Научная конференция «Искусственный интеллект – проблемы и перспективы» (четвертые Поспеловские чтения) (16-17 декабря 2009 г.) К 77-летию д.т.н., профессора, - презентация

1 Научная конференция «Искусственный интеллект – проблемы и перспективы» (четвертые Поспеловские чтения) (16-17 декабря 2009 г.) К 77-летию д.т.н., профессора, академика Российской академии естественных наук, основателя Российской ассоциации искусственного интеллекта Дмитрия Александровича Поспелова ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ В ИСКУССТВЕННОМ ИНТЕЛЛЕКТЕ В.Б. Тарасов

2 Дмитрий Александрович ПОСПЕЛОВ Доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, крупнейший отечественный специалист в области информатики, родоначальник работ по искусственному интеллекту в СССР и России, лауреат международной премии Дж. фон Неймана. Заместитель Председателя секции «Искусственный интеллект» научного совета по комплексной проблеме «Кибернетика» при Президиуме АН СССР, Основатель Российской ассоциации искусственного интеллекта. Создатель ведущих отечественных школ по ИИ в МЭИ и ВЦ РАН

3 На Международной конференции по искусственному интеллекту в Репино под Ленинградом (1977 г.). Дискуссия: выступает Л.Заде, в первом ряду сидят: Дж.МакКарти, В.И.Варшавский, Д.А.Поспелов

4 УЧАСТНИКИ УЧРЕДИТЕЛЬНОГО СЪЕЗДА СОВЕТСКОЙ АССОЦИАЦИИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА (май 1989 г.)

5 Д.А.ПОСПЕЛОВ СЕГОДНЯ

6 Д.А.ПОСПЕЛОВ – УЧЕНЫЙ-ЭНЦИКЛОПЕДИСТ ШИРОКИЙ СПЕКТР ИНТЕРЕСОВ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ Д.А.Поспелов – родоначальник ряда новых направлений в современной науке: Теория систем: Моделирование больших, распределенных, децентрализованных, многоагентных систем Информатика: Организация параллельных вычислений в сетях Теория управления: Ситуационное управление Прикладная семиотика: Семиотическое моделирование Виртуалистика и когнитивная графика Общая теория поведения естественных и искусственных систем (Психоника – психология поведения искусственных систем Теория гиромата как предшественница теории агентов Фреймы поступков. Модели коллективного поведения. Анализ правополушарных механизмов восприятия и мышления) Прикладная логика: Логико-лингвистическое моделирование. Псевдофизические и нечеткие логики -– моделируют рассуждения «здравого смысла» о времени, пространстве, причинно-следственных цепочках, действиях и пр. ОСНОВНАЯ СФЕРА ИНТЕРЕСОВ: ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

7 Д.А.ПОСПЕЛОВ ОБ ИСКУССТВЕННОМ ИНТЕЛЛЕКТЕ Исследования в ИИ должны быть нацелены на «изучение психики человека с целью ее имитации в технических системах, решающих определенный набор практических задач, традиционно считающихся интеллектуальными» [Поспелов Д.А. Фантазия или наука: на пути к ИИ. – М.: Наука, 1982]. В философском плане данную позицию можно обозначить как «умеренный функционализм», предполагающий возможность абстрагировать характерные свойства некоторого явления и воспроизвести их на других носителях. Здесь речь идет о воспроизведении основных функций человеческого интеллекта (а в более широком плане, психики человека) без учета лежащих за ними физиологических явлений.

8 ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ (ПО Д.А. ПОСПЕЛОВУ) КАК «НАУКА-ПЕРЕКРЕСТОК», ОБЪЕДИНЯЮЩАЯ РЯД ЕСТЕСТВЕННЫХ, ТЕХНИЧЕСКИХ И ГУМАНИТАРНЫХ ДИСЦИПЛИН ТЕОРИЯУПРАВЛЕНИЯТЕОРИЯУПРАВЛЕНИЯ ии ЛОГИКА ЛИНГВИСТИКА ФИЛОСОФИЯ Воззрения В.И.Вернадского, Н.К.Рериха ПСИХОЛОГИЯ ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ СЕМИОТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ И МОДЕЛИРОВАНИЮ ИНТЕЛЛЕКТА ПСИХОНИКА, МОДЕЛИ ПОВЕДЕНИЯ, ТЕОРИЯ ГИРОМАТА ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА ТЕОРИЯ СИСТЕМ ИНФОРМАТИКАИНФОРМАТИКА МОДЕЛИ ДИАЛОГА И ПОНИМАНИЯ

9 ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ НАУЧНОГО ТВОРЧЕСТВА Д.А.ПОСПЕЛОВА: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ Дмитрий Александрович считает своими учителями в науке выдающихся ученых в области кибернетики А.И.Берга и М.А.Гаврилова. Междисциплинарный характер исследований – анализ соавторов работ: специалисты в области кибернетики и искусственного интеллекта; философы (Б.В.Бирюков, Ю.А.Шрейдер, Д.Б.Юдин); специалисты в области системного анализа (Г.С.Поспелов, В.Н.Садовский, Ю.М.Горский); психологи (В.Н.Пушкин, В.П.Зинченко, О.К.Тихомиров, В.Ф.Петренко, Б.М.Величковский); лингвисты (И.Н. Горелов, Б.Ю.Городецкий, А.Е.Кибрик, В.В.Мартынов, Е.В.Падучева); логики (В.К.Финн, В.А.Горбатов, Н.Н.Непейвода)

