Мышление и компьютерный интеллект

Прошло около трех десятилетий с тех пор, как академик А. Н. Колмогоров предсказал: "В принципе автоматы могут обладать всеми основными свойствами самых сложных систем и даже человеческого мозга". Этот вывод выдающегося советского математика и одного из основоположников кибернетики указывает на принципиальную разрешимость проблемы создания компьютерного интеллекта. Он вдохновил многих исследователей искусственного интеллекта на углубленный научный поиск в этом новом научном направлении. Один из ведущих американских специалистов в этой области - академик М. Минский писал: "Когда говорят о проблеме искусственного интеллекта, имеют в виду создание машин и программ для них, способных решать задачи, которые мы считаем интеллектуальными".

Что же представляют собой интеллектуальные задачи и как оценить интеллект компьютера? Какой смысл мы вкладываем в понятие "искусственный интеллект"?

Поставить эти вопросы гораздо проще, чем дать на них конструктивный ответ. Прежде всего нужно разобраться, что мы подразумеваем под термином "интеллект". Однако даже специалисты, занимающиеся изучением мозга и мышления, затрудняются точно и однозначно определить это понятие.

Хорошим подспорьем здесь может послужить уточнение понятия "интеллектуальная задача". Для этого целесообразно исключить из класса интеллектуальных такие задачи, для которых заранее известен точный алгоритм решения. В рамках такого подхода к неинтеллектуальным задачам можно отнести многие задачи чисто вычислительного характера - решение системы линейных алгебраических уравнений, численное интегрирование дифференциальных уравнений и т. д. Для их решения имеются стандартные алгоритмы. Они представляют собой определенную последовательность элементарных операций, которая может быть легко реализована в виде программы для компьютера.

В противоположность этому для широкого класса задач интеллектуального характера, таких, как распознавание образов, игра в шахматы, доказательство теорем и т. п., формальное разделение процесса поиска решения на отдельные элементарные операции часто оказывается весьма затруднительным и неоднозначным. Последнее связано прежде всего с трудностью формального описания этих задач. Например, человек может отличить кошку от собаки или русскую речь от английской, но не даст формального описания соответствующего алгоритма распознавания.

Тип задачи предопределяет алгоритм ее решений. В чем состоит специфика алгоритмов решения интеллектуальных задач?

Рассмотрим в качестве примера алгоритм решения задачи на доказательство. Процесс решения этой задачи как результат интеллектуальной деятельности - есть доказательство, т. е. последовательность логических операций, начинающихся с условий задачи и заканчивающихся заключением - теоремой. При этом каждая операция приводит к некоторому новому положению, полученному из уже известных фактов (аксиом), или из ранее доказанных положений (лемм или теорем).

Многие нематематические задачи можно себе представить в том же аспекте. Например, технологу при наладке производства нового изделия необходимо спланировать, скоординировать и уложить в согласованную схему множество операций: выбор и подготовку оборудования, формулировку конструктивных требований и ограничений, обоснование технологических маршрутов и т. п. Сверх того, в его обязанности может входить согласование этих технологических операций с операциями совершенно иного характера (финансовыми, экологическими, юридическими и т. п.). Все они взаимосвязаны и могут быть спланированы так, что в результате их осуществления будет получено требуемое изделие с нужными свойствами.

Таким образом, чтобы решить "задачу на доказательство", необходимо составить хорошо скоординированную, согласованную схему операций (логических, математических или прикладных), начинающуюся с условий (предпосылок) и заканчивающуюся заключением (целью). Эта схема последовательно ведет от данных к неизвестному, от объектов, находящихся в нашем распоряжении, к объектам, которые нужно достичь.

Решая интеллектуальные задачи, мы постоянно ищем пути и средства к достижению той или иной цели, пытаемся выработать какой-то план действий, следуя которому можно достичь этой непосредственно недоступной цели. Именно способность к преодолению трудностей и препятствий, к нахождению обходного пути к цели там, где нет прямого пути, отличает интеллектуальную деятельность от неинтеллектуальной. Она возвышает "умное" животное над "глупым", человека - над самым "умным" животным и гениальных людей - над другими людьми. Разумеется, интеллектуальная деятельность человека отличается от таковой у животных.

Важнейшим отличием интеллекта человека является язык. С его помощью человек получает возможность значительно расширить свои интеллектуальные способности и класс решаемых задач. Однако и в жизни животных интеллектуальная деятельность также играет определенную роль, нередко определяя саму возможность их существования.

Умение решать интеллектуальные задачи, т. е. способность целенаправленно преобразовывать поступающую информацию и имеющиеся знания, приобретается путем обучения на опыте, подобно, скажем, умению управлять автомобилем. Учась вождению, мы подражаем опытным автомобилистам в том, что они делают руками и ногами. При помощи упражнений мы вырабатываем у себя необходимые навыки вождения. Точно так же, учась решать задачи, мы наблюдаем и подражаем другим в том, как они это делают. При этом мы вырабатываем у себя соответствующие навыки путем упражнений, т. е. путем обучения на опыте. Заметим, что умение решать задачи гораздо важнее, чем одно чистое знание, хотя, конечно, без необходимых знаний невозможно и решение.

Попытаемся теперь определить: что же такое интеллект? За основу возьмем следующий вариант определения.

Интеллектом будем называть способность мозга решать интеллектуальные задачи путем приобретения, запоминания и целенаправленного преобразования знаний в процессе обучения на опыте и адаптации к изменяющимся условиям. В этом определении под термином "знания" мы подразумеваем не только ту информацию (непосредственные впечатления), которая поступает в мозг через органы чувств. Такого типа знания, конечно, чрезвычайно важны. Но сами по себе они недостаточны для интеллектуальной деятельности. Дело в том, что объекты окружающей нас среды не только воздействуют на органы чувств, но и находятся друг с другом в определенных отношениях. Ясно, что для эффективного осуществления в изменяющейся окружающей среде интеллектуальной деятельности необходимо иметь в системе знаний модель этой среды. В информационной модели среды реальные объекты, их свойства и отношения между ними не только отображаются и запоминаются, но и, как это отмечено в данном определении интеллекта, могут мысленно "целенаправленно преобразовываться". При этом существенно то, что формирование модели внешней среды происходит "в процессе обучения на опыте и адаптации к изменяющимся условиям".

Деятельность мозга, направленная на решение интеллектуальных задач, представляет собой процесс мышления. Поэтому ее называют интеллектуальной. Интеллект и мышление органически связаны с решением таких задач, как доказательство теорем, логический анализ, распознавание ситуаций, планирование поведения, игры и управление в условиях неопределенности.

Характерными чертами интеллекта, проявляющимися в процессе решения задач, являются способность к обучению, обобщению, накоплению опыта (знаний и навыков) и адаптации к изменяющимся условиям. Благодаря этим свойствам интеллекта мозг может решать разнообразные задачи, а также легко перестраиваться с решения одной задачи на другую. Таким образом, мозг, наделенный интеллектом, является универсальным средством решения широкого круга задач (в том числе неформализованных), для которых нет стандартных, заранее известных алгоритмов решения.

Мышление и компьютерный интеллект

Важно отметить, что приведенное выше определение интеллекта конструктивно в том смысле, что оно раскрывает основные черты механизма мышления. Следует иметь в виду, что существуют и другие, чисто поведенческие (функциональные) определения. Так, по А. Н. Колмогорову, любая материальная система, с которой можно достаточно долго обсуждать проблемы науки, литературы и искусства, обладает интеллектом.

Другим примером поведенческой трактовки интеллекта может служить известное определение А.Тьюринга, данное им в 50-х гг. в книге "Может ли машина мыслить?". Оно основано на специально организованной "игре в имитацию" между людьми и машиной, которые находятся в разных комнатах, но имеют возможность обмениваться информацией (например, с помощью телеграфной связи). Если в процессе диалога между участниками игры людям не удается установить, что один из участников - машина, то такую машину можно считать обладающей интеллектом.

Недостатком тьюринговского определения интеллекта является то, что в принципе можно разработать компьютер с полным набором решений на все возможные задачи. Такой компьютер для любой поставленной задачи просто находит в своей памяти соответствующее решение. По определению Тьюринга, он обладает интеллектом. Однако такое поведение компьютера явно не соответствует нашему интуитивному представлению о мышлении. Это наводит на мысль, что определение интеллекта должно содержать нечто, показывающее, каким образом решаются интеллектуальные задачи. Этому требованию удовлетворяет наше определение. Оно, в частности, позволяет отличить лицо, творчески решающее задачу, от лица, заранее заучившего решение.

Можно ли промоделировать интеллектуальную деятельность, а если можно, то как это сделать? Интересен план имитации мышления, предложенный А. Тьюрингом. "Пытаясь имитировать интеллект взрослого человека, мы вынуждены много размышлять о том процессе, в результате которого человеческий мозг достиг своего настоящего состояния... Почему бы нам вместо того, чтобы попытаться создать программу, имитирующую интеллект взрослого человека, не попытаться создать программу, которая имитировала бы интеллект ребенка? Ведь если интеллект ребенка получает соответствующее воспитание, он становится интеллектом взрослого человека... Наш расчет состоит в том, что механизм в мозге ребенка настолько несложен, что устройство, ему подобное, может быть легко запрограммировано... Таким образом, мы расчленим нашу проблему на две части: на задачу построения "программы ребенка" и задачу "воспитания этой программы".

Сегодня многим ученым представляется несомненным, что компьютеры могут, в принципе, обладать всеми основными чертами интеллекта. Более того, современные компьютеры вместе с их алгоритмическим и программным обеспечением уже обладают, по крайней мере частично, этими чертами. Они легко справляются с решением отдельных интеллектуальных задач, и можно сказать, что они обладают элементами искусственного интеллекта. Таким образом, на вопрос "Могут ли компьютеры мыслить?" следует дать положительный ответ. При этом нужно исходить из того, что вопрос должен быть решен путем эксперимента, наблюдения и сравнения поведения компьютера с поведением человека в процессе решения интеллектуальных задач.

Круг проблем, объединяемых термином "искусственный интеллект", достаточно широк. В самом общем смысле искусственный интеллект - это совокупность компьютерно-ориентированных алгоритмов и программ, обеспечивающих целенаправленную переработку информации (знаний) в соответствии с приобретаемым в процессе обучения и адаптации опытом при решении разнообразных интеллектуальных задач.

Работы по созданию систем искусственного интеллекта на базе компьютеров находятся сейчас в начальной стадии. В основном такие системы существуют в виде "интеллектуализированных" компьютеров, способных изолированно решать такие задачи, как игра в шахматы или в другие интеллектуальные игры, сочинение музыки, доказательство математических теорем, диалог с человеком на естественном языке и т. д.

Главная трудность при создании интеллектуальных систем состоит не в поиске элементов, из которых их можно построить, а в отыскании алгоритмов и логики совместной целенаправленной работы большого количества таких элементов. Возможности той или иной системы искусственного интеллекта в основном определяются заложенными в них алгоритмами и программами. Особенности же их технической реализации не имеют принципиального значения.

Возможности компьютерного интеллекта (как, впрочем, и возможности интеллекта человека) далеко не безграничны. Это связано с тем, что объем памяти, скорость запоминания и считывания информации в компьютерах практически всегда ограниченны, вследствие чего не могут решаться интеллектуальные задачи высокой размерности или сложности.