Необычный путь к ии

Ленат, уроженец Филадельфии, в юности проявил не­заурядные математические способности; компьютерами он заинтересовался еще в старших классах школы по сугубо практическим соображениям. В свободное время он подра­батывал чисткой клеток в виварии на факультете психоло­гии расположенного неподалеку Биверского колледжа. Эта работа давала юному Ленату доллар в час, и общество крыс, как он вспоминал позднее, его ничуть не беспокоило, но когда к ним прибавились гуси, стало ясно, что пора найти что-нибудь более приятное. Узнав, что один студент колледжа зарабатывает на программировании факультет­ского мини-компьютера 1,5 доллара в час, Ленат, позаим­ствовав описание компьютера, за один уик-энд освоил про­граммирование и перехватил эту работу, попросив за свои услуги на 50 центов меньше.

Эта новая работа за доллар в час не только вполне за­менила чистку клеток, но и пробудила страсть, которая семь лет спустя привела аспиранта Лената в Станфордский университет, где он занялся изучением информатики. В 1975 г. Ленат составил для своей диссертации программу, обучавшуюся через открытия. Подобно «Бэкону», про­грамма Лената лучше всего умела заново открывать из­вестные законы, но не физические, а математические. Свою пионерскую систему Ленат назвал AM («Автомати­ческий математик»).

Чтобы программа AM могла работать в мире элемен­тарных множеств и чисел, Ленат снабдил ее 115 определе­ниями, описывающими понятия (например, равенство) и операции (допустим, пересечение множеств). Кроме того, программа содержала 250 правил «если-то», следуя кото­рым проводила поиск более сложных понятий. Правила предназначались для выбора приоритетных направлений исследования. Например, машине можно было задать ин­струкцию следующего содержания: «Если какое-то дейст­вие принесло пользу в данной ситуации, то попытайся ис­пользовать его в похожих ситуациях».

Вероятно, наиболее продуктивными эвристиками среди тех, которые Ленат заложил в AM, были 59 правил, помо­гавших программе оценить, достоин ли рассмотрения тот или иной вопрос. В число критериев входило наличие регу­лярностей и взаимосвязей в математических соотношени­ях. Например, при рассмотрении ранее сформированного понятия «делитель» AM нашел интересным тот факт, что для некоторых целых чисел имеется только два делите­ля — само это число и единица, т.е. пришел к понятию простых чисел.

«Автоматический математик» оказался способным уче­ником. Всего за несколько часов работы он продвинулся от полного невежества в математике до повторного от­крытия примерно 200 наиболее важных понятий теории чисел. Программа самостоятельно дошла до понятия ква­дратов (чисел, которые представляют собой результат умножения некоторого числа на себя) и даже до гипо­тезы Гольдбаха, гласящей, что всякое четное число, боль­шее двух, можно представить в виде суммы двух простых чисел.

Подобно классической шашечной программе Артура Сэмюэля, «Автоматический математик» продемонстриро­вал определенную способность обучаться на собственном опыте. Он сохранял гипотезы, которые по оценкам внут­ренних эвристик представлялись наиболее интересными и оказались верными, отбрасывая остальные.

Ветераны НИ сочли это весьма серьезным достижением, особенно для аспиранта, делающего первые шаги в новой области исследований, но сам Ленат не был удовлетворен. Прежде всего программа AM ограничивалась одной отрас­лью знаний — математикой; весьма маловероятно, чтобы программа могла открыть что-нибудь действительно но­вое там, где на протяжении многих столетий работали лучшие умы человечества. С точки зрения Лената, еще бо­лее существенным было то, что, хотя AM умел выделять понятия, он был лишен способности вырабатывать новые эмпирические правила на основании своих открытий. И действительно, чем дальше отходила программа от задан­ных эмпирических правил, расследуя не охваченные этими правилами ситуации, тем неувереннее становилась ее рабо­та. AM мог, например, предположить, что число может быть одновременно и четным, и нечетным, чего никогда не допустили бы ни человек, ни правильно сформулиро­ванная эвристика.

