Символьно-образный подход в искусственном интеллекте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Символьно-образный подход в искусственном интеллекте

Б.А. Кобринский

Аннотация

символьный образный база логический

Символьно-образный подход в искусственном интеллекте

Б.А.Кобринский

Мышление специалистов, имеющих дело со слабо структурированными областями знания, к которым относятся гуманитарные и естественные науки, основано на сочетании аргументационной компоненты и интуитивно-образных представлений. В процессе принятия решения происходит переключение с одного типа мышления на другой. Этот факт является основанием для попыток перехода к символьно-образным базам знаний интеллектуальных систем в отличие от общепринятых символьно-логических, при условии, что в обоих случаях мы будем манипулировать может быть и нечеткими, но не абстрактными понятиями. Из этого следует рассмотрение различных формальных процедур представления знаний на предмет их соответствия манипуляциям с образами.

Annotation

The Symbol-and-Image Approach in an Artificial Intelligence

Boris A. Kobrinsky

Moscow Research Institute of Pediatrics and Children Surgery

The thinking of the experts working with weakly structured areas of knowledge, to which the humanitarian and natural sciences concern, is based on a combination reasoning and intuitively-images representations. During decision making there is a switching from one type of thinking on another. This fact is the basis for attempts of transition to symbol-and-image knowledge bases of intellectual systems as against generally accepted symbol-and-logical. In both cases we shall manipulate can be and indistinct, but not by abstract concepts. This implies treating of various formal procedures of representation of knowledge for their correspondence to manipulations with images.

Введение

Интеграция аргументационной и образной компонент мышления специалиста в базах знаний систем, относящихся к слабо структурированным областям, несомненно является залогом эффективного и быстрого процесса принятия решений. Как отмечает Д.А.Поспелов [1989], обе функциональные системы мозга - логико-символическая и образная - всегда работают во взаимосвязи, осуществляя взаимообмен информацией.

Активизация известных из прошлого времени образно-метафорических представлений происходит подсознательно, по ассоциации, при наблюдении определенных явлений окружающего мира (например, в медицине - признаков конкретного случая болезни). Бесчисленные психические элементы, объединяющиеся в едином интенциональном акте, образуют объемлющее их целое [Ясперс, 1997]. Что касается символа как знака или опознавательной приметы, то он неотделим от его образной структуры и характеризуется многозначностью своего содержания (сродни аллегории).

Относительно четкие зависимости в системе отношений “следствие - результат (идентификация состояния)” справедливы для более или менее стандартных ситуаций, в которых аргументация в пользу определенного решения опирается на классические признаки. К примеру, в медицине - это типичная картина болезни, когда предварительная гипотеза о диагнозе формируется у врача путем мысленного сопоставления признаков с узким кругом известных заболеваний непосредственно в процессе осмотра больного. В более сложных случаях возникает ряд альтернативных предположений с различной степенью неопределенности. Последующее обследование и/или наблюдение пациента является необходимым условием получения дополнительной информации для аргументации в процессе дифференциальной диагностики и подтверждения/отклонения первичной диагностической гипотезы.

Логическая и образная компоненты в мышлении

Интуитивно-образные представления широко распространены в гуманитарной сфере (литература, живопись, музыка) и у субъектов с преобладанием правополушарного мышления в естественных науках медицина, археология и др.).

Образным по своей природе восприятия является идеографическое письмо. В древнеегипетской, шумерской, китайской иероглифике один знак-рисунок соответствует понятию (например, человек, женщина, огонь). Понятия-образы широко представлены в поэзии символистов. В области медицины отдельные условно специфические характеристики патологического процесса могут вызвать у “правополушарного” врача зримый образ болезни (своего рода “имажинистская” медицина).

Логический анализ и образные представления могут сменять друг друга в процессе анализа картины мира. Это объясняется двойственностью восприятия и познания, представленных образным и аналитическим свойствами высших психических процессов. Можно сказать, что разум (логическое рассуждение) и чувственное восприятие действительности (“отраженный свет”) - два лика сфинкса, именуемого постижением мира.

Образные представления можно подразделить на объективно существующие знаковые образы (символы) и образы как субъективные картины, отражающие реальность объективного мира через рефлексию субъекта.

Знания, в обязательном плане включающие отношения между объектами, могут быть представлены “мысленными образами” явлений внешнего мира, сформировавшимися в прошлом на основе фактов (но не являющимися их простым отражением). И появление новых образов, как и новых данных, может приводить к изменению направления мыслительного процесса. Например, интуиция в медицине способствует выбору рационального пути обследования больного, что оптимизирует диагностический процесс. Намек (деталь) как ориентир вызывает у врача или цепочку признаков, складывающихся в образ (симультанное объединение признаков), или “всплывание” образа (“инсайт”, момент мгновенного проникновения в суть вещей). Можно представить этот процесс как двухэтапный - вначале инсайт-феномен, позволяющий выделить некий обобщенный (возможно размытый) образ, с последующим его уточнением в положительную или отрицательную сторону в процессе симультанного узнавания, обеспечивающего различный уровень “разрешения”.

Обращаясь к принципу ассоциативности мышления, следует понимать, что активируемый на основе ассоциативных отношений образ способен подвергаться “искажениям” (трансформироваться), приобретая отсутствующие в исходном изображении детали. Можно говорить о стимуляции образов под действием “внутренних” факторов, ассоциированных с внешними воздействиями.

