Системы фреймов и конкретные мыслительные операции Пиаже

 

" Каковы в действительности условия, необходимые для формирования формального мышления? Ребенок должен в уме не только оперировать с предметами, иными словами, мысленно выполнять возможные над ним действия, но он должен также " отражать" в себе эти операции при отсутствии предметов, когда последние заменяются на словесные формулировки. Это " отражение" есть мысль, достигшая второй стадии (стадии формальных операций). Конкретное мышление является представлением о возможном действии, а формальное мышление - представлением представления о нем. Поэтому нет ничего удивительного в том, что система конкретных 0перацнй должна полностью сформироваться в течение последних лет детства (к 11-12 годам) еще до того, как она получит свое представление с помощью формальных операций. По своим функциям формальные операции не отличаются от конкретных за исключением того, что они применяются к гипотезам или утверждениям абстрактной системы " вывода", которая управляет конкретными операциями".

Ж. Пиаже (1971)

 

Я считаю, что имеется сходство между мыслями Пиаже о конкретных операциях и идеей использования трансформаций между фреймами системы. Некоторые виды логических операций могут быть легко реализованы на базе фреймов путём замены в них одних заданий отсутствия другими. Например, не вызовет затруднений попытка аппроксимации логических транзитивностей; так, силлогизмы вида: " Все, что принадлежит А, принадлежит В, и все, что принадлежит В, принадлежит С, =>, все, что принадлежит А, принадлежит С", должны естественным образом встречаться при подстановках субфреймов в терминалы фрейма. Я не думаю, что это общее правило универсально, но считаю, что вследствие транзитивности сменяющих друг друга субфреймов в некоторых случаях воспользоваться им будет полезно.

В дополнение к этому можно предполагать, что к справедливости высказываний вида: Большинство, относящееся к А, относится к В, и большинство, относящееся к В, относится к С, => большинство, относящееся к А, относится к С", следует относиться с той же степенью доверия, даже если иногда это не соответствует действительности.

Ясное понимание вопроса о том, что же может быть достигнуто на базе простейших операций с фреймами, было бы весьма ценным и актуальным. Значительным шагом в этом направлении, мне думается, явилась разработанная Дж.Муром и А.Ньюэллом(1973) процедура " выравнивания и покрытия" для их программы MERLIN. Эта процедура связана с известным в математической логике алгоритмом унификации (см.Н.Нельсон " Искусственный интеллект", 1973), если известны фреймы А и В, то результаты ее работы могут быть проинтерпретированы (если не слишком вдаваться в детали) следующим образом:

Можно рассматривать А как вид В, если имеется " отображение" или фрейм-трансформация С, указывающая, каким образом (может быть даже с помощью каких иных отображений" ) терминалы, относящиеся к А, могут рассматриваться в понятиях В-терминалов.

В упомянутой выше работе метод изменения точек зрения используется, чтобы предложить ряд новых интерпретаций таким основным стратегиям, как целенаправленность, индукция и использование новых знаний.

Кроме того, авторы высказывают ценные предложения, каким образом можно в машинных программах реализовать основную идею теории фреймов.

По теории Ж.Пиаже способности детей к проведению рассуждений, как с помощью трансформаций, так и о них самих проявляются с переходом мышления ребенка на стадию формальных операций. Для различных видов умственной деятельности эти способности могут проявляться не одновременно и не синхронно по отношению друг к другу. Чтобы проводить более сложные рассуждения и освободиться от полезной, но малонадежной логики манипулирования с заранее заготовленными значениями, человек должен научиться оперировать с самими трансформациями, поскольку подобные преобразования содержат в себе сведения, необходимые, для более сложных форм умственной деятельности. В создаваемых для систем ИИ моделях можно было бы попытаться заставить ее (систему) читать свои собственные программы. Возможная альтернатива заключается в том, чтобы представить (с избыточностью) информацию о процессах иным способом. Сотрудники нашей лаборатории (Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института ), разрабатывающие программу, " понимающую программы", обычно приходили к мнению, что в них должны содержаться " комментарии" для более четкого выражения намерений, предпосылок и целей эти комментарии (в настоящее время) обычно записываются на специализированных языках.

В этой связи возникает важный вопрос о цели разработки нашей теории. Мышление на базе " схем", в основе которого лежит согласование сложных ситуаций со стереотипными структурами фреймов, явно недостаточно для некоторых видов умственной деятельности. Очевидно, что взрослые люди, думая о чем-либо, используют для своих целей ранее сформировавшиеся собственные представления. Если представить себе " формальные" операции в виде процессов, которые могут изучать и критиковать наши ранее сформировавшиеся представления (в виде фреймов или любом другом), то с их помощью можно создавать новые структуры, которые будут соответствовать " представлениям о представлениях". У меня, однако, не сложилось еще определенного мнения о той роли, которую могли бы играть системы фреймов в этих более сложных видах умственной деятельности.

