Единство УСЭ и ИИ

Механизм предсказывающей памяти и Универсальная Схема Эволюции

Описание процесса сравненения инвариантного представления и текущего сигнала на входе с помощью УСЭ

Д.Хокинс неоднократно говорит об инвариантном представлении образов, подчеркивая его важность:

§ Способ, которым Вы понимаете мир - это поиск инвариантной структуры в постоянно изменяющемся потоке сигналов на входе. Чтобы сделать определенное предсказание, мозг должен объединить знание инвариантной структуры с новыми деталями. (83)

§ Три свойства памяти коры - хранение последовательностей, автоассоциативный отзыв и инвариантное представление - необходимые компоненты предсказания будущего, основанного на воспоминаниях о прошлом. А создание предсказаний является сущностью интеллекта. (84)

Что же это за инвариантное представление (ИП), проходящее одной из главных идей через всю книгу? Для предварительного понимания составим портрет ИП, отметив его характерные черты:

§ Структурность ИП – по временнОй структуре инвариантное представление должно напоминать эволюцию, т.к. оно описывает процесс реальных изменений систем во времени;

§ Универсальность ИП - инвариантное представление может быть «вытащено» из описания любых систем (вещественных, полевых и информационных), с которыми «встречается» кора головного мозга;

§ Конкретность ИП, т.е. сформированное инвариантное представление должно быть применимо к вещественным, полевым и/или информационным системам, переходя в их описание.

Соединив три характеристики в одну, получим парадоксальную конструкцию: Инвариантное представление (или сохраняемый образец поведения ) – это универсальная конкретность эволюции. [8]

А теперь, внимание! Полученная формулировка дословно применима еще к одному объекту, с которым, надеюсь, читатель знакОм. Универсальной конкретностью эволюции характеризуется Универсальная Схема Эволюции.[9] Отсюда напрашивается вывод: работа коры головного мозга описывается Универсальной Схемой Эволюции. Именно в форме УСЭ кора:

§ хранит инвариантное представление об объектах мира;

§ «вытаскивает» из памяти т.н. автоассоциативный отзыв при поступлении на вход сигнала от конкретного объекта;

§ обрабатывает в реальном времени информацию о поведении конкретного объекта;

§ предсказывает будущее поведение конкретного объекта.

Теперь рассмотрим пример с ловлей мяча, где с помощью УСЭ, хранящей инвариант поведения, в реальном времени показана эволюция поведения руки.

Поймать летящий мяч рукой - это значит совмеcтить летящий мяч и руку (ладонь) в одной и той же точке пространства.

В момент броска мяча начинается и продолжается процесс изменения поведения (движения) руки.

Зрение передает (2) момент броска в мозг, а мозг на основе предыдущего опыта (3 и 4) выдает мускулам образец (5) поведения - передвинуть руку в точку, куда прилетит мяч. Эти моментально «всплывшие из памяти» образцы[10] поведения сравниваются с реальными процессами (9) полета мяча и движения (6) руки.

1. Оценка благоприятна: рука уверенно движется в точку встречи с мячом - поведение (движение) руки не меняется, корректировка не требуется.

2. Оценка неблагоприятна: решение задачи «поймать мяч» недостижимо, поэтому поведение (движение) руки должно измениться, т.е. требуется и производится корректировка

На Схеме Эволюции Поведения последовательно представлены:

Блок 1. Если контроль относительного положения «мяч – рука» показывает, что мяч не поймать, то происходит изменение поведения - «отбрасывание» этого варианта движения руки в точку встречи с мячом. Вариант поведения заменяется другим, т.е. предыдущий вариант не выжил.

Блок 2. Вариант поведения (движения руки в точку встречи с мячом) не выжил по причине его низкой идеальности. Идеальность варианта поведения, равная нулю (мяч не поймать), означает невыполнение функции «совмеcтить летящия мяч и руку (ладонь) в одной и той же точке пространства».

