Искусственный интеллект

Предыстория вопроса

Искусственный интеллект как научное направление возникло в 50-х годах в связи с появлением достаточно мощных вычислительных машин. Рассматриваемые проблемы состояли в воспроизведении на ЭВМ отдельных интеллектуальных задач, считавшихся ранее привилегией человеческого разума. В основу понятия "искусственный интеллект" было положено предположение о том, что интеллектуальные задачи могут быть описаны с помощью алгоритмов и эвристических приемов, т. е. сведены к задачам переработки информации.

Вопрос о том, можно ли формализовать мышление человека, т. е. свести его к набору правил и процедур, возник задолго до того, как появился сам термин "искусственный интеллект". Вычислительные машины оказались лишь материальным средством для реализации таких процедур. Это связано с тем, что проблема формализации мышления по существу является проблемой познания законов мышления.

Рассматривая вопросы, связанные с искусственным интеллектом, следует помнить слова В. И. Ленина: "...не забывать основной исторической связи, смотреть на каждый вопрос с точки зрения того, как известное явление в истории возникло, какие главные этапы в своем развитии это явление проходило, и с точки зрения этого его развития смотреть, чем данная вещь стала теперь" [10, с. 67].

Если рассматривать проблемы искусственного интеллекта в этом аспекте, можно заметить, что они в той или иной мере изучались в течение всей истории развития науки. При этом сфера формализации интеллектуальных задач всегда была предметом дискуссий, в то время как сама эта формализация, будучи аппаратом мышления, постоянно развивалась.

Уже Платон ставит вопрос о том, что всякое знание и умение должно быть представлено в виде точных определений и правил. Эту формализацию он распространяет и на этическую область - взаимоотношений между людьми [11, с. 362].

Аристотель считается создателем формальной логики, позволившей установить основные правила рассуждений. Но вместе с тем он не находит возможным применять формальные правила в этической сфере. Обсуждая вопрос о возможности установления таких правил, в частности при определении вины подсудимого, он считает, что трудно найти формулу, с помощью которой можно было бы определить, до какой степени может заблуждаться человек, чтобы его сочли виновным [12]. Для этого приходится обращаться к понятиям, которые воспринимаются интуитивно, к обстоятельствам и мнениям.

Идея применения точных методов к анализу деятельности человека и его мышления получила значительное развитие в XVII-XVIII столетиях в связи с успехами точных наук.

Этой проблемой интересовался Р. Декарт, считавший некорректной постановку вопроса о создании разумных машин: "... хотя бы такие машины выполняли много вещей так же хорошо или, может быть, даже лучше, чем кто-либо из нас, они неизбежно tie могли бы выполнить ряда других, благодаря чему обнаружилось бы, что они действуют не сознательно, но лишь в силу расположения своих органов. Ибо в то время, как разум является орудием универсальным, которое может служить при всякого рода обстоятельствах, эти органы нуждаются в особом расположении для выполнения каждого особого действия. Отсюда явствует, что морально невозможно иметь достаточно органов в одной машине, чтобы они заставили ее действовать во всех обстоятельствах жизни таким же образом, как нам позволяет действовать наш разум" [13, с. 301]. Любопытно, что Декарт отрицал разумность животных, рассматривая их как автоматы, действующие по принципу стимул-реакция. Способность к разумному поведению Декарт связывал с наличием идеального начала - души.

Ж. Ламетри в XVIII в. написал книгу "Человек-машина", в которой выражает точку зрения, противоположную взглядам Декарта: "Очевидно, во Вселенной существует только одна субстанция и человек является самым совершенным ее проявлением. Он относится к обезьяне и к другим умственно развитым животным, как планетные часы Гюйгенса к часам императора Юлиана... Я не ошибусь, утверждая, что человеческое тело представляет собой часовой механизм" [14, с. 616]. Несмотря на то что точка зрения Ламетри отражает крайний механицизм в подходе к человеческой деятельности, надо иметь в виду ее прогрессивность для своего времени. Такой подход открывал простор применению методов точных наук для исследования человека, что противоречило господствующей тогда идеологии. Книга Ламетри была публично сожжена за свое материалистическое направление.

Вопрос о возможности формализации мышления рассматривал Гоббс в своих работах "Учение о теле" и "Левиафан". Оп признавал возможность сведения мышления к формально-логическим и даже арифметическим операциям: "Когда человек рассуждает, он лишь образует в уме итоговую сумму путем сложения частей... ибо рассуждение... есть не что иное, как подсчитывание (т. е. складывание и вычитание) связей общих имен с целью отметить и обозначить паши мысли" [15, с. 75]. Таким образом можно вычислять "величины, тела, движения, времена, качества, деяния, понятия, отношения, предложения и слова".

