Когнитивные архитектуры

Константин Соколов

Mathlingvo, СПбГУ, Eventflow API

http://nlu-rg.ru

Санкт-Петербург, 2014

Тексты

R. Brooks. Intelligence without representation. 1987.

A. Newell. Unified theories of cognition. 1990.

P. Langley et al. Cognitive architectures: Research issues andchallenges. 2008.

1

План

Когнитивные архитектуры

Soar 9

Проблема репрезентации

2

Когнитивные архитектуры

3

Определение (I)

Когнитивная архитектура – это общая вычислительнаякогнитивная модель, отражающая основные структуры ипроцессы когнитивного аппарата человека, применяемаядля многоуровневого анализа поведения в разнообразныхпредметных областях

(Newell, A. Unified Theories of Congition. 1990) и др.

4

Определение (II)

Когнитивная архитектура – это спецификация тех аспектовкогнитивного аппарата, которые остаются неизменными втечение жизни агента

CLARION Documentation

организация памятипредставление знаниймеханизмы процедурной обработки и принятия решениймеханизмы обученияи пр.

5

Определение (III)

Интеллектуальный агент :фиксированная архитектура + динамические знания

6

Определение (IV)

Теория множественного интеллекта (Говард Гарднер, 1993)

интеллект как “способность к решению задач илисозданию продуктов, обусловленную конкретнымикультурными особенностями или социальной средой”

виды интеллекта

логико-математическийязыковойпространственныймузыкальныйтелесно-кинестетическийвнутриличностный и межличностныйэмоциональный

7

Общие слова (I)

Области применения когнитивных архитектур:

психология (моделирование и объяснение когнитивныхспособностей человека)

искусственный интеллект (робототехника,человеко-машинные интерфейсы)

промышленность (создание тренажеров, в т.ч. военногоназначения)

игровая индустрия (боты, правдоподобные агенты)

прикладная лингвистика (диалоговые системы,когнитивная лингвистика)

8

Общие слова (II)

Исследовательские задачи разработки КА:

биологическая правдоподобность

психологическая правдоподобность

функциональность агентов

9

Общие слова (III)

Основные виды архитектур:

символьные

коннекционистские (эмерджентные)

гибридные

10

Базовая схема когнитивной архитектуры

11

Основные компоненты архитектуры (I)

Восприятие

сенсорыинтроспекция

Память

кратковременная (STM)долговременная (LTM)удержание внимания (attentional memory)удержание намерения (intentional memory)эпизодическая (припоминание и воображение)сенсорнаямоторнаяпроцедурнаядекларативная

12

Основные компоненты архитектуры (II)

Принятие решений

поиск в пространстве задачилогический и вероятностный выводвывод по аналогиинемонотонный вывод (пересмотр установок)разрешение конфликтовобход тупиков (impasse)

Осуществление действий

исполнительные устройства“ментальные акты”

Обучение

пополнение базы знаний и семантической памятирасширение процедурных навыковфиксация успешных стратегий поведения и обхода тупиков

13

Пространство задачи

Основа формализма (символьных) когнитивных архитектур –принцип пространства задачи (Newell 1990):

Разумная деятельность человека, направленная на решениезадач, может быть описана с помощью:(1) множества состояний знания (states of knowledge),(2) операторов, преобразующих одни состояния в другие,(3) ограничений на применение операторов,(4) знаний управляющего характера, на основе которых

осуществляется выбор оператора для применения.

14

Представление знаний

Символьные подходы

продукционные правилафреймысемантические сети и графовые структурылогика первого порядкапланы

15

Символьные архитектуры

GPS (General Problem Solver) – 1969Soar (State, Operator and Result) – 1983OSCAR – 1990ICARUS – 1991EPIC (Executive Process Interactive Control) – 1997NARS (Non-Axiomatic Reasoning System)SNePS (Semantic Network Processing System)

16

Эмерджентные архитектуры

IBCA (Integrated Biologically-based Cognitive Architecture)NOMAD (Naturally Organized Mobile Adaptive Device)CortronicsLEABRA (Local, Error-driven, Associative, BiologicallyRealistic Algorithm) – 1996

17

Гибридные архитектуры

ACT-R (Adaptive Component of Thought – Rational) – 1976CLARION – 1997LIDA (Learning Intelligent Distribution Agent) – 1998Polyscheme – 2002CogPrime – 20044CAPSDUALShruti

18

Soar 9

19

Диаграмма компонентов

20

Память

21

Основной цикл

22

Формализм (I)

sp {hello-world(state <s> ^type state)

-->(write |Hello World|)(halt)

}

23

Формализм (II)

sp {propose*hello-world(state <s> ^type state)

-->(<s> ^operator <o> +)(<o> ^name hello-world)

}

sp {apply*hello-world(state <s> ^operator.name hello-world)

-->(write |Hello World|)(halt)

}

24

Разное (I)

решение задач с помощью воображения

теория аналогии по (Holyoak et al., 1997)

25

Разное (II)

Продукционные правила в Tarot (Content Planner):

:dvp ^ <Relation> accept ^ <Content> ( #c1:marker )->#c1 = (:ascription ^ <Actor>(#i1:person ^ I)

^ <Patient>(:entity ^ what)^ <Subject>( #i1: )).

26

Проблема репрезентации

27

Кембрийский интеллект

Родни Брукс, “Intelligence without representation” (1987)

Subsumption architecture

Creature Hypothesis

функциональная декомпозиция

уровневая организация поведения

наилучшая модель мира – это сам мир

отсутствие централизованной репрезентации

эмерджентность интеллектуального поведения

28

Структура поведения

Поведение робота-пылесоса

избегать столкновений

перемещаться

исследовать

искать

29

Проблема репрезентации

способность создавать репрезентации – ключевой аспектинтеллектуального поведения

содержится ли репрезентация в самой системе или мы её“вчитываем”?

гипотеза о том, что анализ “от наблюдаемогоинтеллектуального поведения” и анализ “от когнитивногосубстрата” должны где-то совпасть – это вообще-то оченьсильная гипотеза

когнитивная непроницаемость, e.g. early vision(Pylyshyn, 1984)

30

Спасибо!