Блок 3. При варианте «нулевая[11] идеальность» рука возвращается в исходное положение, а затем снова выдвигается к новой вероятной точке встречи с мячом, т.е. возникает и начинает реализовываться новый вариант поведения (движения) руки.

Блок 4. Вариант, когда идеальность поведения высокая – функция «совмеcтить летящий мяч и руку (ладонь) в одной и той же точке пространства» выполняется с высокой, хотя и не со 100%-й вероятностью. Нет необходимости совсем отказываться от такого поведения, а можно текущее поведение (движение) руки подкорректировать, улучшить.

Блок 5. Вариант соответствует объединению разных стратегий – например, несколько раз ловить заново (исходное положение руки à точка 1 в пространстве à исходное положение руки à точка 2 в пространстве à исходное положение руки à точка 3 в пространстве), а потом соединить последнюю попытку с корректировкой положения руки (точка 3 à точка 4 à точка 5).

Блоки 1 – 5 представляют набор обобщенных стратегий поведения. Выбор любой стратегии – каждый раз новое поведение, улучшение текущего (существующего) поведения или объединение вариантов поведения, в конце концов, сводится к улучшению текущего (блок 4). Поэтому подробно рассмотрим процедуры анализа для блока 4.

Блок 6. Выявление недостатков текущего поведения для внешних характеристик процесса ловли мяча, например, плохое качество оценки величины отклонения ладони руки от предполагаемой точки встречи с мячом;

Блок 7. Выявление недостатков текущего поведения для внутренних характеристик процесса ловли мяча, например, мышцы руки плохо отзываются на управляющие команды двигательной зоны коры головного мозга;

Блок 8. Устранение расхождений между реальными характеристиками процесса ловли мяча и такими, которые позволят поймать мяч (более внимательная оценка положения ладони руки, более точное управление мышцами) à изменение поведения (движения) руки.

Блок 9. Констатация отсутствия[12] расхождений во внешних характеристиках процесса ловли мяча и «подсказанных памятью»;

Блок 10. Констатация отсутствия[13] расхождений во внутренних характеристиках процесса ловли мяча и «подсказанных памятью»;

Блок 11. Констатация улучшения поведения (движения) руки.

Блок 12. Констатация повышенной идеальности поведения (движения) руки.

Блок 13. Констатация повышенной жизнеспособности данного варианта поведения (движения) руки, т.е. использование данного варианта поведения позволяет поймать мяч.

Как показано, УСЭ – это абсолютно точное описание эволюции объекта «Поведение». Словесное описание Д.Хокинсом работы коры головного мозга точно совпало с описанием по алгоритму Универсальной Схемы Эволюции. По сути, предложенный Д.Хокинсом описательный алгоритм работы коры головного мозга может быть наглядно представлен Универсальной Схемой Эволюции.

Хотелось бы подчеркнуть еще одну особенность, говорящую о близкой аналогии работы коры головного мозга и описании процесса с помощью УСЭ. «Кора – это не компьютер, постоянно отмечает Д.Хокинс. Вместо вычисления ответов на проблемы, кора использует сохраняемые образцы решения проблем и генерирует поведение».

Только что мы увидели - УСЭ и есть такой сохраняемый образец поведения! Образец поведения максимально универсальный, и, в то же время, максимально конкретный. Схема, как уже не раз было отмечено, построена на основе законов развития, выявленных в ТРИЗ, и представляет собой сконцентрированные образцы поведения (эволюции) объектов природы. Законы – это память систем об успешном поведении в прошлом, т.е. результатом такого поведения систем стало продление их существования, достижение ими устойчивости, успешного их выживания и т.д.

«Чем определяются «конструкции» естественных, существующих в природе систем? Проведенный анализ привел к выводу о существовании принципа устойчивости. Существование таких систем определяется процессом эволюции природы, в которой, в конечном счете, имело место исчезновение всех неустойчивых систем».[14]

Законы эволюции объектов были «подсмотрены» разными науками:

§ в производстве (законы эволюции науки, бизнеса, государства, здравоохранения и образования, искусства и т.д.);

§ в обществе (эволюция цивилизации, эволюция фауны и флоры);

Из этого следует, что Универсальная Схема Эволюции – это картина или, если угодно, модель мира. Такое заключение полезно вот в каком аспекте: такая картина мира – это не перечень объектов и связей между ними (такой перечень был бы бесконечным), а универсальное и компактное описание процесса поддержания существования (стабильности, выживания и т.п.) объектов.