Та же стратегия предполагает, что непосредственное использование фреймов мы связываем (схематично, по крайней мере) с " конкретными" операциями Ж.Пиаже. Если это так, то я поддерживаю тезис Ж.Пиаже о том, что позднее появление " формального" мышления у детей связано с парадоксальным повторным убеждением. При рассмотрении примеров применения системы фреймов к различным проблемам могут возникнуть сомнения по поводу того, что данная теория хорошо объясняет одно и плохо другое. Однако было бы наивно ожидать, что в рамках любой отдельно взятой системы можно решить все проблемы человеческого мышления, тем более что эта система ограничена конкретными операциями, сводящимися к манипуляциям со стереотипными структурами данных.

 

 

Глава вторая.

Язык, понимание и сценарии

 

Слова. предложения и смысл

 

" Механизм восприятия образов обладает некоторыми недостатками, которые являются платой за его исключительно ценные качества. Два из них, видимо, наиболее важны: образ, в особенности зрительный, склонен к обособлению ситуаций, более чем это биологически целесообразно; а принципы, лежащие в основе композиционного объединения образов, приводят к таким построениям, которые являются относительно беспорядочными, случайными и нерегулярными по сравнению с развертыванием привычных действий или довольно упорядоченным развитием мысли".

Ф. Бартлетт (1932)

 

Концепция фрейма и использование заданий отсутствия, по-видимому, полезны при рассмотрении проблемы понимания смысла. Н.Хомский(1957) указывал, что такое предложение, как:

(A) Бесцветные зеленые идеи спят неистово трактуется совсем иначе, чем высказывание:

(B) Неистово спят идеи, зеленые, бесцветные.

Это происходит, во-первых, потому, что оба высказывания " одинаково бессмысленны", и, во-вторых, потому что процессы, связанные с анализом предложений, должны во многом отличаться от процессов, связанных с пониманием смысла.

Нет сомнения в существовании особых механизмов связанных с грамматическим разбором предложений. Поскольку смысл высказывания в равной мере " закодирован" как в позиционных и структурных отношениях между словами, так и в выборе самих слов, то должны существовать и механизмы, связанные с анализом этих отношений и участвующие в формировании структур, которые призваны более четко представлять смысл этого высказывания. Почему при выработке такой структуры слова в высказывании (А) производят большее впечатление и смысл их более понятен, чем в высказывании (В), если не касаться вопроса о том, следует ли называть эту структуру семантической или синтаксической? Потому что порядок слов в (А) и отношения между ними заданы с учетом (грамматических) условностей и правил, которыми люди обычно пользуются, чтобы побудить других конкретизировать определенными значениями задания терминалов своих понятийных структур. Это полностью согласуется с грамматическими теориями. Порождающая грамматика могла бы служить в качестве совокупного описания внешнего проявления этих правил (или связанных с ними процессов), а операции в трансформационных грамматиках достаточно близки к нашим трансформациям фреймов.

Следует, однако, уточнить, насколько самостоятельно используется грамматика при работе человеческой мысли. Вероятно, неприятие высказываний (вследствие конструкций, не соответствующих правилам грамматики, или просто непонятных) указывает на более сложный характер причин, обусловливающих семантический отказ выработать какое-либо представление. Ниже приводятся доводы в пользу того, что противопоставление грамматики и смысла может осветить две крайности из этого круга вопросов, но в то же время завуалировать все остальные его важные проблемы.

Мы, конечно же, не можем считать, что любой " логической" бессмысленности неизбежно сопутствует и бессмысленность психологическая. В самом деле, высказывание (А) можт породить определенный психический образ! Центральным в этом образе, как я понимаю, является фрейм сна, для которого система задает определенную кровать с " лежащим" на ней фреймом, представляющим мягкую, бесформенную полупрозрачную массу зеленого цвета. Во фрейме сна имеется терминал для задания характера сна (сейчас, видимо, беспокойного), а слово " неистово" кажется здесь несколько неподходящим, так как этот фрейм предпочитает не признавать в своем действии чего-либо намеренно спланированного или заранее предусмотренного. Еще больше смущает слово " идеи", поскольку в качестве субъекта мыслится какое-нибудь лицо или, по крайней мере, что-то живое. В рамках рассматриваемой структуры фрейма разрешить эти противоречия не удается.

Сказать что-либо подобное о высказывании (В) попросту нельзя, поскольку в нем нет ни одного существенного фрагмента, который можно было бы сопоставить с одним из возможных субфреймов.

