Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена тем, что в настоящее время в сфере междисциплинарных научно-практических областей исследования по созданию искусственного интеллекта (далее ИИ) занимают одно из центральных мест Это направление воплощает в компьютерных системах важнейшие идеи и подходы, выработанные в рамках гуманитарных дисциплин и в рамках современного естествознания Несмотря на значительное число теоретических моделей и практических реализаций, осуществляемых в рамках ИИ, в данной области не наблюдается единства в подходе к реализации машинного интеллекта
В области ИИ занято огромное количество специалистов из всех отраслей наук В настоящее время функционирует множество специализированных научных центров по исследованию искусственного интеллекта В крупнейших университетах, на базе коммерческих компаний, в рамках научно-исследовательских институтов по всему миру действует более 300 лабораторий только по машинному зрению'
Среди самых крупных научных сообществ, занимающихся проблемами создания искусственного интеллекта, следует назвать American Association for Artificial Intelligence (AAAI), European Coordinating Committee for Artificial Intelligence (ECCAI), Society for Artificial Intelligence and Simulation of Behavior (AISB), ACM Special Interest Group in Artificial Intelligence (SIGART)
1 Приведем примеры нескольких крупных исследовательских центров по машинному зрению Aachen University of Technology - Department of Technical Computer Science Specializes m human media technology and m knowledge based and trainable systems (computer vision and computational intelhgence),Carnegie Mellon Vision and Autonomous Systems Center, Columbia University - Robotics Group Group, Microsoft Research, Oxford University Active Vision lab, and Robotics Research group, Stanford Vision and Imaging Science and Technology,
Center for Artificial Vision Research, Korea University, University of Ottawa - Video, Image, Vision and Audio Research Group, University of Cape Town Image Processing lab, Nugata University - Yamamoto-Hoshino Laboratory
В Российской Федерации крупнейшим обществом по проблемам ИИ является Российская ассоциация искусственного интеллекта (РАИИ)
Ежегодно во всем мире проводится множество научных конференций, посвященных современным проблемам ИИ. Самой крупной является Объединенная международная конференция по искусственному интеллекту (The International Joint Conference on AI, IJCAI) Проводятся конференции, посвященные некоторым выделенным сегментам ИИ Так, по нейрокибернетическому направлению самой крупной является Объединенная международная конференция по нейронным сетям (1JCNN)
Функционирует ряд научных журналов, посвященных проблематике ИИ Основными являются Electronic Transactions on Artificial Intelligence, Journal of Artificial Intelligence Research, Machine Intelligence, IEEE Transactions on Pattern Analysis
Область ИИ за сравнительно короткий период существования доказала свою практическую значимость. Приведем далее некоторые практические области, в которых исследователи добились значительных результатов
1 Интеллектуальные игры Программа Deep Blue компании IBM -первая компьютерная программа, которая смогла одержать победу над чемпионом мира по шахматам Гарри Каспаровым В 1997 году в показательном матче программа выиграла у гроссмейстера со счетом 3,5 2,5 Вследствие этого акции компании IBM выросли на 18 миллиардов долларов3
2. Автономное планирование Программа Remote Agent, разработанная в рамках американского агенства NASA является первой бортовой автономной системой планирования, предназначенной для управления и составления расписания операций для космического аппарата На
2 Эта всероссийская творческая профессиональная организация была создана на основе Советской ассоциации
искусственного интеллекта и зарегистрирована Минюстом РФ в 1992 году К настоящему времени в
ассоциацию входит 236 человек, из них 48 докторов и 69 кандидатов наук из 45 регионов России (данные
приведены на февраль 2008 года)
3 См Goodman D , Keene R Man versus Machine Kasparov versus Deep Blue H3 Publications , Cambridge,