Предсказание – вот первичная функция коры головного мозга, и именно предсказание - основа интеллекта.

Перейдем к прояснению сути интеллекта, но прежде отметим проблемы. Как подчеркнул Д.Хокинс, «...специалисты по ИИ бросились программировать компьютеры, чтобы те действовали как люди, не ответив на самый главный вопрос – что такое интеллект и что означает «понимать». А ведь прежде, чем пытаться строить интеллектуальные машины, нужно понять, как мозг думает...». (04)

Поэтому Джефф Хокинс пошел другим путем: «В течение многих месяцев (воспоминание относится к 1986 г.) я бился над фундаментальными вопросами:

§ Что делает мозг, если он не «производит» поведение?

§ Что делает мозг, когда он пассивно воспринимает речь?

В один из дней, осматривая свой кабинет, я видел знакомую мебель, плакаты, окна и цветы, карандаши и т.д. Вокруг меня были сотни предметов. Мои глаза видели их, поскольку я глядел вокруг, но видение их не заставляло меня выполнять какое-либо действие. Никакого поведения не возникало или не требовалось, и все же, так или иначе, я «понял» комнату и ее содержимое». (85)

Что это значит – «понимать»? Именно при обдумывании этой проблемы у меня возникло «Ага!»-состояние, один из тех эмоционально сильных моментов, когда внезапно то, что было беспорядочной путаницей, становится ясным и понятым.

Все, что я сделал, это спросил себя - что случилось бы, если бы новая вещь, которую я никогда прежде не видел, скажем, синяя кофейная чашка, появилась в комнате? Ответ оказался простым. Я заметил бы новую вещь как не принадлежащую «знакомой картинке». Она привлекла бы мое внимание как новая. Мне не нужно сознательно спрашивать себя: эта кофейная чашка - новая? Это тут же всплыло бы в памяти - она из неотсюда.

В этом простом ответе содержится сильная идея, которая до сих пор удивляет меня. Наш мозг хранит воспоминания, чтобы постоянно делать предсказания обо всем, что мы видим, чувствуем и слышим. (86)

Мозг постоянно делает предсказания обо всех деталях окружающего мира, и делает их одновременно. Это происходит автоматически и так легко, что мы поэтому и не в состоянии уловить - что же происходит в нашей голове. То, что мы воспринимаем как являющийся нам мир, не приходит только через наши органы чувств – на самом деле это комбинация того, что мы ощущаем, и предсказаний, «выдернутых» мозгом из памяти. (87)

На минутку вернемся к опыту с мячом. СмотрИте, этот опыт впрямую напоминает возникновение чувства понимания при осмотре кабинета! Предметы обстановки буквально «бросают» воспринимающему свои образы - зрительные, слуховые, тактильные, обонятельные и пр. Эти извне приходящие образы вызывают образы автоассоциативной памяти,[15] тут же происходит сравнение внешних образов с этими «всплывшими». Этот процесс – восприятие, вызов и сравнение, действительно, никаких мышечных действий не требует. И полностью описывается, как и ловля мяча, структурой УСЭ.

Таким образом, понимание – это чувство адекватности извне приходящих образов и образов «всплывающих», порожденных хранящимися в памяти инвариантными представлениями (моделью мира). Можно сказать, что кора головного мозга «поняла» процесс (полет мяча) или объект (обстановка кабинета), если образы извне и изнутри адекватны, и действия по отношению к процессу и/или объекту, производимые вслед за чувством адекватности, достигают заранее поставленной цели.

