СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ ПРАГМАТИКИ ДИАЛОГА НА ОСНОВЕ ФРАКТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ "ИНТЕЛЛЕКТ–ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА"

 

 

В. С. Щепин

CMA Small Systems AB

vs@cma.ru

 

 

Ключевые слова: искусственный интеллект, модель окружения, фрактальный объект, фрактальная память, машина Тьюринга, структура исследования, диалог, обмен информацией

 

Целью работы является структуризация прагматики диалогового взаимодействия. Рассмотрены этапы восприятия интеллектом информации о внешней среде, построения модели среды и обмена информацией о внешней среде с другим интеллектом. Структуры окружающей среды и памяти интеллекта фрактальны, то есть допускают бесконечное уточнение и расширение в любой точке. Работа направлена на достижение качественного понимания, что есть знание, для чего оно может быть использовано и где проходит граница между знанием и незнанием. Диалог понимается, как обмен информационными моделями, сформированными в памяти субъектов в процессе исследования внешней среды. Предлагаемая модель может рассматриваться и как модель взаимодействия программиста с компьютером. Результаты работы могут иметь практическое значение для проектирования перспективных структур компьютерной памяти и программного обеспечения, включая языки человеко-машинного взаимодействия.

 

 

1. Введение

 

Схема предлагаемой модели состоит в следующем. Два интеллекта исследуют окружающую среду, составляя ее модели, а затем в диалоге обмениваются результатами своей деятельности. В результате в памяти каждого интеллекта формируется суммарная модель среды, сформированный ими коллективно. Другими словами, происходит "обмен опытом", и суммарный опыт затем может использоваться каждым интеллектом индивидуально.

 

 

2. Окружающая среда как фрактальный объект

 

В процессе исследования или взаимодействия субъекта с окружением окружающая среда предстает в виде взаимосвязанных объектов более низкого уровня, которые в свою очередь могут быть подвергнуты дальнейшей декомпозиции, и такой процесс декомпозиции - бесконечен.

Другими словами, мы представляем себе окружающую среду, как фрактальный объект, в котором любая часть подобна целому в процессе познания - представления объекта в виде взаимосвязанных между собой частей, являющихся также объектами.

Окружающая среда структурируется в процессе познания, говорить об априорной структуре неизвестной части среды неконструктивно – она неизвестна и может быть любой. При этом и любая локальная часть среды может быть исследована лишь частично; среда всегда допускает дальнейшую детализацию структуры в любой точке. Мы ничего априорно не знаем об окружающей среде за исключением того, что она фрактальна.

 

 

3. Декомпозиция среды на объекты

 

3.1. Исследование окружающей среды

 

В процессе исследования окружающая среда структурируется и информация о ней должна быть записана в память субъекта, чтобы затем использоваться для целенаправленного поведения и быть предметом обмена в процессе общения с другим субъектом в режиме диалога.

Целью является структура представления информации об окружающей среде в памяти интеллекта, для чего необходимо проанализировать процесс исследования интеллектом окружающей среды. Процесс исследования можно разложить на следующие этапы:

• Сканирование воспринимаемой части среды и выделение объектов;
• Установление связей между объектами;
• Занесение в память структуры объектов и их связей;
• Смена "точки стояния" субъекта;
• Повторение предшествующих шагов.

 

3.2. Объекты как опорные точки в среде

 

Выделение объектов - это первый этап структуризации среды. Объекты определяются по локальным совокупностям характерных признаков, позволяющих выделить их из среды в процессе восприятия. Объект это не обязательно физическое тело. Разделы доклада или сообщения вполне могут рассматриваться как объекты, представляющие собой декомпозицию темы.

Прагматика отображения объектов в памяти интеллекта сводится к информации, требуемой для вызовов программ действий, необходимых для поиска и распознавания объектов. Информации об объекте, сохраненной в памяти, должно быть достаточно для обнаружения этого объекта в окружающей среде. Это может быть визуальный образ объекта или некоторое описание на ЕЯ, которое может храниться в памяти субъекта.

 

3.3. Связи между объектами

 

Связи между объектами конструируются интеллектом в процессе структуризации окружающей среды. Связи между объектами устанавливаются посредством процессов, выполняемых субъектом, таких как "отследить взаимное расположение", "увидеть", "пройти расстояние от одного объекта до другого", "понять логические взаимосвязи между разделами текста". Другими словами, прагматика отображения связей между объектами сводится к действиям субъекта по выявлению этих связей.

Выявление связи это действие интеллекта по установлению отношения между объектами. Связи описываются наборами параметров, которых достаточно для того, чтобы запустить "программу", позволяющую интеллекту распознать конкретную связь между объектами.

Связи могут храниться в памяти интеллекта в виде информации, управляющей его органами восприятия, а также в виде фрагментов текстов на ЕЯ.

Цель этой работы - структурная модель. Будем считать, что и связи между объектами, и сами объекты записываются в единицах (ячейках) памяти интеллекта. Необходимо понять, каким образом ячейки должны быть связаны между собой, какой должна быть структура памяти интеллекта для обеспечения возможности построения модели окружающей среды.

 

 

4. Формирование структурной модели среды в памяти интеллекта

 

4.1. Обход объектов и построение модели в памяти интеллекта

 

Основное предположение данной работы относительно функционирования памяти интеллекта состоит в том, что в памяти формируется модель окружающей среды и некий "курсор" (мысленный взор) всегда направлен на ту ячейку памяти, которая соответствует объекту внешней среды, куда в данный момент направлено внимание субъекта. При этом происходит либо первоначальное занесение объекта или отношения (связи) в память, либо сопоставление восприятия с ранее записанной в память информацией.

Также предполагается, что 2 интеллекта, участвующие в мысленном эксперименте, являются обученными, и у них уже есть заранее определенные программы распознавания объектов и связей, согласно которым и происходит структуризация среды в процессе их деятельности. Для обоих интеллектов наборы объектов и связей между объектами, которые они могут увидеть в окружающей среде, являются одинаковыми.

Интеллект осуществляет процесс сканирования окружающей среды с целью выделения объектов и установления связей между ними. Наиболее простое предположение заключается в том, что этот процесс происходит по древовидному алгоритму: выделяется первый объект, затем первая связь этого объекта с следующим и так далее. "Видимый горизонт" может быть записан в память, как простая последовательность ячеек, хранящих объекты и связи, либо в виде дерева, если не удалось обойти все видимые объекты по связям без возвратов.

Из принципа параллельного сканирования модели и окружающей среды приведенный выше алгоритм исследования среды запишется несколько иначе:

• Найти объект, включая связь с предшествующим объектом.
• Если объекта и/или связи нет в модели – включить их в модель.
• Вернуться к шагу 1

Можно предположить параллельное формирование в памяти структуры визуально-двигательных образов и структуры языковых понятий, (идентификаторов), обозначающих объекты и отношения между ними.

 

4.2. Требования к модели окружающей среды

 

4.2.1. Планирование пути. Модель должна обеспечить возможность планирования пути для достижения определенного объекта, уже включенного в модель.

4.2.2. Отслеживание ситуации. Модель должна обеспечивать решение задачи "Ориентирование на местности" или "Возвращение в исходную точку".При перемещении в окружающей среде необходимо отслеживать ситуацию, чтобы в любой момент соотнести наблюдаемые объекты с их отображением в модели и обеспечить возможность возвращения в исходную точку.

4.2.3. Расширение видимого горизонта. При обходе объектов, включенных в модель, повторение сканирования с точек вблизи объектов, может выявить новые объекты. Соответственно модель должна быть расширена в этих точках. Расширения модели привязываются к прежде известным точкам, что позволяет сохранить целостность картины мира.

В структурной модели от объекта должна быть порождена связь типа "расширение горизонта", ведущая к новому фрагменту модели.

Возникает проблема отличить новый объект от ранее включенного в модель, поскольку с "нового горизонта" можно увидеть объекты одного или нескольких предыдущих горизонтов. Такие объекты не должны заново вноситься в модель, в соответствующих точках должны быть проставлены ссылки на описания объектов, включенные в модель ранее. Другими словами, необходимо установить факт, что наблюдаемый объект является известным, если его отображение уже присутствует в модели.

4.2.4. Детализация объектов. Объекты при приближении к ним могут быть детализированы, в них может быть выделена новая структура, то есть новые объекты и связи в той сущности, которая издалека представлялась одним неделимым объектом.

В этом случае в модели от объекта должна быть порождена связь типа "детализация", ведущая к субмодели более низкого уровня.

4.2.5. Распознавание неизвестного окружения. Попадая в неизвестное окружение, ИИ должен поддерживать целостность модели мира, либо сопоставив воспринимаемые объекты уже присутствующим в модели и определив тем самым точку стояния, либо построив в памяти новый фрагмент модели, отложив на будущее присоединение этого фрагмента к ранее построенной модели.

 

4.3. Структура памяти для формирования модели окружения

 

4.3.1. Требования к ячейкам памяти. Будем предполагать, что в ячейке памяти ИИ можно хранить информацию об объектах и связях между ними. Как в виде зрительных образов, так и в виде языковых конструкций.

4.3.2. Требования к структуре памяти. Описанный выше процесс взаимодействия ИИ с окружением приводит к необходимости для ИИ иметь память, расширяемую в любой ее точке, чтобы можно было реализовать процессы "расширения горизонта" и "детализации".

Отсюда следует необходимость иерархической структуры памяти, ячейка, описывающая объект должна как бы "раскрываться" на новом уровне, и давать возможность записать в память "новый горизонт" или детализацию внутренней структуры объекта.

При этом структура памяти на всех уровнях одинакова, поскольку всегда запоминаются объекты и связи между ними. Отсюда следует, что память должна быть фрактальной - структура любой части и целого однотипны.

Можно представить структуру памяти ИИ каждого уровня в виде некоей среды, позволяющей формировать произвольный граф объектов и связей. Однако можно обойтись более простой древовидной структурой.

Восприятие объекта или связи между объектами требует активных действий - движения взгляда, например. Восприятие всей зрительной сцены можно представить себе, как последовательность таких действий, запоминающих последовательность объектов, а затем построение ветвлений с установлением связей к другим объектам от уже хранящихся в памяти. Для реализации такого алгоритма должна быть предусмотрена потенциальная возможность построения произвольного количества связей от любого объекта по принципу "расширения горизонта" - здесь это будет выглядеть как расширение области анализа визуальной сцены.

Из такой логики восприятия следует представление о ветвящейся  древовидной структуре памяти ИИ, где первая цепочка объектов и связей записывается в последовательность ячеек, а затем эта последовательность ветвится не предсказуемым заранее образом.

Один и тот же объект или связь не должен при этом несколько раз заноситься в модель. Связи к известным объектам записываются особым образом. В специальной ячейке, отсылающаей к известному объекту, запоминается цепочка действий перемещения "курсора" по построенной модели среды, ведущая к записанному туда ранее объекту.

4.3.3. О модели Фрактальной Машины Тьюринга. На основании требований к структуре памяти ИИ, сформулированных в предыдущем разделе, можно предложить модель Фрактальной Машины Тьюринга, необходимой и достаточной для реализации этих требований с точки зрения структуры. Суть модели состоит в том, что любая ячейка ленты обычной МТ может быть детализирована целой лентой следующего уровня, а курсор может перемещаться не только вдоль лент, но и с уровня на уровень.

4.3.4. Аргументы в пользу древовидной фрактальной структуры памяти. Перечислены ниже:

• Древовидная структура - простейший вариант, достаточный для построения структурной модели исследования окружающей среды.
• Структура нейрона также древовидна.
• Поведение ИИ несложно описать в виде дерева действий - ситуаций.

• Хорошо структурированные компьютерные программы древовидны.

 

 

5. Диалог как процесс обмена информацией

 

5.1. Диалог с точки зрения прагматики

 

Два интеллекта в процессе диалога обмениваются информацией. Инициатива ведения диалога может принадлежать одной или другой стороне, а также стороны по очереди могут владеть инициативой или быть активными.

Активность в диалоге означает следующее. Активная сторона фактически исследует модель окружения, построенную другой стороной. Это происходит по тому же алгоритму, что и исследование окружающей среды, описанное выше, вследствие того, что внутренняя модель окружающей среды, сформированная ИИ, является также фрактальным объектом. Задавая вопросы, участник диалога выявляет объекты и связи, отображенные в модели другой стороны. При этом процесс диалога структурно аналогичен процессу исследования окружения.