Massachusets, 1997
разработку программы, осуществляющей подготовку и запуск шаттла к полету, NASA потратила порядка 2 миллионов долларов При каждом запуске такая система экономит от полумиллиона до миллиона долларов4
3 Автономное управление Система компьютерного зрения Alvmn, обученная управлению автомобилем, была использована при пилотировании микроавтобуса, управляемого компьютером NavLab, и использовалась для проезда по США (при этом человек принимал управление на себя только в 2% случаев)
4. Медицинская диагностика Диагностические экспертные системы, основанные на вероятностном анализе, достигли достаточно высокого уровня в некоторых областях медицины Известен случай, когда врач-эксперт, не согласившись с диагнозом программы, прочитав ее объяснения, изменил свое решение5
5 Решение задач и понимание естественного языка Программа Proverb6 в большинстве случаев решает кроссворды лучше и быстрее человека
В рамках исследований по ИИ активно развиваются такие практически значимые направления как распознавание образов (pattern recognition), оптическое распознавание символов (optical character recognition), распознавание письменной речи (handwriting recognition), распознавание устной речи (speech recognition), распознавание лиц (face recognition), искусственное творчество (artificial creativity), компьютерное зрение (computer vision), медицинская и техническая диагностика, теория игр (game theory), стратегическое планирование (strategic planning), игровой искусственный интеллект (game artificial intelligence и computer game bot), обработка естественного языка (natural language processing), перевод (translation),
4 Ознакомься с применением технологий ИИ в NASA можно в интернете на сайте http //www-aig jpl nasa gov 3См HeckermanD Probabilistic Similarity Networks MIT Press, Cambridge, Massachusets, 1991 6 Littman M L, Кеші G A , Shazeer N M Solving crosswords with PROVERB In Proceedings of the 16* National Conference on Artificial Intelligence (AAAI-99), Orlando, Florida AAA1 Press, - crp 914-915
диалоговые боты (chatterbots), нелинейное управление (non-linear control) и робототехника (robotics)
Многие из функционирующих научно-исследовательских центров изначально были созданы как имеющие инженерно-практическое значение В их задачи не входило генерирование самостоятельных теоретических конструктов В своих разработках исследователи обращались к идеям, разработанным в рамках различных гуманитарных и частно-научных дисциплин
Несмотря на существующий огромный интерес к области искусственного интеллекта со стороны, как практиков, так и теоретиков, в настоящее время в ней отсутствует единый взгляд на предмет исследования Каждое направление представляет свой подход к решению определенного круга задач, провозглашая свой метод как максимально эффективный Ряд авторов описывают современное состояние области ИИ термином «фракционность»7 Одной из причин такой разобщенности альтернативных направлений является стремление получить финансовую поддержку своих исследований и лишить ее конкурентов
Одновременно с констатацией существующей разобщенности современных областей ИИ необходимо отметить противоположную тенденцию к интеграции различных подходов, наметившуюся еще в конце 80-х годов8 Данный процесс обуславливает необходимость развития эмпирических и теоретических способов интеграции, которые включают в себя процесс интеграции понимания структуры предмета моделирования в интересах взаимной компенсации недостатков и объединения преимуществ разнородных моделей
7 См Brooks R A Intelligence without representation// Artificial Intelligence № 47, 1991, Уитби Б Искусственный
интеллект реальна ли Матрица- М ФАИР-ПРЕСС, 2004
8 См Тарасов В Б Системно-организационный подход в искусственном интеллекте // Программные продукты
исистемы -1999-№3 — с 6-13
Отсутствие единого теоретического представления относительно предмета исследования и одновременно тенденция к интеграции различных подходов в области ИИ обуславливают актуальность темы данного исследования На наш взгляд, характеристика отношений между теоретическими концепциями и компьютерными моделями представляет собой шаг в направлении выделения условий возможности формирования интегрального методологического подхода в области ИИ
