Kognitivní vědy Problém reprezentace poznatků Mgr. Petr Tučník.

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Úvod do Teorie her. Vztah mezi reálným světem a teorií her není úplně ideální. Není úplně jasné, jak přesně postavit herněteoretický model a jak potom.
Advertisements

Přednáška č. 3 Normalizace dat, Datová a funkční analýza
HYPERTEXT PREPROCESSOR. PROGRAMOVÁNÍ. DEFINICE POJMŮ Problém Problém nevyřešený, nežádoucí stav obvykle vyžaduje nějaké řešení Neřešitelný problém Neřešitelný.
Co je to logika? KFI/FIL1 Lukáš Košík Logika: systémový rámec rozvoje oboru v ČR a koncepce logických propedeutik pro mezioborová studia (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/ ,
Doporučená literatura: *HUŠEK, R., LAUBER, J.: Simulační modely.. SNTL/Alfa Praha,1987. * NEUSCH L, S. A KOLEKTIV: Modelovanie a simulacia.. SNTL Praha,
ENVIRONMENTÁLNÍ INFORMATIKA A REPORTING
Základy informatiky přednášky Kódování.
Zpracování seminárních a kvalifikačních prací
Vypracoval: Ladislav Navrátil, EI-4 Umělá inteligence Zaměření Expertní systémy.
Úvod do umělé inteligence
FORMALIZACE PROJEKTU DO SÍŤOVÉHO GRAFU
Definování prostředí pro provozování aplikace dosud jsme řešili projekt v obecné rovině aplikace bude ovšem provozována v konkrétním technickém a programovém.
Algoritmizace a programování
ÚČEL AUTOMATIZACE (c) Tralvex Yeap. All Rights Reserved.
Fakulta životního prostředí Katedra informatiky a geoinformatiky
KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ
Předmět sociologie Věda společenská a behaviorální
Formální jazyky a gramatiky
Dostupné z Metodického portálu ISSN: , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
Fuzzy logika.
Systémy pro podporu managementu 2
Modelování a simulace MAS_02
Predikátová logika.
Predikátová logika.
Výroková logika.
Artificial Intelligence (AI).  „Úloha patří do oblasti umělé inteligence, jestliže řešení, které najde člověk považujeme za projev jeho inteligence.
U MĚLÁ INTELIGENCE Lucie Ježková O3.B. C O TO VLASTNĚ JE ? Obor informatiky, který se zabývá vytvářením strojů, které se dokážou „inteligentně chovat“
Systémy pro podporu managementu 2 Inteligentní systémy pro podporu rozhodování 1 (DSS a znalostní systémy)
Umělá inteligence Minského definice: UI je věda o vytváření strojů nebo systémů, které budou při řešení určitého úkolu užívat takového postupu, který –
Databázové modelování
Definice a vlastnosti Typy sociálních institucí Hodnoty a normy
Zpracování neurčitosti Fuzzy přístupy RNDr. Jiří Dvořák, CSc.
Dostupné z Metodického portálu ISSN: , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
Gymnázium, Obchodní akademie a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Hodonín Úvod do programování.
Mlhavost Fuzzy logika, fuzzy množiny, fuzzy čísla
Úvod do logiky (presentace 2) Naivní teorie množin, relace a funkce
Chyby ve vnímání První dojem Haló efekt Soukromé teorie osobnosti
Výrok „Vypadá to, že jsme narazili na hranici toho, čeho je možné dosáhnout s počítačovými technologiemi. Člověk by si ale měl dávat pozor na takováto.
Kvantitativní metody výzkumu v praxi
Rozhodování ve veřejné správě Přednáška M. Horáková.
Predikátová logika1 Predikátová logika 1. řádu Teď „logika naostro“ !
Mikroprocesor.
Databázové systémy Datové modely.
1 Cvičení č. 3 1.Uplatnění „zdravého rozumu“ v OM.
Umělá inteligence Robin Horniak. Definice Umělá inteligence (Artificial Intelligence), zkráceně UI (AI) věda, která se zabývá tím, jak přinutit stroje.
Informatika. Cíle výuky informatiky Studenti se mají seznámit se základními pojmy, problémy, postupy, výsledky a aplikacemi informatiky tak, aby je dokázali.
Úvod do databází zkrácená verze.
Orbis pictus 21. století Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Blokové schéma počítače.
Cogito ergo sum. - Myslím, tedy jsem. René Descartes.
Mentální reprezentace
SOFTWAROVÁ PODPORA PRO VYTVÁŘENÍ FUZZY MODELŮ Knihovna fuzzy procedur Ing. Petr Želasko, VŠB-TU Ostrava.
Úvod do databázových systémů
Definiční obor a obor hodnot
Vlastnosti souborů Jaroslava Černá.
Základní pojmy v automatizační technice
Dobývání znalostí z databází znalosti
Strukturace učiva Příprava učitelova.
Databázové systémy 1 – KIT/IDAS1 Ing. Monika Borkovcová, Ph.D.
Predikátová logika (1. řádu).
1. ročník oboru Mechanik opravář motorových vozidel
Busines Object Relation Modeling
Lineární funkce a její vlastnosti
Témata kognitivní psychologie
Gödelova(y) věta(y).
Induktivní postupy ve výuce matematiky
KMT/DIZ1 Věty, poučky a jejich důkazy ve školské matematice
Predikátová logika.
Grafy kvadratických funkcí
Definiční obory. Množiny řešení. Intervaly.
Grafy kvadratických funkcí
Transkript prezentace:

Kognitivní vědy Problém reprezentace poznatků Mgr. Petr Tučník

2 Obsah přednášky  Komputačne-reprezentační uchopení mysli  Logika  Pravidla  Konekcionismus  Argument čínského pokoje ---  Přednáška je zpracována podle knihy Paula Thagarda: Úvod do kognitivní vědy

Komputačně-reprezentační uchopení mysli

4 Komputačně-reprezentační uchopení mysli (1)  Computational-Representational Understanding of Mind - CRUM  Přístupy založené na hypotéze, že myšlení lze nejlépe pochopit v pojmosloví reprezentujících struktur v mysli, a v pojmosloví výpočetních procedur, které na těchto strukturách operují.  Povaha reprezentací a výpočetních postupů, které konstituují myšlenkové procesy, není zatím jednoznačně určena (vedou se o tom spory, jsou různé názory).

5 Komputačně-reprezentační uchopení mysli (2)  Existuje určitá analogie mezi prací počítače a myšlením.  Teorie CRUM předpokládá, že v mysli existují mentální reprezentace analogické datovým strukturám (souborům) a výpočetní procedury podobné algoritmům. ProgramMysl Datové struktury + algoritmy = běh programu Mentální reprezentace + výpočetní procedury = myšlení

6 Koncepce CRUM (1)  Koncept komputačně-reprezentačního uchopení mysli (CRUM) sjednocuje kognitivní bádání v oblastech, kde je lidské myšlení zpracovatelné výpočetními procesy (počítači).  Některé otázky zůstávají samozřejmě nezodpovězeny (vědomí, emoce), ale řada důležitých postupů byla identifikována a formálně popsána.

7 Koncepce CRUM (2)  CRUM se zaměřuje především na manipulaci se znalostmi a různé způsoby jejich reprezentace. Patří sem hlavně: Logika Pravidla Pojmy-koncepty Analogie Představy Konekcionistické sítě

8 Koncepce CRUM (3)  K pochopení lidského myšlení je zapotřebí řady reprezentací a výpočetních postupů – žádný z nich přitom neumožňuje pochopení všech stránek myšlenkových pochodů.  Myšlení je v tomto kontextu chápáno jako výsledek mentálních reprezentací a výpočetních procesů operujících na těchto reprezentacích.

9 Koncepce CRUM (4)  Koncepce CRUM překonává jiné teorie myšlení v tom, že dokáže vysvětlit psychické projevy a prakticky je znázornit.  CRUM není uzavřenou teorií – ne všechny stránky lidského myšlení lze převést do CRUM konceptů.

Logika

11 Logika  Mnoho myšlenek o reprezentacích a výpočtech má svůj základ v logické tradici.  Zakladatelem formální logiky byl před více než dvěma tisíciletími řecký filozof Aristoteles ( př. n. l.).  První teorie výpočtů byly také dílem logiků (např. A. Turing nebo A. Church).