 

5.2. Этапы диалога

 

Рассмотрим этапы диалога в свете аналогии с этапами исследования:

1. Выделение общей для обоих субъектам известной части модели окружения. По существу это выбор темы диалога. Задавая вопросы об объектах и связях, присутствующих в его модели, активный субъект находит структурно совпадающее множество объектов и связей в модели другого участника диалога. Это может напоминать решение задачи Распознавания Неизвестного Окружения.
2. Поиск в модели пассивного субъекта фрагмента модели части окружения, неизвестной активному участнику диалога. Алгоритм такого поиска сводится к обходу известных объектов совпавшей части модели и исследование возможностей детализации объектов или появления «нового горизонта», на тех объектах, которые не имеют подобных продолжений в модели активного участника диалога. Исследование выполняется посредством соответствующих вопросов.
3. "Копирование" знаний в модель окружающей среды активного субъекта. Активный участник может выбрать наиболее интересующий его объект, содержащий новую информацию, переместить "курсор" в своей модели к этому объекту, переместить «курсор» другого участника диалога к тому же самому объекту и начать достройку своей модели в режиме диалога, задавая вопросы о новых объектах и связях между ними. При этом могут быть заданы вопросы типа:

• Какие объекты есть?
• Как связан каждый объект с исходной точкой?
• Как связаны объекты между собой?

 

 

6. Выводы

 

1)     Принципиальным свойством интеллекта является способность накапливать информацию о внешней среде и упорядочивать на основе этой информации свои действия, свое поведение в среде.

2)     Структура памяти интеллекта соответствует структуре возможностей исследования окружающей среды интеллектом. Она должна быть фрактальной и скорее всего древовидной.

3)     С точки зрения прагматики процесс исследования окружающей среды субъектом и исследование памяти другого субъекта в процессе диалога между субъектами имеют сходную структуру.

4)     В качестве одного из субъектов диалога может рассматриваться ИИ (компьютер). В этом случае структурное построение компьютерной памяти по принципу Фрактальной Машины Тьюринга может оказаться весьма эффективным, так как соответствует структуре памяти человека.

5)     Парадигмы информационных технологий могут основываться на моделях Искусственного Интеллекта, а не только на концепциях типа объектно-ориентированного программирования, представлениях об автоматизации обработки документов на рабочем столе или на идеях создания виртуальной реальности путем имитации реальности объективной. В частности, навигационные механизмы часто используются в системах программного обеспечения. Исследуя навигационные абстрактные модели, ИИ, как научная дисциплина, может внести вклад в практику создания программных систем.

6)     Существует практически полезная реализация концепций этой работы. Это компьютерная "записная книжка" или можно сказать персональная информационная система, представляющая собой бесконечно расширяемую древовидную структуру текстовых строк. Она оказалась удобной для написания текстов путем поэтапного построения и последующей детализации структры заголовков и подзаголовков (с довольно частой их переструктуризацией). Она оказалась удобной для написания программ, которые сразу получались хорошо структурированными. При этом реализация, как и концепция, весьма просты, что и явилось поводом для появления на свет данного сообщения.

 

 

 

Structured model of dialog's pragmatics based on fractal

Intelligence-environment model

V. S. Shchepin

 

 

Key words: artificial intelligence, environment model, fractal object, fractal memory, Turing machine, structure of investigation, dialog, information exchange.

 

The aim of this paper is to investigate the structure of pragmatics in dialog interactions. The following logical scheme was chosen: An Intelligence must first of all percept an environment then build an internal model of this environment and then be capable to exchange information from the model with another Intelligence, natural or artificial. How it could be done? This is a problem. The first suggestion is that environment is fractal i.e. it's decomposition may be infinite at any point. The second suggestion is that an Intelligence memory should be fractal too. Fractal memory is needed to reflect a fractal reality of an environment.

During his activity in the environment the Intelligence must structure the environment in his memory. A structured model of environment should include objects and object’s relationships descriptions. The object’s description must contain information sufficient for object’s recognition by the Intelligence. The objects relationship’s description must contain information needed for checking the relationship in the environment. In fact relationships between environment’s objects are established by some actions of the Intelligence. In a process of the dialog between two Intelligences two structured environment models are first compared for common fragments and then extended by the unique fragments from both sides ensuring an exchange of experience. An environment is considered as static for simplicity.

The study of these questions may give us a qualitative understanding of what is knowledge, how it can be used and where is a boundary between known and unknown. The structured model proposed by this paper can serve for example as a model of interaction between a programmer and a computer. Hence the ideas expressed here may be useful for a computer memory and computer software perspective design including more powerful languages and operating systems for man-computer and for computer-computer interactions.