В 1976 г. Ленат начал преподавать в Университете Карнеги — Меллона, приступив одновременно к разработке бо­лее гибкой и более мощной версии программы AM. Новая программа — экспертная система со средствами самообу­чения — предназначалась для иных, нежели математика, областей знаний и получила название «Эвриско» — от гре­ческого «Я открываю».

Но чтобы программа «Эвриско» оправдала свое назва­ние, Ленату пришлось крепко потрудиться. И в Универси­тете Карнеги —Меллона, и в Станфордском университете, куда он вернулся уже в качестве преподавателя, Ленат за­тратил много сил на то, чтобы понять сущность эвристик и заставить компьютер вырабатывать их. «Сначала были только разочарования, — вспоминал Ленат. — Первые пять лет не дали ничего хорошего».

У ИСТОКОВ ТАИНСТВЕННОГО

И вот, наконец, прорыв. Анализируя предысторию созда­ния «Автоматического математика», Ленат понял, что ма­тематические успехи его старой программы так же, как и неудача с эвристиками, отчасти объясняются тем, он поль­зовался языком программирования Лисп. Математические операции — например определение, является ли число простым — можно записать на Лиспе всего в две или три строки, и возможности AM в основном базировались на эффективности выразительных средств этого языка по от­ношению к математическим понятиям. Но применительно к эвристикам Лисп совсем не таков: программирование на этом языке лишь одной эвристики часто требует несколь­ких страниц программных кодов. Любая попытка обрабо­тать столь сложные программы неизбежно приводила к тому, что «Автоматическому математику» приходилось рассматривать столь большое число возможностей и пред­лагать такое количество новых понятий, что подавляющая часть результатов оказывалась бесполезной.

Чтобы справиться с этими затруднениями, Ленат раз­работал новый язык программирования под названием RLL — (Representation Language Language — язык пред­ставления языков). Этот язык позволял задавать эвристические правила) 6aw шшггшЛ форме, чем Ляся< Вме­сто two чтобы мшсымп 1фиши в объемистых про- гршныч Лиспа. Ленат разбил сложные

^ерожаш тша «ееди-то» м базисные ооюпи, фрей- мк fc —причем модификаторам» определяющим основные признаки понятие. соответствовали слоты фреймов.

Ншшйу! этот метой представления информации. Ле­пт вложил в синтаксж и словарь нового языка«предна­значенного для программы «Эвриско», свою точку зрения ив эвристики, подобно тому как Маккартн создавал Лисп для программирования математических и логических взаи­мосвязей. В результате «Эвриско» мог расчленять обшир- иые предложения «если-то» и проверять все их элементы» пытаясь определить» что делает эти предложения нстнн- иыми иди ложными.

Первоначально Ленат снабдил «Эвриско» ISO эвристи­ками, которые можно было применять в любой области исследований. Несколько из этих эвристик представляли собой та что Ленат назвал «метаправилами», — эвристи­ки, предназначенные для образования новых эвристик. Вот один из примере»: «Если исполнение эвристического пра­вила дается дорогой ценой, то сделать новое, более кон­кретное правило, которое, возможно, будет использовать­ся менее часто, но принесет столь же полезные ре­зультаты».

Все остальные правила в «Эвриско», как и в предыду­щей программе Лената, предназначались для переработки данных, помогая программе определять новые понятия и оценивать их значение. Так, Ленат создал новое правило, позволяющее экономить машинное время. Это правило применялось только в тех случаях, когда программа, стал­киваясь с двумя очень похожими понятиями, должна была решить, какое из них рассматривать первым. В такой си­туации выбиралось то из понятий, которое требовало меньше машинного времени или не вызывало необходи­мости обращаться к пользователю. «Эвриско» мог прини­мать такие решения, так как Ленат предусмотрел в про­грамме учет числа вопросов к пользователю и среднего времени счета для каждой из эвристик.

Для проверки «Эвриско» Ленат выбрал сравнительно малоразработанные области знаний, где был шанс от­крыть нечто действительно новое, а не просто повторять старые открытия. Кроме того, выбирались области, от­крывающие столь огромное число подлежащих рассмотре­нию возможностей, что человеческий разум не в состоянии справиться с ними.

