1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование психических образов: как совместить дискретное и непрерывное

В.Б. Тарасов

Введение

Доклад будет состоять из трех частей. Вначале я хотел бы проследить эволюцию основных направлений психологических исследований и связать это с тем, что сегодня происходит в искусственном интеллекте. Таким образом я попытаюсь обосновать, почему ныне происходит интеграция различных школ и течений ИИ и зачем нужен новый, системно-организационный подход в ИИ.

Второй момент. Б.А.Кобринский в своем докладе [14] много говорил о размытости образной компоненты человеческого мышления и освободил меня от необходимости обосновывать принцип нечеткости психических образов. Тех, кто интересуется подобным обоснованием, я отсылаю к своей давней статье «О применении нечеткой математики в инженерной психологии», написанной совместно с А.П.Чернышевым и опубликованной в «Психологическом журнале» [29]. Здесь мне хотелось бы, следуя тому, что сказали Д.А.Поспелов [22] и И.Б. Фоминых [32], выделить основные качества психических образов, а затем предложить несколько моделей. Эти модели образов будут опираться на аппарат нечетких множеств, и в частности, на так называемый информационно-термодинамический подход к описанию нечеткости [25] (в рамках последнего строятся непрерывные модели).

И наконец, в заключение мне хотелось бы поговорить о недостатках такого представления, а также предложить свои соображения о том, как реализовать формально единство дискретного и непрерывного.

1. Эволюция взглядов на психику и изучение психических явлений. Ее связь с основными направлениями в ИИ

Первые психологические теории были проникнуты духом атомизма и лапласовского детерминизма, т.е. линейной связи между причиной и следствием. Далее я покажу, как с помощью компактной математической записи можно охарактеризовать основные вехи, главные направления развития классических психологических теорий. А также попытаюсь ответить на вопрос, что из этих теорий было привнесено в область ИИ.

Введем следующие обозначения: X - физическое (множество физических явлений), а Y - психическое (множество психических явлений). Определив на множестве Y некоторое отношение, будем оперировать в терминах субъективного психологического пространства, которое в психологии стало довольно модным (еще в 80-х годах о нем писали Ю.М.Забродин, Ф.Кликс, В.Ю.Крылов, В.Ф.Петренко и др.). Легко понять, что исходя из возможных вариантов перестановок X и Y, можно указать четыре базовых психологических направления, которые возникли еще в XIX-м веке (cм. [34, 36]).

Во-первых, это вундтовский интроспекционизм, утверждавший, что причиной любых психических явлений могут быть только психические явления. Дальнейшие вехи его развития - структурализм Э.Титченера, функционализм Ф.Брентано и вот, в частности, ассоцианизм Дж.Локка, о котором мы стали говорить в контексте проблем ИИ в последнее время. Фактически все эти направления, как впрочем и ряд работ Вюрцбургской школы психологов, связаны с определением специальных классов преобразований f1: Y Y. Здесь были сформированы представления о двойной детерминации процессов сознания, где на равных правах выступают ассоциации (главный объяснительный принцип структурной школы) и целеустремленный субъект (исходное понятие функционализма).

Ровно противоположная тенденция развивалась в русле всем известного бихевиоризма - «психологии изучения поведения без анализа психики». Бихевиоризм, идущий от работ Р.Уотсона и Б.Скиннера, убирает психику и образы из сферы научного знания и утверждает, что предметом психологии является изучение поведения как наблюдаемой деятельности. Этому соответствует формула f2: YY. Дальнейшее введение так называемых «промежуточных переменных» V и построение чего-то типа автоматной модели (см. например, известную теорию TOTE Д.Миллера, Р.Льюса и Галантера) в принципе все равно ничего не меняет.

В первом случае «сухим остатком» для ИИ является разработка всевозможных методов инженерии знаний и опыта, включая методики работы с экспертами. В русле бихевиоризма выдержаны уже упомянутая модель TOTE и вообще, известная книга Д.Миллера, Е.Галантера и К.Прибрама «Планы и структура поведения» [18]. Из принципов бихевиоризма исходят и линейные обучающие программы, строящиеся в виде цепочек «ответ - подкрепление», и традиционные представления человека-оператора в виде звена системы управления, характеризующегося своей передаточной функцией, или его описания как канала связи, характеризующегося определенной пропускной способностью

Третье направление - классическая психофизика (Э.Вебер, Г.Фехнер, С.Стивенс) - исходит из идеи определения связи между стимулом и ощущением f3: XY. Здесь все многообразие форм поведения и психических состояний объясняется через различия в вызывающих их физических ситуациях. На основании постулата о принципиальной измеримости психических явлений определялись выражения количественной связи между физическими сигналами и психическими образами. Так в рамках классической психофизики были сформулированы три эмпирических закона: закон Вебера, закон Вебера-Фехнера и закон Стивенса. Например, закон Вебера-Фехнера устанавливает логарифмическую связь между силой ощущения и интенсивностью стимула.

