, образуются точные модели, они анализируются с привлечением более точных моделей из памяти, и только затем следуют этапы планирования, решения и действия.

Однако подсознание может осуществлять и ФА с действиями, если они не мешают «главному» ФА, к которому привлечено сознание. Как правило, это очень короткие и простые ФА, в которых участвуют хорошо отработанные модели действий, не требующие большой энергии. Примеры из нашей повседневности — ходьба, почесывание, даже надевание навязчивого мотива. В таких ФА действует укороченная программа: восприятие (от слежения), распознавание, оценка (стимул), действие. Круг «автоматических» ФА ограничен как в отношении моделей распознавания, так и действий. Не исключена возможность, что модели для них постоянно находятся в кратковременной памяти, их дополнительное возбуждение невелико и легко достижимо. АИ вполне допускает воспроизведение коротких ФА, несущих вспомогательную функцию. В конце концов любое произвольное действие на низших уровнях реализуется через автоматические элементарные движения, не требующие затраты энергии и привлечения сознания. Мы автоматически ходим: повторяющиеся шаги только включаются в начале движения и останавливаются в конце выбранной дистанции. При этом следящая система в подсознании осуществляет мелкую коррекцию шагов при незначительных нарушениях рельефа пути.

Наиболее постоянными моделями в подсознании являются чувства, измеряющие меру удовлетворения потребности. Эта мера определяет уровень их активности. Следящие системы существуют для каждой потребности — они дают «входы» на модель. Это не только слежение за элементарными потребностями тела, как голод у живых существ или, к примеру, заряд питающих аккумуляторов у искусственного интеллекта. Это и слежение за мерой новизны воспринимаемого мира, определяющей любознательность, это и слежение за повторением однообразных действий, накапливающих скуку. Модели чувств — генераторы энергии. Если напряжение потребности велико (голод), то чувство активируется и пробивается в сознание, периодически становясь «мыслью», однако оставаться в сознании постоянно оно не может в силу особенностей СУТ. Тем не менее каждое привлечение внимания (СУТ) дополнительно активирует чувство и увеличивает потребность. В частности, это случается всякий раз, когда в процессе ФА производится оценка, по распознанной модели объекта определяется адрес потребности и к ней привлекается внимание, то есть приключается СУТ. Если интеллект ничем не занят, например действия отключены из-за «расписания» среды, наиболее острая потребность часто привлекает СУТ, чем еще больше активируется. В модельном выражении это изменение ее характеристики и соответствующее возрастание стимула. Каждый человек замечал на себе подобное: когда занят — не чувствуешь голода, а если думать не о чем, то особенно хочется есть.

Повторное привлечение внимания и усиление от СУТ могут «натренировать» даже незначащую модель настолько, что она становится очень активной и пробивается в сознание, не будучи связанной с какиминибудь потребностями. Это явление тоже всем известно: навязчивые мотивы, картинки воспоминаний. Такая тренируемость моделей в естественном разуме заложена в их характеристиках, и, видимо, ее нужно воспроизвести в ИИ, поскольку на этом основано важнейшее качество интеллекта — самоорганизация.

Слежение за временем в буквальном смысле (за секундами, минутами и т.д.) возможно только при овладении речью. В более простом варианте время присутствует всегда: оно заложено в конкретных моделях — динамических картинах. Однако при запоминании последовательности явлений (картин) в памяти происходит «сжатие» времени за счет действия «обобщения по времени», о котором говорилось выше. Тем не менее направление времени всегда сохраняется. Видимо, это объясняется односторонней направленностью связей между моделями, то есть пространственной структурной организацией памяти, в которой воспроизводится не только статическая структура моделей, но и их динамика.

«Координаты» сознания

Модельное выражение словесного определения сознания, как постоянной ориентировки в пространстве, времени, отношениях, самом себе, выражается в комплексе постоянно обновляющихся активных моделей, полученных от соответствующих следящих систем. Все эти модели связаны друг с другом, так что любое действие, любой ФА не может происходить без участия основных «координат» сознания, как я называю перечисленные параметры. (В развитом интеллекте есть еще несколько других, о них речь далее). Воспроизвести координаты сознания в алгоритме не просто, но возможно. Видимо, для этого каждое действие с моделями, предусмотренное в ФА, должно пройти по всем «координатам», которые могут наложить ограничения, стать «тормозами». Такое невозможно без связей моделей-«координат» с «тормозом». Может быть, следует сделать его универсальным «нельзя», связанным с интегральными чувствами Пр и НПр. В этом случае каждое действие с моделями и их выбор направляются и ограничиваются различными комплексами моделей. В состав этих комплексов входят «координаты». Алгоритм проверки по ним необходимо воспроизвести, хотя возможно, что не нужно проверять по всем моделям, а достаточно выбирать только значимые (вопрос требует отдельной проработки).

Алгоритм интеллекта должен воспроизводить ту же динамику сознания, которую можно наблюдать на себе. Возможно, что для специализированных искусственных интеллектов это и не лучший алгоритм, но для универсального он необходим. Наши мысли в самом упрощенном варианте состоят из этапов ФА, перемежаемых воспоминаниями, отвлечений на следящие системы — на чувства, на внешний мир — в те моменты, когда ФА осуществляется автоматически или возникает перерыв в действиях, связанный с «расписанием» внешней среды. Все модели, побывшие в сознании, остаются в кратковременной памяти, так же как и связи между ними. С течением времени память подвергается «эрозии», незначащие модели, с низкой активностью, не возвращаются в сознание (не вспоминаются) и забываются. Значащие получают подкрепление в подсознании от чувств и захватывают СУТ в интервалах между этапами ФА.

В подсознании происходит колебание активности моделей, энергия переходит по связям от одних к другим, порой возникают связные процессы — незаконченные или даже полные ФА. Видимо, следует поделить память, как кратковременную, так и постоянную, на отдельные зоны, представляющие собой «рецепторные поля»,— внешний мир, тело, действия, чувства. Процессы взаимодействия моделей в подсознании в первую очередь ограничиваются пределами зон, однако периодически распространяются за них.

Отразить сложную динамику сознания и подсознания алгоритмом — трудная задача. Можно только предполагать, что она выполнима, но нельзя это утверждать, пока не будут созданы хотя бы простые модели интеллекта. А ведь то, что мы рассмотрели, несравнимо с разумом современного человека. В лучшем случае оно соответствует уровню обезьяны или несколько больше — нашего первобытного предка. У него уже была иерархия ФА, которой, видимо, нет у животных. Их планирование происходит автоматически, охватывает ограниченные отрезки времени и диапазон действий. Я намеренно не вводил понятия социального сигнала, не выделял его из воздействий внешней среды, из ее «картины». Это, наверное, допустимо у животных, на уровне первой сигнальной системы.

Можно было бы этим и ограничиться. Создание искусственного интеллекта алгоритмического типа, соответствующего уровню высших животных, уже представляет интересную задачу, поскольку при наличии обширной внешней памяти такой интеллект мог бы решать много прикладных задач управления, встречающихся в технике и организации. Но моя задача шире. Чтобы доказать универсальность алгоритма интеллекта, нужно довести его, по крайней мере, до уровня современного человека и желательно наметить пути дальнейшего совершенствования. Разумеется, надежд на воплощение алгоритма в программах будет еще меньше, но кто знает. Может быть, найдутся энтузиасты, которые захотят вложить труд в решение этой задачи. Мне кажется, что она уже по силам современной вычислительной технике.