1 КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО РАЗУМА НА БАЗЕ НЕЙРОСЕМАНТИЧЕСКОГО ПОДХОДА (ПРИГЛАШЕНИЕ К СОТРУДНИЧЕСТВУ) Бодякин В.И. Институт проблем управления РАН им. В.А. Трапезникова, Москва служ.тел.:

2 Комплекс: "Предметная область Информационный канал Информационная система".

3 Предметная область (ПО) Любую физическую ПО можно рассматривать как некоторую дискретную пространственно-временную область с взаимодействующими объектами (a i, a j,). При попадании нескольких объектов, в одну и ту же ячейку (область взаимодействия), происходит процесс их взаимодействия.

4 Процесс взаимодействия объектов осуществляется в течение нескольких тактов времени t 2 t 1. Результат взаимодействия объектов выражается в изменении величины одного или нескольких параметров W, характеризующих их взаимодействие. Любой W(t) может быть преобразован в текстовую форму. многомерный физический процесс текстовая форма

5 При взаимодействии объектов (например, {ai*aj}), в соответствии с F(ПО), порождается ЭСЕ - элементарная семантическая единица (s{ai*aj} = ), которая однозначно порождается процессом взаимодействия этих объектов. Все множество взаимодействий в данной ПО, представляет собой семантическое пространство, как совокупность ЭСЕ. В качестве примеров ЭСЕ различных ПО можно привести: взаимодействие элементарных частиц – ; – взаимодействие объектов макроуровневых ПО; образование двойной звезды из двух астрообъектов – (на гигауровне). ЭСЕ, порождаемые в ПО, суперпозиционно "сливаются" в непрерывный информационный поток.

6 Будем предполагать, что в любой ПО выполняются: - принцип причинности (инвариантность во времени и в пространстве), т.е. если si sj, то процесс si всегда вызывает sj; - принцип локального подобия (гладкости) процессов взаимодействия, т.е. если si ( ) ~ sk ( ), и si sj, то и, скорее всего, sk sj ; - принцип субъектности, т.е. каждый процесс ПО (si) имеет оценку полезности для ИС.

7 Информационный канал (ИК). В ИК происходит процесс формирования информационного ресурса и его транспортировка к ИС. Частота взаимодействия объектов в ПО определяет плотность информационного потока в ИК.

8 В рамках рассматриваемого комплекса: ПО ИК ИС, задача ИС заключается в: 1. Воспринимать текстовую форму 2. Хранить информацию 3. Преобразовывать (качественно) информацию 4. Оценивать информацию 5. Выдавать информацию (текстовую форму)

9 Информационный ресурс можно представить как: - "сигнал" или текстовая форма простая суперпозиция ЭСЕ; - "информация" сигнал, структурированный на иерархию ЭСЕ; - "знание" – иерархия НСС в ИС. " линейный – сигнал", "логарифмический – информация "const - знание". При T ИС = const (t), f = (R ИС (t)) t R ИС T ИС t R ИС T ИС t R ИС T ИС ИС

10 Решением проблемы автоструктуризации стало расширение понятия формального нейрона (МакКаллока-Питтса от 1943г.), вводом в него относительности времени активации входов, что позволило получить нейроподобный N-элемент. U(t)= Fi (U(X,t)), Fi (t) = F ИС (U(t-1))

11 Объединив N-элементы в потенциальный многодольный иерархический граф, удалось получить структуру аналогичную естественно-языковым.

12 Структурное описание НСС можно представить в виде многодольного графа: Алгоритм обратного преобразования НСС в текстовую форму осуществляется уже за меньшее число операций и идет "сверху-вниз" Текстовая форма Форма НСС Алгоритм А1

13 Первый слой (доля графа) N-элементов – терминальный, фактически отображает алфавит А ЭСЕ, второй слой – "псевдослоги" и строится на пространственно- временных ссылках на предыдущий (терминальный) слой - информационное содержание N элемента, слой "псевдослов" – ссылается на "псевдослоги" и т.д., до самого верхнего N элемента, отображающего в себе через связи всю ПО.

14 Автоструктуризация R ИС = f(число N-элементов, число связей)в битах 1/P (компрессия) = при t T ИС = объем текстовой информации в ИС в битах или R ИС / T ИС 0 и R ИС const, при t M при t Пример:, правильно выделяются все ЭСЕ:. сдвиг алфавита А в кодах ASCII на +1 на -133.