10 РАННИЕ МОНОГРАФИИ Д.А.П оспелова в области кибернетики «Логические методы анализа и синтеза схем» (1964 г.) «Игры и автоматы» (1965 г.) «Вероятностные автоматы» (1970 г.) «Мышление и автоматы» (1972 г.) (совместно с В.Н.Пушкиным), «Системы управления» (1972 г.) (совместно с В.Н.Захаровым и В.Е.Хазацким) «Большие системы. Ситуационное управление» (1975 г.),

11 МОНОГРАФИИ Д.А.ПОСПЕЛОВА В ОБЛАСТИ КИБЕРНЕТИКИ И ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА «Логико-лингвистические модели в системах управления» (1981 г.) «Фантазия или наука: на пути к искусственному интеллекту» (1982 г.) «Оркестр играет без дирижера. Размышления об эволюции некоторых технических систем и управлении ими» (1984 г.) (совместно с В.И.Варшавским) «Ситуационное управление: теория и практика» (1986 г.) «От амебы до робота: модели поведения» (1987г.) (совместно с М.Г.Гаазе-Рапопортом) «Представление знаний о времени и пространстве в интеллектуальных системах» (1988 г.) (совместно с Е.Ю.Кандрашиной и Л.В.Литвинцевой) «Моделирование рассуждений» (1989 г.) «Нормативное поведение в мире людей и машин» (1990) (совместно с В.А.Шустер)

12 Д.А.ПОСПЕЛОВ – ИСТОРИК, ЛИТЕРАТОР И ИСКУССТВОВЕД Произведения Д.А.Поспелова. Поэзия. Проза. Публицистика. Поспелов Д.А. Знак Водолея. – М.: Фантом Пресс Интер В.М., Поспелов Д.А. Чужое пространство. – М.: Полиграф сервис, Поспелов Д.А. Размышления. Сборник стихов. – М.: Полиграф сервис, Наука в чести. Сборник стихов. – М.: Полиграф сервис, Поспелов В.А., Поспелов В.П., Поспелова В.А. Воспоминания. – М.: Полиграф-сервис, Поспелов Д.А. Визитная карточка. – М.: Полиграф сервис, Поспелов Д.А. Амаравелла: мистическая живопись Петра Фатеева. – М.: Фантом пресс, Одна из первых книг о создателе группы замечательных русских художников-космистов (интуитивистов) «Амаравелла» П.П.Фатееве

13 Д.А.ПОСПЕЛОВ – ОДИН ИЗ ОСНОВОПОЛОЖНИКОВ СОВРЕМЕННОЙ ТЕОРИИ ИСКУССТВЕННЫХ АГЕНТОВ I. БИОНИКА ПСИХОНИКА (СЕМИНАР ПО ПСИХОНИКЕ В МЭИ, ) [Поспелов Д.А. О задачах психоники// Вопросы бионики. – М.: Наука, 1967]. Бионика как прикладная область имеет целью практическое применение в технических системах биологических механизмов и принципов действия, которые природа «отработала» в ходе эволюции живых организмов. Бионика (вчера) Искусственная жизнь, экобионика (сегодня). Психоника – научная область, основной задачей которой стало изучение и использование в новых технических системах результатов исследования психики человека и способов организации человеческой деятельности. Три наиболее важных направления исследований в психонике: 1. Создание в машине внутренней модели внешней среды 2. Построение моделей поведения и деятельности и их использование при разработке искусственных систем 3. Разработка моделей личности и коллектива Психоника (вчера) Теория искусственных агентов и многоагентных систем (сегодня)

14 ЛОГИКО-ЛИНГВИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ: ОПОРА НА ИНЖЕНЕРНЫЙ АНАЛИЗ ЕСТЕСТВЕННОГО ЯЗЫКА Логико-лингвистические методы описания сложных систем, в том числе многоагентных, основаны на том, что поведение системы выражается в терминах ограниченного естественного языка и может быть представлено с помощью лингвистических переменных. Первый шаг в инженерном анализе ЕЯ: выделение в лексике языка групп, несущих определенную функциональную нагрузку при описании объектов и ситуаций [Д.А.Поспелов «Логико-лингвистические модели в системах управления.– М.: Энергия, 1981]. ЕЯ = C, N, R, ACT, К, M, MD, E, где С – множество понятий К – множество квантификаторов N – множество имен M – множество модификаторов R – множество отношений MD – множество модальностей ACT – множество действий Е – множество оценок