Поэтому ни один более высокий по иерархии фрейм не получит каких-либо данных для согласования своих терминалов и, следовательно, ни один из фреймов верхнего уровня типа " смысл" или типа " предложение" не в состоянии сообщить о том, имеет ли высказывание (В) правильную грамматическую форму к (или) заложен ли в нем какой-нибудь смысл. Я полагаю, что сочетание этой " гибкой" теории с градацией отбора данных для заполнения заданий отсутствия может быть положено в основу разработки такой системы, которая скорее будет несостоятельной для предложений с " плохой" грамматикой, нежели для предложений, где ее попросту нет. Если более мелкие фрагменты, т.е. фразы и части предложений достаточно хорошо удовлетворяют субфреймам, то даже, несмотря на неполную согласованность данных на верхних уровнях могут быть построены образы, приемлемые для определенных видов понимания. Таким образом, мы получили качественную теорию грамматического разбора:

если данные удовлетворяют верхним уровням и не удовлетворяют некоторым терминалам более низких уровней, то на входе - бессмысленное предложение; если же картина обратная, то высказывание может иметь смысл, но оно облечено в грамматически неправильную форму.

Я не собираюсь утверждать, что восприятие предложений обязательно должно сопровождаться зрительными образами. Некоторые люди не пытаются представить себе цвет мяча в предложении " он ударил по мячу". Но, в конечном итоге, все согласятся, что в рамках вызванного из памяти сценария используются, если не такие характеристики, как цвет или размер, то цели, отношения и другие существенные элементы. Вне рамок зрительного восприятия терминалы и их задания отсутствия могут представлять цели и функции, а не только цвета, размеры и формы.

 

Рассуждение

 

Лингвистическая деятельность человека требует от него использования образований более крупных, чем те, которые могут быть описаны с помощью грамматических правил, а это в еще большей степени затрудняет понимание вопросов, связанных с разграничением синтаксиса и семантики. Рассмотрим следующую басню (У.Чейф, 1972):

" Жили-были волк и ягненок. Однажды увидел волк, что ягненок пьет воду из реки, и появилось у него желание съесть ягненка. Решил он найти себе хоть какое-то оправдание и, несмотря на то, что сам находился выше по течению, обвинил ягненка в том, что тот взбалтывает воду и не дает ему пить…"

Чтобы понять этот отрывок, надо ясно представить себе, что волк лжет! Чтобы понять ключевую фразу " несмотря на то, что...", надо знать, что жидкость не может двигаться вверх по течению, а это, в свою очередь, требует от нас понимания самих слов " вверх по течению". В рамках декларативной, основанной на исчислении предикатов логической системы фразу " выше по течению" можно задать в виде некоторой формулы, например:

[А находится выше по течению, чем В] \/ [Событие Т.B А поток мутный] => [Существует [Событие U.В В поток мутный]] /\ [U позже Т].

Однако более полное определение было бы гораздо сложнее. Например, как записать тот факт, что потоки воды, перемещая какие-либо предметы, обычно не изменяют их расположения относительно друг друга? Логик мог бы попытаться доказать его, исходя из достаточно сложной совокупности " локальных" аксиом и соответствующих правил индуктивного вывода. Представим эти знания с помощью особой структуры данных, которая автоматически переориентирует связи пространственных описаний с терминалов одного фрейма на терминалы другого в рамках одной и той же системы фреймов. И хотя это может рассматриваться как некоторый вид логики, здесь используются определенные механизмы такие же, как и для пространственного мышления.

 

Во многих случаях нам приходится иметь дело с изменяющимися во времени ситуациями или причинно следственными отношениями. Так, концепции " течение реки" может соответствовать система фреймов, аналогичная той, что показана на рис.2-1, где S₁, S₂ и S₃ обозначают отдельные абстрактные участки реки. Если волк в соответствии с ранее рассмотренной схемой находится слева, а ягненок от него - справа, то S₁, S₂ и S₃ " двигаются" мимо них также слева направо. Наше воображение именно так представляет себе эту картину, а для ее изменения требуются некоторые умственные усилия. Допустим, что участки реки S₁, S₂ или S₃ видны только тогда, когда они располагаются прямо против волка или ягненка. Если последний взбалтывал воду на участке S₃, то система фреймов укажет на то, что, поскольку этот участок перестанет быть видимым и не будет находиться вблизи волка, его претензии к ягненку безосновательны. Более подробная система могла бы иметь промежуточные фреймы, но ни для одного из них участок реки возле волка не был бы загрязнен.

Существует еще много нюансов, в которых следует разобраться. Что означает слово " взбалтывал" и почему это мешало волку пить? В обычных условиях с помощью элементов S могут быть представлены просто какие-то плавающие предметы, однако здесь S₃ взаимодействует со словом " взбалтывал" и в результате получается нечто противоречащее действию " пить". Или такой вопрос: было ли доказано, что взбалтывание воды в реке обусловливает присутствие грязи в воде на участке S₃, или же это указывается в одном из заранее заготовленных значений данного действия?