Дальнейшее развитие формализация мышления получила в работах Г. В. Лейбница. Определив небольшое количество исходных и не определяемых идей, Лейбниц попытался установить систему правил, "алгебру", позволяющую сформулировать любое сложное понятие: "В философии мною найдено средство достичь того же, что сделали Декарт и другие для арифметики и геометрии с помощью алгебры и анализа... Указан путь, на котором все существующие на свете составные понятия могут быть разложены на небольшое число простых понятий, являющихся как бы их алфавитом, и посредством правильного метода из комбинации букв такого алфавита могут быть со временем вновь получены все вещи вместе с их теоретическими доказательствами" [16, с. 10].

Лейбниц предполагал, что построенный символический язык позволит решить любую проблему: "...и если кто-нибудь усомнился бы в том, что я выдвигаю, я ответил бы ему: ,,Давайте вычислим, сударь!" -и мы, взяв перо и чернила, быстро вышли бы из затруднительного положения" [17]. Лейбниц подчеркивает чрезвычайную важность подобных исследований: "...после того, как для большинства понятий будут установлены характеристические числа, человеческий род приобретет как бы новый орган, который расширит творческие возможности духа в гораздо большей мере, чем это делают оптические инструменты по отношению к остроте зрения, и который в той же мере превзойдет микроскопы и телескопы, в какой разум превосходит зрение" [17].

Несмотря на то что Лейбницу не удалось решить поставленную задачу, его мысли созвучны современным представлениям о задачах теории искусственного интеллекта. Не менее современно воспринимается и высказывание Гегеля, критически относившегося к теории Лейбница: "С этим у Лейбница была связана любимая его мысль, к которой он пришел еще в юности и от которой, несмотря на ее незрелость -и поверхностность, не отказался и впоследствии: мысль о некоторой всеобщей характеристике понятий, о письменном языке, в котором каждое понятие было бы представлено как соотношение, вытекающее из других понятий, или как соотношение с другими, как будто в разумной связи, которая существенно диалектична, какое-либо содержание еще сохраняет те же самые определения, которые оно имеет, когда его фиксируют отдельно" [18].

Практическим вкладом Лейбница в решение проблемы искусственного интеллекта было создание им двоичной системы счисления. Это позволило Дж. Булю в 1847 г. сделать следующий шаг - разработать бинарную алгебру, 2 в которой единица обозначает истину, ноль - ложь, а основными действиями являются логические операции "и", "или" [19]. Подчеркнем, что Буль, как и Лейбниц, руководствовался отнюдь не формально-математическими соображениями; его цель была исследовать основные законы тех операций разума, посредством которых осуществляется рассуждение, выразить их на символическом языке некоторого исчисления.

В 1884 г. была опубликована работа русского математика Л. С. Порецкого [20], в которой приводились способы решения логических равенств.

Несколько раньше (в 1834 г.) англичанин Ч. Беббидж выдвинул проект "аналитической машины", которая была прообразом современной цифровой вычислительной машины. Проект намного опережал технологические возможности своего времени. Только в 1944 г. X. Айкен построил первую цифровую вычислительную машину "Марк-1" (с использованием 3000 телефонных реле), которая могла реализовать идеи Лейбница и Буля.

Проблемой вычислительных машин занимались русские ученые, в том числе П. Л. Чебышев. Академик А. Н. Крылов в 1904 г. опубликовал работу, где описал созданную им машину для умножения и интегрирования [21].

Последующие успехи кибернетики были подготовлены не только развитием вычислительной техники и соответствующего математического аппарата, но и успехами в области физиологии. Применение в этой области точных естественнонаучных методов позволило существенно продвинуться в понимании процессов высшей нервной деятельности. Выдающаяся роль здесь принадлежит русским ученым, в том числе И. М. Сеченову и И. П. Павлову. Особенностью подхода русских ученых было рассмотрение человека и животных как самоуправляющейся и саморегулирующейся системы. Именно такой подход принят И. М. Сеченовым в книге [22]. Во введении он, в частности, пишет: "Во всякой машине можно различить части, соответственно составляющие рабочий механизм, и придатки, которыми управляется ход машины... Так и в животном теле система мышц, прикрепленных к подвижным частям костного скелета, составляет тот механизм, при посредстве которого человек и животные производят внешние механические работы, а регуляторами служат нервные придатки, которыми двигательная машина пускается В ход, или останавливается; ускоряется, или умеряется в ее действии".

Такой подход был значительно развит И. П. Павловым, который писал, что "человек - есть, конечно, система (грубее говоря,- машина), как и всякая другая в природе, подчиняющаяся неизбежным и единым для всей природы законам; но система, в горизонте нашего современного научного видения, единственная по высочайшему саморегулированию. С этой точки зрения метод изучения системы человека тот же, как и всякой другой системы: разложение на части, изучение значения каждой части, изучение связи частей, изучение соотношения с окружающей средой и, в конце концов, понимание на основании всего этого ее общей работы" [23, с. 491].

Развитие науки о высшей нервной деятельности явилось важнейшей предпосылкой возникновения кибернетики как науки. Основные положения этой науки, охватывающей как живые организмы, так и технические системы, были разработаны математиками Н. Винером, Дж. Нейманом, В. Питтсом совместно с физиологами А. Розенблютом и У. Мак-Каллоком.