Обоим названным критериям вполне соответствовала разработка наиболее эффективных интегральных схем для компьютеров. Хотя в то время уже существовали СБИС (сверхбольшие интегральные схемы) с сотнями тысяч транзисторов и других элементов на одном тонком слое кремния, инженеры стремились вместить в схему еще больше элементов. Одна из идей обеспечения более высо­кой плотности заключалась в так называемом многослой­ном конструировании. Вместо размещения элемент» в од­ной плоскости, как это делалось обычно, предлагалось из­готавливать схемы, состоящие из нескольких слоев.

Человеку трудно наглядно представить сложную трех­мерную электронную схему, а программа «Эвриско» легко обучилась находить пути в лабиринтах этих крошечных миров. Прежде всего, в программу закладывалась инфор­мация об основных компонентах схемы. Далее, чтобы най­ти оптимальное размещение, «Эвриско» пытался разме­стить эти компоненты в пространстве различными спосо­бами, проверяя пригодность каждого варианта. За первые же несколько часов работы программа предложила ряд новых вариантов размещения элементов в схеме, о кото­рых инженеры и не помышляли.

ДЕЛА И ЗАБАВЫ «ЭВРИСКО»

«Эвриско» показал себя способным учеником; он успеш­но справлялся с самыми разнообразными задачами — от моделирования биологической эволюции до очистки по­верхностей от химикатов. Но впервые он привлек к себе широкое внимание, решив одну, казалось бы, простую за­дачу, подобную той, которую Артур Сэмюэль поставил более трех десятилетий назад перед своей шашечной про­граммой, — обучившись какой-либо игре, добиться в ней совершенства.

Решено было принять участие в чемпионате США 1981 г. по игре «Трэвеллер Ти-си-эс», который должен был проводиться в отеле Дамфи в Сан-Матео (шт. Калифор­ния). «Трэвеллер Ти-си-эс» — фантастическая игра типа «космический бой», где каждый участник должен постро­ить воображаемый космический флот и вступить в «сраже­ние» с кораблями противника. Побеждает тот, кому уда­лось первым полностью уничтожить флот неприятеля. Ключ к победе был скрыт не столько в стратегии сраже­ния, сколько в организации флота, поскольку результаты столкновений определялись бросанием игральных костей, а также использованием сложных правил и таблиц для расчета вероятности сохранения данного типа корабля. В пределах ограниченного бюджета — каждому игроку вы­делялся триллионный «кредит» в межгалактической валю­те — участники могли варьировать количество своих ко­раблей, их размеры и такие характеристики, как вооруже­ние, средства защиты, маневренность.

За несколько месяцев до начала турнира Ленат, кото­рый никогда прежде не играл в «Трэвеллер», начал гото­вить «Эвриско» к первому выступлению. Он начинил про­грамму сотней страниц правил игры, разъясняющих, во что обходятся те или иные характеристики кораблей и ка­кие преимущества они дают. В дальнейшем, уходя с рабо­ты, он каждый вечер запускал «Эвриско» на своем ком­пьютере «Ксерокс-1100», и машина всю ночь строила корабли и испытывала их в боях с воображаемыми противниками. При каждой потере корабля «Эвриско» анализировал се причины, извлекал надлежащие уроки и обобщая их в новых эвристиках. Затем программа возвра­щалась к «чертежной доске»-., заменяла прежнее вооружение корабля, например, на лазерные пушки и вновь испы­тывала флот в бою.

ЧЕМПИОН И ЕГО ТРЕНЕР

Каждое утро Ленат отбирал из идей, придуманных «Эври­ско» за ночь, те, которые, по его мнению, были пригодны для дальнейшей разработки. Впоследствии Ленат описы­вал этот процесс как совместное творчество человека и ма­шины, где примерно 60% труда приходилось на долю че­ловека, остальные 40% — программы. «Было бы нечестно считать, — отмечал Ленат, — что все открытия делал я, потому что ни я, ни кто-либо другой к открытиям такого рода не способны. С другой стороны, нельзя сказать, что все сделал «Эвриско» — без меня у него ничего бы не вышло».

