ГЛАВА 6. "ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ"

Идея "искусственного интеллекта" сегодня может рассматриваться отнюдь не как воспроизведение функционирования естественного мозга, а лишь как попытка имитации некоторых его функций, связанных с принятием решений. Г. С. Поспелов в личной беседе однажды сказал, что термин "искусственный интеллект" - не более как неудачная метафора. Тем не менее в этом направлении известно много достаточно удачных практических разработок. Однако средствами сегодняшней математики существенно продвинуться в этом направлении, безусловно, не удастся. Необходима "биологизация" как формального аппарата, так и концептуального подхода к решению этой сложнейшей информационной проблемы.

В данной главе конспективно представлены некоторые основные положения авторского проекта современного способа "интеллектуализации" технических и робототехнических систем нового поколения - так называемых биологизированных, или псевдоживых, систем.

Известно, что робототехника начинает постепенно, но интенсивно внедряться в некоторые области клинической медицины, в том числе в эндовизуализацию внутренних сред организма и выполнение некоторых корректирующих хирургических манипуляций. Все они немыслимы без адекватного информационного обеспечения, поэтому я счелцелесообразным кратко обсудить здесь эту проблему.

Число разнообразнейших публикаций на эту тему очень велико, и я позволю себе в рамках данной главы не приводить никаких ссылок.

Введение в проблему

Сегодняшние робототехнические устройства разнообразны и специализированы. Многие из них снабжены "искусственным интеллектом", разрабатываемым применительно к их специфике. Узкая специализация вызывает необходимость при создании новых устройств осуществлять отдельную разработку "интеллектуализированных" систем оценки информации и управления различными их функциями. Такое положение дел усложняет разработки и увеличивает их стоимость. В связи с этим создание достаточно универсальной модели "искусственного интеллекта" является актуальным.

В доступной литературе сведений о разработках, имеющих не только абстрактную чисто теоретическую постановочную форму, но и описания универсальных моделей, не найдено.

По Геделю, полностью познать и, соответственно, адекватно моделировать систему средствами самой системы невозможно. Таким образом, создать искусственный интеллект средствами естественного невозможно. Но другими средствами мы не обладаем. Можно лишь пытаться строить более или менее удачные модели для имитации некоторых известных и изученных на сегодня его функций, в том числе для решения практических задач.

Интеллект является функцией головного мозга. Предлагаемый способ в значительной мере универсален, будучи ориентирован на необходимое информационное обеспечение технических и робото-технических систем различного назначения, а также на использование для этого ряда моделей из числа известных форм интеллектуальной деятельности головного мозга человека.

Говоря об "интеллектуализации" технических систем, я имею в виду, что можно в какой-то мере назвать их "биологизацией", т. е. моделированием некоторых биологических функций на верхнем структурно-функциональном уровне живых существ - на уровне взаимосвязанных систем тех органов, которые необходимы для выполнения задач, поставленных перед такими изделиями. При этом можно говорить о "псевдоживых" технических устройствах без использования биологических объектов.

Сказанное можно рассматривать только как схематическую содержательную постановку проблемы.

Дополнение

Целесообразно также схематически описать общую структуру технических устройств, управление которыми возлагается на предлагаемую "интеллектуализированную" систему. Это типовая структура, состоящая из взаимосвязанных относительно автономных механических комплексов, уподобляемых системам органов целостного организма:

- оболочка;

- сенсорный комплекс получения и преобразования любых сигналов, в том числе и речевых, получаемых из внешней среды;

- двигательный комплекс с использованием всех целесообразных средств ("органов") доступного перемещения в реальной пространственной среде;

- комплекс различных средств воздействия на объекты внешней среды;

- комплекс возобновляемого энергообеспечения (всех его видов) для функционирования устройства в целом и отдельных его частей;

- сигнальный комплекс, обеспечивающий: а) получение и преобразование сигналов о состоянии устройства и отдельных его частей; б) генерацию и передачу сигналов адресатам, предусмотренным конструкцией устройства; в) помехозащитные функции и генерацию помех;

- "гомеостатический" комплекс поддержания состояния устройства в заданных диапазонах, включающий обеспечение информационных взаимосвязей между его частями;

- "регенерационный" комплекс, включающий доступное автоматизированное восполнение расходуемых ресурсов разного рода;

- самоликвидационный комплекс для отдельных видов устройств.

Все перечисленные комплексы контролируются и управляются только при посредстве "нервной системы" - центрального комплекса целостного технического изделия.

Общая структура центрального комплекса

В целом это единый программно-аппаратный комплекс,

состоящий из нескольких взаимосвязанных функциональных отделов и блоков, каждый из которых включает взаимосвязанные модули.

Выбор тех или иных модулей при конструировании технического изделия определяется его назначением. Некоторые виды отделов, блоков и модулей для конкретного изделия могут быть признаны ненужными.

Перечень основных отделов и блоков центрального информационно-управляющего комплекса

Данные части комплекса предназначены для функциональной имитации интеллектуальной деятельности, поэтому их наименования далее будут соответствовать принятым в анатомии нервной системы животных.

Периферическая нервная система

Анимальная: узлы; стволы; волокна: афферентные - рецепторы, эфферентные - эффекторы.

Вегетативная (автономная): узлы; стволы; волокна: афферентные - рецепторы, эфферентные - эффекторы.

Поскольку данный текст посвящен проблемам "интеллектуализации" управления изделием, то детальное описание периферической нервной системы, являющейся в основном исполнительным средством управления, здесь не приводится.

Минимальная структурная единица нервной системы - нейрон. Это целостный информационный (программный) объект. Нейрон предназначен для отбора импульсов, поступающих к нему по одному из каналов связи (входных отростков нейрона), их преобразования и передачи на другие каналы связи (выходные отростки данного нейрона).

Нейрон имеет оболочку, отростки и внутренние элементы. Оболочка отделяет тело нейрона от внешней среды. Отростки своим окончанием (входные) или началом (выходные) объединены с внутренней средой нейрона.

Внутренние объекты нейрона представляют собой системное объединение двух элементов через общий субэлемент связи (&). Он имеет постоянную материально-энергетическую характеристику. Если импульсы, поступающие по входному каналу нейрона (аксону), энергетически недостаточны, то ничего не происходит, пока такие импульсы не суммируются и не станут соответствовать характеристике &. Только в этом случае достаточный импульс "разрывает" связь, системное объединение распадается, один из базовых элементов нейрона перемещается в сторону выходных каналов связи (дендритов) и передает им соответствующий импульс (сигнал)

к другим нейронам либо модулям устройства. После этого данный элемент возвращается в исходное состояние и вновь системно объединяется с другим элементом через &.

Время, необходимое для передачи сигнала (импульса) от входного канала связи к выходному и до возвращения состояния нейрона к восприятию последующих импульсов, называется рефрактерной паузой данного нейрона.

Нейронная сеть. Прямые или опосредованные связи в пределах периферической нервной системы, а также непосредственная связь периферической системы с центральной образуют нейронную сеть ("паутина жизни" по Ф. Капре). Такая структура обеспечивает оптимальные возможности управления многообразными функциями изделия в целом.

Данные нейронные сети принципиально отличаются от понятия нейронных сетей в существующих автоматизированных информационных системах.

Центральная нервная система

Спинной мозг: сегменты; проводящие пути: восходящие, нисходящие.

Головной мозг: подкорка, кора.

Замечание: "Биологизация" и "интеллектуализация" изделия в целом вызывают необходимость жестко сформулировать предельно допустимые границы автономии его решений и действий.

Спинной мозг является конструктивным продолжением головного мозга. Он предназначен для непосредственного управления основными функциями всех комплексов изделия, кроме центрального, а также части блоков и модулей сенсорного комплекса. Непосредственное управление предполагает не только реализацию управленческих команд, генерируемых головным мозгом, но и частичную автономию спинного мозга.

Спинной мозг состоит из нескольких (не менее двух) однотипных относительно автономных, но структурно взаимосвязанных сегментов. В общую структуру спинного мозга входят проводящие пути двух типов: эфферентные ("передние", нисходящие) и афферентные ("задние", восходящие). Они являются взаимными каналами связи спинного мозга с головным, где начинаются и соответственно заканчиваются в конкретных отделах (модулях - узлах) подкорки. В пределах же спинного мозга проводящие пути начинаются (афферентные) и заканчиваются (эфферентные) в соответствующих сегментах.

Каждый сегмент спинного мозга включает группы нервных узлов, аксоны которых образуют соответствующие передние (исходящие

из головного мозга и впадающие в данные узлы) либо задние (исходящие из спинного мозга и впадающие в узлы подкорки) проводящие пути.

Дендриты узлов спинного мозга, объединяясь в пучки, образуют передние и задние рога, расположенные попарно "по обе стороны" от него. В свою очередь, объединяясь за пределами мозга "по бокам" от него, эти рога вливаются в боковые парамедулляр-ные нервные узлы - анимальные или вегетативные, в зависимости от функционального назначения, соответствующие каждому сегменту спинного мозга.

От парамедуллярных узлов отходят нервные стволы, образующие всю периферическую нервную систему, за исключением ее части - мозговых нервов, связанных непосредственно с головным мозгом. Эти нервы также включают афферентные и эфферентные волокна, обеспечивающие в основном оперативное управление наиболее важными блоками сенсорного комплекса изделия.

Головной мозг состоит из двух взаимосвязанных отделов - коры и подкорки. Оба они представлены множеством взаимосвязанных нейронов, образующих функциональные нервные узлы (в подкорке) и функциональные зоны (в коре).

Подкорка получает по всем каналам связи, прямо либо опосредованно, всю импульсацию от всех источников периферической нервной системы и спинного мозга изделия.

Задачи подкорки:

- сортировка полученных сигналов;

- "бессознательное" автономное автоматизированное, в том числе рефлекторное управление частью функций изделия;

- отбор информации для передачи в кору;

- передача в кору сигналов в соответствии со смысловыми алгоритмически заданными правилами и условиями, определяющими особенности ситуации, в которой в каждый данный момент находится изделие. Эти сигналы активизируют нужные зоны коры для выполнения свойственных только ей функций;

- выполнение команд коры по управлению конкретными комплексами и изделием в целом.

Нейронная сеть строится в виде квадратной сетевой паутины. Конструктивно она может быть свернута в любую удобную конфигурацию.

Типовая структурная единица квадратной паутины - единый базовый элемент (ЕБЭ), где каждый из 9 включенных в него взаимосвязанных квадратов является первичной ячейкой (ПЯ). Существующие в живой нервной системе синапсы в данную структуру не включены.

Выделение ЕБЭ в структуру, состоящую из 9 ПЯ, имеет информационный смысл. Ответов на 9 стандартных вопросов "что?" ("кто?"), "какой?" ("какое?"), "чей?" ("с гем?", "с кем?"), "сколько?", "где?" ("куда?", "откуда?"), "когда?", "как?", "почему?", "зачем?" принципиально достаточно для характеристики (описания) любого объекта - вещества или события. Собственно говоря, событие - это то, что происходит с веществом (выше об этом уже говорилось).

Такая структура лежит в основе построения базы знаний коры головного мозга центрального комплекса изделия.

ЕБЭ объединяют в первичные комплексы (ПервК) сетевой структуры, ПервК - во вторичные комплексы (ВК), ВК-втре-тичные комплексы (ТК). Объединения ТК образуют корковую зону (КЗ).

В состав одной КЗ, если ЕБЭ строятся изолированно друг от друга, включаются 6561 ЕБЭ и 59 049 ПЯ. Всего в составе коры имеется пять относительно независимых специализированных КЗ.