Степень разработанности темы исследования определена уровнем развития компьютерных наук и уровнем исследований их теоретических оснований
На самом раннем этапе развития исследований по ИИ ключевую роль в формировании области ИИ сыграли работы У Маккалока и У Питтса9, но в особенности идеи А Тьюринга10, изложенные им в статье «Computing machinery and intelligence»
Официальной датой рождения ИИ считается 1956 год По инициативе одного из самых авторитетных специалистов по данной тематике Дж Маккартни в Дартмутском колледже состоялся специализированный двухмесячный семинар В роли coopi анизаторов выступали М Минский, А Ньюэлл, Г Саймон В работе семинара приняли участие десять крупнейших американских ученых, включая Т Мура из Принстонского университета, Р Соломонова и О Селфриджа из Массачусетстского технологического института На семинаре были сформулированы основные задачи, которые предстояло решить новому научному направлению Были рассмотрены такие аспекты ИИ как компьютерное программирование, способность машины к пониманию естественного языка, нейронные сети, проверяемость, креативность
9 McCuIloch W S , Pitts W A Logical Calculus of Ideas Immanent in Nervous Activity \\ Bull Mathematical
Biophysics, 1943 -V5
10 Turing A Computing machinery and intelligence Mind, 59, 1950, стр 433-460 Русский переводТьюринг A
Мо*ет ли машины мысчить^ - М ГИФМЛ, 1960
и многие другие Благодаря Дартмутскому семинару в научном мире закрепилось название «Искусственный Интеллект»
В результате разработок ранних идей У Маккалока, У Питтсаи по созданию нейронных сетей, а также благодаря работам Ф Розенблатта12, сформировались так называемые коннекционистские или структурные модели интеллектуальных систем В 70-е годы своим развитием это направление обязано, в первую очередь, работам Дою Хопфилда13
Благодаря разработкам А Ньюэлла, Г Саймона14 оформился подход, основанный на эвристическом поиске Затруднения на этом пути вызвали к жизни новое решение, получившее название моделей основанных на знаниях Инициаторами данного направления принято считать группу ученых Стенфордского университета (Э Фейгенбаум, Б Бьюкенен, Дж Ледердерг), разработавших первую экспертную систему DENDRAL15 Сложившееся направление обычно классифицируют как логическую парадигму в исследованиях ИИ
На современном этапе исследования по ИИ представляют собой множество различных подходов и направлений В массиве литературы, посвященной ИИ, практически отсутствуют исследования, которые бы репрезентировали всю область знаний в целом
Так, среди книг посвященных нейрокомпъютерному программированию можно выделить работу С Хайкина16, посвященную искусственным нейронным сетям, которая дает наиболее полное представление
11 McCulloch WS, Pitts W A Logical Calculus of Ideas Immanent ui Nervous Activity \\ Bull Mathematical
Biophysics, 1943 -V5
12 Rossenblatt F Principles of Neurodynamics Perseptrons and the Theory of Brain Mechanisms Spatan, Chicago,
1962
" Hopfield J J Neurons with graded respons have collective computational propeties like those of two-state neurons Proceedings of National Academy of Science of the United States of America, 79, стр 2554-2558
14 Newell A , Simon H Empirical explorations with the Logic Theory Machine a case study m heuristics II Feigenbaum
E A, Feldman J, ed Computers and Thought New York McGraw-Hill, 1963 Русский перевод Ньюэлл A, Саймон
Г Эмпирические исследования машины «Логик- теоретик», пример изучения эвристики// Фейгенбаум Э,
Фельдман Дж Вычислительные машины и мышление - М Издательство «Мир», 1967
15 Lindsay RK , Buchanan В G , Feigenbaum E A , Lederberg J Applications of artificial intelligence for organic
chemistry the DENTRAL project NYAVcGraw-Hill, 1980
16 Хайкин С Нейронные сети полный курс М ООО «И Д Вильяме», 2006