15 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ Псевдофизическая логика (ПФЛ) – это логика, отражающая восприятие субъектом или искусственной системой закономерностей внешней физической среды. Особенностью ПФЛ является наличие нечетких шкал, на которые проецируются объекты. Примерами ПФЛ являются временные логики, пространственные логики, логики действий и т.п. [Толковый словарь по ИИ, 1992, с.45-46] Псевдофизические логики – класс логических систем, имеющих следующие особенности: 1. В качестве пропозициональных переменных используются лингвистические переменные (ЛП) Л.Заде, имеющие в качестве значений либо слова естественного языка, либо нечеткие множества, соответствующие этим словам, а также числовые (базовые) переменные. Например, в частотной логике И.В.Ежковой и Д.А.Поспелова (1977) в качестве ЛП берется «Частота события» с множеством значений {никогда, чрезвычайно редко, редко, ни часто, ни редко, часто, очень часто, почти всегда, всегда}, а в качестве числовой переменной {0, 1/5, 2/5, 3/5, 4/5, 1}. 2. На множестве значений для всех переменных имеются порядковые шкалы с отношением строгого порядка. Точнее для ЛП существуют порядковые шкалы, а для числовых переменных – метрические шкалы. 3. Выводы, используемые в псевдофизических логиках, учитывают порядковые и метрические шкалы, а также расположение событий на них. Первые работы по ПФЛ появились в 1975 г. [Представление знаний в человеко-машинных и робототехнических системах, т.А, 1984, с.48-50]

16 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) По аналогии с современной психофизической схемой и в отличие от классической аристотелевской логики псевдофизические логики описывают не идеальный платоновский мир, а восприятие реального физического мира конкретным субъектом (агентом). Псевдофизическая логическая система представляет собой семейство взаимосвязанных логических подсистем, которые можно отнести к двум основным уровням. На первом уровне находятся пространственная, временная, каузальная логика, а также логика действий. На втором, более высоком уровне находятся логика оценок, логика мнений, логика норм и пр. Следует отметить, что логики первого уровня непосредственно связаны с взаимодействием агентов (например, роботов) с внешней средой. Псевдофизические логики опираются на специальные шкалы: как порядковые, так и метрические. Взаимосвязь между шкалами задается с помощью нечеткого отношения моделирования (А.Н.Аверкин) Суть псевдофизических логик составляет работа с событиями (т.е. с формулами, соотнесенными с отметками на шкалах). Взаимное положение событий на множестве шкал, возможные перемещения по шкалам и связь этих перемещений с изменениями на других шкалах позволяют описать те процессы вывода, которые характерны для псевдофизических систем.

17 ПРИМЕР ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПФЛ

18 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: ОСНОВА ЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОНОМНОГО АГЕНТА Автономный искусственный агент – открытая, активная система, которая обладает собственным поведением, удовлетворяющим экстремальным принципам ПОТРЕБНОСТИ ЦЕЛИ ВОСПРИЯТИЕ (пространства, времени, каузальных связей) МНЕНИЯ ВЫБОР ДЕЙСТВИЕ СРЕДА act sel w per m

19 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ АНАЛИЗ Псевдофизические логики: 1) логики отношений; 2) логики на шкалах; 3) в качестве аксиом содержат утверждения, вытекающие из восприятия мира человеком, причем эти утверждения должны быть обоснованы результатами соответствующих психологических экспериментов. В целом, это неклассические, многозначные, нечеткие, лингвистические логики Возникает вопрос, каковы были основные предпосылки и причины их появления? Для ответа можно рассмотреть различные аспекты логического моделирования в физике, психологии, психофизике, лингвистике, собственные тенденции развития современной прикладной логики Физика (пространственные, временные отношения) ЛингвистикаЛингвистика Логика ПсихологияПсихология Логико- лингвистическое моделирование Математическая и экспериментальная психология Логико-психологическое моделирование КВАДРАТ ПСЕВДО- ФИЗИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ Обычно в качестве образующих физического мира рассматривают причинность явлений и их пространственно-временные формы

20 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ Г.Биркгоф и Дж.фон Нейман – основоположники логического моделирования в физике Birkhof G., Neuman von J. The Logic of Mechanics// The Logico-Algebraic Approach to Quantum Mechanics/ Ed. by C.A.Rooker. – Amsterdam: North-Holland, – P Основной тезис: «Квантовым уравнениям, описывающим движение квантовой частицы, может быть сопоставлена адекватная логическая система…» Расширенный вариант этого тезиса можно сформулировать следующим образом: Физическое явление, имеющее пространственно-временную динамику, может быть описано как в рамках динамических уравнений движения, так и на логическом уровне. В дальнейших исследованиях было установлено, что эта логическая система отличается от классической логики. Так в трехзначной квантовой логике используется третье значение истинности (неопределенный). Поскольку оба дизъюнкта истинной дизъюнкции могут быть ложными, здесь возникает асимметрия между дизъюнкцией и конъюнкцией, т.е. законы дистрибутивности в общем случае не выполняются. Известны также нечеткие квантовые логики (С.В.Ульянов)