12 Reprezentace poznatků v logice  Cílem reprezentace poznatků je vyjádření poznatků v takovém tvaru, ve kterém by bylo možné jejich zpracování popsat výpočetními procesy.  Tvar poznatků je dán jazykem pro reprezentaci – z něj vyplývá syntax i sémantika reprezentace a obojí musí být definováno přesně.  Takovou přesnou definici nám poskytuje jazyk formální logiky.

13 Proces usuzování  Nová fakta jsou vytvářena v procesu usuzování.  Proces usuzování musí být takový, že nová fakta skutečně vyplývají z doposud známých faktů.

14 Sémantika  V procesu logického usuzování vzniká relace mezi fakty a jejich reprezentací. Vztah mezi nimi definuje sémantika.  Sémantika určuje vztah mezi větami a fakty (neboli přiřazuje větám fakta).  Mezi fakty existuje vztah vyplývání, mezi větami jej logika vyjadřuje vztahem logického vyplývání.

15 Odvozování  Mechanismus, kterým logika zajištuje, že z nějaké množiny faktů vyplývá jiný fakt se nazývá odvozování.  Každá procedura odvozování musí zachovávat pravdivost.  Formule logicky vyplývající z množiny formulí je reprezentací faktu, který vyplývá z množiny faktů, reprezentovaných danými formulemi.

16 Sylogismy Všichni studenti jsou přepracovaní. Martin je student. Tudíž Martin je přepracován.  Schéma obsahující dvě premisy a závěr. Lze je analyzovat čistě formálně.  Sylogismy jsou formou deduktivního odvozování – závěry nutně plynou z premis, pokud jsou pravdivé premisy, je pravdivý i závěr.  Lze používat místo slov různých symbolů, pravdivost sylogismu se tím nezmění. Například: Všechna S jsou P. M je S. Tudíž M je P.

17 Propoziční (výroková) logika (1)  Vzorce typu „p“ nebo „q“ zastupují celé věty typu „Pavel je v knihovně“ a „Quido je v knihovně“.  Vzorce lze kombinovat pomocí symbolů do složitějších struktur: „&“ – and, a „“ – or, nebo „“ – if-then, jestliže-pak „“ – not, negace

18 Propoziční (výroková) logika (2)  Věta „„Pokud jsou v knihovně Pavel nebo Quido, není tam Dana.“ může být zapsána takto: (pvq) d  V propoziční logice jsou věty typu „Pavel je student.“ nedělitelným celkem.

19 Učení – generalizace a abdukce  Induktivní zobecnění (generalizace) – induktivní znamená, že obsahují prvek nejistoty, z dobře známých skutečností se soudí na to, co je nanejvýš pravděpodobné.  Abdukce – vyvozování pomocí tvorby hypotéz, které následně slouží k odvození vysvětlení.

20 Další typy logických systémů  Modální logika – operátory nutnosti a možnosti (lze zapsat větu: „Je možné, že Pavel je v knihovně.“)  Epistemická logika – dodá operátory pro znalost a víru (např. Kp znamená „ví se, že p“)  Deontická logika – vyjadřuje i morální stanoviska takového typu, že p je dovoleno nebo zakázáno.

21 O predikátové logice  PL umožňuje vyjádření objektů, vztahů mezi nimi i vlastností objektů samotných.  Vyjadřovací schopnost (mohutnost) je oproti VL obohacena o možnost rozdělit výrok na více částí (objekty a vztahy mezi nimi).

