Системы продукций и решение задач человеком

Содержится ли в вычислительных теориях решения задач что- нибудь полезное для психологических моделей мышления человека? Ответ является положительным: да содержится, по крайней мере для некоторых психологов, пытающихся понять обычную для человека деятельность, пользуясь теми же терминами и представлениями, которые применяют исследователи, работающие над тем, чтобы сделать вычислительные машины более сообразительными. Системы продукций, например, могут открыть путь построения новых методов квалифицированного решения задач, или их можно применить для объяснения некоторых результатов экспериментальной психологии.

Одна из групп экспериментаторов обращается к вопросам структуры и ограничений, присущих процессору, предполагая справедливость модели, основанной на системе продукций. Они пробуют так и сяк, часто пытаясь изобрести незнакомые задачи, так что знания, которые обычно взаимодействуют с процессором и вуалируют его природу, оказываются заблокированными. Вот почему некоторые полагают, что эксперименты с криптоарифметикой и бессмысленными символами представляют собой полезный, не бессмысленный подход к изучению основных вопросов.

Конечно, обработка информации человеком представляет большую загадку, решение которой может начаться со многих различных направлений. Некоторые полагают, что для ее разгадки лучше всего вести работу с двух сторон, используя физиологическую психологию и психологию, основанную на обработке информации, и двигаясь в направлении их объединения.

С точки зрения обработки информации интересен нейронный механизм, как основа аппаратурной части, и то, как накапливаемые знания образуют соответствующее программное обеспечение. Разумеется, эти два вопроса не являются независимыми, поскольку взаимодействие аппаратурной и программной части должно протекать достаточно гладко.

Системы продукций могут моделировать решение некоторых задач человеком

Последовательные приверженцы систем продукций полагают, что у людей имеются продукции, которые занимаются коммутацией небольшой, непостоянной совокупности элементов. Этот комплекс они называют кратковременной памятью.

• Согласно теории продукций, применительно к человеку, в кратковременной памяти находятся всего лишь несколько простых символьных "кусков" информации, а в долговременной памяти содержатся все процедуры, которые могут быть реализованы. Специфические комбинации элементов кратковременной памяти активируют процессы долговременной памяти, которые все представлены в виде продукций.
• Допустимыми процедурами являются только продукции, активируемые комбинациями, возникающими в кратковременной памяти. Решения о контроле и межпроцедурной взаимосвязи принимаются исключительно такой кратковременной памятью.

Таким образом, кратковременная память занимается вызовом процедур, решением, что им делать и куда отдавать свои результаты. Каждый "кусок" информации в кратковременной памяти может быть одиночным символом, например МИГРЕНЬ, или небольшим их сочетанием, наподобие ПРОБЛЕМА: КУРИТ СИГАРЕТЫ. Очевидно, что в кратковременной памяти имеется от пяти до девяти таких совокупностей. Часто говорят о феномене "семь плюс-минус пять".

В элементарной системе продукций все операции относятся к кратковременной памяти и все весьма примитивны. Каждая продукция может возбуждать любую комбинацию примитивных операторов при поступлении соответствующего сочетания. Если кратковременной памяти соответствуют сочетания, характеризующие более одной продукции, то в действие вводится процедура, определяющая упорядочение. Такими примитивными элементами являются следующие:

• Продукция может записать новый элемент в кратковременную память. Новый элемент становится первым и приводит к выбрасыванию некоторого элемента с конца. Отсюда тенденция, напоминающая свойство людей забывать о том, что уже находилось в кратковременной памяти в течение некоторого времени.
• Продукция может обратить внимание на элементы кратковременной памяти, переместив эти элементы с их мест вперед. Это создает некоторую защиту элементам в отношении вытеснения из кратковременной памяти при поступлении новых.
• Продукция может поставить метку на некотором элементе кратковременной памяти. Хотя отсутствует возможность непосредственно вычеркнуть элементы из кратковременной памяти, отметка настолько меняет восприятие данного элемента, что достигается практически тот же эффект. Поскольку продукциям редко требуются отмеченные элементы, то у них есть тенденция перемещаться к концу кратковременной памяти и в конечном счете отбрасываться, т. е. навсегда забываться. Отметка часто используется для того, чтобы не дать описанию цели снова и снова запускать одну и ту же продукцию, иначе этот цикл может стать бесконечным^
• Продукция способна вступать в связь с окружающей средой: продукция может послать сообщение, требуя, таким образом, новой информации, и аналогично продукция может принять сообщение, поместив его в начало кратковременной памяти. У людей эта связь по большей части будет осуществляться через механизмы внимания и анализа, содержащиеся в зрении и речи. При моделировании с использованием вычислительной машины как посылка сообщений, так и их принятие в общем случае происходят с использованием терминального устройства.

Продукциям Робби, связанным с зоопарком, легко может быть придана такая форма. Однако для того, чтобы при решении тяжелых задач от систем продукций была реальная польза, нужно обобщить систему, выйдя за рамки примитивных компонент элементарной теории. Нужно, чтобы слева в продукциях стояли более серьезные комбинации, требующие сопоставления, а справа были представлены более серьезные вычисления. Однако когда это произойдет, то результатом может стать система продукций, заполнение которой происходит с помощью более или менее обычного языка программирования. Если такое слияние сделано умело, то можно ожидать от системы больших возможностей, в противном случае может получиться чудовище.

Анализ протоколов дает основания для предположения о системе продукций

Чтобы как-то понять, что происходит в голове у человека, когда тот решает задачи, терпеливые психологи делают записи мыслей, высказываемых субъектами, размышляющими вслух, пытаясь найти те продукции, которые при этом используются. Психологи прибегают к профессиональному жаргону, который необходимо здесь пояснить:

• Состояние знаний - это то, что знает субъект. .Состояние знаний субъекта меняется всякий раз, когда он что-то выводит, что-то забывает или что-то усваивает через органы чувств.
• Граф поведения задачи - это путь субъекта, решающего задачу, проходимый им по состояниям знаний.

Обычно граф поведения задачи является важным, потому что он позволяет распутать некоторые факты относительно субъекта, создающего этот граф. Анализируя тот путь, по которому одно состояние знаний переходит в другое, можно сделать выводы относительно продукций, приводящих к таким изменениям. Рассмотрим, например, следующий фрагмент протокола:

Давайте посмотрим, я хочу узнать, что это за животное, интересно, не леопард ли это - пока что у меня нет никаких данных, позволяющих продолжить эту линию рассуждения, и я думаю, что я начну с выяснения, не хищник ли передо мной - прежде я лучше посмотрю, млекопитающее ли это - да, это так, очень хорошо - шерсть - кажется, оно ничего сейчас не ест, так что я не могу сказать, хищник ли это - да, но конечно, у него острые зубы, клыки и вперед смотрящие глаза, конечно же это хищник- так, значит, это хищник, и я к тому же вижу, что он рыжевато-коричневого цвета с темными пятнами - это, должно быть, леопард!

Дело выглядит так, как если бы факты собирались в следующем порядке: шерсть, млекопитающее, острые зубы, клыки, вперед смотрящие глаза, хищник, рыжевато-коричневый цвет, темные пятна и леопард. На основе подобных наблюдений психологи могли бы, вероятно, заключить, что система продукций Робби работает в обратном направлении, как в примере с зоопарком, который был приведен раньше. Но здесь недостаточно данных, чтобы быть уверенным, каким методом собирались упомянутые факты и сопоставлялись друг с другом, и необходим более продолжительный протокол, описывающий процесс идентификации большего числа животных.