Важнейшей проблемой психофизики является определение порогов, а также определение метрики и топологии психологического пространства. Примерами современных психофизических методик служат процедуры многомерного шкалирования, позволяющие восстановить взаиморасположение ощущений в многомерных субъективных пространствах.

Отметим, что позднее Ф.Кликс предложил расширить идеи психофизики сенсорных процессов на произвольные когнитивные процессы.

Наконец, четвертое направление, которое я привожу для полноты представления, - это классическая психомоторика, идущая от работ И.М.Сеченова. Это направление изучает связь между образом и движением f4: YX. Здесь типичный инструментарий связан с определением времени реакции и прочих объективных характеристик действий человека.

Многие другие направления в психологии можно считать производными от четырех базисных направлений (табл.1). Идея атомизма и дискретности, представление о том, что в психологии причина может более или менее однозначно определять явление, существовали достаточно долго. Фактически, соответствующие концепции развивались в той или иной форме как в конце XIX-го, так и в начале XX-го века. Хотя уже И.М.Сеченов считал, что психические процессы полностью не определяются внешними причинами, а опосредованы внутренними условиями.

Прорыв в сторону принципов целостности и непрерывности наступил с появлением трех следующих школ. Прежде всего, это школа гештальт-психологии (М.Вертгеймер, В.Келер, К.Коффка), которая впервые ушла от мысли определения элементов психики и складывания каких-то более сложных процессов и закономерностей, исходя из простых элементов. Главной заслугой этой школы стало введение понятия целостных, неделимых психологических структур

Табл.1. Базовые направления в истории психологии, основанные на идеях лапласовского детерминизма

- гештальтов [6]. Здесь, пожалуй, впервые в психологии полновесно прозвучала идея неаддитивности и целостности - идея о том, что целое определяет свойства частей. В центре гешатальтистских объяснений оказалось «псевдофизическое» представление о динамическом поле, где каждая точка взаимодействует с другими и изменение напряжения в одной из точек порождает стремление к устранению этого напряжения и восстановления равновесия. Кроме того, было введено понятие об инсайте - внезапном озарении, мгновенном (одновременном) схватывании всех существенных отношений в воспринимаемом пространстве. Это понятие стало основным при объяснении адаптивных форм поведения и эвристических процессов в противовес принципу полного перебора или методу проб и ошибок, восходящего к идеям бихевиоризма.

Второе течение, которое также стало революционизирующим, - это конечно фрейдизм. Здесь в плане отхода от примитивного детерминизма были впервые изучены такие механизмы самоорганизации психики как мотивация, влечения и пр. В то время как подход гештальт-психологии способствовал преодолению слепой веры в универсальность атомистических и аддитивных моделей психики (и поведения), психоанализ З.Фрейда был направлен прежде всего против вульгарно детерминистских, причинно-следственных трактовок психических явлений [33].

У З.Фрейда рассматривались три уровня психики: бессознательный, предсознательный и сознательный, причем особое место занимало раскрытие роли и механизмов бессознательного в человеческой жизни. Одно из центральных положений фрейдизма утверждало, что главным источником, позволяющим сформировать мотивационный потенциал у человека, является бессознательное, насыщенное энергией либидо. В русле фрейдизма в психологию были введены очень важные идеи: зависимость сознания от глубинных уровней психики, наличие бессознательной мотивации, построение защитных механизмов психики в ответ на межуровневые конфликты и пр. Кстати, именно З.Фрейд ввел две базовые операции, характерные для образного мышления - операции концентрации и вытеснения [33, 23]. Концентрация означает наложение друг на друга близких образов, тогда как вытеснение связано с выходом из «фокуса внимания».

