Редько В.Г. (Ред.). От моделей поведения к искусственному интеллекту Изд. 2, стереот.

Оглавление

Предисловие редактора книги

Уважаемый читатель!

Перед Вами коллективная монография ведущих российских исследователей, думающих над проблемами: как строить модели адаптивного поведения живых организмов и как такие модели могут быть использованы в системах искусственного интеллекта.

Наша монография может рассматриваться как развитие недавно переизданной в настоящей серии книги М.Г.Гаазе-Рапопорта и Д.А.Поспелова "От амебы до робота: модели поведения" (Гаазе-Рапопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амебы до робота: модели поведения. М.: Наука, 1987. 2-е изд. М.: УРСС, 2004), которая была провозвестником интересного и перспективного научного направления "Моделирование адаптивного поведения". Первое издание этой книги вышло в 1987 г., а через три года в Париже состоялась первая международная конференция "From Animal to Animat: Simulation of Adaptive Behavior", специально посвященная моделям адаптивного поведения (Meyer J.-A., Wilson S.W. (Eds) From animals to animats. Proceedings of the First International Conference on Simulation of Adaptive Behavior. Cambridge, Massachusetts, London, England: The MIT Press, 1990). Сейчас это направление интенсивно развивается. Исследователи аниматов (от англ. animal (животное) и robot: animal + robot = animat) строят модели, реализованные в компьютерной программе или в виде робота, которые применимы к описанию поведения как животного, так и искусственного организма – анимата. При этом особый акцент делается на интеллектуальные особенности адаптивного поведения, на анализ возможных схем возникновения "интеллекта" естественных и искусственных организмов в усложняющихся внешних средах.

В настоящей монографии собраны статьи, представляющие широкий спектр научных дисциплин, методов и идей. Ключевая проблема книги – как строить системы искусственного интеллекта на основе моделей адаптивного поведения – обсуждается с разных точек зрения: биологической, "модельерной", синергетической, инженерной.

Основной подход книги связан именно с адаптивным поведением, с моделями поведения аниматов, автономных агентов. И такой подход к искусственному интеллекту, по-видимому, является наиболее естественным – ведь интеллект человека сформировался в процессе биологической эволюции, в процессе постепенной эволюции адаптационного потенциала живых организмов к усложняющимся условиям внешней среды.

Книга состоит из предисловия, двух частей и послесловия. Каждая часть включает в себя несколько глав-статей.

Начинается монография с ретроспективной части, которая отражает состояние проблемы в 1970-х гг.

Первая глава содержит статью выдающегося советского нейрофизиолога П.К.Анохина "Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем". Статья посвящена описанию основных идей концептуальной биологической теории функциональных систем и анализу междисциплинарных связей этой теории с математическими и кибернетическими системными исследованиями.

Далее следует цикл статей из труднодоступного, но примечательного сборника "Моделирование обучения и поведения", посвященного памяти блестящего советского кибернетика М.М.Бонгарда (Моделирование обучения и поведения / Под ред. М.С.Смирнова. М.: Наука, 1975). Основная статья здесь "Проект модели организации поведения – "ЖИВОТНОЕ"" (авторы М.М.Бонгард, И.С.Лосев, М.С.Смирнов). Статья содержит описание проекта хорошо продуманной модели целенаправленного адаптивного поведения. Этот проект не был реализован в полноценной модели, и заложенные в нем интересные и остроумные идеи еще ждут своего воплощения. Конкретные формальные схемы и подходы к реализации проекта "Животное" обсуждаются в следующих двух статьях "Формальный язык описания ситуаций, использующий понятие связи" (М.М.Бонгард, И.С.Лосев, В.В.Максимов, М.С.Смирнов) и "О задаче обобщения начальных ситуаций" (И.С.Лосев, В.В.Максимов). Кроме того, этот цикл содержит статью М.Н.Вайнцвайга и М.П.Поляковой "Об одном подходе к проблеме создания искусственного интеллекта", в которой предложена и исследована нетривиальная модель формирования "интеллекта в чистом виде", без обычного сенсорного восприятия (на примере людей без слуха и зрения).

Заканчивается ретроспективная часть статьей А.И.Самарина "Мобильные роботы и самоорганизация в нейронных структурах – ретроспективный взгляд", которая отражает исследования 1970-х гг. по разработке конструкций систем управления мобильных роботов и анализу процессов самоорганизации в "нервной системе" роботов.

Часть II "Современные исследования" начинается главой "From Animal to Animat – направление исследований "адаптивное поведение"" (В.Г.Редько). Эта глава содержит аналитический обзор современных работ в области адаптивного поведения. Особое внимание уделяется исследованиям Массачусетского университета по методу обучения с подкреплением и работам AnimatLab (Париж) по анализу формирования архитектур управления на основе симбиоза 1) индивидуального обучения, 2) онтогенетического развития анимата и 3) эволюционной оптимизации, а также разработкам схем адаптивного поведения на базе теории функциональных систем П.К.Анохина.