22 Predikátová logika  Rozlišuje mezi predikáty typu „je student“ a konstantami jako jsou Pavel či Quido.  Formalizace věty „Pavel je student.“ by vypadala takto: je-student(Pavel)  Lze pracovat i s existenčními operátory, např. věta „Všichni studenti jsou přepracovaní“ bude zapsána takto: (pro každé x) [student(x)  přepracovaný(x)]

23 Kvantifikátory  V PL 1. řádu se zavádějí dva kvantifikátory: Univerzální kvantifikátor  - slouží k vyjádření všeobecného pravidla, např. „Všechny cesty vedou do Říma.“ x Cesta(x)  VedeDoŘíma(x) Existenční kvantifikátor 

24 Univerzální kvantifikátor  Na formuli x F(x) lze pohlížet jako na zkrácenou formuli, která by vznikla konjunkcí všech takových formulí, které vzniknou nahrazením každého výskytu proměnné x ve formuli F konstantou označující jméno nějakého objektu.  Např.: Cesta(ViaAppia)  VedeDoŘíma(ViaAppia)  Cesta(ViaSalaria)  VedeDoŘíma(ViaSalaria)  Cesta(ViaFlaminia)  VedeDoŘíma(ViaFlaminia)  …  Formule je tedy pravdivá, jestliže jsou pravdivé všechny formule v této konjunkci.  Je-li formule pravdivá, vypovídá to, co tvoří pravou stranu implikace, o objektech, které splňují levou stranu.

25 Existenční kvantifikátor  Existenční kvantifikátor umožňuje formulovat tvrzení o nějakém objektu bez toho, abychom jej jmenovali (univerzální kvant. formuluje tvrzení o každém objektu nějakého druhu).  Chceme-li např. vyjádřit, že „do Říma se dá dojít po cestě“ (což je to samé, jako říct, že „do Říma vede nějaká cesta“), lze to zapsat takto: „Existuje cesta x taková, že x vede do Říma.“ x Cesta(x)  VedeDoŘíma(x)

26 Příklad (1)  Uvažujme následující příklad: „Všichni studenti informatiky musí absolvovat předmět Programování.“ „Martin je studentem informatiky.“  Z příkladu je patrné, že Martin bude muset absolvovat předmět Programování. Prostředky VL však tento závěr odvodit nelze, neboť druhá věta se nenachází v první a nelze aplikovat žádné odvozovací pravidlo.

27 Příklad (2)  Předchozí příklad by se dal zapsat v syntaxi PL takto: x(Student(x)Studuje(x, Informatiku))   Absolvuje(x, Programování) Student(Martin) Studuje(Martin, Informatiku).

28 Slabá místa logiky  Je prakticky nemožné pracovat s přirozeným jazykem (standardní formou komunikace) přepisem do predikátové logiky  Bylo by třeba systém rozšířit o takové faktory jako Časový rozměr Neurčitost Řešení mnohoznačnosti Nepřímé odkazování (např. jak zachytit „Proč mě [vy] obtěžujete?“)...  Otázkou je, zda by takový systém byl ještě srozumitelný a aplikovatelný.

29 Logika z neurologického hlediska  Není známo zda neurony používají formální reprezentace ani jak provádějí odvozování celé skupiny neuronů.  Nelze vyloučit, že lidské neurální sítě provádějí své soudy v souladu s pravidly formální logiky.  Obecně však nelze říci, že by pro lidi byla logika zcela přirozeným schématem uvažování.

Pravidla

31 Pravidla  Jedná se o struktury typu JESTLIŽE(podmínka)PAK(důsledek/akce)  Od metod logiky se liší jak v reprezentačních tak i ve výpočetních vlastnostech.  Výpočetní modely založené na logice neměly modelovat lidské poznávání, pravidlové systémy ano (prvním byl Logic Theorist v roce 1958)

32 Reprezentační mohutnost (1)  Pravidly lze reprezentovat různé druhy poznání: 1.Informace o světě 2.Informace o tom, jak se chovat ve světě 3.Pravidelnosti (např. gramatické jevy) 4.Vyvozovací pravidla typu modus ponens mohou být přeformulována do formy pravidla: JESTLIŽE máte pravidlo typu „Jestliže-pak“ a JESTLIŽE část Jestliže“ je pravdivá, PAK je pravdivá i část „pak“.  Výhodou je, že pravidla si nenárokují univerzální pravdivost, díky čemuž nejsou tak omezující jako logické výroky.

33 Reprezentační mohutnost (2)  V systému může existovat i více pravidel, týkajících se stejného problému, ale nejsou navzájem protichůdná.  Lze reprezentovat strategické informace o tom, co se má dělat.  Oproti logice mají pravidlové systémy menší reprezentační mohutnost, ale pravidla mohou být formulována tak, že zvyšují výpočetní mohutnost a jsou i psychologicky přijatelnější.

34 Řešení problémů (1)  Základní operací je prohledávání (search) prostoru možností, které mohou nastat.  Jde o to nalézt v možných činnostech takovou posloupnost, která nás dovede z počátečního stavu do stavu cílového.  U složitých problémů se neprohledává celý stavový prostor, využívá se tzv. heuristik.

35 Řešení problémů (2)  Uvažujme problém: máme 4 druhy oblečení (ponožky, kalhoty, košile, boty), každé v deseti různých provedeních. Tj. existuje deset tisíc různých kombinací pro každý den, nemá ale smysl zkoušet všechny možnosti.  Jednoduchá heuristika typu „hnědé boty k hnědým, ale ne k černým kalhotám“ pomáhá dospět k účinnému a rychlému řešení problémů s oblékáním.

36 Plánování  Pravidla mohou být použita dopředně nebo zpětně.  Při zpětném uvažování se přemýšlí takto: „Abych se dostal domů, musím na dálnici, tedy musím na magistrálu, což znamená projet Ječnou, ale v první řadě potřebuji auto.“  Při dopředném plánování lze použít odvozování typu modu ponens, aby se zjistilo, že musí „Ječnou na magistrálu a po ní na dálnici.“

37 Adaptabilita a učení (1)  Lidé se při rozhodování často řídí pravidly. Některá pravidla mohou být vrozena, jiným se lidé učí.  Např. Fyziologické pravidlo JESTLIŽE ti cosi letí proti obličeji, PAK mrkni nepatří k těm, kterým by se museli lidé nebo zvířata učit.  Je možné, že lidé mají vrozená i některá řečová pravidla, umožňující se naučit mluvit.

38 Adaptabilita a učení (2)  Je možné strojově odvozovat nová pravidla generalizací nebo specializací  Generalizace – konkrétní pravidla se zobecní (vyžaduje velké množství příkladů, aby byla realita modelována věrně)  Specializace – existující pravidla se modifikují tak, aby odpovídala aktuální situaci.

39 Adaptabilita a učení (3)  Dalšími formami učení je abduktivní učení a učení pomalými přírůstky.  Abduktivní učení – od koncového pozorovaného stavu se pokoušíme nalézt možné vysvětlení cest, které k němu vedly (velké riziko chyb).  Učení pomalými přírůstky – pravidla jsou ohodnoceny číslem podle užitečnosti či přijatelnosti. Častější využití pravidla znamená vyšší hodnotu.

40 Pravidla a jazyk  Lingvista Noam Chomsky svou knihou Syntactic structures, která vyšla v roce 1957 (česky 1966), vypracoval model, který vysvětluje generativitu jazyka (jsme schopni rozumět nekonečnému počtu různých vět).  Podle Chomského mají lidé v podvědomí k dispozici komplexní gramatiku sestávající z pravidel, o jejichž existenci nemáme tušení. V podstatě odpovídá gramatice jazyka, od dětství si ji postupně upřesňujeme a zdokonalujeme.  Otázka, zda je jazyk vrozený či naučený zůstává nezodpovězena.

41 Psychologická přijatelnost  Z uváděných výpočetně-reprezentačních přístupů má přístup založený na pravidlech jednoznačně nejvíce psychologických aplikací.  Dají se tak vysvětlit různé způsoby učení, zvládání situací z běžného života (ve fyzickém i sociálním prostředí – např. sociální stereotypy).  Člověk si obvykle část svých aktivit automatizuje – vytváří si pravidla pro interakci s prostředím.

Konekcionismus

43 Konekcionismus  Mozkové buňky, neurony, si předávají signály pomocí speciálních styčných míst – synapsí.  V lidském mozku je zhruba 100 miliard (10 11 ) neuronů, každý může být propojen s tisíci jinými neurony.  V 80. letech se vrátily do popředí neuronové sítě. Tento směr výzkumu se často nazývá konekcionistickým, protože zdůrazňuje důležitost vzájemných propojení (konexí) mezi jednoduchými strukturami připomínajícími neurony (tzv. neuronové sítě).

Zdroj: /pv109/2000/xneudert.html 44 Biologický neuron

45 Lokální a distribuovaná reprezentace  Zaměříme se na dvě skupiny konekcionistických modelů mozku a mysli: Lokální reprezentace – struktury podobné neuronům lze označit jako zástupce interpretace pojmů nebo tvrzení. Distribuované reprezentace – reprezentaci pojmu/výroku se učí celá síť a jejich význam je distribuován přes velké soubory struktur podobných neuronům.

46 Rozdělení sítí  Z hlediska aplikace na řešení problému můžeme u neuronových sítí hovořit o dvou typech algoritmů: Klasifikátor – třídí (klasifikuje) vstupní data (např. rozpoznání tváří) Řídící – zajišťuje kontinuální řízení nějaké činnosti (např. řízení vozidla)  Budeme se nyní zaměřovat především na klasifikátory.

47 Zjednodušené schéma neuronové sítě  Zjednodušeně lze NS reprezentovat tak, jak je to zobrazeno na obrázku vpravo.  Rozlišujeme 3 vrstvy: Výstupní (nahoře) Skrytá (uprostřed) Vstupní (dole)

48 Paralelní respektování omezení  Parallel Constraint Satisfaction (PCS)  Oba typy reprezentace (lokální i distribuovaná) jsou schopny paralelního respektování omezení.  To znamená, že řešení problému musí respektovat různá omezení.

49 Problémy konekcionistického přístupu (1)  Neuronové sítě jsou z hlediska výpočtu považovány za „černé skříňky“, protože není možné sledovat konkrétní kroky výpočtu.  Skryté (tj. ani vstupní, ani výstupní) jednotky nemají žádnou předem danou interpretaci. Tu teprve získají nastavením vah u jednotlivých spojení, avšak k tomuto nastavení teprve dojde v průběhu učení.  Uložená informace je tedy rozprostřena v síti, má distribuovaný charakter.

50 Problémy konekcionistického přístupu (2)  Propojení mezi jednotkami (neurony) postačuje k reprezentaci jednoduchých asociací.  Neuronové sítě však postrádají reprezentační mohutnost potřebnou k uchopení složitějších druhů pravidel – toho je schopná např. predikátová logika (např. vztahy milovat, nenávidět, apod. není pomocí NS jednoduché modelovat).

51 Příklad aplikace neuronové sítě  Neuronové sítě jsou výkonné například při senzorické reprezentaci.  Např. reprezentace chutí a vůní – jazyk má 4 typy chuťových pohárků pro sladkost, kyselost, slanost a hořkost. Kdybychom měli systém s jednotkami (neurony) odpovídajícími každému z těchto čidel, každou s deseti úrovněmi aktivace, pak můžeme rozpoznávat 10 4 = různých chutí, každá odpovídá jedné kombinaci aktivačních stavů.

52 Počítačové vidění  Mezi tradiční využití neuronových sítí patří počítačové vidění, resp. rozpoznání obrazu.  V souvislosti s paralelním respektováním omezení v počítačovém vidění se NS objevily již v roce 1976 (Marr a Poggio).  Problém se týkal stereoskopického vidění – každé oko přijímá mírně se lišící obrazy světa. Toto přizpůsobování se řídí několika omezeními, určujícími, jak mohou být body jednoho obrazu dány do souvislosti s body obrazu druhého.  Koherentní obraz je pak výsledkem vyhovění těmto pravidlům párování bodů v obou obrazech.

53 Neckerova krychle (1)  Svrchní hrana obrázku může být vnímána jako součást přední nebo zadní stěny krychle.  Zkuste si toto překlápění pohledu při soustředění se na různé hrany.  Uvažujme dvě interpretace – v první je levý dolní roh na přední stěně krychle, ve druhé na její zadní stěně.

54 Neckerova krychle (2)  Každá z obou interpretací může být definována souborem dílčích interpretací jednotlivých prvků kresby.  Všechny možné lokální interpretace navzájem úzce souvisejí, a tak se buď navzájem podporují, nebo vylučují, v souladu se strukturními vztahy typickými pro obvyklou krychli.

55 Neckerova krychle (3)  Způsob interpretace Neckerovy krychle lze modelovat jednoduchou konekcionistickou sítí, jejíž jednotky jsou reprezentacemi rohů a propojení mezi jednotkami (neurony) reprezentují buď shodu, nebo inkompatibilitu mezi interpretacemi.  V takové síti se konverguje k jednomu ze dvou možných pohledů tak, že jsou aktivovány ty neurony, které v součinnosti dají koherentní interpretaci, a současně dojde k inaktivaci těch ostatních.  Výzkum posledního desetiletí ukázal, že PCS lze aplikovat nejen na zrakové vnímání, ale i na řadu dalších způsobů poznávání na vyšších úrovních.

56 Učení neuronových sítí  Síť se učí adaptací vah.  Výstupy sítě porovnáváme s požadovaným výsledkem a síť postupně přizpůsobuje své parametry dané úloze, až se naučí správně reagovat.  Síť se tak vlastně učí respektovat omezení, která v problému existují, a po vysokém počtu opakování je připravena zpracovávat i zadání podobného typu.

57 Hebbovské učení  Podstata spočívá v tom, že pokud jednotky (neurony) A a B budou aktivovány současně, pak by váha jejich vzájemného propojení měla vzrůstat.  Představte si například lokální síť, která obsahuje jednotky reprezentující jak tanec, tak večírky.  Pokud budou tyto jednotky často aktivovány ve stejnou dobu, jejich propojení se stane silnějším a silnějším, a bude se tak implementovat asociace mezi tancem a večírkem.  Podobný typ učení není nijak řízen a není tedy potřeba žádného učitele, který by síti sděloval, kdy byla její odpověď správná a kdy nikoli.

Pozn. angl. back-propagation algoritmus 58 Algoritmus zpětného šíření  Jeden z nejrozšířenějších algoritmů pro učení neuronových sítí. Pracuje v následujících krocích: 1.Přiřaď všem spojením náhodné váhy. 2.Aktivuj ty vstupní jednotky, které odpovídají znakům výstupu, který se má síť naučit. 3.Spusť šíření aktivace v síti - ke skrytým jednotkám a k výstupům. 4.Vyhodnoť chyby - tím, že vypočítáš rozdíly mezi získanou aktivací výstupů a aktivací požadovanou. 5.Od chybných spojů nech šířit aktivaci pozpátku a u zúčastněných spojů pozměň váhy tak, aby se v příštím běhu frekvence chyb změnila. 6.Po mnoha pokusech s různými příklady bude síť správně klasifikovat.

59 Neurologická přijatelnost (1)  NS se podobají struktuře mozku. Skutečné sítě neuronů jsou však mnohem složitější (miliardy neuronů, biliony spojení)  Reálné neurony mají mnohem více druhů nervových přenašečů než jen jediný druh aktivačního signálu, jako je tomu u neuronů umělých.  Mozek je elektrochemickou soustavou.  Skutečné neurony mohou měnit strukturu svých synapsí.  Umělé NS jsou v tomto ohledu velmi omezené.

60 Neurologická přijatelnost (2)  Některé typy učení (např. Hebbovo – posilují se při něm podobně působící neurony) skutečně odpovídají fungování mozku.  Zpětné šíření (backpropagation) ale nemá v mozku žádnou analogii.  Skutečné neurální sítě jsou dopředného typu se zpětným šířením, ale neexistují žádné známé neurologické mechanismy, ve kterých by tytéž dráhy vedly aktivaci dopředně a současně zpětně za účelem opravy chyb.

Srovnání prezentovaných přístupů 61

62 Shrnutí ReprezentaceŘešení problémůUčení LogikaPropozice Operátory Predikáty Kvantifikátory Dedukce Věrohodnost Generalizace Abdukce PravidlaJESTLIŽE-PAKVyhledávání Dopředné řetězení Zpětné řetězení Zhušťování Zobecňování Abdukce SítěJednotky a spoje Paralelní respektování omezení Zpětné šíření s nastavením vah

63 Srovnání (1)  Logika nabízí (z přednesených alternativ) největší reprezentační mohutnost. Žádný z dostupných modelů však nemá dostačující reprezentační mohutnost k tomu, aby postihl všechny stránky lidské mysli.

64 Srovnání (2)  Pravidlové systémy zredukovaly výrazivo formální logiky na zjednodušené schéma JESTLIŽE-PAK, což je výpočetně velmi výhodné a pravidla mají stručnou, nezávislou reprezentaci.  Možnost aplikace heuristik.  Lidské uvažování lze ale často lépe vysvětlovat na procesech typu aplikace schématu, analogové mapování nebo PCS.

65 Srovnání (3)  Konekcionistické modely jsou vhodnější pro zachycování širšího rozsahu smyslové zkušenosti, je ale obtížné reprezentovat pomocí neuronů složité vztahy. Komplikované odvozování probíhající v lidském mozku vyžaduje mnohem složitější modely než jsme prozatím schopni nabídnout.

66 Typické aplikace - logika  Logické programování – PROLOG  Plánovací úlohy  Pravděpodobnostní inteligentní rozhodovací systémy  Základ pro práci mnoha technik umělé inteligence

67 Typické aplikace - pravidla  Tvorba expertních systémů  Analýza přirozeného jazyka  Výukové programy  Průmyslové řídící systémy

68 Typické aplikace - sítě  Rozpoznání obrazu  Počítačové vidění  Učící se expertní systémy  Zpracování signálu  Řízení

Argument čínského pokoje 69

70 Argument čínského pokoje (1)  Počítače při práci manipulují se symboly.  Proces probíhá na úrovni syntaktické analýzy.  Počítače z principu nejsou schopny přiřadit symbolům poznání (sémantiku).  Je to jeden z nejznámějších argumentů vyvracejících možnost, že by počítače mohly uspět v Turingově testu.

71 Argument čínského pokoje (2)  Jinými slovy – přepisování symbolů pomocí jakýchkoliv pravidel nezajišťuje pochopení  I tento text by pro počítač vypadal nějak takto:   

72 Argument čínského pokoje (3)  Uvažme situaci: Nalézáte se v uzavřené místnosti. Dostáváte v obálce kartičky s čínskými symboly (kterým nerozumíte). Máte k dispozici vlastní sadu kartiček s čínskými symboly pro odpovědi. Disponujete sadou instrukcí, které říkají jakou kartičku s čínským symbolem vybrat jako odpověď.

73 Argument čínského pokoje (4)  Pozorovatel zvenčí nepozná, že osoba uvnitř pokoje neumí čínsky – její odpovědi na kartičkách odpovídají tomu, jak by reagoval rodilý mluvčí.  Otázka zní: Pozná se podle toho, zda umíte čínsky?  Navenek to tak může vypadat – jedná se ale skutečně o pochopení významu?

74 Argument čínského pokoje (5)  Není-li možno chápat význam, nejedná se o nic jiného než o syntaktickou manipulaci v rámci jazyka.  Na určitý řetězec symbolů odpovíme jiným řetězcem symbolů – podle předem daných instrukcí.  Rozdíl mezi člověkem a počítačem – lidská mysl má mentální obsah, tj. naše symboly, které používáme při uvažování, mají sémantickou hodnotu.

75 Argument čínského pokoje (6)  Někdy se používá tzv. technologický argument – počkáme-li, technika pokročí natolik, že tento problém vyřeší.  Obtíž spočívá v principu jak počítače pracují, nikoliv v rychlosti zpracování.  Ani novější koncepty (např. konekcionismus) nepřinesly odpověd.

Argument čínského pokoje (7)  Lidé přiřazují symbolům sémantický význam.  Při interakci člověk-počítač nebo počítač-počítač hraje sémantika významnou úlohu – zefektivňuje komunikaci a eliminuje chyby, ke kterým v rámci ní přirozeně dochází.  Dosavadní řešení - sémantický web, znalostní inženýrství, tvorba ontologií… 76

Děkuji za pozornost 77

78 Použitá literatura  Paul Thagard: Úvod do kognitivní vědy – mysl a myšlení (Portál, 2001)