Интересный синтез ряда положений гештальт-теории и фрейдизма был реализован К.Левиным в рамках его концепции «топологической психологии» [37]. Отправляясь от общих положений гештальт-теории, в частности, представлений о психологическом поле, К.Левин сосредоточил внимание не на перцептивных структурах (как гештальтисты), а на мотивационном аспекте психики как «энергетическом источнике» поведения. При этом он сделал шаг вперед по сравнению с З.Фрейдом, перейдя от представления о том, что энергия мотива сжата в системе организма, к представлению о системах «организм-среда». В качестве исходной конструкции им взято психологическое поле личности, внутри которого возникают и изменяются психологические силы (стремления, намерения, мотивы, идеалы и пр.), имеющие определенную направленность, величину и точку приложения. Любой психологический факт, влияющий на личность, должен занимать определенное место в этом поле, и только факты, в него попадающие, производят определенные динамические эффекты, т.е. являются причинами событий. Структура психологического поля личности оказывается многоуровневой. Ведущим является уровень квазипотребностей, которые понимаются как (производные от истинных потребностей) динамические напряжения отдельных областей в структуре личности, стремящиеся к разрядке (путем побуждения к достижению определенных целей). Одни области психологического поля притягивают субъекта, а другие - отталкивают. Это получило название «валентности» (положительной или отрицательной), характеризующей мотивационную структуру поведения. В исходной модели К.Левина из всего топологического аппарата использовались по сути только отношения «иметь границу» (для объекта в психологическом поле личности) и «допускать растяжения и сжатия» (для трансформации поля). С учетом бурного развития в последнее время топологических методов и моделей, включая методы нечеткой топологии, детализация идей топологической психологии представляется весьма многообещающей, особенно с точки зрения построения интенциональных агентов.

С моей точки зрения, наиболее важной из этих трех школ в смысле развития ИИ на современном этапе является школа генетической эпистемологии Ж.Пиаже [20]. В ее рамках была детально исследована проблема взаимодействия субъекта и объекта: что позволило сформировать очень актуальное сегодня понимание интеллекта как средства адаптации субъекта к системе объектов, а в более широком плане, к окружающей среде. Вообще Ж.Пиаже дал немало интересных формулировок интеллекта. Так например он связывал интеллект с «прогрессирующей обратимостью мобильных динамических структур». Он также говорил, что интеллект - это «гибкое и одновременно устойчивое равновесие поведения». Мне кажется, что в контексте важнейших тенденций ИИ конца XX-го века, таких как развитие интегрированных и децентрализованных моделей, бум вокруг многоагентных систем, поиск адекватных средств формализованного описания творческих процессов, эти идеи находят все больший отклик в сообществе специалистов по ИИ.

Классическим примером алгебраического подхода к моделированию психики служат группировки Ж.Пиаже - частный случай универсальных бинарных алгебр, когда сигнатура операций включает в себя единственную бинарную операцию , причем помимо обычных групповых свойств (ассоциативность, наличие единичного и обратного элементов) удовлетворяется также условие идемпотентности.

По Ж.Пиаже основное структурное отличие образов от символов заключается в том, что перцептивные структуры необратимы, нетранзитивны и, как следствие, не могут быть соединены по законам группировки.

Следует также упомянуть, что на протяжении многих лет психологи пытались выделить некую единицу анализа психики и объяснить, исходя из подобной единицы, различные психические явления. В качестве такой единицы выступали: психологическая ассоциация по А.Бэну и Дж.С.Миллю, рефлексы и реакции у В.М.Бехтерева, значения у Л.С.Выготского, ощущения у Б.Г.Ананьева, действия у А.Н.Леонтьева и пр. В целом, отечественные школы психологии имеют замечательные наработки в области выделения и исследования подобных единиц. Однако, очень сильным их ограничением было то, что они стремились взять и интерпретировать такие единицы в качестве универсальных.

Эти течения и представления из психологии естественно соотнести с тем, как развивался ИИ, начиная с 1956 г., когда состоялся знаменитый Дартмутский семинар (cм. [21, 26]). С одной стороны, развивалось символьное, когнитивистское направление, связанное в первую очередь с дискретными, логико-алгебраическими моделями познания. В его рамках по сути ставился знак равенства между интеллектуальными системами и системами, основанными на знаниях. Очевидно, что эту идею знаниецентризма и традиционные экстенсивные способы приобретения знаний (идеологию круговорота знаний: знание выводится из знания и позволяет получить новые знания) можно напрямую соотнести с психологией интроспекционизма. Здесь, подобно истории с единицами анализа психики, знание долго считалось главной и единственной категорией, определяющей интеллектуальное поведение.

С другой стороны, нейронные сети - непрерывные модели, обладающие свойствами обучаемости, однородности, массивного параллелизма,- ассоциировались с процессами восприятия и образного мышления. Они связывались с «возникновением символики в совокупности простых, однородных структур».

Длительное время логический и нейронные подходы, а также зародившиеся позже концепции семиотического моделирования Д.А.Поспелова с одной стороны, и моботицизма Р.Брукса с другой, развивались совершенно независимо. Кстати, моботицизм в ИИ можно уподобить бихевиоризму в психологии, поскольку его главная идея, содержащаяся в названии известной статьи Р.Брукса «Интеллект без представления», очень похожа на высказывавшийся бихевиористами тезис о «психологии без психики». Аналогично, возникшее в недрах ИИ направление - распознавание образов - стало в 70-е - 80-е годы развиваться как особое, практически не зависящее от ИИ.

