Человеческий мозг и компьютер

Прежде чем сравнивать мышление человека с искусственным ин­теллектом, необходимо сначала остановиться на некоторых общих чертах организации мозга и компьютера.

1. Обработка информации. Легко можно провести параллель между обработкой информации компьютером и человеческим мозгом. Дея­тельность компьютера, как и мозга, включает четыре этапа -кодиро­вание, хранение, обработку информации и выдачу результата.

Первый этап в случае компьютера -это ввод информации с клавиату­ры или с дискеты, на которой записана программа. Новейшие техни­ческие разработки позволяют осуществлять голосовой ввод или ввод с помощью светочувствительных элементов.

Второй этап, столь же важный для компьютера, как и для мозга, - это память. От ее емкости, которая может варьировать от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц¹, зависит мощность компьютера. У компьютера имеются два вида памяти. В постоянной памяти запи­саны все программы, определяющие работу компьютера (язык, инструк­ции, конфигурации алфавитно-цифровых знаков и т.д.). Эту память можно сравнить с врожденным багажом животных того или иного вида -будь то звуки, которые они способны издавать, или механизмы функционирования интеллекта. Что касается оперативной памяти, то в ней, как

' Основная единица памяти в теории информации - это бит. Бит соответст­вует одному двоичному выбору, т. е. отражает тот факт, что некоторый элемент может находиться в одном из двух состояний - 1 или 0; например, определенный электронный контур в компьютере может быть открыт или закрыт, т. е. пропус­кать (1) или не пропускать (0) ток. Существует более крупная единица-байт, равная 8 бит. Емкость памяти карманных микрокалькуляторов составляет 1000 байт (1 килобайт, или Кбайт) или 2000 байт (2 Кбайт). Память очень мощных машин может достигать тысяч килобайт. Персональные компьютеры обычно обладают памятью в 128 или 256 Кбайт.

необходим_____________Глава 9____________________

Третий

совокупное и у человека, могут записываться или стираться данные. Именно данные для выполнения программы. симости о', важнейший блок-это процессор. Он представляет собой в компью-сть контуров и служит «корой головного мозга» компьютера.

Наконец осуществляет операции, указанные в программе, выдачу инструкций и данных, хранящихся в памяти или вводимых на экран, пpоцессep.

голоса вьпп, в компьютере имеются механизмы вывода, ответственные может бьпрезультатов операций. Эти результаты могут выдаваться на щими припечатываться на принтере или же с помощью синтезатора.

Из всегзодиться в речевой форме. Кроме того, устройство вывода мозга и к<ь связано с какой-то аппаратурой или роботами, исполняю-турна. Мосазы компьютера.

и машины о этого видно, что аналогия между основными структурами два примермпьютера совершенно очевидна, хотя и несколько карика-

2. Кибе'жно провести аналогии и на уровне деятельности мозга пьютер, ка. Чтобы проиллюстрировать эти аналогии, мы рассмотрим связи. Cai^a-из области кибернетики и решения проблем. жизни.Имрнетика. Речь здесь пойдет о саморегуляции, которую ком-окруж-.ющк и мозг, осуществляет с помощью отрицательной обратной изменяем 1Юрегуляция - это неотъемлемая часть нашей повседневной закона зф^енно благодаря той информации, которую мы получаем от

Возьметей среды, мы либо продолжаем, либо прекращаем, либо с помощы^аши действия. Собственно говоря, именно в этом сущность деляющий,>екта и принципа подкрепления. осуществлю простейший пример. Представим себе, что человек бреется тельность f3 электрической бритвы. В этом случае ввод данных, опре-тера. следует ли продолжать или прекращать эту операцию, будет

В языкепъся путем ощупывания кожи рукой. Таким образом, дея-товых ком^озга и руки можно сравнить с функционированием компью-струкции н

такую инс' Бейсик-самом простом языке, который используется в бы-причем тр1'пьютерах, - саморегуляция осуществляется с помощью ин-

1) пров»а английском языке „IF...THEN..." (если... то...). Используя

2) пров(фукцию, мы можем написать программу из пяти строк',

3) IF кс1 первые строки образуют цикл:

4) IF ксЭДение бритвой по коже;

5) прекрдение рукой по коже;

>жа не гладка, THEN 1;

.|жа гладка, THEN S ;

1 ^а ращение бритья.

инструкции i

женное в тре

чески прекрати, деде инструкция 4 излишняя, так как переход к очередной фоизойдет автоматически, если не будет выполнено условие, зало-тьей строке. В случае если кожа станет гладкой, бритье автомати-тится.

Адаптация и творчество 474

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. Возьмем 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

474 Глава 9

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.