о современном состоянии и возможностях указанного подхода В книге рассматриваются основные парадигмы искусственных нейронных сетей, различные области приложения данной технологии при решении задач распознавания образов, управления, обработки сигналов
Говоря об эволюционной кибернетике, следует упомянуть работы одного из ведущих специалистов РФ в области адаптивного поведения В Г Редько, 7 а также МГ Газе-Рапопорта я ДА Поспелова Реализация эволюционного подхода представлена в проектах «Искусственная жизнь»18 и «Адаптивное поведение»19 Среди широко известных систем можно назвать проекты Poly World Л Ягера20 а также Tierra Т Рэя21
Подробное изложение основ генетического программирования дано в работах отечественных исследователей Л А Гладкова, В В Куреичика, ВМ Куреичика12, которые ориентируются на работы американской научной школы по генетическим алгоритмам Д Холланда, ДГольдберга, Д Коза, Л Чамберса В Европе исследования по генетическим алгоритмам представлены работами Р Клинг, П Банерджи, Э Фалькенауэр
Технологию нейронных сетей, эволюционной кибернетики, генетические алгоритмы чаще всего определяют как бионический подход к разработке систем ИИ
Подробное описание развития технологии компьютерного зрения представлено в работе,/? А Форсайта и Ж Попса23
17 Редько В Г Эволюция, нейронные сети, интеллект Модели и концепции эволюционной кибернетики - M
КомКнига, 2007, Редько В Г Эволюционная кибернетика -М Наука, 2001, Газе-Рапопорт М Г, Поспелов
ДА От амебы до робота модели поведения -М Едиториал УРСС, 2004
15 From ammats to animats Proceeding of the First Internationa] Conference on Simulation of Adaptive Behavior/ Eds
1-А Meyer, S W Wison Cambridge, Massachusetts, London The MIT Press, 1990, Непомнящих В А Поиск общих
принципов адаптивного поведения живых организмов и аниматов // Новости искусственного интеллекта 2002,
№2
" Редько В Г Эволюция, нейронные сети, интеллект Модели и концепции эволюционной кибернетики - М
КомКнига, 2007, с 150-163
20 Yaeger L Computational genetics, physiology, metabolism, neural systems, learning, vision, and behavioror
Polyworld Life in a new context //Artificial life 111/Ed CG Langton Addison-Wesley, 1994
11 Ray 1 S An approach to the synthesis of life II Artificial Life II Proceedings of the Second Artificial Life Workshop
22 Cm , например, Гладков Л A, Курейчик В В , Курейчик В М Генетические алгоритмы - M ФИЗМАТЛИТ,
2006
23 Форсайт Д А ПонсЖ Компьютерное зрение Современный подход - М Издательский дом «Вильяме», 2004
Для последнего десятилетия XX века характерен возврат к технологии создания физических роботов Один из самых ярких проектов последнего времени, гуманоидный робот Ког, был разработан в лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института под руководством Р Брукса24 Несмотря на то, что данный проект по многим пунктам оказался неудачным, идея того, что восприятие робота должно включать в себя не только получение абстрактной информации, но и формирование тесных взаимосвязей между восприятием и действием, остаются работающим подходом в ИИ
Однако существует ряд работ современных авторов, которые могли бы претендовать на роль описания общего положения дел в исследованиях по ИИ С этой точки зрения, внимания заслуживает фундаментальная работа «Artificial Intelligence» С Рассела, П Норвига 5 Эта книга построена на так называемом агентном варианте развития ИИ Некоторые современные авторы действительно указывают на агентскую технологию как на самое последнее слово в кибернетике Эта область претендует, по мнению ряда теоретиков и практиков ИИ, таких как Б УитбипДж Люгер, на роль объединяющего звена, которое использует в своих исследованиях достижения всех направлений ИИ26 Тем не менее, эта книга, как и представленный в ней подход, не могут претендовать на действительный охват всего многообразия современных моделей и направлений ИИ
Отдельного упоминания заслуживает фундаментальная работа Дж Люгера27 Несмотря на то, что исследование заявлено как описание современного подхода в ИИ, в центре внимания автора находятся методики, основанные на явном представлении знаний и четко спроектированных
24 Brooks R A Intelligence without representation// Artificial Intelligence № 47,1991