И лишь в 90-х годах, в связи с наступлением того, что скептики называют «кризисом логической парадигмы», а оптимисты - «необходимым новым витком интеграции в ИИ», сформировались явные предпосылки для развития гештальтистского, а в более общем плане, системного подхода в ИИ. Я очень кратко остановлюсь на этих вопросах, а всех, кому это интересно, могу отослать к моим работам, опубликованным в 1997 г. в материалах ялтинской конференции «Знания - диалог - решения» (сентябрь, 1997 г.) и в журнале «Программные продукты и системы» [27].

2. Основные идеи развития системно-организационного подхода в ИИ

Сейчас я хотел бы, не вдаваясь в подробное изложение постулатов и принципов системного подхода в ИИ, обратить внимание на то, что в русле этого подхода главным предметом ИИ являются не системы, основанные на знаниях, не инженерия знаний и даже не перевод с языка знаний на язык образов и наоборот. Основным предметом становится исследование виртуального агента, действующего в более или менее сложной среде.

Тогда сразу возникают проблемы иерархии деятельностей агентов, моделирования кооперативного поведения в многоагентных системах и т.п. Так по мнению И.Б.Фоминых, сейчас нейронный подход в какой-то степени перспективнее и больше дает, чем логический. Мне кажется, что в настоящее время их противопоставление не очень актуально. Главное, это определить пути и способы их интеграции, совместного использования. То же самое стоит на повестке дня при разработке многоагентных систем. Решение интеллектуальных задач можно получить и в рамках подходов распределенного искусственного интеллекта при кооперации нескольких (обычно 3 - 5 интеллектуальных агентов), и в рамках локально организованных систем, состоящих из большого количества простейших, слабо индивидуализированных и, вообще говоря, не обязательно интеллектуальных агентов, что называется «интеллектом роя» (swarm intelligence). Наличие подобной альтернативы иллюстрирует принцип относительности в ИИ.

Согласно системному подходу, необходимым атрибутом интеллектуального поведения оказываются развитые координационные связи. В контексте образного мышления и моделирования психических образов речь идет о формализованном описании процессов координации когнитивной и регулятивной подсистем. Затем важнейшая проблема связана с определением рекурсивных отношений между интеллектом, деятельностью и эволюцией. Совершенно очевидно, что само определение ИИ как научной дисциплины, изучающей агентов, их действия и коммуникацию в сложной среде, предполагает сдвиг от рассмотрения чисто когнитивных процессов в сторону психологии деятельности и психологии общения.

Еще один принцип - это принцип «вовлечения интеллекта в действия». Согласно этому принципу, в интересах интеграции различных подходов к описанию агентов необходимо построение обобщенной модели их деятельности. На основе этой модели можно определить базовый набор функций и структур автономных агентов и показать «изнутри» различия между агентами различных типов - когнитивными и реактивными, коммуникативными и планирующими и т.д.

В качестве материала для дискуссии здесь предлагается трехуровневая кольцевая структура деятельности агента с рекурсивными связями. С одной стороны, она восходит к идеям Б.Г.Ананьева [1] о билатеральном регулировании поведения, а с другой стороны, использует представления о процессах самоорганизации, самореферентности и самовоспроизводства живых систем, предложенные известными чилийскими биологами У.Матураной и Ф.Варелой [38] в русле их теории автопоэзиса - циркулярной организации автономных, рекурсивных, гомеостатических систем. Эта модель содержит три иерархических уровня, поскольку она опирается на классическую в психологии схему А.Н.Леонтьева «деятельность - действия - операции» [16]. Здесь деятельность понимается как активная (асимметричная) форма отношения агента к внешнему миру. В общем случае можно полагать, что:

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ=F (СРЕДА, ПОТРЕБНОСТИ, МОТИВАЦИЯ, ПЛАНИРОВАНИЕ, ЗНАНИЯ);

ДEЙСТВИЕ = G (ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ, ОБЪЕКТЫ, ЦЕЛИ, СТРАТЕГИИ, УМЕНИЯ);

ОПЕРАЦИЯ = H (ДЕЙСТВИЕ, УСЛОВИЯ, ЗАДАЧИ, ТАКТИКИ, НАВЫКИ),

где F, G и H - отношения полиморфизма («один-ко-многим»).