15 Структуру памяти ИС, в которой выполняется свойство гомоморфного отображения ЭСЕ ПО и их структуры в образы ИС и обратно, будем называть нейросемантической структурой (НСС) N элемент (образ ИС) ЭСЕ (ПО) Назовем процесс автоматического выделения семантических единиц в НСС – автоструктуризацией. НСС – это готовая структура данных (процессов и объектов) произвольной ПО для любой ИС. Понятно, что ее автоматическое формирование открывает широкие горизонты для инженерии ИС.

16 НСС – это пример 1-го формального преобразования количественной текстовой формы представления информации в качественно новую форму – структуру ЭСЕ Критерий достаточности: Если человек может правильно структурировать данный текстовой материал в непривычной, но взаимнооднозначной для него нотации, …

17 Следует также отметить, что все технические характеристики ассоциативной памяти на базе НСС: - время доступа, - коэффициент компрессии-сжатия, - надежность хранения информации и др.) имеют тенденцию к улучшению, как в среднем, так и в абсолютных значениях по мере роста объема вводимой информации из ПО.

18 Величина компрессии отражает потенциальную интеллектуальность ИС. Псевдофрактальные файлы.

19 Функционирование примитивных ИС В данных ИС отображается только объективная информация. При этом, на каждое конкретное раздражение (Хi) – конкретная реакция (Уj), с оценкой ее прагматичности для ИС.

20 Память "сложных" ИС строится как иерархическая структура из НСС. На фактографическую НСС 1, настраивается НСС 2 ("ортогональная"), которая функционально воспринимает НСС 1, также как НСС 1 воспринимает ПО. По нашим оценкам, структуры из 4-5-ти иерархических НСС вполне достаточно, чтобы моделировать основные психические функции человека

21 Формирование понятия абстрактного числа в ИС (задача неразрешимая для классического ИИ, и легко решаемая биологическими ИС, как высшими животными, так и человеком). Одно из физических свойств N элемента состоит в экспоненциальном падении величины U(t+1) = ( U(t) + 1* ) /. после его активации (напр., при =2) U(t) TLTL На этом свойстве НСС построено функционирование ее в качестве кратковременной памяти (долговременная память НСС, – это связи между N-элементами). Это пример сведения семантических характеристик ПО к физическим параметрам ИС, т.е. сводимым к (См.-Бит-Сек) – СБС

22 Все завершенные "логические высказывания" в текстовой форме обязательно содержат п о в т о р е н и я ! |ВСЕ| |ВОЛК|И| |СЕР|Ы||А||ЕСТЬ| |ВОЛК|,||ЗНАЧИТ|,|А||ЕСТЬ| СЕР|ЫЙ| |ВСЕ||ПЕТУХ|И||КРАСИВ|Ы||В||ЕСТЬ||ПЕТУХ|,||ЗНАЧИТ|,|В||ЕСТЬ|КРАСИВ|ЫЙ| в НСС 2 автоматически строится структура: |ВСЕ| |X1 |И| | X2 |Ы|, |X3| |ЕСТЬ| |X1 |, | |ЗНАЧИТ|, |X3| |ЕСТЬ| X2 |Ы|Й| t1 t3 t2, то найдя в НСС 1 ассоциативно ближайший N-элемент и на его выходе будет выдано -. t2+Ы|Й, ИС в своей грамматике выдаст:. Таким образом, все типы логических высказываний произвольной ПО покрываются одним механизмом НСС (НСС2, НСС3, … НСС4). НСС 1

23 Адаптивный регулятор 1 на базе НСС.

24 Запоминая пары и их оценку для любого априорно неизвестного объекта управления, регулятор 1, фактически перебором, заполняет все возможное пространство его состояний ( N*M ). Обуче ние Настроенный регулятор

25 Адаптивный регулятор 2

26 Скорость обучения регулятора 2 почти не зависит от размерностей N и M (N – число состояний объекта, M – число состояний возможного управления, в эксперименте для простоты принималось N = M = 7, 15, 17,19, 21), Т.е., пример регулятора 2 демонстрирует возможность практического преодоления "проклятия размерности".