21 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: ПСИХО-ЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ Концепция психо-логики Ж.Пиаже Согласно Ж.Пиаже, для формализации теории интеллекта следует построить психо-логику, которая призвана ликвидировать существующий разрыв между относительной расплывчатостью психологической теории и дедуктивной строгостью формальных систем. Психо-логика должна относиться к психологии интеллекта точно так же, как математическая физика относится к экспериментальной. В это плане псевдофизические логики являются важным шагом на пути к построению психо-логики, поскольку обычно они связаны с построением математических моделей на основе психологических (когнитивных) экспериментов

22 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: СВЯЗЬ С МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПСИХОЛОГИЕЙ Классическая проблематика математической психологии включает целый конгломерат гибридных микронаук, таких как: психометрия (теория психологических измерений и психологических шкал); психофизика и обнаружение сигналов; психолингвистика и психосемиотика; психологическая теория оценивания и принятия решений; нейропсихологическая теория и др. В этом плане можно утверждать, что псевдофизические логики являются важным направлением математической психологии

23 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: психо ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ Классическая психофизика со времен Э.Вебера, Г.Фехнера, С.Стивенса опирается на идею психофизических измерений, задачей которых является непосредственное определение связи между стимулом и ощущением. Здесь все многообразие форм поведения и психических состояний объясняется через различия в вызывающих их физических ситуациях. Позднее Ф.Кликс предложил расширить идеи психофизики сенсорных процессов на произвольные когнитивные процессы, рассматривая соответствия между физическими и психическими пространствами. Сегодня психофизика является типичной гибридной наукой, на определенном этапе эволюции которой произошел переход от классической схемы «внешний физический стимул – внутренняя психическая реакция» к трехчленной схеме (по Ю.М.Забродину) «внешний мир – физическая модель мира (первопорядковая модель) – психическая модель (модель второго порядка)». Соответственно, псевдофизические логики реализуют модель второго порядка, т.е. обеспечивают субъективную (ментальную) интерпретацию физических отношений

24 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: психометрические предпосылки ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЙ ШКАЛА - гомоморфизм из эмпирической системы с отношениями (Y, P 1,…,P n ) в числовую систему с отношениями (, Q 1,…,Q n ): : (Y, P 1,…, P n ) (, Q 1,…, Q n ), Каждому отношению в исходной, плохо структурированной системе точно соответствует его аналог в другой, хорошо структурированной системе. Основные проблемы классической теории измерений Установление формальных свойств эмпирических соотношений и операций и доказательство их изоморфизма с соответствующим образом выбранными отношениями и операциями над числами Определение типа шкалы, с помощью которой проводятся измерения

25 ОТ ГОМОМОРФИЗМОВ В КЛАССИЧЕСКИХ ШКАЛАХ К ПОЛИМОРФИЗМАМ В НЕЧЕТКИХ ШКАЛАХ В противовес гомоморфизмам теории измерений, теория оценивания обычно имеет дело с отношениями полиморфизма (т.е. с одно-многозначными и много- многозначными отображениями). В частности, речь идет о нечетких отображениях из физического пространства Y в психологическое пространство Z, когда некоторому объекту y Y ставится в соответствие (с разными степенями истинности) нечеткое множество объектов В Z, описываемое функцией принадлежности В.

26 ЧТО ТАКОЕ ОЦЕНИВАНИЕ В СМЫСЛЕ Л.ЗАДЕ? Полиморфное соответствие между лингвистическими и числовыми значениями лингвистической переменной – пример перехода от измерения к оцениванию M: T X M -1 : X T Типичная область использования: нечеткие регуляторы: 1) M -1 – фаззификация; 2) M - дефаззификация

27 ОБОБЩЕННЫЕ ШКАЛЫ Понятие неклассической (обобщенной) шкалы ввел Д.А.Поспелов ( ). В отличие от обычных шкал, где каждой точке соответствует один-единственный объект, на обобщенных шкалах любой точке может с разными степенями соответствовать множество объектов. Кроме того, здесь можно выделить различные отношения порядка: 1) порядок по силе (положительных или отрицательных) оценок; 2) порядок по степени определенности оценок; 3) порядок по степени противоречивости оценок. Параллели между неклассическими логическими семантиками и обобщенными шкалами Семантика Белнапа: Обобщенные шкалы: отбрасываются 1) Принцип бивалентности; 1*) Принцип принадлежности; 2) Принцип однозначности. 2*) Принцип различимости.