В отличие от различных кибернетических моделей деятельности типа «черного ящика», эта модель может рассматриваться как «прозрачный ящик», поскольку в ней раскрываются внутренние механизмы организации деятельности агента путем выделения и изучения подсистем представления (отражения внешней среды), опыта (самоотражения), поведения (внешней регуляции) и интенциональной подсистемы (саморегуляции), Генезис и эволюция деятельности изучаются на основе анализа как вертикальных отношений «мотивы - цели - задачи», «планы - стратегии - тактики», так и трех горизонтальных тетрад «потребности - мотивы - планы - знания», «объекты спроса - цели - стратегии - умения», «условия - задачи - тактики - навыки» (рис.1). На наш взгляд, подобные схемы могут и должны лежать в основе построения функциональных структур и развивающихся моделей интеллекта.

Наконец, еще один важный принцип - это выделение системных единиц интеллекта, согласно которому в основу синтеза архитектуры многоагентной системы следует положить формирование функционально-структурной единицы как ее «универсального строительного блока» или «клетки». психический метрика детерминизм интеллект

Системные единицы следует отличать от элементов системы: структурный элемент - это простейшая, неделимая часть системы, которая обычно не сохраняет свойства системы как целого, тогда как важнейшим свойством функционально-структурной единицы является сохранение важнейших свойств организации всей системы.

Рис.1. Общее представление деятельности агента

Основные требования к системной единице психики, сформулированные Л.С.Выготским, таковы (см. [8,13]): а) единица должна быть целостным функционально-структурным образованием, связной психологической структурой; б) единица должна быть неразложима на дальнейшие части без потери свойств целого; в) единица, сохраняя структурные свойства целого, должна быть способной к развитию (и саморазвитию), т.е. должна обладать порождающими свойствами и возможностями для ее трансформации; г) единица должна быть неоднородной, т.е. отображать в некотором смысле противоположные функции, структуры и свойства психики; д) единица должна быть инструментом синтетического исследования психических явлений.

3. Главные свойства психических образов и их моделирование

Моделирование психических образов становится одной из центральных проблем, если мы хотим строить достаточно общие и конструктивные модели деятельности агентов [27]. Продолжая линию на выделение специфических особенностей психических образов, я остановлюсь на следующих их свойствах.

Двуединая природа, функциональный дуализм психических образов (и психики вообще). Положение типа «любой психический образ, будучи субъективным отражением некоторой области внешнего мира, является в то же время регулятором действия» стало классическим, и его можно найти в любой современной монографии по психологии [5,17,24,35]. Почему-то до сих пор в сообществе специалистов по ИИ этот факт не нашел должного отражения Из такого функционального дуализма следует высказанная еще В.А.Ганзеном [9], а затем уже достаточно подробно рассмотренная А.М.Волковым и др. [7] идея квантования психических образов. Это квантование и основано на выделении уровня регуляции и соответствующего когнитивного интервала. Или в других, скорее экономических терминах: уровню спроса соответствует интервал предложений. Близкие мысли высказывал В.П.Зинченко [11], считавший, что движения оператора как составляющие его действий носят квантово-волновой характер, причем наличие квантов действия есть прямое доказательство неоднородности моторных актов. Интерпретаций может быть очень много. Такой функциональный дуализм - одна из важнейших характеристик психических образов.

Здесь речь идет о неразрывном единстве и переплетении двух главных функций психического образа- когнитивной функции и регуляции действий.

Обратимость и сжимаемость психического времени, т.е. возможность построения антиципирующих образов, т.е. образов того, чего не было в прошлом и нет в настоящем. В рамках регуляции деятельности у нас всегда строится либо «модель потребного будущего», либо происходит «опережающее отражение» (по П.К.Анохину [2]). Это означает, что психический образ обычно сопоставляется с некоторым эталоном. Например, в инженерной психологии используются термины «образ-цель» [31,35], т.е. образ желаемого результата деятельности, и «оперативный (текущий) образ». Так процесс перехода от текущего образа к образу-цели Н.А.Бернштейн назвал «работой психического образа» [3]). Этот термин мне очень нравится, поскольку он непосредственно связывает процесс психической регуляции с удачной механической аналогией - «работой образа».

Разными психологическими школами сформулировано и уже неплохо проработано понятие пространства психических образов. Так в психофизике, Ю.М.Забродин [12], К.А.Бардин и другие рассматривали метрические и топологические свойства сенсорного и сенсорно-перцептивного пространства и поставили вопрос о формализованном описании психических образов. Понятие семантического пространства (хотя несколько в другом контексте) активно разрабатывает В.Ф.Петренко [19]. Было введено также понятие идеаторного пространства и ряд других. В целом, психологическое пространство есть пространство функционально неоднородных образов. Например, сенсорно-перцептивное пространство в каждый момент имеет определенный центр, причем зона центрации соответствует пространственному расширению, а периферия оказывается сжатой тем сильнее, чем больше она удалена от центра [6,22].