Кора головного мозга (собственно "интеллект"). Схематически основной функциональный цикл коры можно представить таким образом: ...раздражения → ощущения → самосознание → потребности → распознавание и узнавание с использованием синестезии и БЗ - эмоции - целеполагание - сценарные рассуждения и утверждения - выбор стратегии поведения с учетом возможных ограничений и мотивации - действие - оценка результа -тов - обратная связь - корректировка и пополнение БЗ - формирование условных рефлексов - и... все сначала.

Функциональные зоны коры:

- сенсорная зона;

- зона базы знаний;

- зона анализа и распознавания;

- зона сценарного мышления;

- зона выбора и реализации решений.

Комментарий. Сознание и мышление являются физиологической (психической) функцией коры головного мозга. Механизмы и сущность этих естественных явлений остаются неизвестными.

В описываемом программно-аппаратном комплексе, имитирующем (моделирующем) некоторые функции коры для сугубо прагматических целей, примем информационные результаты ее преобразований на алгоритмически заданном этапе в качестве функции мышления и сознания.

Для поставленной цели мы определили информацию как индивидуальную интерпретацию приемником результатов его взаимо-

действия с принятым сигналом. Этот результат является материально-энергетическим событием. Интерпретация корой головного мозга данного устройства таких результатов, в свою очередь, может рассматриваться как последующее событие, задаваемое алгоритмическим способом. Будучи представленным на любом из конструктивно избранных языков в форме текста, последний принимается в качестве описания процесса мышления.

Сенсорная зона

Основными функциями сенсорной зоны являются осознание получаемых ею импульсов (раздражений) и преобразование их в ощущения, формирование самосознания и эмоций.

Все импульсы кора получает из подкорки, в которой они сортируются, отбираются и передаются в кору. Их источниками являются спинной мозг и мозговые нервы.

Основные функции сенсорной зоны распределены по взаимосвязанным блокам, а внутри блоков - по специализированным модулям. Общим является то, что преобразованные этой зоной различные входные импульсы становятся различными ощущениями, которые и осознаются головным мозгом изделия как специфические.

Блок органов чувств

Импульсы, получаемые корой от головных нервов, связанных с устройствами восприятия окружающей среды с помощью зрения, слуха, обоняния (вкуса), преобразовываются в соответствующие специфические ощущения (мыслеобразы).

Импульсы, получаемые корой от оболочки изделия в результате внешних воздействий на нее, преобразовываются в тактильные ощущения (мыслеобразы).

Системное объединение (синестезия) этих ощущений обладает новым качеством, отличающимся от простой их суммы.

Постоянно изменяемые в реальном режиме времени системные мыслеобразы используется корой для формирования динамических аналитических представлений о внешней среде изделия.

Импульсы, получаемые корой через афферентные нервы, о наличии и состоянии всех внутренних комплексов и устройств изделия, в том числе о состоянии самой оболочки, преобразовываются во внутренние ощущения (мыслеобразы).

Блок самосознания

Системное объединение внутренних мыслеобразов (синестезия) является основой формирования самосознания ("Я") изделия. Все остальное, воспринимаемое органами чувств, идентифицируется как "не Я". В самосознание включается информация от сенсорных устройств о внешнем виде, состоянии, пространственном расположении и динамике собственного корпуса и его частей, в том числе зеркального (отраженного) изображения, тактильного восприятия, запаха, вкуса своей оболочки и звука работы собственных частей. Сюда же включается информация от органа, определяющего гравитационную нагрузку и пространственное расположение объекта и его внешних частей.

Сенсорная зона связана с БД коры, зоной анализа и распознавания объектов внешней среды и с зоной мышления. Реализация самого процесса мышления включается в понятие самосознания ("Я мыслю"). При одновременном вводе в действие в конкретных ситуациях нескольких робототехнических изделий включаются понятия "Мы" и "не Мы".

Блок потребностей

Множество разнообразных потребностей изделия определяется фактически текущим состоянием его внутренних комплексов и их частей. Главная потребность - поддержание гомеостаза. Отклонение состояния изделия и его частей от нормативного состояния гомеостаза формирует те или иные потребности, которые подлежат удовлетворению. Сведения об этом транспортируются в блок выбора и реализации решений.

Особенности задач и реальных ситуаций, в которых находится изделие, могут вести к отсрочке удовлетворения этих потребностей и даже к полной их отмене.

Блок эмоций

Будем называть эмоциями системное объединение различных ощущений. Эмоции разделяют на положительные (удовлетворенность чем-либо) и отрицательные - неудовлетворенность. Эмоции имеют степень выраженности: сильные, умеренные и слабо выраженные.

Эмоции являются подсознательным основанием для того, чтобы принимать решения, не прибегая к аналитическим механизмам. Аналитический - осознаваемый - механизм выбора и реализации решений нередко вступает в противоречие с эмоциональ-

ным, поскольку в основу аналитического механизма алгоритмически закладывается необходимость достижения различных целей, что может не совпадать с "собственными интересами" изделия, в частности его самосохранения. Доминирование рационального выбора в ряде ситуаций может приводить к подавлению эмоциональной составляющей.

Баланс эмоционального и рационального в поведении любого высокоразвитого живого существа является реальностью. Моделируя систему управления изделием, обладающим целевой функцией и возможностью выбора стратегии поведения, целесообразно использовать и эти механизмы. Блок эмоций связан с зонами анализа, мышления и выработки решений.

Зона базы знаний

Знания - этосистема взаимосвязанных данных (повторюсь: по Г. В. Колшанскому, лингвистическим представлением данных является слово, знаний - предложение, мысли - текст).

Используемая в данной разработке БЗ принципиально отличается от существующих баз знаний, и тем более от БД.