Именно поэтому описание опыта с мячом c помощью УСЭ показывает возможность использования этого алгоритма как инструмента предсказания: до начала любого варианта поведения (движения) руки всё поведение руки уже записано в инвариантной форме. Подстановка информации[16] о движениях мяча и руки в УСЭ сразу дает отзыв-вариант эволюции (поведения) руки. УСЭ показывает, какие шаги эволюции системы будут следующими, и что вообще случится с системой. УСЭ – универсальный пониматель!

Повторю еще раз, УСЭ – это реальный инструмент предсказания поведения, предсказания эволюции. Поскольку УСЭ создавалась как универсальная и инвариантная схема по отношению к любым системам, то она может использоваться как универсальный инструмент предсказания эволюции систем технических, производственных, социальных и природных.

Еще одна особенность. Вспомним основную идею книги Д.Хокинса «On Intelligence»: Мозг использует основанную на памяти модель для непрерывных предсказаний будущих событий. Именно способность делать предсказания будущего – вот что является сутью интеллекта.

Объединяя две последние посылки, приходим к выводу, что УСЭ или, точнее, ее компьютерная реализация USESoft, и мозг – системы-аналоги, обе они обладают способностью предсказания будущего. Т.е., формальная логика позволяет сделать неожиданный выод - программа USESoft обладает свойствами искусственного интеллекта.

Вообще предсказание и интеллект тесно связаны. Вспомним, что тесты на интеллект – это, в основном, тесты на предсказание. Такое интеллектуальное занятие как наука - упражнение в предсказании. Ученые получают и совершенствуют знание о мире именно через выдвижение (предсказание) и проверку гипотез.

Если обратиться к публикациям об Универсальной Схеме Эволюции, то окажется, что УСЭ – это графическая интерпретация научного метода. Это показано, надеюсь – убедительно, в работах «Схема ЗРТС и развитие системы знаний - науки, теории, парадигмы»[17] и «Universal Scheme of Evolution – Theory and Practice».[18]

Разберемся в причинах тесного сходства механизма предсказывающей памяти в коре головного мозга и Универсальной Схемы Эволюции. Опишем требования к механизму предсказывающей памяти и на их основе найдем свойства УСЭ формальной заменой «кора головного мозга» à «Схема эволюции». А в Комментариях оценим – существуют ли и реализуются ли свойства УСЭ, полученные таким способом?

Требование к механизму предсказывающей памяти, содержащемуся в коре головного мозга (105)	Свойство УСЭ, формальная замена: кора головного мозга à УСЭ	Комментарий
Для предсказания будущих событий кора головного мозга должна хранить последовательности образцов.	Для предсказания будущих событий ~~кора головного мозга~~ Универсальная Схема Эволюции ~~должна~~ хранит последовательности образцов.	Блоки Схемы – это последовательность образцов поведения систем. УСЭ – это максимально свернутая информация об эволюции. При подстановке в УСЭ описания конкретной системы эта информация развертывается, являя эволюцию конкретной системы. И, что еще важно, УСЭ – это информация об эволюции всех БУДУЩИХ систем!
Чтобы вызвать соответствующие воспоминания, кора должна восстановить образцы по их похожести прошлым образцам (автоассоциативный отзыв).	Чтобы вызвать соответствующие ~~воспоминания~~ образы систем, ~~кора~~ УСЭ ~~должна~~ восстанавливает образцы по их похожести прошлым образцам (автоассоциативный отзыв).	В форме законов развития отражена память о прошлом успешном поведении. Когда появляется необходимость исследовать эволюцию современной системы, мы переносим похожесть эволюции систем прошлого на эту систему.
Воспоминания должны быть сохранены в инвариантной форме так, чтобы знание прошлых событий могло быть применено к новым ситуациям, которые являются подобными, но не идентичными прошлому.	~~Воспоминания~~ Образы систем прошлого сохранены в инвариантной форме (УСЭ) и знание прошлых событий может быть применено к новым ситуациям, которые являются подобными, но не идентичными прошлому.	Опять, опять и опять! Сама Схема и есть инвариантная форма прошлых событий. Схема может быть применена «... к новым ситуациям, которые являются подобными, но не идентичными прошлому». Именно поэтому для НОВОЙ системы приходится проводить исследование заново, но по известному сценарию.