В СССР в 50-х годах существовала Комиссия по телемеханике и автоматике АН СССР, к которую наряду с инженерами и математиками входил известный биофизик академик П. П. Лазарев. В своих работах он подчеркивал связь физиологии и техники при решении задач управления. Выдающаяся роль в создании математического аппарата кибернетики принадлежит советским ученым А. Н. Колмогорову, С. Л. Соболеву, А. Я. Хинчину.

А. Тьюринг в 1950 г. поставил вопрос о том, могут ли машины мыслить [24]. Отметим, что слово "мыслить" здесь следовало бы заключить в кавычки, поскольку в качестве критерия, "мыслит" машина или нет, Тьюринг предлагает процедуру, основанную на сходстве внешнего поведения машины и человека. Эта процедура представляет собой игру в имитацию, в ходе которой человек, ведя беседу с неизвестным собеседником, по его ответам на вопросы должен установить, имеет ли он дело с человеком или с машиной. Конечно, такая процедура не дает оснований говорить о разумности машины. Опыт поставлен некорректно, потому что под словом "мыслить" понимается не процесс мышления человека, а его внешние проявления. В частных случаях, однако, такие проявления могут совпадать по форме с результатами работ машины и создавать иллюзию ее разумности.

Каково фактическое состояние проблемы "искусственный интеллект"- какие вопросы в наше время решаются в этой области? Некоторые из них были намечены Тьюрингом: "Мы можем надеяться, что машины будут соперничать с людьми во всех чисто интеллектуальных областях. Но какие из этих областей наиболее пригодны, чтобы начать именно с них? ...Многие считают, что лучше начать с какой-нибудь абстрактной деятельности, например с игры в шахматы. Другие предлагают снабдить машину хорошими органами чувств, а затем научить ее понимать и говорить по-английски. В этом случае машину можно будет обучать как ребенка: указывать на предметы и называть их" [24].

Действительно, проблемы интеллектуальных игр (в том числе шахматной), а также проблемы распознавания образов (в частности, понимания текста машиной) стали теми областями, в которых были сосредоточены основные силы исследователей искусственного интеллекта. И решались эти задачи с помощью совершенно различных подходов. Условно можно выделить три основные направления, в русле которых пошло дальнейшее развитие теории искусственного интеллекта.

Первое направление - это моделирование интеллектуальных задач с помощью традиционных машинных алгоритмов. Сходство с интеллектуальной деятельностью оператора при этом обнаруживается только в результатах, но не в процессе деятельности. Второе направление претендует на моделирование некоторых особенностей мышления человека применительно к решению специальных задач. Например, особенностей мышления шахматиста, обдумывающего очередной ход. Такое направление (имеющее, конечно, намного более широкое применение, чем игра в шахматы) получило название эвристического программирования.

В основе третьего направления лежит установление аналогий между структурами мозга и вычислительных устройств. Основоположниками такого подхода можно считать У. Мак-Каллока и В. Питтса. В начале 50-х годов они издали книгу "Логическое исчисление идей, относящихся к нервной активности" [25], в которой изложили математическую теорию нервных сетей. Элемент такой сети - нейрон может иметь два состояния-"да" и "нет". Авторы приходят к выводу, что все логические операции, которые могут быть описаны на формальном языке, можно реализовать с помощью нервной сети. Терминология этой теории основана на определенной аналогии с работой нервной сети мозга, состоящей из нейронов. Аналогия эта является внешней, так как работа нейрона неизмеримо сложнее; в частности, установлено, что нейроны могут иметь бесчисленное множество состояний.

Это, однако, не снижает значимости теории нервных сетей как научного направления. Она получила дальнейшее развитие в ряде работ, например в книге Ф. Розенблатта [26], где раскрываются некоторые закономерности функционирования нейродинамических структур и формулируются правила, которые можно положить в основу вычислительных структур, работающих по принципу нервной сети.

Тем не менее вывод, что нервные сети являются аналогом соответствующих структур мозга и, следовательно, могут решать такие же задачи, отсюда не следует. На это указывал еще Дж. Нейман: "Налицо эквивалентность между законами логики и их осуществлением в нервной сети ...но эти законы и нервные сети не способны дать описания работы такой сложной системы, как мозг" [24, с. 92]. Нервные сети позволяют воспроизвести лишь то, что может быть формализовано по законам логики. Поэтому пределы формализации являются одновременно и пределами автоматизации мышления (в математике такие пределы устанавливаются известной теоремой К. Гёделя, согласно которой существуют алгоритмически неразрешимые задачи). Ограничения, свойственные возможностям нервных сетей, конечно, не распространяются на работу мозга, потому что эту работу нельзя свести только к функционированию нейронов. Как писал Ф. Энгельс, "мы, несомненно, "сведем" когда-нибудь экспериментальным путем мышление к молекулярным и химическим движениям в мозгу; но разве этим исчерпывается сущность мышления?" [27, с. 563].