Журнал «Вокруг Света» №10 за 2007 год - Вокруг Света

Чтобы оставить компьютеру интеллектуальную свободу, были разработаны языки принципиально иного типа — декларативные. Самый известный из них назывался Пролог (от «программирование логическое»), само это название говорит о том, какие большие возлагались на него надежды. Вместо инструкций программист записывает на Прологе формализованные знания о предметной области и формулирует условия задачи, а компьютер пытается найти ее решение, опираясь на описания (декларации) и правила логики. Например, в качестве предметного мира можно задать набор геометрических аксиом, условием задачи взять теорему Пифагора, а компьютер построит ее доказательство. Калькуляторы отучили школьников считать, а с таким языком и умение рассуждать оказалось бы лишним.

Впрочем, ставка на декларативные языки, в частности на Пролог, была ошибкой. За оберткой Пролога все равно скрывается обычный компьютер, выполняющий команду за командой. А то, что снаружи выглядит как интеллектуальный поиск доказательства, внутри оказывается перебором всех возможных вариантов рассуждений, пока один из них не окажется нужным доказательством. С несложной теоремой компьютер справляется на удивление быстро. Но стоит немного усложнить задачу, и вот уже никакой, даже самой фантастической, производительности не хватит для полного перебора вариантов.

В 1997 году компьютер IBM Deep Blue, анализирующий 200 миллионов позиций в секунду, одержал победу во втором матче с чемпионом мира по шахматам Гарри Каспаровым

С такой же проблемой столкнулись и создатели шахматных компьютеров. Допустим, у белых и черных в каждый момент есть 32 различных хода. Чтобы изучить партию на два хода вперед, нужно перебрать миллион позиций — человеку понадобилась бы неделя, если тратить полсекунды на вариант. Компьютер, конечно, справляется с этим гораздо быстрее — вот почему машина легко обыгрывает начинающего игрока, который «видит» не дальше 2—3 ходов. Но при пяти ходах число вариантов превышает квадриллион, а такой перебор не под силу даже современным компьютерам.

Гроссмейстеры, между тем, заглядывают порой куда дальше. В отличие от компьютера они сразу отбрасывают бесперспективные пути, отсекают целые ветви рассуждений, объясняя это, например, потерей темпа или позиционного преимущества. Что-то подобное скажет вам и математик, если спросить, почему он выбрал именно такой первый шаг в доказательстве. Только концентрация на небольшом числе интересных вариантов позволяет заглянуть вперед. Правда, при неудачном подходе вы рискуете отсечь как раз ту ветвь, которая содержала самый перспективный ход, или, наоборот, не заметить скрытую угрозу. Но «борьба с экспонентой», с катастрофическим ростом числа вариантов заставляет нас выйти за рамки надежных формальных методов и рискнуть ставить оценки без полной уверенности в них.

Оценочная функция

Если в целом сформулировать, как работает любая система ИИ, то можно сказать, что в ее основе лежит сложная оценочная функция. Какой ход лучше, тратить ли время на изучение его последствий? На какую букву больше похоже вот это пятно на бумаге? Покупать или продавать акции? Идти в атаку или укреплять оборону? Такой взгляд демистифицирует понятие ИИ. Так что, если вам скажут, что ваша стиральная машина оснащена интеллектуальной системой гашения вибраций, вполне возможно, что так оно и есть.

В простых случаях оценочную функцию тем или иным способом задает разработчик системы. В более сложных она вырабатывается в ходе обучения на примерах с заранее известным правильным ответом. Тривиальную систему ИИ каждый может создать сам с помощью электронных таблиц вроде Excel. Допустим, вы хотите купить ноутбук. Загрузили из Интернета базу данных с тысячами предложений, да еще каждый день поступают новые. Читать список подряд бесполезно — уже после сотни строк начинаешь путаться. Да и слишком много важных параметров приходится держать в голове. Но в этом нет необходимости: обозначьте каждую функцию числовым значением (например: есть Wi-Fi — 1, нет — 0). Задайте каждому параметру определенный вес и напишите оценочную функцию по схеме: оценка = параметр1*вес1 + параметр2*вес2 +... и так далее. Самым важным придайте большой вес, остальным — поменьше, а недостаткам (например, цене) — отрицательный. Поколдуйте вечерок с этими весами, пока не почувствуете, что система не допускает явных ошибок, и дальше она будет автоматически оценивать все предложения. Последнее слово, конечно, за вами, но вот просматривать весь список уже не нужно — достаточно изучить лишь лидеров доморощенного хитпарада. Причем веса можно в любой момент пересмотреть, если ваши предпочтения изменились.

