Логика учит правилам изложения, но не мышления.

Мейсон Кули

Логический подход основан на выявлении и применении в интеллектуальных системах различных логических и эмпирических приемов (эвристик), которые применяет человек для решения каких-либо задач. Эвристика – правило теоретически не обоснованное, но позволяющее сократить количество рассматриваемых вариантов в процессе поиска решения некоторой задачи или сделать правдоподобный вывод.

В основу этого подхода был положен принцип, противоположный нейрокибернетике.

Не имеет значения, как устроено «мыслящее» устройство. Главное, чтобы на заданные входные воздействия оно реагировало так же, как человек (мозг).

Сторонники этого подхода мотивировали свой подход тем, что человек не должен слепо следовать природе в своих научных и технологических поисках. Так, например, очевиден успех колеса, которого не существует в природе, или самолета, не машущего крыльями, подражая птице. К тому же пограничные науки о человеке не смогли внести существенного теоретического вклада, объясняющего хотя бы приблизительно, как протекают интеллектуальные процессы у человека, как устроена память и как человек познает окружающий мир.

Это направление искусственного интеллекта было ориентировано на поиск алгоритма решения интеллектуальных задач на существующих моделях компьютеров.

В 1956 г. Аллен Ньюэлл, Герберт Саймон и Джон Шоу разработали программу «Логик-теоретик» (англ. Logical Theorist), которая смогла автоматически доказать 38 законов из книги Рассела и Уайтхеда «Принципы математики» посредством символьной логики. Для доказательства теорем в программе использовался метод проб и ошибок.

 

Рис.11.19. Аллен Ньюэлл (1927 – 1992), автор идеи эвристического программирования и ряда основополагающих работ в области ИИ. Лауреат премии Тьтюринга.

 

Однако такой подход оказался малоперспективен, так как даже относительно малое число правил и исходных утверждений дает огромное количество возможных комбинаций. В результате возникает явление, которое специалисты по искусственному интеллекту называют «комбинаторный взрыв» - быстрое нарастание сложности задачи с увеличением числа принимаемых во внимание обстоятельств.

 

 

Рис.11.20. Герберт Саймон (1916 – 2001), лауреат Нобелевской премии по экономике 1978 г., автор пионерских работ в области ИИ. Лауреат премии Тьюринга.

 

Такие «взрывы» дали о себе знать при самых первых попытках составить программы для игры в шахматы. Программы подобного типа состояли в основном из правил передвижения фигур и инструкций для просмотра последствий всех возможных ходов компьютера и ответных ходов противника. Довольно быстро программисты поняли, что такой путь непригоден: согласно расчетам, полное возможное число ходов в шахматной партии равно 10¹²⁰ - это больше, чем число атомов во Вселенной.

Один из недостатков «Логика-теоретика» состоял в том, что программа не могла определить, находится ли она на верном пути. В реальной жизни люди обычно способны по состоянию решаемой проблемы судить о своем продвижении к цели и о том, что делать дальше, - действует своего рода обратная связь. Так, в шахматах игрок может просто отказаться от атаки, если она сопряжена с потерей большого числа фигур. Авторы пришли к выводу, что они также должны наделить свою программу способностью определять, становится ли «теплее» в ходе поисков. Они были столь уверены в правильности своего подхода, что, приступив в 1957 г. к созданию следующей программы, назвали ее «Универсальный решатель задач» (англ. General Problem Solver, GPS). В ней был реализован эвристический метод, известный под названием «метода подъема в гору». Последнее выражение получено из аналогии с подъемом в гору при густом тумане: в этом случае очень полезно правило, рекомендующее избегать путей, ведущих вниз или вдоль горы. Новая программа могла не только вести доказательства, но и играть в шахматы и ханойскую башню.

Подобно моделированию нейронов в кибернетике программы «Логик-теоретик» и GPS явились результатами попытки выделить всеобщие законы мышления, составляющие основу разума.

В тоже время появились первые языки логического программирования. Наиболее известным из них стал язык ЛИСП (англ. LISt Processing – обработка списков).