25 Русский перевод книги Рассел С, Норвиг П Искусственный интеллект современный подход - М
Издательский дом «Вильяме», 2006
26 См , например характеристику агентской технологии в Уитби Б Искусственный интеллект реальна ли
Матрица-М ФАИР-ПРЕСС.2004, - с 211-214
27 Русский перевод Люгер Дж Ф Искусственный интеллект стратегии и методы решения сложных пробтем, 4-
е изд - М Издательский дом «Вильяме», 2005
алгоритмах перебора Автор не рассматривает такие подходы как искусственные нейронные сети, генетические алгоритмы, адаптационный подход, реализуемый в проекте «Искусственная жизнь», квалифицируя их как «альтернативные» в противоположность классическому «символьному» ИИ.28
В отечественной литературе также отсутствуют монографические работы, в которых компьютерные модели, используемые в технологии искусственного интеллекта, рассматривались бы с единых философско-методологических позиций Отсутствуют и обобщающие работы, анализирующие все многообразие форм воссоздания интеллектуальных способностей человека механическими или вычислительными средствами
Объект исследования составляют теоретическая деятельность, связанная с осознанием субстратной и функциональной структуры интеллекта, и практическая деятельность, направленная на реализацию этих структур в компьютерных науках Настоящее исследование включает указанный объект на трех уровнях, а именно как
основные представления о сознании, разработанные в ходе исторического развития гуманитарных, естественнонаучных и прикладных дисциплин,
основные проекты реализации искусственного интеллекта в XX веке,
методологические установки исследований ИИ в аспектах теоретизации проблемы сознания и реализации компьютерных моделей интеллекта
Предмет исследования образуют воспроизводящиеся в общественном сознании концептуализации мышления, его строения и функций, а также некоторые ключевые попытки их моделирования в ходе исследований по ИИ
" Люггер Дж Ф Искусственный интеллект стратеїни и методы решения сложных проблем, 4-е изд - М Издательский дом «Вильяме», 2005 с- 53
Дополнительная специфика предмета исследования определяется тем, что он сознательно ограничен в соответствии с наиболее развитыми на настоящий момент сферами разработки и применения компьютерных моделей Современное положение характеризуется пятью основными функциями систем, обрабатывающих информацию, а именно получение, поиск, хранение, преобразование, создание информации Типичные исторически возникшие подразделения функций мышления оказываются не вполне совместимыми с технически и практически развитыми компьютерными приложениями Это обуславливает необходимость анализа понятий и концепций интеллекта с функционально-информационной точки зрения
Цель исследования составляет выявление специфики отношения между теоретическими концепциями, описывающими структуру и функции интеллекта, и компьютерными моделями, реализующими интеллектуальные функции
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи
проанализировать теоретические концепции о структурах и функциях интеллекта, исторически сформировавшиеся в рамках гуманитарных, естественнонаучных и прикладных дисциплин, которые оказали влияние на формирование компьютерных моделей в исследованиях по ИИ,
проанализировать компьютерные модели интеллекта, реализуемые в основных направлениях исследований ИИ,
исследовать структурные и функциональные закономерности отношения между теоретическими концептами и компьютерными моделями
Метод исследования. Основными методами исследования являются структурно-функциональный и сравнительный анализ Представления о строении теорий и разделов знания, использованные в работе, употребляются в
соответствии с их концептуальными структурами, разработанными В С Степиным, С В Илларионовым, А И Липкиным
В исследовании автор опирается на следующий методический принцип общая структура попыток реализации ИИ состоит из двух элементов и отношения между ними, а именно а) функции субъекта, б) технического устройства, и в) отношения моделирования функции субъекта на техническом устройстве
Положения, выносимые на защиту.