28 ОБОБЩЕННЫЕ ШКАЛЫ И НЕЧЕТКИЕ ОТНОШЕНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

29 ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИЕ ЛОГИКИ: ЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ СЕМАНТИКИ И ИХ КРИТИКА Д.А.ПОСПЕЛОВЫМ 1) Закон бивалентности T(p) F(p) 2) Закон однозначности T(p)={t}(p), F(p)={f}(p), 2*) Закон непротиворечия ((T(p) F(p)) 3) Закон дополнительности Т(p)+T( p) = 1 4) Закон симметрии T( p) = – T(p) 5) Закон достаточного основания Любое положение может считаться доказанным только в том случае, если оно выведено из положений, чья истинность несомненна (аксиом)

30 ПУБЛИКАЦИИ Д.А.ПОСПЕЛОВА С КРИТИКОЙ КЛАССИЧЕСКОЙ ЛОГИКИ И СТАНДАРТНОЙ ЛОГИЧЕСКОЙСЕМАНТИКИ Поспелов Д.А. Где исчезают виртуальные миры?// Виртуальная реальность в психологии и искусственном интеллекте. – М.: РАИИ, – С См. также Новости искусственного интеллекта. – – 3. – С.5-10 В этой статье обоснованно, с использованием различных контрпримеров критикуются законы классической логики: законы тождества, непротиворечия, исключенного третьего, достаточного основания Лейбница. Pospelov D.A., Averkin A.N., Tarassov V.B. Soft Computing, Concurrent Engineering, What Else?// Proc. of the 6th International Fuzzy Systems Association World Congress (Sao-Paulo, Brazil, July 21-28, 1995). Vol.II. – Sao-Paulo: INPE, – P В этой работе ставятся под сомнение принцип принадлежности и принцип различимости, лежащие в основе обычной нечеткой логики Л.Заде, что соответствует идеологии нестандартных нечетких множеств, в частности, интуиционистских нечетких множеств и нечетких мультимножеств

31 ОБЗОРЫ ПО ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИМ ЛОГИКАМ Поспелов Д.А. Псевдофизические логики в системах искусственного интеллекта// Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций. Труды 3-й международной конференции (Москва, октября 2009 г.). – М.: ИПУ РАН, – С Ульянов С.В., Литвинцева Л.В. Псевдофизические логики для интеллектуальных систем принятия решений: пространственно- временные модели// Проблемы обработки информации в робототехнических системах.– М.: ИФТП, – С

32 БАЗОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИМ ЛОГИКАМ : 1. ВРЕМЕННЫЕ ЛОГИКИ Поспелов Д.А. Элементы аксиоматики временных отношений // Вопросы кибернетики.– – 5 –С Литвинцева Л.В., Поспелов Д.А. Время в роботах и диалоговых системах// Вопросы кибернетики. Проблемы искусственного интеллекта. – – 5 – С Litvintseva L.V., Pospelov D.A. Time in Robots and Dialog Systems// Proc. of the 6 th IJCAI (Tokyo, 1979), vol.1, p.541. Основные требования к временным логикам для агентов (роботов) Эти логики должны использоваться не только для описания внутренних потребностей агента (отображение среды и знаний о ней, а также планирования деятельности в среде), но и для организации диалога между агентами на естественном языке. 2. ЧАСТОТНАЯ ЛОГИКА СОБЫТИЙ Ежкова И.В., Поспелов Д.А. Принятие решений при нечетких основаниях. I. Универсальная шкала// Изв. АН СССР. Техн. Кибернетика. – – 6. – С Ежкова И.В., Поспелов Д.А. Принятие решений при нечетких основаниях. II. Cхемы вывода// Изв. АН СССР: Техн. Кибернетика. – – 2. – С.5-11

33 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ЛОГИКИ Ключевые этапы 1.Формирование онтологии времени – определение множества примитивов времени, множества базовых временных отношений. 2. Задание структуры (шкалы) времени – области интерпретации темпоральных примитивов и ее свойств 3. Аксиоматизация свойств времени Примитивы: моменты времени, интервалы, длительности Отношения: качественные и количественные Свойства времени: направленность, неограниченность, дискретность/ непрерывность, линейность (ветвистость или цикличность)

34 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ У Д.А.ПОСПЕЛОВА Звездочка на шкале соответствует «точке временного высказывания» («точке говорения» в психолингвистике, «точке видения» в психологии зрительного восприятия). Отметки на шкале соответствуют тем моментам времени, которые опознаются системой восприятия агента как различные. Если событие происходит «между» отметками, то оно отождествляется системой восприятия с ближайшей отметкой или двумя ближайшими отметками. Таким образом, различаются временные события двух типов: точечные и интервальные. Точечные события локализуются в одной отметке, а интервальные события локализуются в двух или большем числе соседних отметок. Далее на шкале времени вводится ориентация, например, слева-направо. При этом влево от точки временного высказывания будут идти прошлые события, а вправо – будущие события. Ориентация шкалы позволяет для интервальных событий вводить специальные точечные события – маркеры начала и конца интервального события и представлять их парой ( н ; к ). Для точечных событий получаем запись того же вида ( ; ), так как маркеры для таких событий сливаются в один общий маркер. *