Мне кажется, что определение понятия пространства образов и возможность его естественной математической трактовки также представляет собой очень важный шаг. Заметим, что структура и характеристики психических образов определяются как свойствами полиморфного отображения из физического пространства в психическое XY (степень соответствия с оригиналом), так и собственными свойствами и преобразованиями YY пространства психических образов. По мнению Ю.М.Забродина, при формализации психологического знания целесообразно работать не с изоморфизмами, а с инвариантами и порождающими их преобразованиями.

Психические образы имеют многоуровневое строение. Разные психологические школы по-разному проводят их классификацию. Чаще всего берутся три следующих уровня: 1) уровень ощущений, связанный с отдельными признаками; 2) уровень восприятия целостных предметов; 3) уровень представлений. В частности, представлениям свойственны обобщенность, фрагментарность, неустойчивость. Иногда также разделяются представления как вторичные чувственные образы (т.е. образы предметов или процессов, в данный момент не воспринимаемых, но ранее прошедшими обработку органами чувств человека) и продукты воображения как вторичные концепты, т.е. результаты преобразований символьной информации в образы. Если представления строятся на основе многократного восприятия как бы «снизу вверх», а ассоциации выражают связь между отдельными представлениями, показывая как одно из представлений вызывает другое, то воображение формирует образы, которые никогда ранее не воспринимались.

В работе Н.А.Бернштейна «О построении движений» была впервые раскрыта иерархическая структура психомоторного пространства [3]. Им было выделено пять уровней: 1) палеокинетический; 2) уровень организации программ (синергий и штампов); 3) уровень пространственного поля; 4) уровень действий; 5) уровень организации деятельности.

Можно ввести и ряд других, «более тонких» характеристик психических образов, например, степень неделимости образа (его близости к «атомарному» образу), степень осознания образа, и т.п.

Как применять здесь математические методы? Среди уже известных вариантов формализации психических образов можно указать: а) вероятностную модель бессознательного В.В.Налимова, основанную на формуле Байеса; б) синергетические модели, когда строится поверхность атракторов, а каждый атрактор представляет собой систему архетипических образов (при поступлении новой информации она «скатывается» к одному из атракторов); в) модели на базе квантовой и нечеткой логик. Остановимся подробнее на моделях нечеткой математики. Имеется уже немало публикаций, где показано, что нечеткое множество с колоколообразной функцией принадлежности (а еще лучше, поверхность принадлежности) является достаточно удобной и адекватной моделью психического образа [26, 29]. Речь идет о том, чтобы рассматривать нечеткие отображения вида XY, т.е. отображения, в той или иной степени сохраняющие метрику и топологию физического пространства. Например, в [26, 30] развит топологический подход к построению семейства психологических пространств, где для сенсорного пространства моделируется сохранение метрических свойств объектов физического пространства при нечетком отображении, а для перцептивного - сохранение равномерных топологических свойств (типа близости).

С одной стороны, мне хотелось бы здесь предложить достаточно простую и естественную интерпретацию процессов когнитивно-регулятивной координации [7,26], которая восходит к идее представления нечеткого множества в виде бесконечного семейства множеств уровня. Это представление прекрасно схватывает упомянутое выше свойство полиморфизма. В соответствии с ним, на оси ординат указываются уровни регуляции (их можно назвать и как-нибудь иначе, например, уровни притязаний, уровни мотивации), причем каждому такому уровню соответствует некий интервал на оси абсцисс.

Таким образом, механизм когнитивно-регулятивной координации на разных уровнях можно описать единой моделью в виде своеобразного психологического кванта

 = (L, Ф),

где L - решетка уровней оценивания или регулятивная решетка (на рис.2 L = [0,1]);

Ф - класс антитонных отображений:

Ф = {M M: L 2Y; 1) M0 = Y; 2) 1,2, 1 2 M1 M2 }

Нулевой уровень регуляции M0 можно трактовать как интенционально не упорядоченный образ. Это как раз тот случай, когда имеется ситуация бездеятельности. Условие антитонности можно интерпретировать как некую компенсационную основу взаимодействия подсистем отражения и регуляции.

Данное представление можно расширить и сделать трехмерным, рассмотрев, например, такую характеристику как ресурс (вводя уровень ресурсного обеспечения), которой в психологии начинают уделять все большее внимание [7].