Анализ востребованных в исследованиях по ИИ теоретических концепций о структуре и функциях интеллекта, сформировавшихся в рамках гуманитарных, естественнонаучных и прикладных дисциплин, показал, что выделенные в них представления о строении функции интеллекта группируются в три нечетко ограниченные совокупности совокупность чувственных, рациональных и нерациональных функций
Все рассмотренные компьютерные модели ИИ включают моделирование двух различных типов а) моделирование механизма организации интеллектуальной функции и б) моделирование результата действия интеллектуальной функции
Во всех исследованных работах по ИИ представление о моделируемых функциях остается почти не эксплицированным, при том, что оно в каждом отдельном случае содержательно определяет интерпретацию модели
Как правило, представления о функциях мышления заимствуются из теоретизированных концепций, принадлежащих области философии и таких конкретных наук как психология, логика, кибернетика, нейробиология. физиология высшей нервной деятельности и т п
Заимствование представлений о характере и структуре интеллектуальной функции носит фрагментарный характер, и полного
изоморфизма между структурами теоретических концептов и принципами организации компьютерных моделей не наблюдается
В ходе развития компьютерной модели может происходить как
уточнение, заимствование на более глубоком уровне структур,
сформированных в рамках различных теоретических концепций, так и
отдаление компьютерной модели от своего прототипа
Новизна полученных результатов. В диссертационном исследовании
выделен набор функций (получение, поиск, хранение, преобразование, создание информации), определяющих структуры представлений об интеллекте в функционально-информационном аспекте рассмотрения,
предложена типология основных подходов к моделированию ИИ по основанию выделенного для заимствования аспекта интеллектуальной функции, включающая 1) уровень моделирования механизма организации интеллектуальной функции и 2) уровень результата действия интеллектуальной функции;
описана сложная многовариантная структура отношения между теоретическими концепциями и компьютерными моделями ИИ, которая является частичным изоморфизмом
Теоретическое значение диссертации.
Результаты диссертационного исследования могут быть применимы для оценки и разработки методологии создания элементов ИИ, а также для коррекции и развития существующих подходов к моделированию ИИ Полученные в ходе исследования результаты могут служить основанием для интеграции различных методологических подходов к реализации элементов ИИ
Результаты исследования имеют дидактическое значение и могут применяться при чтении общего курса «Истории и методологии науки», общего курса «Философские проблемы конкретно-научных дисциплин» Они также
могут быть использованы в качестве основы отдельных курсов по истории и методологии компьютерных наук, специального курса, посвященного теоретическим проблемам области ИИ
Апробация диссертации.
Результаты диссертации использовались автором при проведении семинарских занятий по общему курсу «Философские проблемы конкретно-научных дисциплин» на философском факультете МГУ им М В Ломоносова в 2005 и 2006 годах Полученные результаты изложены автором в статье «Гештальт-психология и моделирование интеллекта» // Вестник Московского университета Серия 7 Философия №3 М Изд-во МГУ, 2008
Основные положения диссертации были изложены автором в выступлении на заседании секции «Философия и методология науки» IV Российского философского конгресса «Философия и будущее цивилизации» и опубликованы в виде доклада. «Использование моделей в когнитивных исследованиях» // Философия и будущее цивилизации тезисы докладов и выступлений IV Российского философского конгресса, В5т, ТІ, М Современные тетради, 2005 В 2004, 2005, 2006, 2007 годах автор выступал с докладами, посвященными рассматриваемой в данной работе проблематике, на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов», Всероссийской международной конференции «Философия Искусственного Интеллекта», международных научных конференциях «Проблема текста в гуманитарных исследованиях» и «Философия математики актуальные проблемы»
Структура диссертации-
Диссертация состоит из Введения, двух глав, включающих 10 параграфов, заключения и библиографического списка, насчитывающего 95 наименования