35 ТИПЫ ШКАЛ ВРЕМЕНИ: АБСОЛЮТНАЯ, ОТНОСИТЕЛЬНАЯ И НЕЧЕТКАЯ 1. AБСОЛЮТНАЯ ШКАЛА Отметкам абсолютной шкалы приписаны абсолютные даты в соответствии с принятым времяисчислением в наиболее мелких дискретах. Эта шкала является метрической и позволяет вводить расстояния между событиями во времени и длины интервальных событий. При любом времяисчислении предполагается равномерность абсолютной шкалы, что позволяет считать все такие шкалы изоморфными между собой. Высказывания, связанные с абсолютной шкалой, имеют вид: «16 ДЕКАБРЯ 2009 года в 15 часов 00 минут случится событие q (начало съезда РАИИ)». Здесь если наименьшая дискрета шкалы – минута, то событие q является точечным, а если же минимальной дискретой является секунда, та q есть интервальное событие, занимающее n дискрет, например, 60 от 14 часов 59 минут 30 секунд до 15 часов 00 минут 30 секунд. 2. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ШКАЛА Относительная шкала времени имеет метрику, аналогичную абсолютной шкале, используемой в данной системе. Однако, в отличие от абсолютной шкалы, на относительной шкале зафиксирована еще точка временного высказывания (ТВВ). Эта ТВВ указывает начало координат на относительной шкале. Влево от нее находится прошлое, а справа – будущее. Сама ТВВ определяет мгновенное настоящее. Примером высказываний, принадлежащих к относительной шкале, могут служить: «Вчера в 5 часов вечера состоялся успешный запуск беспилотного космического аппарата», «Через две недели студенты должны сдать все зачеты». События на относительной шкале получают абсолютную датировку, если ТВВ отображается в некоторую отметку на абсолютной шкале. Двигая отображение ТВВ вдоль абсолютной шкалы, мы получаем возможность реализовать относительные временные высказывания для любой отметки абсолютной шкалы

36 ГРАНУЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ Сравним идею относительности дискретизации шкалы времени с идеей гранулирования информации, несколько позже (в середине 1980-х годов) предложенной Л.Заде Неточность, ограниченность восприятия отражает способность сенсорно-перцептивной системы и мозга детализировать информацию и хранить её во фрагментарном виде. Частичное знание, частичное понимание, частичная уверенность – характерные особенности ситуаций принятия решений. Кроме того, человеческие понятия имеют гранулированную структуру и контекстно-зависимы. Под гранулой понимается группа физических или концептуальных объектов, объединенных неразличимостью, подобием, близостью или сходными функциональными возможностями. Неформально гранула – это группировка объектов, определенных с помощью некоторого ограничения.

37 ТИПЫ ШКАЛ ВРЕМЕНИ (продолжение) 3. Нечеткая шкала Нечеткая (размытая) шкала в отличие от абсолютной и относительной шкал является неметрической. Ее возникновение связано с двумя обстоятельствами: наличием неполных временных высказываний (для данного шага дискретизации) и наличием принципиально размытых временных высказываний. Примером высказываний первого класса может служить: «Вчера он много работал». Для действия работать при этом не указывается точного временного интервала в рамках интервала, отведенного одному дню, фиксированному на относительной шкале. Местоположение события, связанного с работой некоторого персонажа, остается неопределенным. Для уточнения его временных координат можно воспользоваться косвенными соображениями, связанными с тем, что люди обычно работают днем, а не ночью и не ранним утром или поздним вечером (хотя в некотором конкретном случае все эти соображения могут быть полностью ошибочными). Высказываниями такого же типа являются: «В прошлом месяце он сдал книгу в редакцию», «Завтра у меня будет важная встреча» и т. п. Примером высказываний второго класса может служить высказывание:«Станок работал недолго» Подобные нечеткие временные высказывания вводятся с помощью принципиально размытых указателей: «недолго», «недавно», «только что», «скоро», «часто», «редко», «много». С их помощью на нечеткой шкале вводятся нечеткие расстояния от ТВВ этой шкалы. Как и для относительной шкалы, ТВВ нечеткой шкалы обладает способностью к размножению. В частном случае события на нечеткой шкале могут образовывать упорядоченные последовательности в неметрическом одномерном пространстве. В этом случае для описания свойств нечеткой шкалы можно при точечных событиях использовать логику И ЗАТЕМ (AND THEN). В общем случае для размытой шкалы необходимо использовать нечеткую логику

38 ОСНОВНЫЕ ОТНОШЕНИЯ ВО ВРЕМЕННЫХ ЛОГИКАХ Обычно во временных логиках используют отношения двух типов: r 1 – быть раньше (позже) и r 2 – быть одновременно. При этом отношение r 1 является антисимметричным и транзитивным, а r 2 – симметричным и транзитивным. Так во временной логике Прайора используется тождественность прошлого и будущего, позволяющая строить лишь логику прошлого или логику будущего, симметрично перенося все получающиеся результаты на другую половину временной оси. Типичные взаимосвязи между временными событиями можно получить, используя шесть базовых временных предикатов: 1) быть раньше; 2) быть непосредственно раньше; 3) совпадать по началу; 4) быть внутри; 5) совпадать по концу; 6) пересекаться. Пример правила вывода r 1 (x, y) & r 1 (y, z) r 1 (x, z)

39 БАЗОВЫЕ ОТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ВРЕМЕННЫМИ ИНТЕРВАЛАМИ Название отношения Графический пример Обобщённое ограничение A раньше B (A

40 ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЛОГИКИ Варосян С.О., Поспелов Д.А. Неметрическая пространственная логика// Изв. АН СССР: Техническая кибернетика. – – 5. – С.86-99

41 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ЛОГИК ( на примере приложений к робототехнике) отношения для расстояний В псевдофизических логиках чаще всего используются нечеткие бинарные пространственные отношения трех типов: а) отношения для расстояний; отношения для направленийдинамические отношения б) отношения для направлений; в) динамические отношения.