Следующая глава "Модели автономного поискового поведения" (В.А.Непомнящих) излагает подходы к моделированию ранних эволюционных стадий адаптивного поведения, а также собственно разработанные автором модели поискового поведения и результаты их исследования. Проведенный здесь анализ основан на обзоре современных исследований поисковой активности живых организмов и оригинальных биологических работах автора. Исследованные в этой главе модели позволяют предложить схемы и принципы поискового поведения, которые целесообразно использовать при разработках интеллектуальных систем.

В статье В.Ю.Рощина и А.А.Фролова "Нейросетевая модель выработки пространственной координации на основе сенсомоторного опыта" излагается модель "прединтеллекта" – процессов формирования обобщенных представлений в мозгу младенца при пространственном восприятии с помощью зрительной и тактильной сенсорной информации.

Статья Д.В.Прохорова "Адаптивные критики и нейронные сети" содержит краткий обзор нейросетевых адаптивных критиков. Адаптивные критики – это системы управления модельным организмом, которые содержат специальный блок – критик, оценивающий качество работы системы управления в целом. Такие системы возникли в результате синтеза идей оптимального управления и методов обучения нейросетей, включая обучение с подкреплением. Системы с критиками входят в семейство методов приближенного динамического программирования или нейродинамического программирования.

Статья М.Н.Вайнцвайга и М.П.Поляковой "О моделировании мышления" представляет собой достаточно четкую попытку формально выделить ключевые компоненты мышления и интеллекта.

Следующая глава "Искусственная самоорганизация и коллективный искусственный интеллект: на пути от индивидуума к социуму" (С.В.Корниенко и О.А.Корниенко) содержит яркий и содержательный обзор современных исследований по интеллекту коллектива – проявлению интеллекта индивидуумов в социуме.

В главе "Бионический метод автономного адаптивного управления" (А.А.Жданов) предлагается и исследуется оригинальная концепция построения систем адаптивного управления на базе аппарата эмоций. Здесь предложены специальные схемы формальных нейронов и нейронных сетей и построены модели управления адаптивным поведением. Приведены примеры приложений: модель мобильного робота, система управления ориентацией искусственного спутника Земли, активная система управления подвеской автомобиля.

Статья Л.А.Станкевича "Когнитивный подход к управлению гуманоидными роботами" содержит подробное изложение оригинального подхода к конструированию интеллекта антропоморфных (анатомически подобных человеку) и гуманоидных (подобных человеку по поведению) роботов. Характеризуются первые в России антропоморфные роботы АРНЭ и АРНИ, созданные с участием автора.

Заканчивается книга послесловием, в котором обсуждаются перспективы будущих исследований.

Конечно же, сложность обсуждаемых проблем делает идеи, представленные в книге, во многом спорными. Наша книга явно содержит больше вопросов, чем ответов. Тем не менее, представленные обсуждения и исследования уже прошли серьезную апробацию. Большинство статей отражает доклады авторов на ряде всероссийских и международных конференций: "Нейроинформатика" (Москва, 2002–2004), Национальные конференции по искусственному интеллекту (Коломна, 2002; Тверь, 2004), "Интеллектуальные системы" (Геленджик, 2003). Заинтересованный читатель может познакомиться с нашими Интернет-дискуссиями по теме книги, которые шли на конференциях "Нейроинформатика". "Непричесанные" дискуссии представлены на сайтах:

Изложение материала книги достаточно популярно. Некоторые главы содержат серьезные математические обоснования, но мы постарались изложить материал так, чтобы математические формулы не сильно осложняли чтение книги неподготовленному читателю, – можно просто пропустить математические разделы без особой потери в понимании смысла.

Книга во многом носит учебный характер, особенно это касается ретроспективной части, в которой излагаются важные методологические подходы к моделированию адаптивного поведения, сложившиеся в 1970-е годы.

Книга предназначена для широкого круга читателей и, особенно для тех, кто сам хочет включиться в интригующие исследования по проблемам естественного и искусственного интеллекта.

Об авторе

Заместитель директора по науке Института оптико-нейронных технологий РАН, доктор физико-математических наук.

В 1971 году окончил Московский физико-технический институт. На втором курсе Физтеха задумался над проблемой: почему мышление человека применимо к познанию природы? Автор более 100 научных публикаций.

Область научных интересов: проблема происхождения интеллекта человека, эволюционная кибернетика, модели адаптивного поведения, нейроинформатика. Специалист в области моделирования биологических информационных и кибернетических систем.