27 На базе нейросемантического регулятора 3 формально показано, как на основе вышеописанных физических свойств N-элементов возможно естественное самоформирование R отношений, представленных в регуляторе 2. Тем самым, подведено теоретическое основание для инженерного построения ИР, т.е.: теоретически решить (закрыть) проблему построения ИИ. Как и вычислительная техника начала развиваться с теоретических моделей "машин Тьюринга и Поста", так и анализ работы нейросемантического регулятора будет способствовать формированию широкого фронта научных работ по разработке ИР. Таким образом, на нейросемантических регуляторах можно продемонстрировать: - 1 – "адаптационность", как возможность адаптироваться в любой ПО; - 2 – "интеллектуальность", как возможность существенного сокращения перебора; - 3 – "разумность", как целенаправленное порождение нового знания. Адаптивный регулятор 3

28 Текстовая энтропия = p(s), при p(s) 1 ТЭ(s) = 1 - (p(s) - 1) / (m-1), при p(s) > 1 0 p(s) m; p(s) L / m = 1 (условие нормировки) s - некоторое слово длиной в L символов; m - размер потенциального S словаря в m=A L S слов информационное пространство в L*m = L*A L символов ТЭ L = ТЭ(s)L / m

29 Относительная текстовая энтропия Таким образом, числовые значения ТЭ и ОТЭ являются эффективными параметрами-индикаторами, которые характеризуют возможность семантического анализа конкретной ПО (например, при поиске сигналов от внеземных цивилизаций).

30 Зарождение и механизмы направленности эволюции простейших информационных систем (ИС). ("текстовая жизнь").

31 Процесс естественной эволюции ИС представляет ряд аттракторов с экспоненциальными характеристиками Первый из которых "рецепторный" – линейные затраты (x) на расширение диапазона рецепторов ИС дают приращение эволюционного ресурса как A x, где А – алфавит рецепторов, х – длины ЭСЕ. Второй эволюционный аттрактор ИС – "ассоциативный", заключается в переводе линейной формы памяти ИС в иерархически-сетевую. Третий аттрактор ИС – "интеллектуальный". Он позволяет сводить воспринимаемые семантические переменные текстов к константам их грамматических структур, отображаемых элементами памяти ИС (адаптивный регулятор 2, "высшие животные"). Конечное множество грамматических структур покрывает большую часть информационного потока любой предметной области. Четвертый эволюционный аттрактор ИС – "знание" когда все типы грамматических конструкций ИС по переработке текста сводятся к 4 конструкциям над грамматическими конструкциями ИС ("Homo-sapiens"). Пятый эволюционный аттрактор ИС – "социальный", законы А.А.Богданова о сверхаддитивности сложения усилий субъектов. Шестой аттрактор – "Восхождение разума", интеграция всех ИС независимо от их начальной природы.

32 Темпы и масштабы эволюции 10 : 1

33 Прототипы компьютерного интерфейса: человек-ИP

34 По нашим оценкам через 12 месяцев возможно получить программную реализацию описанного ИP. за 18 и 24 месяца, на базе многопроцессорных ЭВМ ( RISC процессоров), сформировать многопроцессорный кластер и чисто аппаратную реализации ИP, реализуя естественную параллельность процессов в НСС. ИP - это на 6-9 порядков ускорение решения любых "интеллектуальных" задач с одновременным повышением их сложности (числа компонент) на 5-6 порядков. Для цивилизации, появление ИP, это как реальный шанс ее будущего, особенно в сегодняшнее неуправляемое время "технологий глобального (воз)действия" (биотехнологий, информационных, ядерных, финансовых), которые, в руках террористов, превращаются в орудие ада. Без ИP человечеству в 21 веке практически не выжить и в подтверждение этого тезиса можно привести множество доводов

35 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ По всем вопросам Проекта обращаться к Бодякину Владимиру, тел. (095) , в ИПУ тел 1-346

36 Эволюция технической цивилизации

37 Глобальные эволюционные этапы лидирующей формы высокоорганизованной материи

38 Характеристики эволюционного процесса высокоорганизованной материи Цель – пролонгация лидирующего вида на максимально возможное будущее ( n(t), t). – экспансия его свободы ( n(t)=f(a t ), t; Q). Мера – эволюционный потенциал, доступный ресурс ( n(t) max(E)), компрессия ( P max). Механизмы – системный закон сверхаддитивности f(s1,s2,…sn) >> f(s1) + f(s1) +,,,+ f(s1) и алгоритмы НСС (C++, …)