42 ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЛОГИКИ Варосян С.О., Поспелов Д.А. Неметрическая пространственная логика// Изв. АН СССР: Техническая кибернетика. – – 5. – С.86-99

43 РАЗВИТИЕ АППАРАТА ПСЕВДОФИЗИЧЕСКИХ ЛОГИК МОДИФИКАЦИЯ БАЗОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ПФЛ: ОТ ОТНОШЕНИЙ К ОГРАНИЧЕНИЯМ ОБОБЩЁННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ И ОБЩАЯ ТЕОРИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ Понятие обобщенного ограничения является ключевым для общей теории неопределенности Л.Заде. Речь идет о переводе предложений, естественного языка на язык обобщенных ограничений (ЯОО) X isr R, где X – переменная, R – гибкое, эластичное ограничение на эту переменную, а isr – переменная связка, в которой r является переменной, а ее значение определяет способ, которым R ограничивает X

44 ВИДЫ ОБОБЩЁННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ ОбозначениеТип ограниченияФормальная запись r: =РавенствоX = R r: Неравенство X R r:Возможностное ограничение X is R возможностное распределение Х r: vИстинностное ограничение X isv R r: pВероятностное ограничение X isp R вероятностное распределение X r: fgОграничение нечетким графиком X isfg R Х – функция, R – ее нечеткий график r: uОбычностное ограничение X isu R означает, что обычно X is R

45 ПРИМЕРЫ СИНГУЛЯРНОГО И ГРАНУЛЯРНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

46 ОТНОШЕНИЯ ДЛЯ РАССТОЯНИЙ Отношения для расстояний обычно имеют исходные значения «близко-далеко», на основе которых строятся составные значения «очень близко», «довольно далеко» и пр. Соответственно, значения лингвистической переменной «Расстояние между объектами а и b» ограничиваются функциями принадлежности (распределениями возможности). Главную роль в организации нечетких пространственных рассуждений робота играет распространение нечетких ограничений от посылок к заключениям. В частности, «если робот а находится рядом с роботом b, а b держит схватом объект с, то робот а находится вблизи объекта с.

47 О ВЗАИМОСВЯЗЯХ МЕЖДУ РАССТОЯНИЯМИ И РАЗМЕРАМИ Pospelov D.A. Fuzzy Reasoning in Pseudo-Physical Logic// Fuzzy Sets and Systems. – – Vol.22, 1-2 – P Лингвистические переменные: «Расстояние» и «Размер». Гипотеза о влиянии размеров объектов на оценку расстояния между ними позволяет производить замену пространственных отношений для расстояний на размеры объектов и, наоборот. Например, если робот a находится близко от объекта b, а между объектами b и c расположен объект очень большого размера (например, здание), то робот a находится не далеко и не близко от объекта c.

48 ОТНОШЕНИЯ ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЙ Отношения для направлений выражаются базовыми термами «впереди», «сзади», «справа», а также нечеткими оценками типа «немного левее»,«значительно правее» и пр. X ab is f i Здесь также запись X ab is f i означает, что элемент a находится в отношении f i к элементу b. Взаимная угловая ориентация между объектами обычно определяется с помощью базовых направлений, связанных с системой координат наблюдателя. В самом простом случае, это впереди–сзади и справа–слева. Их комбинация дает восемь базовых направлений и лингвистическая переменная «Направление» принимает значения f i, i=1,2,…8, где f 1 – впереди, f 2 – впереди и слева, f 3 – слева и т.д. Например, для двух объектов a, b обобщенное ограничение X ab is f 2 X ab is f 2 соответствует утверждению «b впереди и левее а»; X ab is f 8 X ab is f 8 – «b впереди и правее а».

49 ОТНОШЕНИЯ ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЙ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Отношения для направлений выражаются базовыми термами «впереди», «сзади», «справа», а также нечеткими оценками типа «немного левее», «значительно правее» и пр. Здесь также запись X ab is f i означает, что элемент a находится в отношении f i к элементу b. Взаимная угловая ориентация между объектами обычно определяется с помощью базовых направлений, связанных с системой координат наблюдателя. В самом простом случае, это впереди–сзади и справа– слева. Их комбинация дает восемь базовых направлений и лингвистическая переменная «Направление» принимает значения f i, i=1,2,…8, где f 1 – впереди, f 2 – впереди и слева, f 3 – слева и т.д. Например, для двух объектов a, b обобщенное ограничение Xab is f 2 соответствует утверждению «b впереди и левее а»; Xab is f 8 – «b впереди и правее а».