В свое время Г.А.Голицын ввел понятия радиальной и тангенциальной информации [10]. Получение радиальной информации соответствует сдвигу исходного распределения, моделирующего образ, по носителю. В свою очередь, тангенциальная информация характеризует случай, когда исходное представление трансформируется (уточняется или размывается), но центр его остается на месте. Похожую идею можно провести в жизнь и для случая, когда психический образ моделируется нечеткой величиной (L-R)-типа, т.е. параметрически, с помощью тройки чисел (m, , ), где m - медиана, а и - левый и правый коэффициенты нечеткости (распределения) соответственно.

С другой стороны, в нечеткой математике есть весьма интересное направление, подчас называемое информационно-термодинамическим (его основоположники - итальянцы А. Де Люка и С.Термини - см. [25]). Подобно вероятностным конструкциям Г.А.Голицына, изложенным в докладе И.Б.Фоминых [32], оно базируется на аналогиях с результатами статистической физики, в частности, на «информационной интерпретации» второго начала термодинамики. В нем вводятся классы показателей (информационной) энергии и энтропии нечеткого множества, а также меры его точности (специфичности). В нечеткой математике понятие энергии опирается на обычное отношение порядка , а вот второй класс показателей, называемый энтропиями, основан на так называемом отношении заострения ', и может успешно использоваться как мера неопределенности (противоречивости) психического образа. Для стандартных характеристических функций, принимающих свои значения в {0,1}, энтропия равна нулю, а для всюду равномерного распределения, т.е. случая максимальной противоречивости информации, энтропия максимальна. В свою очередь мера специфичности прямо характеризуется мощностью носителя нечеткого множества: она максимальна для одноточечного множества и убывает по мере возрастания мощности носителя. Соответственно, для показателей энергии, энтропии и специфичности образа можно сформулировать некий аналог второго начала термодинамики: информационная энергия психического образа расходуется на изменение его энтропии плюс на выполнение «информационой работы» по сдвигу или изменению носителя. Мне кажется, что такие термодинамические аналогии могут сыграть центральную роль в моделировании динамики психических образов.

Заключение

По мнению А.В.Брушлинского [4], многие трудности при математическом моделировании психики в целом и психических образов в частности обусловлены тем, что согласно классическому определению множества оно изначально состоит из отдельных рядоположных элементов. Психика же (и в частности, образное мышление) в силу своей изначальной неаддитивности и целостности никогда не может рассматриваться как дизъюнктивный, разлагаемый на исходные части процесс. Любой психический образ как бы выращивается генетически, изнутри и сразу возникает как единое целое. Пока специалистам по информатике и ИИ еще трудно снять это возражение, хотя как известно, существуют специальные нейрочипы и нечеткие чипы, т.е. в какой-то степени изначально непрерывные базовые средства. Все же определение ряда принципиально моделируемых свойств перцептивного образа [22] (равновесие, симметрия, простота, «вес» компонентов), а также попытка формализация функциональной неоднородности и иерархической структуры психических образов, их принципиальной нечеткости, связанной с центральной ролью отношения толерантности при узнавании (см.[15]), анализ характеристик психологического пространства и психического времени, предпринятые в настоящей работе, возможно станут ориентирами на пути к эффективному сочетанию непрерывного и дискретного в ИИ. В математике соотношение между дискретным и непрерывным нередко интерпретируется как соотношение между логико-алгебраическими и топологическими моделями, в вычислительной технике - как соотношение между логическими и аналоговыми устройствами, а в ИИ - как соотношение между символьным и коннекционистским подходами. Вспоминая светлую мечту О.Бендера, также выразим надежду, что построение и компьютерная реализация новых формальных средств интеграции дискретных и непрерывных методов, таких как нейро-логические [39], информационно-термодинамические или нейро-оптические модели [15], позволят попробовать «первые ключи» в попытке «открыть дверь в квартиру, где лежат деньги», требующиеся на прикладные интеллектуальные системы следующих поколений.

Литература

1. Ананьев Б.Г. О проблемах современного человекознания. - М.: Наука, 1977.

2. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука, 1980.

3. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности.- М.: Медицина, 1966.

4. Брушлинский А.В. Субъект: мышление, учение, воображение. - М.: ИПП, 1996.

5. Веккер Л.М. Психика и реальность: единая теория психических процессов.- М.: Смысл, 1998.

6. Вертгеймер М. Продуктивное мышление/ Пер. с англ. - М.: Прогресс, 1987.

7. Волков А.М., Микадзе Ю.В., Солнцева Г.В. Деятельность: структура и регуляция.- М.: Изд-во МГУ, 1987.

8. Выготский Л.С. Вопросы теории и истории психологии// Cобрание сочинений: в 6-ти томах. Т.1. - М.: Педагогика, 1982. - 488 с.