Получилась настоящая система ИИ для поддержки принятия решений, пусть и очень примитивная. В процессе настройки вы заложили в нее свой опыт. А если при этом вы еще посоветовались со специалистами и учли их мнение, то можно уже говорить об экспертной системе. Сходным образом, но, конечно, на более обширных и надежных данных, работают медико-диагностические экспертные системы: по формализованному анамнезу они выдают список диагнозов с условной оценкой вероятности каждого. Программы, фильтрующие спамерские письма, оценивают каждое послание по характерным для спама словам, адресам и другим признакам, каждому из которых приписан свой вес. Спамеры, наоборот, стараются обмануть ИИ фильтрующих программ: пишут с ошибками, заменяют цифры буквами, добавляют в письма посторонние тексты, чтобы фильтр не распознал на их фоне рекламу. Системы ИИ непрерывно совершенствуются с обеих сторон.

Тест Тьюринга

В 1950 году один из основоположников кибернетики, Алан Тьюринг, предложил тест, который должна пройти машина, чтобы ее можно было назвать мыслящей. Пусть эксперт обменивается тестовыми сообщениями с двумя собеседниками, один из которых человек, а другой — компьютер. Задача эксперта — за время разговора отличить машину от человека. Тьюринг ожидал, что к 2000 году компьютеры с памятью около 100 Мбайт смогут в 30% случаев обманывать эксперта в течение 5 минут. Машины уже стали много мощнее, но пока ни один робот не прошел тест Тьюринга. Впрочем, уже есть программы, которым под силу некоторое время выдавать себя за человека, если собеседник не ожидает, что общается с роботом. Такие программы находят применение в компьютерных играх, чатах и даже в рекламе. Если вы владеете английским, попробуйте пообщаться с ALICE ( www.alicebot.org ), трехкратным победителем в соревнованиях разговаривающих программ. К сожалению, на русском языке ничего близкого по уровню пока нет.

Роботы-автомобили с искусственным интеллектом перед гонкой DARPA по пересеченной местности в 2005 году. Синий — победитель Stanley — от Стэнфордского университета, красные — H1ghlander и Sandstorm — от Университета Карнеги-Меллона

Ошибки — путь развития

Часть спама («мусорной» электронной почты) просачивается через любую защиту, но гораздо хуже, что иногда в отвалы попадают важные деловые письма. Ошибки — неотъемлемый атрибут интеллекта, в том числе искусственного, поскольку именно на ошибках он формируется. Простейший случай обучения — та самая подстройка весов, которой мы занимались при подборе ноутбука. Это — обучение вручную. Спам-фильтры более самостоятельны в учебе: вы лишь указываете им на ошибки, а они сами уточняют веса признаков спама.

 Еще автономнее интеллектуальные роботы, играющие на бирже. Они сами оценивают эффективность своих действий по достигнутым результатам и корректируют поведение. Лучшие современные системы такого типа уже не уступают трейдеру средней квалификации. Они, конечно, тоже ошибаются, но по характеру ошибки робота отличаются от ошибок человека, хотя бы потому, что первый никогда не пойдет на поводу у эмоций. А бывает и так, что сами разработчики не понимают, почему робот принял определенное решение, и предполагают ошибку, а спустя некоторое время глядишь — он оказывается прав. Поневоле возникает ощущение, что мы действительно имеем дело с разумом, хотя и сильно отличающимся от человеческого.

Быть может, эту разницу можно нивелировать, если попробовать воспроизвести принципы организации человеческого мозга? Обычно в науке, если удается смоделировать явление, то его основные принципы можно понять, исследуя модель. Эта идея привела к построению и изучению нейронных сетей — систем ИИ, устроенных по аналогии с мозгом человека. Нейроны (в модели это несложные однотипные программные объекты) соединяются между собой в сеть квазислучайным образом. Каждый нейрон определенным образом реагирует на сигналы, поступающие на его входы. Одни сигналы возбуждают нейрон, другие тормозят возбуждение. В результате на его выходе формируется сигнал, передаваемый другим нейронам. На входы некоторых нейронов подается внешняя информация, подлежащая обработке, а на выходах некоторых других формируется результат. Поскольку сеть соединена случайным образом, ее ответы поначалу тоже будут случайны, то есть бессмысленны. Тут и начинается процедура обучения.