Системная структура базы знаний является независимым программным продуктом. В полной конфигурации БЗ представлена "оболочкой", заполняемой пользователем применительно к любой предметной области. Структура БЗ иерархична. На каждом уровне представлены элементы, связи между ними и системные объекты, являющиеся вариантами объединений данных элементов через эти связи. Такие структурные описания системных объектов являются знаниями. При переходе на более высокий иерархический уровень БЗ объекты нижележащего уровня рассматриваются как элементы вышележащего, а элементы нижнего уровня - как связи верхнего. При переходе с более высокого уровня вниз - "вглубь" по иерархии знаний - осуществляется обратная процедура. Число иерархических уровней не ограничивается. Число системных объектов, элементов и связей также не ограничивается и зависит от фактического объема знаний в предметной области. Предусматриваются развернутая характеристика объектов ("веществ и событий") и описание их атрибутов.

При использовании БЗ в качестве зоны коры головного мозга изделия она конструктивно заполняется теми знаниями, которые необходимы для его специфики, целей, объектов внешней среды, способов управления и функционирования. В процессе эксплуатации изделия БЗ пополняется и может изменяться.

Блок "Система управления базой знаний"

В рамках данного устройства система управления базой знаний (СУБЗ) обеспечивает пополнение БЗ в интерактивном режиме, обращение к любому ее уровню, коррекцию, пополнение, очистку. Поскольку первичное заполнение БЗ производится конструктивно при изготовлении изделия, то дополнительное обращение к необходимым БД для пополнения базы знаний нужной внешней информацией производится в процессе его эксплуатации. СУБЗ обеспечивает передачу и использование знаний в зону сценарного мышления для построения "сценариев", имитирующих процесс примитивного мышления, поиск аналогов по заданным параметрам, поиск объектов, анализ структур, связей и свойств. СУБЗ работает при поддержке и под контролем системного процессора.

Блок "Интеллектуальный системный процессор"

Конфигурация интеллектуального системного процессора (ИСП) адаптирована к структуре БЗ. Он имеет принципиальные отличия от конфигурации стандартных процессоров. Его использование позволит уменьшить число операций (и команд) при заполнении и использовании БЗ.

Сопряжение БЗ, СУБЗ и ИСП следует считать сопряжением с сенсорной зоной коры головного мозга.

Зона анализа и распознавания

Зона анализа и распознавания предназначена для выполнения нескольких функций. Зоны распределены по блокам:

1) распознавание образов (распознавание и узнавание);

2) поиск аналогий между наблюдаемыми объектами внешней среды и описаниями объектов, хранящихся в БЗ;

3) анализ информации, передаваемой из подкорки с помощью "психического кода";

4) анализ эмоциональной составляющей, импортируемой из сенсорной зоны;

5) анализ состояния внутренних технических систем изделия;

6) сопоставление целевой функции с оценкой информации, получаемой из блоков 1-5;

7) передача в зону сценарного мышления и зону выбора решения результатов анализа блока 6.

Блок "Распознавание образов"

"Распознавание образов" в качестве обобщенного наименования проблемы делится на две последовательные задачи: распознавание и узнавание (М. М. Бонгард). Распознавание - это классификация, узнавание - идентификация.

Классификация - информационная процедура отнесения изучаемого объекта к некоторому известному классу объектов по сходству основных признаков. Основанием для такого утверждения служит наличие взаимосвязанной совокупности обобщающих характеристик распознаваемого объекта с обобщающими основными характеристиками эталона - характеристиками класса объектов.

Идентификация - информационная процедура, позволяющая по взаимосвязанной совокупности индивидуальных признаков утверждать, что распознаваемый объект является "тем самым единственным, который обладает персональным именем".

Для осуществления процедуры распознавания в БЗ коры должны храниться достаточно полные характеристики всех объектов, распознавание которых включено в задачи изделия. Они либо вносятся туда конструктивно (что лучше), либо приобретаются в процессе эксплуатации.

Признаки, характеризующие тот или иной "эталонный образ", должны быть принципиально распознаваемыми сенсорной системой устройства.

Алгоритмически задачи классификации и идентификации, особенно при "неполном наборе признаков", требуют первично множественных, минимально необходимых и достаточных описаний, представленных в виде импликативных логических функций, позволяющих сделать то или иное утверждение. Технически - вполне приемлемо сопоставление изображений, звуков, запахов ит.п.

Использование аппарата математической статистики для этих целей неприемлемо.

Блок "Поиск аналогий"

Будем называть аналогией сходство объектов не по взаимосвязанной совокупности общих либо индивидуальных характеристик, а по заранее заданным (сформулированным) отдельным характеристикам (признакам).

Понятие аналогии в обиходе можно обозначить словом "похоже". Если сходство сравниваемых объектов достаточно близкое,

то понятие аналогии нередко пересекается с понятием классификации.

Поиск аналогий с помощью зоны анализа и распознавания необходим для понимания сущности и предназначения объектов, описания которых отсутствуют в БЗ, но которые возникают во внешней среде конкретного изделия. Это попытка ответа на вопросы "что это такое?", "кто это?" путем ответа на вопрос "на что это похоже?".

Поиск аналогий является эффективным подспорьем процессам распознавания и узнавания для ориентировки изделия в объектах внешней среды. Сказанное относится к распознаванию объектов-веществ и объектов-событий, поэтому при поиске аналогий возникает необходимость обращаться не только к БЗ, но и к памяти о происшедших ранее событиях, в том числе о результатах принимавшихся ранее решений. Для этого необходимо обращаться к другим блокам данной зоны и к зоне выбора и реализации решений.

Блок "Анализ психического кода"

Психический код (Пк) предназначен для оптимизации методов отбора и передачи из подкорки в кору той информации, которая оказывается наиболее актуальной в данный момент с позиций самого существования изделия. Эта информация, алгоритмически отобранная по содержательным характеристикам, является тем материалом, который используется корой в сценарной зоне для последующего выбора решения "Что делать?". Суть в том, что возможности сценарных рассуждений коры ограничены, и поэтому для них следует отбирать только наиболее важные знания. Если лингвистическим выражением знаний является предложение, то мышления - текст. И именно предложения, переданные из подкорки в кору, служат тем материалом, из которого в ней строятся текстовые рассуждения, утверждения и предположения. Если этого материала нет, то и "рассуждать не о чем". Если знаний недостаточно, то процесс мышления неполноценен, что влечет за собой некачественные решения о выборе образа действий и в целом - неэффективное функционирование изделия.

Психический код информирует кору о наличии трех наиболее значимых (актуальных) для целенаправленной деятельности и самосохранения изделия сиюминутных ситуациях и состояниях самого устройства, а также о количественной мере их выраженности. К ним отнесены: потребность (П), опасность (О) и необходимость (Н). Степень их выраженности определяется числом данных букв в трехбуквенном коде. Порядок букв не имеет значения.

Всего 20 комбинаций кода в одной посылке, включая "пустой" вариант, когда "ни о чем думать (рассуждать) не надо". Две и три одноименные буквы в одной посылке кода определяют не два или три вида потребностей, опасностей или необходимостей, а только степень их выраженности. Каждый вид этих ситуаций задается самостоятельной посылкой.

Частота таких сообщений в кору зависит от специфических задач самого изделия. Также от этого зависит содержательная часть - смысловое значение данных сообщений.

Для формирования Пк необходима связь с сенсорной зоной и БЗ коры.

Принципы отбора необходимой информации из поступающей в подкорку и отсеивания неактуальной, как и процедура формирования Пк, задаются алгоритмически в зависимости от типа изделия. Анализ Пк и наполнение его конкретным содержанием (осмысление) осуществляются в коре.

Блок "Анализ эмоций"

В данном контексте будем называть эмоциями взаимосвязанные совокупности осознаваемых ощущений, побуждающих изделие к тем или иным действиям. Эти действия предназначены для достижения и сохранения положительных эмоций и для избавления от отрицательных.

Равновесным состоянием будем считать ощущение эмоциональной удовлетворенности.

Положительные эмоции: сытость, безопасность, исправное функционирование всех комплексов, отделов и блоков изделия, достигнутая цель каждого действия, достаточная информация о текущей ситуации.

Отрицательные эмоции: голод, опасность, неисправное функционирование любого блока изделия, недостижение (полное или частичное) цели любого конкретного действия, недостаточная информация о текущей ситуации.

И положительные, и отрицательные эмоции имеют три степени выраженности: малую, среднюю и высокую. Они определяются совокупностью причин, что задается алгоритмически. Поскольку положительные и отрицательные эмоции противоположны по смыслу (и знаку), наличие любой из них, независимо от степени выраженности, автоматически исключает существование противоположной.

Полная эмоциональная удовлетворенность (эмоциональный комфорт) обеспечивается взаимосвязанным объединением всех положительных эмоций, выраженных в большей степени.

Полная эмоциональная неудовлетворенность (эмоциональный дискомфорт) характеризуется прямо противоположным образом.

Взаимные сочетания положительных и отрицательных эмоций, выраженных в различной степени, определяют реальный эмоциональный фон (уровень эмоционального комфорта) изделия, что зависит от его исправности, состояния окружающей среды и поставленных целей.

В совокупности с рациональным выбором оптимальных решений и дополнительной мотивацией формируется комплекс команд, определяющих поведение изделия в каждый данный момент. В общем виде это стремление к максимальному уровню эмоционального комфорта.

Блок "Анализ состояния технических систем"

Индикация состояния технических систем является функцией вегетативной нервной системы. Коррекция некоторых отклонений от нормального функционирования комплексов и устройств изделия производится автоматически. Ряд отклонений требуют вмешательства ЦНС.

Главной задачей вегетативной нервной системы является поддержание гомеостаза. Диапазоны "нормы", в том числе и в процессе функционирования изделия, задаются конструктивно и реализуются алгоритмически путем описания команд на необходимые локальные воздействия. Выполнение таких команд может быть как автономным в сфере вегетативной регуляции, так и произвольным в сфере анимальных воздействий.

Замечание. В живом организме основным осмысленным сигналом "неисправности" внутренних органов и покровов тела является ощущение боли. Имитацию этого ощущения можно ввести в данный комплекс, но так, чтобы это "ощущение", даже максимально выраженное, служило только сигнальной функцией, но не препятствовало бы изделию выполнять поставленные перед ним задачи.

Перечень "ощущений" о состоянии технических систем (схематически):

- оболочка - прикосновение, давление, удар, разрыв;

- сенсорный комплекс - ограничение полей зрения, снижение яркости, искажение изображений, "слепота"; снижение слуха, "глу-

хота"; снижение обоняния, "аносмия"; снижение вкуса, утрата вкусовых ощущений; нарушение гравитационной ориентировки в пространстве; нарушение восприятия речевых сигналов;

- нарушение двигательной функции - невыполнение команд двигательным средствам (полное, частичное), отсутствие обратной связи о выполнении команд;

- нарушение функций средств внешнего воздействия - то же, что и выше;

- различная мера "энергетического голода" - невозобновлен-ного остатка энергоресурсов;

- сигнальный комплекс - любые нарушения в формировании, передаче, преобразовании, подтверждении получения адресатами и обнаружении помех;

- комплекс поддержания "гомеостаза" - любые нарушения в согласованном функционировании технических систем - нарушения вегетативной регуляции и функциональных взаимосвязей между частями устройства;

- регенерационный комплекс - невыполнение соответствующих команд;

- самоликвидационный комплекс - невыполнение команды.

Блок "Сопоставление целевой функции с имеющейся информацией"

Целевая функция (что надо?) задается:

- конструктивно (общая для изделий сходного назначения);

- стратегически - для конкретной ситуации по команде "сверху";

- тактически - по выбору решений ЦНС.

Одновременно с формулировкой цели задаются формализованные критерии меры ее достижения. Помимо использования данных первых пяти блоков, шестой блок взаимосвязан с зоной принятия решений коры (седьмой блок).

Основной функцией шестого блока является активный поиск необходимой информации для реализации решений. Для этого используются все сведения, получаемые от первых пяти блоков, и оценивается их достаточность для достижения цели. При недостаточной имеющейся информации шестой блок дает заявку первым пяти блокам на поиск дополнительных сведений, указав меру их приоритетности и временной порядок поиска (очередность). Основаниями для этих формулировок служат информационный уровень выбора решений в соответствующей зоне коры (детерминированный, стохастический, неопределенный, ситуации неизвест-

ности и катастрофической неизвестности), а также степень срочности принятия решений, определяемая Пк.

Для выполнения этой задачи шестой блок имеет обратную связь с соответствующей зоной коры, чтобы запрашивать ту, и только ту информацию, которая необходима для перевода информационного уровня ЛПР (лица, принимающего решение) с имеющегося на более высокий. Мерой достижения информационного насыщения является детерминированный уровень.

Примеры:

• Имеются данные о классификации объекта внешней среды. Необходима его идентификация.

• Выбор решения альтернативен. Необходимы сведения об аналогичных ситуациях и результатах принимавшихся при этом решений.

• Имеются данные о частичных неисправностях исполнительных устройств. Нужны сведения о необходимости использования данных устройств при реализации оптимальной стратегии.

• Имеются данные о недостатке энергетических средств. Необходимы сведения о ресурсной потребности при реализации оптимальной стратегии.

Блок "Передача результатов в сценарную зону и зону решений"

По сути, это передача всех отобранных и обобщенных результатов многогранной работы зоны анализа и распознавания, сконцентрированных в шестом блоке.

О принципах отбора и агрегации данных, передаваемых в зону принятия решений, сказано выше.

Принципы отбора информации, передаваемой в зону рассуждений, в сценарную зону качественно иные.

Для построения сценариев, помимо формулировки цели, необходимы:

- сиюминутный сюжет;

- перечень вариантов текущих условий;

- перечень вариантов возможных условий. Сиюминутный сюжет отбирается на основании Пк. При этом

соблюдается строгая очередность:

1) любая однобуквенная тройка;

2) любая одноименная двухбуквенная комбинация с 0;

3) любая одноименная двухбуквенная комбинация с любой другой буквой;

4) любые другие комбинации букв и 00;

5) комбинация 000.

Этому коду прилагается в соответствие описание объектов (веществ и событий) в виде:

- предложений (в любой избранной форме - лингвистической, формализованной и прочей), подтверждающей смысловое содержание кода;

- агрегированных данных сенсорной зоны, подкрепляемых при необходимости сведениями из БЗ, в том числе и об аналогиях.

Варианты текущих условий являются совокупностями данных о текущем состоянии технических устройств изделия (пятый блок).

Варианты возможных условий являются совокупностями данных о динамике состояния технических устройств изделия (пятый блок).

Все это в совокупности является исходным материалом для построения сценариев.

Зона сценарного мышления

Сущность сценария заключается в построении различных систем логических рассуждений и утверждений на заданную тему.

Темой является обсуждение развития событий в рамках текущего сюжета при их естественном течении и при условии тех или иных видов активных действий устройства, направленных на достижение поставленных целей.

Замечание. Эти рассуждения не являются отвлеченным теоретизированием, а ограничиваются только целеустремленной прагматикой.

Материалом для построения сценариев являются знания, полученные блоками зоны анализа и распознавания. Отсутствие необходимых знаний является отсутствием необходимого материала, что не дает возможности строить сценарии ("из ничего" ничего нельзя сделать).

Знания (системы взаимосвязанных данных) представляются в сценарную зону в виде предложений (в любой заданной форме). Задачей сценарной зоны является построение текстов, использующих эти предложения.

Основными логическими операциями построения таких текстов, как упоминалось выше, являются импликация и двойная импликация. В этих же рамках для обсуждения предположений (допущений) используется сослагательное наклонение.

Как правило, сценарные тексты многовариантны. Для того чтобы число вариантов не свелось к сплошному их перебору, оно ограничивается сугубо прагматическими формулировками целей и усло-

вий их достижения. В необходимых случаях используется обращение к БЗ.

Эти предположения или утверждения строятся с учетом:

- правильности исходных данных;

- ошибочности исходных данных.

Анализ ожидаемых исходов применения тех или иных возможных (в принципе) решений по отдельности в каждом из перечисленных выше случаев, вначале без учета оптимальности их выбора, является функцией зоны принятия решений.

Основанием для развертывания сценария являются сведения, импортированные из седьмого блока. Понятно, что основания для рассуждений, предположений и утверждений могут быть совершенно иными:

- рассуждения - продукт использования простой импликации;

- утверждения - продукт использования двойной импликации;

- предположения - результат использования сослагательного наклонения.

Построение текстов в сценарной зоне многогранно. Тексты могут быть достаточно длинными, но их смысл - перебор вариантов, передаваемых в зону принятия решений, для окончательного оптимального выбора, который и окажется единственным основанием для команды исполнительным средствам.

"Мышление" изделия, несмотря на кажущуюся сложность задаваемых конструкций, по сути является примитивным.

Зона принятия решений

Решение - это выбор волевого действия. Наука о принятии решений (исследование операций) насчитывает огромное число публикаций и руководств. В рамках данной разработки учитываются следующие обязательные компоненты формального моделирования процесса выбора решений:

- формулировка цели ("что надо?");

- информационный уровень ЛПР* (в данном случае изделия в целом);

- стратегии ЛПР (перечень возможных действий для достижения цели);

- стратегии противника (активного противника или "Природы", т. е. комплекса условий, способствующих либо препятствующих достижению цели);

*ЛПР - лицо, принимающее решение.

- принцип оптимальности (выбор принципа оценки того, какой результат считать наиболее желаемым);

- критерий оптимальности (система предпочтения исходов - "что считать?");

- выигрыши (ожидаемые результаты выбора той или иной стратегии ЛПР при условии реализации той или иной стратегии противника);

- назначение выигрышей (форма представления и величина ожидаемых выигрышей - математическая, лексикографическая, иная);

- рефлексивные методы принятия решений (попытка разгадать размышления и намерения противника);

- форма модели принятия решений (матричная, позиционная);

- индивидуальная мотивация выбора решения (с учетом "личных интересов" устройства и его эмоционального состояния);

- оценка результатов реализации выбранной стратегии, в том числе принятой как оптимальная;

- отбор наиболее эффективных стратегий, реализованных в типичных ситуациях, и запись их в память;

- формирование условных рефлексов.

