История биологии с начала XX века до наших дней - [306]

Другая модель выработки условных рефлексов, классификации раздражителей и обучения была предложена А.М. Аттли (1956). Процесс обучения в ней реализуется путем вычисления условных вероятностей. Аттли считал, что многочисленные связи между элементами, необходимые для работы модели, возникают случайно. С 1957 г. начала выходить серия работ Ф. Розенблатта, посвященная использованию для узнавания образов сетей со случайными связями между элементами, эффективность действия которых друг на друга изменяется в результате обучения. Подобные системы вслед за Розенблаттом стали называть перцептронами.

В рамках общей проблемы обучения вопросы узнавания (распознавания) образов занимают особое место. К задаче узнавания сводится большое число психических функций, таких, как принятие решений, требующее распознавания ситуации, проблема обобщения и выработки понятий, также связанная с узнаванием и различением. Эти вопросы затрагиваются в многочисленных исследованиях.

Задачи распознавания образов выходят за пределы чисто биологических исследований и в настоящее время тесно смыкаются с техническими (бионическими) проблемами конструирования различных распознающих систем и устройств (для чтения текстов, восприятия речи, автоматического диагноза, анализа крови и т. п.).

Значение перцептронов состоит еще и в том, что они являются одной из первых моделей распознающей системы, не содержащей врожденных, «жестких» механизмов классификации и способной обучаться распознаванию различных образов из довольно широкого класса. В основе схемы перцептрона лежат идеи модели Фэрли и Кларка, дополненные представлениями о слоистой структуре сетчатки. Первый слой образуют рецепторные элементы, случайно связанные с элементами второго слоя — ассоциативными, которые воздействуют на элементы третьего слоя — выходные. После проекции образа на слой рецепторов срабатывает какой-то из выходных элементов. Бели он соответствует образу, который действовал на рецепторы, то эффективность связей, которые были при этом активированы, возрастает; в случае ошибки эффективность сработавших связей ослабевает.
В работах Ф. Розенблатта (1959), В.М. Глушкова (1962) и других были выяснены реальные возможности и недостатки трехслойных перцептронов. Исследовались также и более сложные многослойные перцептроны с возвратными связями. Одним из принципиальных недостатков перцептрона, обусловленных наличием большого числа случайных связей между элементами, является довольно медленное обучение. Впрочем, эта же конструктивная особенность обеспечивает их надежность: выход из строя нескольких элементов перцептрона на качестве его работы сказывается незначительно.
Важное направление в теории сетей, моделирующих деятельность мозга, развивается в последние годы Г. Бриндли и Д. Марром (1969).

Процесс обучения можно анализировать и с иной точки зрения. Так, в работах Р. Буша и Ф. Мостеллера (1955), Р. Аткинсона, Г. Бауэра и Э. Кротерса (1965) обучение рассматривается как некоторый стохастический процесс анализа ситуаций и выбора решений. Их исследования базируются на попытках формального анализа психологических особенностей обучения и образуют комплекс, получивший название математической психологии. В этой области также построен ряд интересных математических моделей.

Всякая модель обучения рассматривает взаимодействие обучающейся конструкции (сети, автомата, программы) и внешней среды. М.Л. Цетлиным (1961) предложена и проанализирована модель обучения конечного автомата в случайной среде. Биологическим аналогом процесса такого рода может быть обучение животного в Т-образном лабиринте, когда за поворот вправо и влево животное штрафуется случайным образом с разными вероятностями. Цетлин предложил простую конструкцию автомата, который обучается вести себя в таких условиях оптимальным образом. В его работах рассмотрен ряд примеров коллективного поведения простейших автоматов и показано, что системы из достаточно простых элементов, обладающих небольшими возможностями, способны реализовать достаточно сложные формы «целесообразного» поведения.

Важное значение в организации и управлении поведением имеют механизмы предсказания, учитывающие характер изменения ситуации. Концептуальной моделью такого механизма (предиктора) является положение об «акцепторе действия» П.К. Анохина (1933). В работе Л.В. Крушинского (1966) и других авторов предложена модель экстраполяционного рефлекса как одного из видов прогнозирующего поведения.

Н.А. Бернштейн (1961) подробно разработал идею, согласно которой люди в процессе деятельности, а животные в процессе жизни формируют в мозгу некоторую модель внешнего мира, содержащую, в частности, план будущего поведения. Эта модель развивается по мере приобретения опыта.

Кривая обучения коллектива автоматов (по Д. Мичи и Ф. Чемберсу, 1968).

По оси ординат — время до совершения ошибки, по оси абсцисс — время обучения системы.

В последние десятилетия активно ведутся работы по исследованию эвристической деятельности, т. е. процесса поиска нового или принятия решения при неполноте информации о среде. Моделирование здесь используется прежде всего для воспроизведения функции мышления при решении отдельных классов интеллектуальных задач