Современное состояние когнитивной науки

Горохов Владимир Леонидович,
доктор технических наук, зав. каф.
Вычислительных систем и
программирования, профессор, СанктПетербургский инженерноэкономический университет,
тел. +7 950-031-65-59, +7 905 285-01-46,
[email protected]
Когнитивная наука дает новые методы и средства
стимуляции интуиции для расширения возможностей
рационального способа познания природы





Новые методы организации обработки логических, математических, и
графических данных с учетом возможностей рационального и
интуитивного мышления
Новые компьютерные средства генерации визуальных, акустических и
тактильных когнитивных образов
Когнитивные средства для коммуникаций с участием средств
искусственного интеллекта (интеллектуальные агенты)
Когнитивные графические и логические средства для
интеллектуальных интерфейсов
Когнитивные средства нейрофизиологии и применений нейронауки
Пример визуального
динамического когнитивного
образа
Эти когнитивные методы актуальны на современном
этапе развития технологической цивилизации


1.
2.
3.
Рациональный метод познания дал фантастические возможности
для развития современной технологической цивилизации и
естествознания
Однако в настоящее время наблюдаются серьезные проблемы в
изучении и описании фундаментальных основ окружающего нас
мира:
Это и крушение научных парадигм в описании социума
Это и крушение научных парадигм в описании биосферы
Это и крушение научных парадигм в основаниях физики и
математики
Фридрих Август
фон Хайек
(1899-1992)
Социализм:
Либерализм $:
Плановая, жестко
централизованная
(командноадминистративная)
экономика
Децентрализованная,
чисто рыночная экономика
Крушение в конце 1980-х годов
Крушение в 2008-2009-м годах
Монетаризм: рынок как
саморегулирующаяся система,
тяготеющая к состоянию равновесия
МАТЕМАТИКА
МАТЕМАТИЧЕСКУЮ РЕАЛЬНОСТЬ НЕВОЗМОЖНО
ОДНОЗНАЧНО ВКЛЮЧИТЬ В АКСИОМАТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ (НЕ ИЗОМОРФНОСТЬ ЛОГИЧЕСКИХ
ИНТЕРПРЕТАЦИЙ)






Теорема Геделя (1930)
Любая система аксиом не позволяет
доказать все теоремы для описания
этой системы
Парадокс Банаха-Тарского
(1963)
ФИЗИКА
ФИЗИЧЕСКУЮ РЕАЛЬНОСТЬ ПОКА НЕВОЗМОЖНО
ОТРАЗИТЬ РАМКАХ ОДНОЙ ПАРАДИГМЫ



Противоречие интуиции - не
логическое противоречие
Теорема ЛевенгеймаСколема
Любая система аксиом допускает
больше интерпретаций, чем
закладывалось при создании этой
системы

Открытие темной материи
и энергии
95 % материи (темная материя и
энергия) имеет неизвестную
природу
Светящееся вещество, которое
было предметом изучения в
течении тысячелетий, составляет 12 % от скрытых форм не
барионного происхождения
Как возникли барионы тоже
остается загадкой (гипотеза о
нарушении законов симметрии в
микромире не подтверждена
данными с ускорителей)
Современное естествознание по-прежнему далеко от
понимания природы Вселенной