После того как выбор сделан, подается команда исполнительным средствам, и с помощью сенсорной зоны оцениваются результаты произведенных действий.

Построение модели выбора решения

Формулировка цели. Различают главную (конечную) цель и промежуточные (этапные) цели, в том числе сиюминутные. Поэтому, вырабатывая стратегию поведения на некоторый промежуточный период, следует иметь в виду, что при неизменности главной цели, этапные цели могут преобразовываться в зависимости от изменяющейся обстановки и условий их достижения. В связи с этим алгоритмически задается возможность выбора оптимальной стратегии на каждом таком этапе. В общем виде для достижения конечной цели используется схема ее декомпозиции "сверху вниз" в виде "дерева решений", отдельные узлы и ветви которого могут преобразовываться при получении текущей информации. Цели могут быть сформулированы лексикографически, математически или иным способом.

Информационный уровень ЛПР. Рассматриваются традиционные уровни:

- детерминированный - определенная ситуация;

- стохастический - ситуация риска;

- неопределенный - ситуация неопределенности;

- дополнительно включаются ситуации неизвестности (известны не все возможные стратегии противника или "Природы") и катастрофической неизвестности (ни одна из этих стратегий не предполагается).

Задачей сенсорной зоны является повышение информационного уровня ЛПР. Критерием служит мера достаточности информации для выбора детерминированного решения в данной ситуации. При недостаточной информации зона выбора решения посылает дополнительный запрос в сенсорную зону.

Стратегии ЛПР. Перечень стратегий каждого технического (робототехнического) изделия ограничивается наличием и возможностями его исполнительных устройств. Выбор оптимальной стратегии является задачей данной зоны коры головного мозга. Он осуществляется по формальным правилам, в зависимости от целей, информационного уровня ЛПР, а также избранных принципов и критериев оптимальности, что определяется, в частности, характером ситуации. Это значит, что в каждом частном случае (на каждом этапе) строится частная модель принятия решений. Оптимальной признается такая стратегия, которая наряду с максимизацией выигрыша - в возможной для данной ситуации мере - минимизирует неизбежные и неоправданные потери.

Принцип оптимальности. Выбор принципа оптимальности для каждого типа ситуаций задается конструктивно в алгоритмизированном виде. Формулировка этого принципа предопределяет правила выбора оптимальной стратегии в каждой из ситуаций. Это означает, что в зависимости от конкретной цели, ее иерархического уровня и особенностей ситуации допустима и целесообразна смена принципов оптимальности. Правила выбора принципа оптимальности в зависимости от комплекса перечисленных условий задаются конструктивно и реализуются алгоритмическими средствами.

Критерии оптимальности. Критерий - это оценочный показатель. Без учета затрат, а только в виде меры ее достижения - это формализованная цель - критерий результативности.

В зависимости от меры неизбежных затрат в процессе ее достижения - это критерий эффективности.

В ряде случаев целесообразно включить в расчет индекс качества затрачиваемых ресурсов (k). Тогда эта формула приобретает вид:

Критерий оптимальности по смыслу включает оба названных критерия - результативности и эффективности. Это и мера достижения цели, и готовность учитывать при этом как неизбежные, так и неоправданные потери. Выбор критерия оптимальности является прерогативой ЛПР. В данном случае критерий оптимальности задается конструктивно и реализуется алгоритмически в зависимости от особенностей ситуации, как и при выборе принципа оптимальности.

Выигрыши. Под выигрышами понимают ожидаемые результаты выбора той или иной стратегии ЛПР при условии выбора той или иной стратегии противником (несколькими противниками) либо "Природой". При моделировании рассматривают ожидаемые выигрыши, при реализации решения - фактические. Они и оцениваются в качестве результатов исполненного решения ЛПР на каждом этапе его действий.

Размеры и формы представления выигрышей назначаются ЛПР. В данной задаче эта функция принадлежит разработчику и реализуется алгоритмически в зависимости от особенности (типа) ситуации.

Назначение выигрышей. Под этим термином понимают определение формы и величины выигрышей, что зависит от особенностей ситуации и избранной формы модели выбора решения. В зависимости от целей, диапазона решаемых задач и исполнительских возможностей изделия варианты назначения выигрышей для моделей принятия решений различного типа также задаются конструктивно и вводятся в модель алгоритмически, в том числе по представлению сценарной зоны. Для этого используется завершающая формулировка импликации (, то...).

Оптимальной формой назначения выигрышей является величина полезности того или иного исхода. Полезность - это мера предпочтительности данного результата для ЛПР. При назначении выигрышей в числовой форме большее число приписывается выигрышу, обладающему большей полезностью.

При назначении выигрышей в лексикографической форме устанавливается система их предпочтений.

Рефлексивные методы принятия решений. Возможности данного программно-аппаратного комплекса не позволяют использовать истинную рефлексию, доступную живому мозгу. Тем не менее имеется прием, который можно назвать имитирующим рефлексивность. Его сущность заключается в модельной инверсии игроков - в перемене местами в модели принятия решений позиций ЛПР и активного противника. Выбор оптимального решения таким "противником", фигурирующим в роли ЛПР в инвертиро-

ванной модели, позволит рассмотреть эту стратегию фактического противника при обратной инверсии модели в ее исходное состояние. Такую процедуру можно проделать, не используя ее результаты для выдачи команд на выполнение полученных решений до окончательного анализа преимуществ этого предварительного приема.

