Анатолий Анисимов - Компьютерная лингвистика для всех: Мифы. Алгоритмы. Язык

«Первый поэт земли определил: «Небо голубое». Позднее другой сделал открытие: «Твои глаза голубые, как небо». Потом много, много лет спустя отважились сказать: «У тебя небо в глазах». Современный поэт написал бы: «У тебя глаза неба!» Самые прекрасные образы — те, что самым прямым и быстрым путем соединяют элементы действительности, далеко отстоящие друг от друга». [74] 74 Голль И. Манифест сюрреализма//Там же. — С. 322.

Рассмотрим задачу на ассоциативное мышление с одним неизвестным. «Не трать свое время на х. У него были хорошие х, а мне не повезло. Он взял со стола х и попросил еще одну. Я не должен был играть с ним в х, так как он жульничает».

Немного подумав, любой найдет ответ: х — это карты. Каждый человек решает подобные задачи по многу раз на день. Что при этом происходит? Мозг ведет поиск в некотором смысловом пространстве человека. Ключевые слова каждого уточнения определяют некоторую макрогипотезу, уточняемую последующими утверждениями. Такие психологические эксперименты описал А. Г. Ивахненко. [75] 75 Ивахненко А. Г. Системы эвристической самоорганизации в технической кибернетике. — К.: Технжа, 1971.— С. 59–64. Может ли компьютер решать подобные задачи? Ответ положителен, если при этом удается достаточно полно отразить смысловое пространство человека в памяти ЭВМ.

Аналогичные процессы происходят в мозгу человека, если он что-то вспоминает. Возбуждаются некоторые ассоциативные приметы забытого, ситуация, при которой произошло запоминание, цель забытого объекта, его качественные характеристики, ощущения, связанные с забытым. В итоге вдруг возникает забытое слово или образ.

В повести «Сандро из Чегема» Ф. Искандер описал процесс вспоминания разбойника.

«— Хейт! Хейт! — кричал мальчишеский голос, волнуя дядю Сандро какой-то странной тревогой. Время от времени мальчик кидал камни, и они, хрястнув по густому сплетенью, глухо, с промежутками падали на землю. И когда камень мальчика попал в невидимую козу, дяде Сандро показалось, что он за миг до этого угадал, что именно этот камень в нее попадет. Когда коза, крякнув, выбежала из-за кустов и вслед за ней появился подросток и, увидев легковые машины, смущенно замер, дядя Сандро, холодея от волнения, все припомнил.

Да, да, почти так это и было. Мальчик перегонял коз в котловину Сабида. И тогда вот так же коза застряла в кустах. И он так же кидал камни и кричал. Вот так же, как сейчас, когда он попал в нее камнем, она крякнула и выскочила из кустов, а следом за ней выскочил мальчик и замер от неожиданности.

В нескольких шагах от него по тропе проходил человек. Он гнал перед собой навьюченных лошадей. Услышав треск кустов, человек дернулся и посмотрел на голубоглазого отрока с такой злостью, с какой на него никогда никто не смотрел». [76] 76 Искандер Ф. Сандро из Чегема // Знамя. — 1988,— № 9,— С. 72.

Где-то в мозге человека запечатлеваются образы и ощущения, возникающие на его жизненном пути. Образы соединяются между собой общими ассоциативными связями, отражающими тот или иной аспект близости образов. Процессы ассоциативного мышления сводятся к проблемам поиска в этом пространстве и его пополнения новыми образами. Поэты говорят о сближении дальних образов, технические специалисты — о траекториях в смысловом пространстве, психологи — о годологическом пространстве (от греческого hodos — путь) личности, в котором отражаются цели и переходы между целями. Топологическую психологию начал развивать в начале нашего века немецкий психолог К. Левин. Поведение человека при таком подходе представляется как движение по промежуточным целям для достижения результата. Следует особо отметить, что мозг не просто отыскивает пути в пространстве образов, но находит оптимальные по тем или иным параметрам решения. Мозг успешно решает оптимизационную задачу. Все наблюдали, как упорно, несмотря на предупреждающие надписи «По газонам не ходить», люди протаптывают тропинки, делают в заборах дырки, проявляют завидную изобретательность, чтобы найти кратчайший путь. Подобные задачи оптимизации хорошо известны в математике.

Предположим, на карте местности требуется определить наиболее удобный маршрут, соединяющий два населенных пункта. Известна степень энергетических и других затрат на путь между любыми двумя соседними пунктами (веса). Затраты вдоль всего пути состоят из суммы затрат на каждый отрезок, соединяющий пару соседних пунктов (рис. 8). Это хорошо известная задача об отыскании кратчайшего расстояния для одного источника. Известно несколько десятков вариантов ее алгоритмического решения. В более общем случае речь идет о нахождении такого пути между двумя пунктами некоторой сети, на котором минимизируется заданная целевая функция, определяемая вдоль пути. Выбор функции диктуется прикладной областью. Веса локальных отрезков могут быть многопараметрическими и даже динамически изменяемыми. Метод решения такой задачи носит название динамического программирования (подобный способ используется при управлении ракетой-перехватчиком, автоматической проводкой судов, оптимизацией экономических и технологических процессов).

Рис. 8. Маршрут АСЕК имеет минимальную стоимость пути от А до К. равную 6

Каким-то образом мозг умеет с большой эффективностью справляться с этой задачей. Существует параллельный локальный метод для решения подобных задач. При этом в каждом пункте сети независимо выполняются простые оптимизирующие операции, затрагивающие только его непосредственных соседей. Но в результате повторения таких тактов работы всей сети находится глобальный оптимальный маршрут. [77] 77 См.: Анисимов А. В. Локальный алгоритм для задачи о кратчайшем пути из одного источника // Кибернетика. — 1986.— № 3.— С. 57–60.

В зависимости от количества тактов происходит постепенное улучшение решений. Если сеть представить топологическим соединением нейронов мозга, каждая локальная операция в таком алгоритме сводится к простому сравнению и уменьшению некоторых потенциалов в нейронном узле. Такие функции легко выполняются нейроструктурами. Интересно, что сам оптимальный путь от начального узла к целевому находится в обратном порядке, волна возбуждения движется от результирующего узла к начальному, выбор каждого следующего узла выполняется по методу наименьшего градиента. Если принять, что мозг реализует именно указанный локальный алгоритм нахождения оптимального пути, становится понятным эффект «обратного течения времени во сне»: волна идет от результирующего возбужденного резким сигналом узла к начальному состоянию, соответствующему пробуждению. Сам возникающий сон представляет собой цепочку возбужденных образов, отражающих такой маршрут.