Вооруженные новым языком ученые принялись разрабатывать программы, способные вести с оператором довольно простой диалог. Наибольшую известность получила созданная в середине 1966 г. программа «Элиза», автором которой был Джозеф Вейценбаум, бывший инженер из фирмы «Дженерал электрик», преподававший в МТИ информатику.

 

Рис. 11.21. Джозеф Вейценбаум (1923 - 2008), автор программы «Элиза», автор книги «Возможности вычислительных машин и человеческий разум. От суждений к вычислениям»

 

Свое название программа «Элиза» получила в связи с тем, что «...подобно Элизе Дулитл из знаменитой пьесы Бернарда Шоу "Пигмалион" программу можно было научить "разговаривать" все лучше и лучше». Однако, как отмечал Вейценбаум, «оставалось не вполне ясным, становится ли она при этом еще и умнее».

Программа первоначально была построена как универсальная система, способная поддерживать диалог на английском языке на любую заложенную в нее тему; славу завоевал один из вариантов этой программы, получивший название «Доктор». В этом обличье «Элиза» имитировала поведение врача-психотерапевта при первичном опросе пациента. При этом «врач-психотерапевт» (т.е. программа) при диалоге с пациентом стремилась говорить, как можно меньше, ограничиваясь лишь краткими вопросами и общими наблюдениями, что позволяет пациенту самому рассказывать о своих чувствах. Поэтому в «Элизу» потребовалось заложить лишь минимальные познания - информацию, необходимую для построения замечаний имитируемого врача, программа извлекала из ответов пациента.

Почувствовать дух «сеансов психотерапии», проводимых программой, можно по приведенной ниже выдержке из типичного диалога между исследователем, играющим роль пациентки, и «Элизой», играющей роль врача (ее ответы выделены курсивом):

- Все мужчины одинаковы.- В каком смысле? - Они всегда пристают к тебе с чем-нибудь.
- Вы имеете в виду что-нибудь конкретное? - Ну да, это мой парень заставил меня прийти сюда.
- Ваш парень заставил вас прийти сюда? - Он говорит, что я почти все время подавлена.- Прискорбно слышать, что вы все время подавлены. - Это правда. Я несчастна.- Вы думаете, что ваш приход сюда поможет вам не быть несчастной? - Это точно, мне нужна чья-нибудь помощь.- Что значит для вас "получить помощь"? - Может быть, я научусь ладить с моей мамой.- Расскажите поподробнее о вашей семье.

Впечатление, что «Элиза» понимает пациента, в значительной мере иллюзорно. Программа была составлена так, чтобы распознавать определенные ключевые слова и сочетания в набираемом на клавиатуре тексте. Далее она отвечала простыми фразами, в которые были включены запрограммированные формулировки. Например, если пациент упоминал мать, «Элиза» отвечала вопросом о семье. Другой заложенный в программу «фокус» заключался в преобразовании утверждения пациента в вопрос, что весьма напоминало поведение настоящего психотерапевта.

Если даже «Элиза» не обнаруживала знакомых словосочетаний, она не лишалась дара речи: программа обращалась к своему запасу слов за нейтральными замечаниями или вопросами типа «Понятно», «Очень интересно», «Почему вы так считаете?».

Короче говоря, как признавал сам Вейценбаум, «Элиза» понимала речь лишь в самом примитивном смысле. Программа была лишь пародией на поведение психотерапевта и предназначалась для исследования иллюзии понимания, которая часто возникает в разговорах между людьми.

Вне зависимости от первоначальных намерений Вейценбаум ответы «Элизы» выглядели столь завораживающе правдоподобными, что многих приводили в восторг. Все это привело создателя «Элизы» в изумление: «Я был поражен, - писал впоследствии Вейценбаум, - увидев, насколько быстро и глубоко люди вступают в эмоциональный контакт с компьютером, с какой готовностью они "очеловечивают" его. Однажды моя секретарша, которая на протяжении многих месяцев наблюдала, как я работаю над программой, и, казалось, должна была бы прекрасно понимать, что это не более чем компьютерная программа, вступила с ней в диалог. После первых же нескольких вопросов и ответов она попросила меня выйти из комнаты!». Но еще больше обеспокоило Вейценбаума то, что некоторые психиатры стали рассматривать «Элизу», как многообещающее средство для преодоления дефицита врачей.