39 Человек и Машина (ИР) Страхи что ИР поработит человечество – типичный пример широко распространившегося шаманизма от киноиндустрии. Для человека более опасен другой человек, т.к. у них одна ниша потребления. Генетически же ИР нацелен на космос – именно там широкое поле для его деятельности. Неограниченное количество любых материальных ресурсов вселенной не дает даже теоретических основ для конфликта между ИР с земным человеком. С точки же зрения сотрудничества, ИР для человека представляется идеальным партнером, т.к. у них одна область производства легко тиражируемого результата. Где в итоге, каждый получает весь конечный продукт – новое знание (пример ИРМИ). Так что, никаких естественных оснований для конфликта между человеком и ИР нет. Сотрудничество же человека с ИР станет мощным стимулом для заключительного экспоненциального этапа научно-технического прогресса нашей цивилизации. Работы над созданием ИР должны проводиться только в рамках нового гуманистического мировоззрения и специализированной международной академической инфраструктуры. Это необходимо, чтобы такой фактор, как ИР не стал "информационной дубиной" в руках какой-либо эгоистической группировки. В качестве такой начальной социально-экономической структуры по разработке ИP предлагается проект "Информоград".

40 Алгоритм (А1) преобразования текстовой формы в иерархическую структуру словарей (НСС) L = { }. Исходный текст 1-й шаг k1=2 l Номера цепочек в словаре Последовательность индексов (ссылок) l "01"10"11"00" L1

41 2-й шаг k2=2 l Номера цепочек в словарях L2 l "01"10"11"00" L1

42 3-й шаг k3=2 l Номера цепочек в словарях L L2 l "01"10"11"00" L1

43 4-й шаг k4=2 Номера цепочек в словарях l L L L2 l "01"10"11"00" L1

44 5-й шаг k5=2 и исходная последовательность символов полностью переходит в НСС. Номера Ссылки словарей 6 1 на предыдущие (слоев) 5 12 словари и "алфавит" "01"10"11"00" Номера элементов в словаре

45 Номера 6 6 Ссылки словарей на предыдущие (слоев) словари и "алфавит" А "0" "1" Номера элементов в словаре

46 Структурное описание НСС можно представить в виде многодольного графа: Алгоритм обратного преобразования НСС в текстовую форму осуществляется уже за меньшее число операций и идет "сверху-вниз".

47 Российский центр поддержки инноваций (проект "Информоград") ИРМИ в рамках Российского центра поддержки инноваций (проект "Информоград") каждому исследователю даст в свое распоряжение колоссальные материальные и интеллектуальные возможности, о которых до этого не могли мечтать и целые государства. В процессе взаимодействия при решении задачи, ИРМИ помогает человеку получить новое решение, человек при этом обучает ИР, представляя ему уже известные знания. Новое же знание, полученное в ходе сотрудничества ИРМИ и человека, становится их общим знанием, взаимообогащая их обоих, как бы более интеллектуально ИР не превосходил человека.

48 Свойство доминирования "внутренних" информационных процессов (от НСС 5 > НСС 1 ) над "внешними" информационными процессами идущими от НСС 1, назовем сознанием ИС. Особенностью нейросемантической ИС является то, что в N элементе происходит слияние общепринятых понятий данных и алгоритма, как неделимого пространственно- функционального элемента – образа. "Метаалгоритмом" поведения ИС является асимптотическая минимизация отображения (при t ), всех значимых для неё текстовых потоков.

49 Формальная схема иерархического построения памяти ИС приводит к расширению языка, что позволяет "обойти" запрет теоремы Гёделя о неполноте формальных систем. Так, если язык фактографической ИС (НСС 1 ) представляет только ( ), то иерархическая схема в НСС 2 позволяет дополнительно описывать различные отношения R( ) физических характеристик активируемых N-элементов и объединять все это с оценкой. ) > ) > < …

50 Изоморфность структур процессов в ПО и НСС Теорема: максимальное значение компрессии достижимо только при изоморфном отображении структуры процессов ПО в структуре образов НСС

51 Иерархичность - как условие максимального значения компрессии в НСС L–разрядный счетчик числа периодов Семанти- ческая структура ОДС n…1n…1