50 ВЗАИМНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ Взаимное положение объектов можно представить конъюнкцией обобщенных ограничений на расстояние и направление: Например, отношение «робот а находится далеко и справа от объекта b» можно записать как (X ab is d 9 )&(X ab is f 7 ) = (X ab is d 9 ) is f 7 (X ab is d 9 )&(X ab is f 7 ) = (X ab is d 9 ) is f 7. Более тонкая градация направлений получается путем добавления не только логического условия «и», но и модификаторов «слегка», «немного», «сильно» и пр. Например, «впереди и немного правее», «чуть впереди и сильно левее» и т.п.

51 ОТНОШЕНИЯ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ Отношения взаимного расположения описываются с помощью слов на, в, над, под, внутри, вне… Часто они применяются при задании роботу команд типа «поднять объект и поставить его на плоскость», «вставить вал в отверстие» и т.п. Базовые отношения взаимного расположения: Унарные: иметь горизонтальное положение; иметь вертикальное положение. Бинарные: Находиться внутри; Находиться вне; Находиться на поверхности; Находиться в центре; Находиться на одной прямой; Соприкасаться; Быть параллельно; Быть перпендикулярно; и т.д.

52 ЛОГИКА РАССТОЯНИЙ НА ПРЯМОЙ Размеры объектов a 1 и a 2 и расстояния между ними совпадают. Схема распространения нечетких лингвистических ограничений имеет вид: Например, робот a находится близко к роботу b, а робот b находится близко от препятствия c. Будем считать, что роботы средних размеров, а препятствие маленькое. Тогда расстояние от робота a до препятствия с определяется по формуле:

53 ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ Для описания динамики в языке можно выделить четыре типа значений, связанных с заданием направления и места действия. o Указание некоторой области, в котором находится объект или действие (Цель находится в поле зрения робота – рис. а). o Указание пары областей, в которой одна из областей есть часть другой – ограничение l 2 l 1 (Цель находится в поле зрения робота в его центральной части – рис. б). o Указание на общее направление перемещения или действия (Цель перемещается в центр поля зрения робота – рис. в). o Фразы типа Объект уходит из поля зрения робота (Объект переместился из центральной части на периферию поля зрения (рис. г).

54 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ВКЛАДА Д.А.ПОСПЕЛОВА В РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУКИ I. НАУЧНАЯ: МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ 1. КИБЕРНЕТИКА: ТЕОРИЯ АВТОМАТОВ, ТЕОРИЯ ИГР, ТЕОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 2. НАУКИ ОБ ИСКУССТВЕННОМ, В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ, СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, СЕМИОТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, РАЗВИТИЕ МЕТОДОЛОГИИ, ТЕОРИИ И МЕТОДОВ ИИ 3. КОГНИТИВНЫЕ НАУКИ И НАУКИ О ПОВЕДЕНИИ II. НАУЧНО-ПУБЛИЦИСТИЧЕСКАЯ: РАБОТЫ ПО ИСТОРИИ ИНФОРМАТИКИ И ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА. ФУТУРОЛОГИЧЕСКИЕ СТАТЬИ

55 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ВКЛАДА Д.А.ПОСПЕЛОВА В РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУКИ III. Научно-учебная. Формирование научной школы, воспитание учеников, производство специалистов в области информатики и ИИ, близких ему по духу и идеям (В.Н. Вагин, Г.С.Осипов, В.Ф. Хорошевский, А.Н. Аверкин, А.Ф. Блишун, И.В. Ежкова, Л.В. Литвинцева и др.) IV. Научно-организационная. Активное участие в организации координационных структур по ИИ всистеме АН СССР (1974 г.) Заместитель председателя Научного совета по искусственному интеллекту Комитета по системному анализу при Президиуме АН СССР (Председатель Г.С.Поспелов, ученый секретарь Л.И.Микулич) Заместитель председателя Секции «Искусственный интеллект» Научного совета по комплексной проблеме «Кибернетика» при Президиуме АН СССР (Председатель Г.С.Поспелов, ученый секретарь Л.И.Микулич)

56 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ВКЛАДА Д.А.ПОСПЕЛОВА В РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУКИ Создание в 1989 г. Советской ассоциации искусственного интеллекта (Учредительный съезд состоялся в г. Коломне в мае 1989 г.). В 1992 г. она была преобразована в Ассоциацию искусственного интеллекта, а в 1996 г. появилась Российская ассоциация искусственного интеллекта. С 1991 г. стал издаваться журнал Ассоциации «Новости искусственного интеллекта» (ныне «Искусственный интеллект и принятие решений»). Таким образом, была сформирована открытая, междисциплинарная научная среда, эффективно функционирующая уже более 20 лет, которая живет самостоятельной жизнью и является примером открытого сообщества, активно взаимодействующего с самыми разными научными, учебными, промышленными структурами. За период с 1990 г. по 2008 г. было проведено 12 Национальных конференций по ИИ