Еще одним направлением в области логического подхода в тот же период (60-х годах) стало наделение программ способностями к накоплению знаний и изменению своего поведения в зависимости от накопленного опыта.

Артур Сэмюэль создал программу, которая играла в шашки программа Checkers-playing — одна из первых самообучающихся программ в мире, и является одной из первых демонстраций базовых понятий искусственного интеллекта. Помимо заложенных в нее основных шашечных премудростей, в нее были заложены указанные выше способности. Давая различным вариантам численные оценки, программа принимала во внимание, насколько удачными оказывались подобные ходы в прошлом. В 1962 г., через 15 лет после зарождения идеи создания программы, она выиграла турнир у Роберта У. Нили,

тогдашнего чемпиона штата Коннектикут.

 

 

Рис. 11.22. Артур Самуэль (1901 —1990), пионер в области компьютерных игр, искусственного интеллекта и машинного обучения

 

В 1975 г. Дуглас Ленат составил для своей диссертации программу, обучавшуюся через открытия. Свою пионерскую систему Ленат назвал AM («Автоматический математик»), так как она лучше всего умела заново открывать известные математические законы.

 

Рис. 11.23. Дуглас Ленат, (родился в 1950 г.), один из пионеров ИИ, выдающийся исследователь искусственного интеллекта и машинного обучения

 

Чтобы программа AM могла работать в мире элементарных множеств и чисел, Ленат снабдил ее 115 определениями, описывающими понятия (например, равенство) и операции (например, пересечение множеств). Кроме того, программа содержала 250 правил «если-то», следуя которым проводила поиск более сложных понятий. Правила предназначались для выбора приоритетных направлений исследования. Например, машине можно было задать инструкцию следующего содержания: «Если какое-то действие принесло пользу в данной ситуации, то попытайся использовать его в похожих ситуациях».

«Автоматический математик» оказался способным учеником. Всего за несколько часов работы он продвинулся от полного невежества в математике до повторного открытия примерно 200 наиболее важных понятий теории чисел. Программа самостоятельно дошла до понятия простых чисел, квадратов чисел и даже до гипотезы Гольдбаха, гласящей, что всякое четное число, большее двух, можно представить в виде суммы двух простых чисел.

Подобно классической шашечной программе Артура Сэмюэля, «Автоматический математик» продемонстрировал определенную способность обучаться на собственном опыте. Он сохранял гипотезы, которые по оценкам внутренних эвристик представлялись наиболее интересными и оказались верными, отбрасывая остальные.

В 1976 г. Ленат создал более мощную версию программы, которую назвал «Эвриско» (греч. Я открываю). Эта программа должна была найти применение в любых областях исследований, а не только в математике. Для проверки «Эвриско» Ленат выбрал сравнительно малоразработанные области знаний, где был шанс открыть нечто действительно новое, а не просто повторять старые открытия. Кроме того, выбирались области, открывающие столь огромное число подлежащих рассмотрению возможностей, что человеческий разум не в состоянии справиться с ними.

Обоим названным критериям вполне соответствовала разработка наиболее эффективных интегральных схем для компьютеров. Хотя в то время уже существовали СБИС (сверхбольшие интегральные схемы) с сотнями тысяч транзисторов и других элементов на одном тонком слое кремния, инженеры стремились вместить в схему еще больше элементов. Одна из идей обеспечения более высокой плотности заключалась в так называемом многослойном конструировании. Вместо размещения элементов в одной плоскости, как это делалось обычно, предлагалось изготавливать схемы, состоящие из нескольких слоев.

За первые же несколько часов работы программа предложила ряд новых вариантов размещения элементов в схеме, о которых инженеры и не помышляли. Она произвела настоящий переворот в области создания СБИС, изобретя трехмерный узел типа И/ИЛИ.