Для использования данного приема нужны четкие основания:

- отсутствие достаточной информации о намерениях активного противника;

- отсутствие полного перечня предполагаемых стратегий противника для построения модели принятия решений при классической ситуации неопределенности;

- наличие ситуации неизвестности или катастрофической неизвестности;

- зависимость выбора оптимальной стратегии ЛПР от реализации своего решения противником.

Наличие хотя бы одного из таких оснований конструктивно задействует стандартный алгоритм автоматического перевода модели в инвертированную форму и блокирует возможности запуска команд исполнительным средствам до окончательного решения ЛПР после обратной инверсии.

Форма модели приятия решений. Из многочисленных формальных моделей принятия решений для целей и текущих задач данных изделий целесообразно использовать только матричную и позиционную формы. Матричная форма предназначена для одномоментного выбора, позиционная - для многоэтапного.

Ниже представлен перечень правил выбора решений, зависящих от информационного уровня ЛПР.

Определенная ситуация. Выбор ЛПР детерминирован. Оптимальной будет стратегия, наиболее эффективная при данном ходе противодействующей стороны, эффективная при избранном принципе и критерии оптимальности.

Ситуация риска. Стохастический информационный уровень. Теоретически оптимально использование статистического аппарата выбора стратегии ЛПР. Насколько это окажется практически целесообразным, предсказать невозможно. В ситуации риска следует использовать все возможности для перевода ее на детерминированный информационный уровень.

Неопределенная ситуация. На данном уровне используется формальный аппарат математической теории игр, в частности антагонистических.

При отсутствии активного противника и наличии других участников ситуации выбора решения может быть использован аппарат

неантагонистических игр.

При необходимости расчета оптимальности многошаговой стратегии ЛПР строится модель позиционной игры.

Ситуация неизвестности характеризуется отсутствием информации о части возможных стратегий противника. Приемлемым решением в таком случае будет выбор стратегии, оптимальной по отношению к известным альтернативам противодействующей стороны.

Ситуация катастрофической неизвестности возникает при отсутствии какой бы то ни было информации о стратегиях противника или "Природы". Любые предположения могут оказаться ошибочными, а результаты их реализации - катастрофическими. Имеется несколько приемлемых вариантов выбора оптимального поведения в такой ситуации. Это методы проб и ошибок.

Отсутствие аналогий, либо положительных результатов при использовании аналогичных им решений, либо отсутствие положительных результатов при равновероятном распределении стратегий в группе изделий вызывает настоятельную необходимость повышения информационного уровня ЛПР. "Чистый" метод проб и ошибок может оказаться опаснее паузы для получения хоть какой-нибудь информации. В таком случае решение о тактике целесообразно возложить на руководителя изделия.

Индивидуальная мотивация выбора решения

Пределы антропоморфизации робототехнических изделий должны быть достаточно жесткими. Тем не менее включение в их сферу эмоций, оценки своих возможностей, запретов, понятий необходимости и самосознания создают определенную индивидуализацию этих устройств. Поэтому является целесообразным включить в процедуру выбора оптимальных решений элементы индивидуальной мотивации. Эти мотивы: хочу - не хочу; могу - не могу; можно - нельзя; надо - не надо.

Даже сочетания таких крайних мотивов (без промежуточных формулировок, например: "не очень-то и надо", "не слишком хочу" и т. п.) дают 16 вариантов, укладывающихся в пять групп, определяющих основные типы целесообразности реализации рассчитанных решений: безусловно делать; лучше делать; все равно - делать или не делать; лучше не делать; безусловно не делать.

Использование таких мотивов во многом расширяет диапазон реализации выбранных оптимальных решений. Вообще говоря, если поступать так, как здесь рекомендовано, то сожаление осо-деянном либо несделанном будет возникать реже. Но иногда будет.

Заранее предусмотреть варианты ситуаций, когда использование этих мотивов изделиями разного назначения окажется целесообразным, невозможно. Поэтому решение о включении группы алгоритмов данного блока либо об исключении их из зоны выбора решения остается за руководителем изделий.

Оценка результатов

Оценка результатов заключается в сопоставлении фактических результатов реализации избранной стратегии ЛПР с ожидаемыми. Для этого необходима достаточная информация, получаемая доступными средствами. Эта информация должна быть представлена (либо преобразована) в форму назначения выигрышей в модели принятия решений. Сопоставление производится по таблице (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Оценка результатов

Оценки могут производиться в количественной, качественной либо символической форме, но желательно единообразно по каждой строке. Например: "лучше - одинаково - хуже"; "больше - равно - меньше"; "+, 0, -", и т. п.

Производится сопоставление каждого этапа принятия решений по отдельности и совокупного результата выбора общего стратегического плана, если он реализовывался. Результаты сопоставления служат основанием для оценки оптимальности выбиравшихся стратегий по каждой из них:

- оптимальная;

- не оптимальная;

- ошибочная.

Эти сведения заносятся в память изделия для извлечения в аналогичных ситуациях.

Формирование условных рефлексов

Такой механизм позволяет, не включая сложную процедуру выбора оптимального решения, осуществить его автоматически наиболее простым и быстрым путем. Часть условных рефлексов, наряду с безусловными, закладывается в изделие конструктивно при его разработке; другие формируются в процессе эксплуатации.

Реализация волевых действий

Действия изделия осуществляются комплексом связанных исполнительных устройств. Это является функцией разработчиков технического устройства изделия.

Задачей информационной компоненты становится формирование команд исполнительным устройствам. Основанием для выдачи команд зоной принятия решений служат:

- оптимальные стратегии, выбранные в моделях принятия решений на любом информационном уровне;

- стратегии, признанные предпочтительными в конкретных ситуациях с учетом перечисленных выше ограничений;

- указания руководителя изделия.

Представленное описание является общим и схематическим, тем не менее показаны все разделы и детали, необходимые для понимания его сущности.

Замечание. Существует некоторое опасение, что дальнейшее интенсивное развитие систем искусственного интеллекта может привести к результату, ехидно представленному на рисунке В. Балабаса (рис. 6.1).

Рис. 6.1.