Реальная структура мира – это, на что в своем поведении ориентируется человек. А поведение, как ранее показано, строится на оценке корой мозга окружающей обстановки.

Естественно, что выжили те организмы, у которых кора сумела «вытянуть, запомнить и воспользоваться» этой реальной структурой мира. «Чем больше инвариантных, регулярных свойств своего внешнего мира смог распознать и учесть организм, тем больше хаоса удается ему устранить из внешней среды, что в конце концов обеспечивает его преимущества с точки зрения принятия решений, уменьшения фрустрации, доминирования и, по существу, выживания».[19]

В работе «Анализ и преобразование ТРИЗ методами ТРИЗ»[20] был разработан и предложен «портрет» будущей ТРИЗ в виде Универсальной Схемы Эволюции (УСЭ). Полученные черты слагаются в портрет системы Искусственного Интеллекта (ИИ).

Характеристика реальной УСЭ	Предполагаемая характеристика ИИ
УСЭ разработана на основе анализа развития самых разных систем,[21] что дает возможность единообразно подходить к решению задач из самых разных областей, позволяет описывать и прогнозировать развитие систем	ИИ дожен быть разработан на основе анализа развития самых разных систем, что даст возможность единообразно подходить к решению задач из самых разных областей, позволит описывать и прогнозировать развитие систем
УСЭ полностью совпадает с научным методом познания[22]	ИИ должен полностью совпадать с научным методом познания
УСЭ позволяет унифицированное описание иерархических уровней - природа, общество, производство и техника[23]	ИИ должен позволять унифицированное описание иерархических уровней - природа, общество, производство и техника
УСЭ в виде частных случаев переходит в разнообразные методы преобразования систем - МПиО, МШ, МКВ, МА, во все инструменты ТРИЗ[24]	ИИ в виде частных случаев должен переходить в разнообразные методы преобразования систем
УСЭ выступает в роли программы-советчика, инвариантного описания систем максимально высокого уровня абстракции.	ИИ должен выступать в роли программы-советчика, инвариантного описания систем максимально высокого уровня абстракции.
Это абстрактное описание, будучи приложенным к исследуемой системе, становится абсолютно конкретным. Т.е. УСЭ или ИИ, если в двух словах, универсальная конкретность.

Поскольку Универсальная Схема Эволюции - простая блок-схема, то даже небольшой навык программирования позволил написать программу USESoft для представления УСЭ на компьютере. Программа USESoft позволяет формально подставлять в нее название системы, интересующей пользователя, и получать эволюцию этой системы в общем виде. Далее возникают 2 возможности:

§ Общий вид эволюции системы (от блока 1 до блока 13) и пояснения достаточны для пользователя; вид последовательных блоков УСЭ с пояснениями рождает у пользователя самостоятельные (и правильные!)[25] мысли о путях преобразования его системы;

§ Общий вид эволюции системы для пользователя недостаточен (пользователеь не знает, что делать дальше) – программа начинает задавать пользователю уточняющие вопросы (на каком этапе развития система находится, из каких элементов система состоит, как эти элементы в системе взаимодействуют и т.д – всего в USESoft реализовано 15 экранов).

Ответы пользователя дают возможность программе указать на недостаток, который является ключевым, т.е. с него проблемы в системе и начинаются. С этим недостатком обязательно связан один из элементов. Программа предлагает этот элемент изменить и показывает как это сделать.

В диалоге «USESoft – пользователь» пользователь играет пассивную роль – он поставщик информации о системе. А преобразует введенную информацию именно программа USESoft, выдавая пользователю поэтапно промежуточные результаты.

Программа USESoft постоянно совершенствуется, зачастую, с помощью ее самой. Описывается проблемная ситуация, выбирается из описания ситуации система и проводится анализ эволюции этой системы, осуществляется перевод системы «из плохой» в «хорошую». Так совсем недавно был найден и включен в USESoft алгоритм выбора конкретной системы, которую необходимо улучшать.