В своей работе «Эвриско» продемонстрировал зачаточ­ные способности к накоплению знаний, причем способом, который играет весьма существенную роль и в познании мира человеком, а именно: проводя аналогии и пробуя в новых ситуациях приемы, хорошо сработавшие в других случаях. Так, в предшествующей задаче конструирования трехмерных кристаллов для интегральных схем «Эвриско» обнаружил, что полезным свойством подобных кристал­лов является симметрия, хотя и не понимал, почему это так. Запомнив это правило, программа в одном из первых экспериментов по созданию флотилии космических кораб­лей попыталась построить ее симметрично, сбалансировав такие факторы, как размеры кораблей и их типы. «Эври­ско» мотивировал это ссылкой на свой опыт работы с ин­тегральными схемами.

Некоторые из наиболее результативных направлений работы были продиктованы эвристиками общего назначе­ния, взятыми из первоначального набора, которые «Эври­ско» использовал вне зависимости от характера рассмат­риваемых вопросов. Одно из таких правил, гласившее «Проверяй предельные случаи», оказалось просто бесцен­ным. Применив это правило к игре, программа проверила его, модифицировала и создала новую эвристику, которая высоко оценивала «почти предельные» варианты. Позднее Ленат писал: «Во многом благодаря этому правилу флот «Эвриско» оказался весьма нетрадиционным. Он почти це­ликом состоял из мелких быстроходных ударных кораблей типа торпедных катеров и еще одного корабля, который благодаря своим микроскопическим размерам и скорости был практически неуязвим».

Этот крошечный корабль, использование которого бы­ло продиктовано «почти предельной» стратегией, оказался главным козырем «Эвриско». Его роль состояла не в напа­дении, не в защите, а просто в том, чтобы выжить во всех сражениях и тем самым гарантировать, как минимум, ничью.

Прежде чем Ленат с «Эвриско» появились на состяза­ниях в Саи-Матео, почти 2000 часов машинного времени было затрачено на подготовку. Соперники посмеивались над невиданной флотилией из 96 кораблей. Другие армады были гораздо более традиционными: как правило, они включали раз в пять меньше кораблей, «разумно» сбалан­сированных по типам и размерам. Но как только их «ад­миралы» столкнулись с флотом «Эвриско», они оценили логику его «почти предельной» стратегии. Поняв, что кро­шечный корабль уцелеет почти в любой стычке, многие из них сдались без единого выстрела. «Эвриско» легко выиграл состязание и получил свою награду — нашивки кос­мического адмирала, и право присвоить имя любой плюе­те за пределами Солнечной системы.

На следующий год организаторы состязания внесли из­менения в правила игры, стремясь исключить возмож­ность победы «Эвриско» за счет стратегии микроскопиче­ского корабля. Ничуть не смутившись, Ленат предсказал новую победу: «Новыми правилами они лишь усложнили игру. В результате лазеек, которые мог бы найти «Эври­ско», стало еще больше».

«Эвриско» оправдал доверие Лената. Найдя достаточно слабых мест в правилах, он победил и в чемпионате 1982 г., чем вынудил организаторов чемпионата принять меры, чтобы не допустить «Эвриско» на следующие состя­зания: ведь если бы программа выиграла еще раз, при­шлось бы отменить чемпионаты. Пав жертвой собственной доблести, «Эвриско» прекратил участие в соревно­ваниях.

Ленат и его программа привлекли внимание и за преде­лами узкого круга игроков в «Трэвеллер» Сообщения об этих соревнованиях попались на глаза представителям Пентагона, наведя их на мысль начать разработку систем управления реальным боем, построенных по принципу «Эвриско». В будущем подобные программы смогут зна­чительно расширить возможности руководителей при по­иске новых решений военных и политических проблем.

Более важно то, что работа Лената заинтриговала ад­министрацию исследовательского консорциума МКК («Майкроэлектроникс энд компьютер текнолоджи корпо­рейшн»), основанного в 1982 г; в Остине (шт. Техас). Не устояв перед напором представителей этой организации, Ленат начал работать в ней нал новым грандиозным проектом по созданию компьютерной системы, способной прочесть и понять однотомною энциклопедию.

Дата добавления: 2015-06-26