Эксперименты типа БУМЕРАНГ, МАКСИМА, WMAP показали, что современное
естествознание скорее, удаляется , чем приближается к разгадке Вселенной.
Активно обсуждается обоснованность таких основ, как стабильность физических
констант, применимость теории гравитации на всех масштабах, возможная роль
многомерной топологии в формировании Вселенной и т. п.
На генеральной Ассамблее МАС широко обсуждалась проблема множественности
Вселенных (Uni-verse-Multi-vers).
Светящееся вещество, которое было предметом изучения в течении тысячелетий,
составляет 1-2 % от скрытых форм не барионного происхождения. Доминирует нечто,
условно называемое Ламбда-членом, квинтэссенцией. Природа этого нечто является
лишь предметом теоретических догадок.
Как возникли барионы тоже остается загадкой (гипотеза их возникновения
нарушением законов симметрии в микромире оказалась пока не подтверждена данными
с ускорителей)
КРУШЕНИЕ НАУЧНЫХ ПАРАДИГМ
Причины кризиса и спасение ситуации
Причина - Возможно это связано с
переоценкой возможностей
традиционно понимаемых механизмов
рационального в сознании человека
(Гуссерль, Бергсон, Хайдеггер)
Спасение ситуации - Надо обратиться к
достижениям в изучении механизмов
сознания достигнутых в теории
познания и когнитивной психологии
(Поппер, Лоренц)
Возможен симбиоз и синтез парадигм на
основе когнитивной науки
Слово за когнитивной наукой
Когнитивная наука – исследование разума
и
разумных систем, состоящее в изучении механизмов
и структур отражения окружающего мира в
человеческом сознании на основе методов
рационального мышления в рамках гносеологии и
когнитивной психологии.
oУ
истоков когнитологии, как науки, стояли
психологи Дж. Миллер и Дж. Брунер, кибернетики
Нобелевский лауреат Г. Саймон и Дж. Маккарти. Но
только в последнее десятилетие созрели социальноэкономические
и
технологические
условия
востребованности этой области знаний для решения
гуманитарных, энергетических и экологических
проблем человечества.
o
Еще пример когнитивного динамического образа



Преобладавшая в 60-90-е годы ориентация когнитологии
на изучение интеллекта
изолированных субъектов
недооценивала значение социальных факторов, во многом
определяющих течение когнитивных процессов.
На рубеже веков ученые все большее внимание уделяют
экспериментальному
изучению
распределенных
коллективных
когнитивных процессов, знаний и
представлений.
Американский
психолог
Смит
Вернон
получил
Нобелевскую премию по экономике в 2002 году за
лабораторные эксперименты, как средство в эмпирическом
экономическом анализе, в особенности в анализе
альтернативных рыночных механизмов.

NBIC-конвергенция (по первым буквам
областей: N -нано; B -био; I -инфо; C когно). Термин введен в 2002 г . Михаилом
Роко и Уильямом Бейнбриджем, авторами
отчета Converging Technologies for
Improving Human Performance ,
подготовленного 2002 г . в Всемирном
центре оценки технологий (WTEC)
Когнитивные вычисления и образы - новое поколение
инструментальных средств
Макроперспектива
Пополнения
потенциала
человечества
Знания
Создание ценностей
для всего общества
Вычисления
Усиление способностей
человека
Понимание
Углубление
взаимопониания
Упрощение распространения
информации о всем обществе
Коммуникации
улучшение коммуникаций
между отдельными людьми
Микроперспектива

"Сейчас происходит когнитивная революция, которая
выражается в появлении четвертой волны технологий.
Наряду с информационными, био- и нано- технологиями
мы говорим сегодня о появлении когнитивных
технологий, которые обращены на человека, учитывают
его психическое состояние и процессы реагирования на
окружающие условия. В частности, когнитивные
технические системы оценивают состояние человекаоператора и подстраивают под него эксплуатируемую
технику. Это - одно из важных направлений работы
нашего института".
перцепция
выбор онтологии
формальная
онтология выбранного
типа

техногностическая
система
ноэза
тематическое дешифрирование
ноэтические
многообразия
Интерпретация на языке
естественных наук Интерпретация
на языке логики имен
Машинная
онтология верхнего
уровня
техногностическая
система
Компьютерные
онтологии
представления
Интенционал - акты:
•1. Чувственное
восприятие
•2.Воображение
•3.Усмотрение
сущности
Хаотические
системы
Фракталы
Нелинейная
димамика
Системы
основанные на
знаниях
Генетические
алгоритмы
Нечеткие системы Нейросети
Мягкие вычисления устранили противоречие между
когнитивным и коннекционистким подходом в ИИ

ЖЕСТКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Точные модели
Рассуждения
в булевой
логике и
логике имен
Лесневского
Традиционное
численное
моделирование
и поиск
МЯГКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Приближенные модели
Приближенные
рассуждения
Функциональная
аппроксимация и
случайный поиск
Приближенные
рассуждения
Вероятностные
модели
Нечеткие
системы
Многозначные
& нечеткие
логики
Функциональная аппроксимация
/Случайный поиск
Нейросети
Эволюционные
алгоритмы
Многозначные
алгебры
Нечеткие
регуляторы
Гибридные НЛ системы
Нечеткие
Нечеткие регуляторы
эволюционирующие
обучаемые
Нейросети, модифирегуляторы
цируемые НС
нейросетью

На кафедре вычислительных систем и
программирования
факультета
информационных систем в экономике и
управлении СПбГИЭУ ведутся работы по
интеграции моделей многомерного анализа и
прогноза поведения сложных систем в
условиях априорной неопределенности их
описания на основе когнитивной машинной
графики и синтеза научных когнитивных
Логические описания
неопределенности (Нечеткая
целевая иерархия)
Цель
04.01.1900
03.01.1900
02.01.1900
01.01.1900
Когнитивные образы и метафоры
неопределенности
Динамика изменения
достижимости цели
Целевой фактор
Эксперт
Нечеткая целевая иерархия
t ij \  ij , 0  t ij   ij ,  ij ,

 ij t ij   
  ij \ t ij , t ij   ij ,  ij .
zi   yij z j , i  V2
j
zi   yij z j , i  VM
j
cij 
pi  p j
pi  p j
Когнитивная
графика
Ноэза процесс
Ноэма-слой1
Ноэма-слой2



Реализована возможность построения
когнитивных образов для нечеткой целевой
иерархической модели ситуации (для принятия
решений в условиях глубокой априорной
неопределенности)
Впервые создана гибридная система,
использующая генерацию когнитивных образов
и формирование логического описания ситуаций
на основе логики имен Лесневского и нечеткой
байесовской логики
Реализована возможность оценки состояния
ситуации и описания поведения сложных систем
даже когда информация о состоянии отдельных
факторах неизвестна (для принятия решений в
условиях глубокой априорной неопределенности)
Горохов В.Л., Гусева Е.А., Витковский В.В.,
Барышев Ю.В., Леонов В.Е., Муравьев И.П.
КОГНИТИВНЫЕ
ГРАФИЧЕСКИЕ ОБРАЗЫ И
МЕТАФОРЫ КАК
ИНСТРУМЕНТЫ НОВЫХ
ТИПОВ
РАЦИОНАЛЬНОСТИ В
СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ И
КОМПЬЮТЕРНЫХ
ТЕХНОЛОГИЯХ
(ИНФОРМАТИКА, ФИЛОСОФИЯ, КОСМОЛОГИЯ)
Под научной редакцией
доктора технических наук, профессора В.Л. Горохова
и доктора философских наук, профессора Е.А. Гусевой

В работе кафедры вычислительных систем
и
программирования
уделяется
значительное место когнитивной науке и
впервые в стране с 2006 г. осуществляются
научные
исследования
в
области
когнитивной машинной графики в которых
принимают участие студенты в рамках
специальностей «Прикладная информатика
(в
экономике)»,
«Информационные
системы и технологии» и «Организация и
технологии защиты информации».

Надеемся, что этот подход займет
достойное место в группе дисциплин
экономико-математического ,
естественнонаучного и информационного
профиля в системе образования при
подготовке специалистов для современной
Российской экономики.
Биологическая и когнитивная обра-
ботка информации

Основы биологической обработки
информации

Когнитивная наука

Психологические и нейрофизиологические
эксперименты

Нейросетевое моделирование
процессов обработки сенсорной информации

Восприятие и обработка изображений