Чтение онлайн

Третий, важнейший блок — это процессор. Он представляет собой совокупность контуров и служит «корой головного мозга» компьютера. Именно он осуществляет операции, указанные в программе, в зависимости от инструкций и данных, хранящихся в памяти или вводимых в компьютер.

Наконец, в компьютере имеются механизмы вывода, ответственные за выдачу результатов операций. Эти результаты могут выдаваться на экран, распечатываться на принтере или же с помощью синтезатора голоса выводиться в речевой форме. Кроме того, устройство вывода может быть связано с какой-то аппаратурой или роботами, исполняющими приказы компьютера.

Из всего этого видно, что аналогия между основными структурами мозга и компьютера совершенно очевидна, хотя и несколько карикатурна. Можно провести аналогии и на уровне деятельности мозга и машины. Чтобы проиллюстрировать эти аналогии, мы рассмотрим два примера — из области кибернетики и решения проблем.

2. Кибернетика. Речь здесь пойдет о саморегуляции, которую компьютер, как и мозг, осуществляет с помощью отрицательной обратной связи. Саморегуляция — это неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Именно благодаря той информации, которую мы получаем от окружающей среды, мы либо продолжаем, либо прекращаем, либо изменяем наши действия. Собственно говоря, именно в этом сущность закона эффекта и принципа подкрепления.

Возьмём простейший пример. Представим себе, что человек бреется с помощью электрической бритвы. В этом случае ввод данных, определяющий, следует ли продолжать или прекращать эту операцию, будет осуществляться путем ощупывания кожи рукой. Таким образом, деятельность мозга и руки можно сравнить с функционированием компьютера.

В языке Бейсик — самом простом языке, который используется в бытовых компьютерах, — саморегуляция осуществляется с помощью инструкции на английском языке "IF… THEN…" (если… то…). Используя такую инструкцию, мы можем написать программу из пяти строк

[103]

, причем три первые строки образуют цикл:

1) проведение бритвой по коже;

2) проведение рукой по коже;

3) IF кожа не гладка, THEN 1;

4) IF кожа гладка, THEN 5;

5) прекращение бритья.

Сходные закономерности действуют и во многих других областях повседневной жизни. Подобные программы используются домохозяйкой при мытье посуды, гитаристом при настройке гитары, лектором (или конферансье), следящим за вниманием аудитории, и т. п. Такие же программы действуют и при формулировании гипотез, позволяющих воспринять или распознать предмет либо животное. Нетрудно представить себе программы из инструкций "IF… THEN…", с помощью которой мозг ребенка будет отличать кошку от собаки или даже от львенка.

Разумеется, существует множество других инструкций, позволяющих формировать циклы или даже вкладывать их один в другой. Однако подробный разбор таких инструкций не входит в наши задачи.

3. Решение проблем. Из главы 8 мы уже знаем, что для решения проблем необходимо объединение и обработка информации, содержащейся в памяти и поступающей из внешней среды. Для этого можно использовать разные процедуры, различающиеся по тому, в какой степени используется память и в какой — манипулирование самой информацией (Norman, Lindsay, 1980).

Типы процедур. Возьмём простой пример: предположим, что нам необходимо умножить 12 на 12. Для этого можно использовать по меньшей мере три типа процедур.

Первая из них — это метод последовательных преобразований. При этом наш расчет может быть осуществлен с помощью 11 сложений:

12 + 12 = 24; 24 + 12 = 36; 36 + 12 = 48 и т. д.

Такая процедура требует очень малого участия памяти, но большого манипулирования информацией.

Второй тип процедур основан на использовании таблиц. При этом в памяти необходимо хранить как можно больше столбцов из таблицы умножения, и тогда ответ, взятый из столбца с множителем 12, автоматически появится в голове или на экране. В отличие от первого способа здесь требуется очень небольшая обработка информации, но весьма обширная память.

Третья разновидность процедур — это своего рода компромисс между первыми двумя типами. Она основана на применении правил и требует среднего объема памяти и манипулирования информацией. В нашем примере для этого достаточно знать таблицу умножения для первых 10 чисел, а затем произвести несколько операций. Схема расчета будет такой:

(10 • 10) + (2 • 10) + (10 • 2) + (2 • 2) = 144.

Типы процедур, используемых для решения проблем, зависят от имеющегося опыта, от необходимого числа повторений одной и той же операции и от емкости памяти.

Для того чтобы узнать, какое вино подходит к тому или иному блюду, мы можем последовательно перепробовать различные вина, использовать таблицу, в которой к каждому блюду рекомендуется какое-то вино, или же использовать общие правила соответствия вин различным типам мясных блюд. Инженер, проектирующий мост, и астроном, отыскивающий на небе звезду, будут таким же образом выбирать нужный тип процедуры.

Можно провести еще одну параллель между работой человеческого мозга и компьютера при решении проблем. Речь идет о применении тех стратегий, которые мы рассмотрели в главе 8.

Поскольку компьютер может работать только по программе, рассматривать здесь случайный перебор бессмысленно. В случае если речь идет об игре, в которой такая стратегия не используется, было бы неэкономно «заставлять» компьютер искать решение задачи с помощью этой стратегии.

Остальные две стратегии используются как человеком, так и компьютером.

Рациональный перебор соответствует эвристическому методу, при котором процессор занимается поисками частичных решений, чтобы максимально повысить вероятность нахождения приемлемого решения, сведя к минимуму время и усилия на его поиск.

Систематический перебор соответствует алгоритмическому методу; в этом случае систематически просматриваются все возможные (при имеющемся наборе данных) решения с целью найти то из них, которое наиболее эффективно. Однако компьютер, так же как и человек, не использует эту последнюю стратегию для решения сложных задач. Например, при игре в шахматы алгоритмический метод потребовал бы того, чтобы компьютер для полной уверенности в выигрыше каждый раз просматривал 10120 возможностей. В подобных случаях выгоднее использовать эвристический метод, позволяющий с помощью ряда подпрограмм ограничивать поиски решений конкретными «узкими» задачами, такими как захват центра шахматной доски или атака на короля противника.

Искусственный интеллект и человеческое мышление

Искусственный интеллект — это специальная область науки, опирающаяся на информатику и другие дисциплины; ее главной задачей является разработка таких программ, которые придали бы компьютеру интеллект.

Существуют два подхода к проблеме искусственного интеллекта. Чаще всего исследователи используют подход «сверху вниз», при котором разрабатываются экспертные системы, или «мыслящие машины». Такие машины представляют собой настоящий электронный мозг, способный формулировать правила организации знаний, создавать гипотезы и сопоставлять их с реальной действительностью с целью выработки новых решений. Второй подход — это путь «снизу вверх». При этом ученые разрабатывают системы, улавливающие различные виды информации (по типу глаза или уха), соединяют эти системы с обучающимися сетями и с помощью таких моделей пытаются понять, как действует мозг при декодировании и интерпретации входных данных.