Формальное представление логико-образных решений

Общие принципы последовательности действий специалиста (в гуманитарной и естественной областях) при принятии решения формально можно отразить в форме следующей последовательности актов. Мысленное сравнение наблюдаемых явлений (или образа) с известными - формирование первичной гипотезы - рассуждения (не аргументированные мысли, возникающие по “примитивной” аналогии) - аргументация (за и против гипотезы, представляющейся наиболее вероятной) - рабочая гипотеза окончательного решения - верификация или фальсификация (проверка истинности рабочей гипотезы) - пополнение данных и знаний - ревизия предшествующей совокупности знаний - повторный цикл рассуждения и аргументации - коррекция рабочей гипотезы - принятие окончательного решения. Этот процесс сродни “познавательному циклу продуктивного мышления” (Финн В.К., 1991).

В процессе решения находят применение как объективные, так и субъективные (экспертные) знания. При часто встречающейся в гуманитарной и естественной сфере нечеткой интерпретации субъективных суждений о правдоподобности и истинности фактов, об интенсивности отношений между элементами семиотической системы (степени сходства, предпочтения) возникают множества нечетких представлений, в том числе и образного характера. Они могут носить псевдовизуальный или псевдовербальный характер, в части случаев поддающийся семантической оценке. В этой связи, для представления образных знаний в семиотических сетях следует подумать о возможности обращения к соответствующим моделирующим процедурам [Pospelov, Osipov, 1997].

Если строить некую логику перцептивных образов, то она будет, конечно, отличной от логики формирования понятий. Хотя бы в силу двух кардинальных различий между образами и понятиями: целостности восприятия и существования эталонных образов и представлений [Поспелов, 1998]. Это касается истинного образа или метафоры как не подлежащей структурированию системы, в то время как “комплексный” образ представляет собой обобщенное понятие, которому может соответствовать визуальное представление, например, гаргоил (ср. грубые черты лица) - комплексный признак, который можно структурировать.

Отражение образного и логического мышления в искусственном интеллекте

Реализация образно-логических представлений в системах искусственного интеллекта представляет серьезные трудности. В настоящее время можно говорить лишь о рассмотрении различных, принципиально отличающихся подходов к представлению образов в базе знаний.

Моделирование, наряду с логическим процессом анализа данных, механизма интуитивно-образных представлений специалиста позволит перейти к целостному восприятию явлений, не поддающихся декомпозиции или теряющих при этом свою познавательную основу. Рассмотрим некоторые подходы к реализации образных представлений в системах искусственного интеллекта.

Нечеткие модели. Образ может быть целостным и, в то же время, полным или неполным, чему соответствует разная степень приближения к исходному (“идеальному”) образу. Например, один и тот же тип лица может встречаться многократно (хотя каждое из этих лиц будет иметь индивидуальные отличия), что определяется понятием сходства, в связи с чем следует отметить, что именно на основе сходства, а не тождества происходит идентификация образов в псевдооптических нейронных сетях [Кузнецов, 1998].

Особенность человеческого восприятия зрительных образов позволяет до определенной степени игнорировать имеющиеся отличия объектов, например, возрастные изменения. В этом случае в лице сохраняется нечто только ему свойственное, несмотря на появление морщин и других изменений. В этом случае психический (мысленный) образ как бы сохраняет нечто типичное, позволяющее субъекту осуществлять опознание близких образов, иногда “при первом взгляде”. Если обратиться к эффекту ассимиляции (уподобления), то можно считать, что “типичный образ” способен замещать множество “близких образов” [Фоминых, 1998]. Это позволяет поставить в соответствие нечеткие представления и на этой основе делать вывод о сходстве/различии.

Рассмотрим применение аппарата нечеткой логики с определением функции совместимости не на множестве математически точно определенных объектов, а на множестве обозначенных некими символами впечатлений [Батыршин, 1996] на случай вербализуемых образов (например, в медицинских приложениях, таких обобщенных понятий как “рыбий рот”, “птичье лицо”). Для их обработки может использоваться шкала свойств, в основе которых лежат не объективно-измеримые значения, а оценка свойств наблюдаемого явления экспертом. При интерпретации образов как множеств нечетких объектов более естественно рассматривать некоторое упорядоченное множество, выражаемое лингвистическими оценками, (например, “резко выражено” или “скорее всего”, …, “напоминает” или “сомнительно, но не исключено”). При этом следует принимать во внимание как нечеткость самих понятий (терминов)), так и возможную нечеткость в оценке их отнесения к определенному классу, которая может изменяться (уменьшаться/увеличиваться) как в результате субъективности наблюдателей (врачей), обладающих различным опытом, так и относительно объективно за счет разнообразных ассоциативных связей с другими признаками. Необходимо учитывать, что нечеткость и вероятность, моделирующие разные типы неопределенности, взаимно дополняют друг друга, а мера нечеткости нечеткого множества может служить и мерой неопределенности, возникающей при принятии решения о том, к какому из классов отнести объекты анализируемого множества.

Ассоциативность и кластеры. Образам могут быть сопоставлены в базе знаний, с одной стороны, ситуации-аналоги в визуальной или другой форме (сходные в определенных отношениях, но нетождественные “объекты”), с другой Ї комплексы ассоциирующих признаков, позволяющие “достраивать” представления, сформировавшиеся по результатам описанных экспертами реальных объектов, т.е. обеспечивать дополнение в целях восстановления целостности базового образа. Аналогично процессу “прямого” формирования цельного образа в форме индуктивного вывода или инсайта, должна быть организована система активации образов в базе знаний под влиянием вводимых признаков-посылок.