Почти любое событие, действие, изменение, перемещение объектов или даже передача информации в первом приближении могут быть представлены обобщенным событием в виде системы, состоящей из двух фреймов. Система фреймов может иметь пробелы для действующих лиц (агентов), инструментов, побочных явлений, предварительных условий, обобщенных траекторий, но, в отличие от переходных глаголов в теориях формальных грамматик, здесь имеется дополнительная возможность в явном виде представлять возможные изменения. Чтобы проверить, понял ли кто-либо то или иное событие " ли действие, можно построить соответствующую ему пару фреймов типа " до-после".

Однако использование подобных пар фреймов для представления ситуационных изменений совсем небезошибочно, поскольку ссылки на эти пары фреймов не адекватны описанию различий между ними. Это вызывает неудобства при таких видах деятельности, как планирование или проведение абстрактных рассуждений, поскольку не существует явных точек включения в подобные структуры информации о трансформациях. В развитие этого варианта можно ввести пары узлов, указывающие на соответствующие терминалы: в этом случае мы получили бы структуры, подобные " записям сходства" П.Уинстона(1970). Кроме того, можно поместить на верхний уровень системы фреймов данные, несущие в себе информацию о различиях между фреймами в парах " до-после", выраженных в более общем виде.

В своей работе по теории " семантической зависимости" Р.Шенк(1972) пытается найти смысловое представление для сложных утверждений, таких, например, как " Сэм верит в то, что Джон дурак". В этих предложениях предмет, на который направлено действие, не может быть представлен как реальный физический объект. Это, однако, не снимает вопроса о " концептуализации" этого предмета и представлении его с помощью ситуаций подобно тому, как это выглядит при разборе следующего диалога:

- Не хотите ли Вы кусочек шоколада?

- Нет, я только что съел трубочку с мороженым.

Р.Шенк считает достаточным наличие ограниченного набора " основных концептуализации" и типов связей между ними для того, чтобы с их помощью представлять смысл сложных высказываний. Я затрудняюсь сказать, насколько правилен этот подход, например, можно ли с его помощью описать такое явление, как " поток".

Теория Р.Шенка включает в себя идею " концептуальных атрибутов", которые напоминают некоторые из наших терминалов фреймов, однако в ней сделана попытка представить результаты действий не с помощью отношений между парами фреймов, а в виде явных абстракций. Это порождает свои проблемы; например, было бы интересно узнать, достаточно ли одной (или даже нескольких) абстрактной концепции " причинам для работы системы " убеждений" или нет. Явно недостаточной выглядит попытка представить причинную связь с помощью некоторого условия или действия, необходимого для того, чтобы произошло какое-то событие. Не вдаваясь более в детали, я полагаю, что как только в рамках теории Р.Шенка будут разработаны некоторые проверки выполнимости действий, она станет мощным средством для представления знаний.

Работа Дж.Уилкса(1973а) по " семантике предпочтений" тоже, видимо богата идеями относительно того, как создавать структуры, подобные фреймам, из более простых элементов. Его предложения в отношении предпочтений объединяют в себе особые пути, при помощи которых можно было бы представлять задания отсутствия и процедуры, согласованные с более крупными фрагментами рассуждений. Я полагаю, что система Дж.Уилкса интересна еще и тем, что она отчетливо показывает нам способы, с помощью которых можно проводить некоторые полезные неформальные рассуждения, а также раскрывает механизм псевдодедукции, основанный на шаблонном принципе построения всей системы и на текущих процессах без привлечения тщательно разработанной формальной логической системы или без излишней заботы о непротиворечивости в рассуждениях.

Р.Абельсон(1973) работает над проблемами представления еще более сложных видов деятельности. Основываясь на элементах, подобных элементам Р.Шенка, он разрабатывает схемы, в которых взаимодействие различных понятий ведет к образованию сложных " предписаний" (scripts), т. е. ажурных или решетчатых сценариев в тщательно разработанных системах " убеждений". С их помощью он пытается отразить даже такие взаимодействия, как представление одного человека о той роли, которую он играет в планах другого действующего лица.

В своей работе Д.Макдермотт(1974) рассмотрел многие вопросы, связанные с представлением знаний. В его схеме для выработки правдоподобных заключений любые утверждения не просто принимаются на веру, но подлежат проверке, осуществляемой процессами, которые выражают " сомнения" и " убеждения"; по существу, данные, наличие которых предполагается по умолчанию (или поскольку они правдоподобны), сохраняются благодаря механизмам изменения убеждений, действующих, когда последние, зависимые предположения уже включены в работу. Д.Макдермотт особенно выделяет те вопросы, которые связаны с устранением ошибок, возникающих в любой системе в процессе поиска неформальных и правдоподобных заключений.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: