Лекция 02

Основные платформы реализации систем искусственного интеллекта

Рассмотрим основу жизни. Отрицается наличие жизни на атомном уровне. Необходимо достаточное количество элементов и связей, чтобы реализовать минимальную сложность процессов, обеспечивающую наличие жизни. У атома такой сложности недостаточно.

Жизнь "возникла" в структурах (бактериальная клетка), которые обладают достаточной сложностью. Минимальные живые организмы - диаметр 1 микрон (что составляет 10000 диаметров молекулы воды), масса 6*10^-13 гр., на 2/3 состоит из воды, на 1/3 - белки, жиры, сахара, аминокислоты. В этом объеме заключено около 40 миллионов молекул, 5 тысяч микрооперации. В каждой операции 20-30 тактов (стадии). Содержит 10000 рибосом, осуществляющих сборку тысяч типов белков со скоростью одна молекула белка в секунду. Одна молекула белка - сотни аминокислот. Но в бактериальной клетке реализован 1 вариант из 10³⁰¹ возможных конфигураций.

Более сложная структура - ДНК человека. Реализуется из 2-5 миллионов троек мононуклеотидов (гуамин, тимин, урацил, аденин), что составляет 6-15 миллионов оснований. Всего в ДНК человека 3 миллиарда оснований. Информационная емкость этого соединения огромна. И это при том, что жизнь использует в основном всего 4 элемента из 85 известных стабильных химических элементов Вселенной.

Теории возникновения жизни

По теории академика Опарина А.И. жизнь возникла в океане, питательном бульоне, путем образования комбинаций имевшихся там химических элементов случайно под воздействием внешних факторов (электричество, энергия, радиация, свет, температура, движение, водный раствор).

Возьмем объем Мирового океана и время существования нашей планеты - 2 миллиарда лет. Подсчитано, что в этих условиях вариантов для соединения (в будущем, из которых возникла жизнь) моноблоков может быть реализовано приблизительно 10⁴⁶. Но в бактериальной клетке реализован 1 вариант из 10³⁰¹ возможных конфигураций. Что в 10²⁵⁵ раз меньше реализует попыток, чем необходимо для случайного зарождения жизни. (Г. Кастлер).

Существуют другие теории. Например, теория Панспермии (занесение жизни с других планет). Но, подставив параметры Вселенной, для подтверждения гипотезы о случайности возникновения жизни тоже не достает 10²⁴² попыток.

Даже допустив, что в бульоне случайно всё-таки соединились нужные структуры и получился живой организм, заметим, что единственный организм не смог бы выжить (грубо говоря, слон не смог бы выжить, если бы он образовался в единственном экземпляре).

Осложняет рассуждения и замечания о существовании конструкций, которые никогда не могут образовываться случайно, например, арка. Так теория эволюции не объясняет, откуда появились асимметричные сооружения. Все живые создания на Земле (клетки) имеют левую асимметрию (Пастер). А вот яды, не совместимые с жизнью, имеют правую асимметрию.

Теория эволюции также не объясняет возникновение интеллекта.

Слабое место современных теорий возникновения жизни - отсутствие в их составе понятия информационного обмена. Цель живого (отличие от неживого) - структурирование, организация неживой материи. Инструмент реализации - информация.

Классификация систем (по мере усложнения задач)

аналитический способ решения (недостаток: гипотезы, которые закладываются в модель, слишком просты; преимущество: можно программировать на любом языке);

задачи, учитывающие реальные условия и вероятность;

построение сложных систем (переход от задач к объектам; описание свойств объектов; понятие иерархии; есть сборки и самосборки, т.е. работа может быть в интерпретирующем режиме; среда);

учёт психологических условий (имитация психики).

Пирамида программных средств

рис.2.1

Максимально, что можно сделать с помощью редактора, это зафиксировать собственную мысль и прочитать её.

Вычислитетельные системы дают возможность решать обратные задачи, создают новую информацию на основе первоначальной.

Интеллектуальные технологии - система, которая сама ставит задачи, сама их формализует и решает.

рис.2.2

Со стороны экономики

Сейчас момент смены этапов цивилизации. Этапы эволюции цивилизации представлены ниже в хронологическом порядке:

дикость (отсутствие устойчивых результатов, отсутствие безопасности жизни);

оседлость (аграрная революция - появление устойчивых результатов в обеспечении продуктами питания, владение землей, трудовыми ресурсами);

промышленная революция (появление устойчивых результатов в обеспечении продуктами второго цикла за счет появления технологий, наука, владение навыками - цех);

индустриальное общество (массовое производство, массовая культура, типовое потребление, массовое образование, монополия, капитал - укрупнение власти, аддитивность денег, упрощенная смена владельцев ресурсов, сырьевые ресурсы - сталь, нефть, деньги, энергия, диктатуры и войны, в искусстве - реализм, массовые виды искусства, наличие пропаганды);

информационное общество (демократия, индивидуализация, патенты, авторское право, современное искусство выражения индивидуальности, изменение способов ведения войны, разведки - без материальных потерь, психотропные способы, интеллектуальные аналитики СМИ, "алгоритмы" изобретений, "когнитивные модели", варианты развития, оптимальное вложение средств, появление информационного континента в глобальных сетях, появление виртуальности "есть нигде и всюду", построение правил, этики, культуры, морали, философии инфосферы, познание ее объективных законов, переход от телесного к абстрактному, к представлениям, генерации эмоций, манипуляции психикой, познание структуры языка и мышления).

Итак, очевидно, что смена этапов провоцируется технологическими революциями. Вообще сам этап это ничто иное, как новый уровень технологии. Технология - усилитель возможностей человека. Сначала такими усилителями были - рычаг (усилитель силы), колесо (усилитель перемещения), мясо и огонь (усилитель скорости переваривания), огонь и топливо (усилитель тепла). Сейчас компьютер, как усилитель интеллекта, машина по переработке информации, технологии мозгового штурма и так далее. Затрачивать меньше, получать больше, за счет привлечения внешних ресурсов кем-то накопленных и их организации в своих интересах - вот смысл усилителя. Технология - способ получения гарантированного результата (заданного качества, в заданные сроки).

     Проблемы современного этапа:
ряд кризисов (экономический, экологический, энергетический, сырьевой, информационный),     национальные и социальные конфликты;
установление в центр системы человеческой личности - гармонизация человека с природой (экология,     естественнонаучная картина мира, биосфера, Вселенная,), с культурной средой (история, право,     культурология, экономика, философия), с информационными потоками (самообразование), с самим     собой (психология, физиология, литература, искусство);
каждая система должна позаботиться об охране, т.е. нужно оружие; тенденции: захватить     материальные ценности не поврежденными (информационная война); защита интересов государства     завоеванием политического и экономического пространства без жертв;

     Появление третьего уровня программных средств Ожидается три типа программных продуктов:
ГТР - генератор технических решений. Цель - получение гарантированного результата в заданные     сроки при проектировании новых систем;
ТАС - тексто-аналитические системы. Цель - смысловой анализ неструктурированного текста.     Выявляют логические противоречия. Используются в рекламных стратегиях, внедрение в психику     (навязывание установок с помощью текста), в аналитических отчетах и разведке;
ССМ - системы ситуационного моделирования. Цель - моделирование плохо формализуемых     ситуации для прогноза динамики развития, предупреждения негативного фактора в поведении     геополитических блоков, для предсказания курсов, для управления ресурсами.

По прогнозам, прибыльность ИПС (интеллектуальных программных средств) будет более 100%. Через 10 лет объём продаж ИПС будет выше объёма продаж нефти. В России имеется около 80 фирм, занимающихся ИПС. В эту область нужно активно инвестировать, для предотвращения отставания страны. В ближайшее время, по-видимому, общество будет сильно упорядочено за счет внедрения интеллектуальных технологий.

Параметры психофизики человека

Количество нейронов мозга одного человека - несколько миллиардов;

Человек получает информацию:

через органы чувств, включая интуицию и лимбический центр (эмоции),

генетически,

с помощью воображения,

через информационное поле Вселенной (гипотеза);

Единица информации - мыслеформа (структура, динамическая, голографическая, многомерная). Обладает способностью вызывать события (Р.Сперри, Нобелевский лауреат);

Мыслеформа - поле с определенной частотой, способное взаимодействовать с полями других людей. (Леонтьев А.Н.);

Наши желания есть суть предчувствия скрытых внутри нас возможностей. (Гете);

Для прямой имитации мозга на современных процессорах следует сравнить параметры этих двух систем. У современного процессора при достигнутой миниатюризации длина самого длинного гипотетического проводника составляет 30 см. Время прохождения такого проводника электрическим сигналом составляет 10^-9 сек. То есть физическим пределом вычислений является 10⁹ операций в секунду. Сейчас технология реализует 10⁶ операций в секунду. Дальнейшее развитие в данном направлении уже становится невозможным из-за нечеткости срабатывания элементарного вентиля, так как одного электрона недостаточно для его устойчивого срабатывания.И это притом, что пока сложность элементов, обеспечивающих жизнь, пока не достигнута.

Параметры психофизики человека (возможные отклонения от приводимых данных - 50%):
управление с помощью электрического сигнала;
скорость ввода/вывода информации - 30 бит/сек;
к 50 годам объем накопленной информации 10³ Мб;
число мысленных сравнений за секунду - до 18;
число адресов, одновременно хранящихся в краткосрочной памяти - 7;
время доступа к краткосрочной памяти - 2 секунды;
скорость передачи данных из долгосрочной памяти в краткосрочную - 3 бит/сек;
способ обработки информации - параллельный (аналоговый); самоадаптация;
способность к обучению;
несколько миллиардов нервных клеток;
количество связей у одной нервной клетки - порядка 10⁴;
скорость передачи импульса по нейрону - порядка 100 м/сек;
металлических проводов нет;
низкая надежность элементов, но сверхвысокая надежность системы в целом.

Платформы для реализации ИИ

Язык искусственного интеллекта.

Это направление связано с реализацией искусственного интеллекта на компьютере с архитектурой фон Неймана. Основной недостаток в машинной реализации - организация информации. 0 или 1 мало для основы мышления (но необходимо). Следует строить иерархию. Сейчас иерархия насчитывает шесть уровней (01 - число двоичное - код буквы, десятичное число - операция над буквой, числом (языки ассемблера) - языки типа Pascal - языки моделирования, баз данных, искусственного интеллекта), что недостаточно. Сложности инструмента (языка) недостаточно для реализации столь сложного объекта, как интеллект. Слишком большой объект, слишком мелкие элементарные конструкции для его описания. Количество связей для синтеза слишком велико, чтобы их можно было прописать одному человеку - программисту или коллективу. Конечно, можно (гипотетически!) написать очень сложную программу и на имеющемся языке, но этого никто не сможет сделать, хотя бы не забыв начало. Кроме того, современные языки по большей части - компиляторы, следовательно, саморазвитие исключено. А в программу искусственного интеллекта должен быть внесен механизм интерпретации.

Значит первый вариант решения проблемы искусственного интеллекта - в развитии языков, причем по иерархии. Язык все более должен укрупнять конструкции. А это не просто, проблема в том, что язык должен оставаться универсальным, гибким. Значит, он должен быть все более абстрактным, метаязыком. А здесь успехи слабы. Мы не придумали такого метаязыка, мы не знаем, как мы мыслим на мета уровне. У нас нет образца мета мышления.

Последние успехи языков наблюдаются в появлении объектно-ориентированного проектирования. Это направление позволяет строить объекты. А это - то, что представляется нам в окружающем мире, а, значит, упрощает задачу построения подобия мира внутри компьютера. Один из вариантов такого языка - Stratum. Идея взять другие основы для размещения в них сложности, нежели вентили традиционной электронной технологии, приводит к уже готовым решениям в природе.

Не-фон-неймановская машина (распределенная однородная структура) (придумана фон Нейманом)

Попытка обрабатывать информацию параллельно, везде. Отсутствие центральных узлов, а значит и узких мест. Все элементы структуры идентичны. Проблемы со сложностью не возникает. Опыты с такими архитектурами обнадеживают. Но исторически на данном этапе пока фон Неймановская архитектура одержала победу за счет гибкости, инициативы, рентабельности и других факторов. Современные структуры типа фон Неймановской машины постепенно, наталкиваясь на физические ограничения для скорости и сложности, приобретают черты параллельных структур. Так процессор клонируется на 2, 4, 8 подобных структур в своем составе, размножается доступ к памяти, увеличивается число регистров, кэши, появляются параллельные слоты. Многопроцессорные структуры. Конвейерная обработка. Многозадачные системы. Сетевые параллельные вычисления. Вершина развития параллельности - однородность. Очевидно, что два данных направления сращиваются. Скорость этого процесса - вопрос рентабельности.

Оптические машины (на оптических элементах - голографическая обработка информации, т.е. обработка изображения параллельно полностью)

Попытка обрабатывать информацию аналогово, параллельно, со скоростью света. Голограмма таит в себе фантастические возможности по емкости хранения информации. Попытки строительства компьютеров были с 60-х годов и описаны. Но подача компьютерной информации достаточно специфична для современного представления. Аппарат описания мышления голограммами или просто изображениями не разработан.

Биокомпьютеры

Идея взять основы для размещения в них сложности приводит к уже готовым решениям в природе.

Нейромашины

Состоит в тотальном копировании человеческого мозга на нейроуровне с ожиданием, что произойдет качественный скачок при наборе необходимой сложности, количестве нейронов.

Вычислительные машины на биологических элементах

Подход состоит в выращивании (или просто в поддержании) биологических структур, благо, что они могут размножаться (регенерировать). Проблема в управлении выращиванием так, чтобы получить нужный объект, способный проявлять интеллектуальное поведение в заданной области. Возможно, что интеллектуальное поведение будет привноситься извне в такую биомашину. Проект чем-то напоминает известную голову профессора Доуэля тем, что берется нечто готовое, что построить копированием затруднительно

Нанотехнологии

В связи с тем, что технология современных компьютеров себя практически исчерпала по физическим ограничениям, разрабатывается переход на более низкий уровень элементной базы, атомный. При переходе на данный уровень происходит качественный скачок возможностей. Идея вполне реализуется технически, остаются вопросы рентабельности. Широко обсуждается вопрос Души, так как затрагиваются основы жизни. Фактически проект представляет собой создание жизни на новой основе (например, небелковой). Подробнее

Биопротезирование

Бионика - сращивание технических устройств с биологическими объектами для повышения эффективности, как тех, так и других. Успехи направления налицо - встраивание чипов в организм деревьев, животных, человека, улавливание сигналов, усиление и их интерпретация, подача вычисленных нейроимпульсов на биологические ткани, передача о состоянии биологических объектов и органов другим объектам и органам. Направление развивается эволюционно. Подробнее

Лекция 01

Лекция 03