9. Ганзен В.А. Системные описания в психологии. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1984.

10. Голицын Г.А. Информация и законы эстетического восприятия// Число и мысль. Вып.3. - М.: Знание, 1980. - С.44-69.

11. Гордеева Н.Д., Зинченко В.П. Функциональная структура действия. - М.: Изд-во МГУ, 1982

12. Забродин Ю.М. Психофизика сенсорных процессов// Вопросы кибернетики. Вып.50. Математическое моделирование в психологии. - М.: Изд-во АН СССР, 1979. - С.43-84.

13. Зинченко В.П. Идеи Л.С.Выготского о единицах анализа психики// Психологический журнал. - 1981. - Т.2, №2. - С.118-133.

14. Кобринский Б.А. // Новости искусственного интеллекта. - 1998. - №3.- С.

15. Кузнецов О.П. О некомпьютерных подходах к моделированию интеллектуальных процессов мозга// Сборник трудов Международной летней школы-семинара по искусственному интеллекту для студентов, аспирантов и молодых ученых (Браслав, Беларусь, 26 июня -5 июля 1997 г.). - Минск: Изд-во БГУИР, 1997. - С.11-43.

16. Леонтьев А.Н. Деятельность, сознание, личность. - М.: Политиздат, 1975.

17. Ломов Б.Ф. Методологические и теоретические проблемы психологии. - М.: Наука, 1984.

18. Миллер Д., Галантер Е., Прибрам К. Планы и структура поведения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1965.

19. Петренко В.Ф. Психосемантика сознания. - М.: Изд-во МГУ, 1988.

20. Пиаже Ж. Психология интеллекта // Избранные психологические труды. - М.: Изд-во МПА, 1994. - С.51-235.

21. Поспелов Д.А. История искусственного интеллекта до середины 80-х годов// Новости искусственного интеллекта. - 1994. - №4.- C.74-95.

22. Поспелов Д.А. Метафора, образ и символ в познании мира// Новости искусственного интеллекта. - 1998. - №1.- С.94-114.

23. Поспелов Д.А., Литвинцева Л.В. Как совместить левое и правое?// Новости искусственного интеллекта. - 1996. - №2.- С.66-71.

24. Смирнов С.Д. Психология образа: проблема активности психического отражения. - М: Изд-во МГУ, 1985.

25. Тарасов В.Б. Информационно-термодинамические показатели нечетких множеств в задачах принятия решений// Модели выбора альтернатив в нечеткой среде. - Рига: РПИ, 1984. - С.87-89.

26. Тарасов В.Б. Нечеткие отношения и психологический синтез деятельности// Принятие решений (методологические, психологические, математические аспекты).- Рига: Изд-во РВВАИУ,1986.-С.12-27.

27. Тарасов В.Б. Системно-организационный подход в искусственном интеллекте // Программные продукты и системы. - 1997. - №3. - C.6-13.

28. Тарасов В.Б., Желтов С.Ю., Степанов А.А. Нечеткие модели в обработке изображений: обзор зарубежных достижений// Новости искусственного интеллекта. - 1993. - №3. - C.40-64.

29. Тарасов В.Б., Чернышев А.П. О применении нечеткой математики в инженерной психологии// Психологический журнал. - 1981. - Т.2, №4. - С.110-122.

30. Тарасов В.Б., Шостак А.П. Нечеткая топология в моделировании когнитивных процессов// Нечеткие системы: модели и программные средства. - Тверь: Изд-во ТГУ, 1991. - С.43-48.

31. Тихомиров О.К. Психология мышления. - М.: Изд-во МГУ, 1984.

32. Фоминых И.Б. Интеграция логических и образных методов отражения информации в системах искусственного интеллекта// Новости искусственного интеллекта. - 1998. - №3.- С.

33. Фрейд З. О клиническом психоанализе. Избранные сочинения. - М.: Медицина, 1991.

34. Холодная М.А. Психология интеллекта: парадоксы исследования. - Томск: Изд-во Томского университета, 1997.

35. Шадриков В.Д. Проблемы системогенеза профессиональной деятельности. - М.: Наука, 1991. .

36. Ярошевский М.Г. История психологии. - М.: Мысль, 1985.

37. Levin K. Principles of Topological Psychology. - N.Y.: Wiley, 1936.

38. Maturana H., Varela F. Autopoiesis and Cognition. - Dordrecht: D.Reidel, 1980.

39. Zadeh L. Fuzzy logic, neural network and soft computing// Communications of the ACM. - 1994.- Vol.37, №3. - P.77-84.

Размещено на Allbest.ru