Файл: тарасов.pdf

Экзаменационный билет №15

1.Каковы основные положения и принципы системного подхода в ИИ. Чем он отличается от классического подхода? Что такое синергетический подход в ИИ? Какие формальные модели сложных систем Вам известны.

Системология (общая теория систем) есть междисциплинарная область, разрабатывающая методологические принципы исследования и моделирования систем любой природы. Основными понятиями системного подхода являются понятия системы и среды, элемента и связи, функции и структуры, организации и поведения, адаптации и развития.

Системный анализ – это методология общей теории систем, заключающаяся в исследовании объектов путем представления их в качестве систем, проведения их структуризации и дальнейшего углубленного изучения.

Системный анализ связан с использованием системного подхода к изучению объектов любой природы. Основными понятиями системного подхода являются понятия системы и среды, элемента и связи, функции

и структуры, организации и поведения, адаптации и развития.

В системной методологии активно используется принцип относительности, согласно которому любая система и ее границы всегда зависят от наблюдателя (исследователя), его целей. Различие между элементами и системами относительно: системы, выделяемые на некотором уровне анализа (одним наблюдателем) могут рассматриваться как элементы на более общем уровне (для другого наблюдателя), и наоборот

Термин “синергетика” происходит от слова “синергия”, означающего совместное действие, сотрудничество. Сотрудничество, а в более широком аспекте кооперация понимается как универсальная характеристика самоорганизации в сложных системах. По мнению Г. Хакена, предложившего этот термин, его введение для обозначения современной теории самоорганизующихся систем оправдано по двум причинам: а) исследуются процессы содействия, взаимной адаптации компонентов в развивающейся системе; б) происходит объединение усилий представителей различных дисциплин.

Таким образом, привлечение синергетической методологии к исследованию и разработке сложных интеллектуальных систем, таких как многоагентные системы и эволюционные интеллектуальные организации, предполагает междисциплинарное осмысление проблемы. В монографии делается попытка связать воедино в контексте агентно-ориентированных технологий идеи и подходы ИИ, философии, психологии, биологии, социологии, теории организаций, теории деятельности, теории коммуникации, эволюционной теории и ряда других научных дисциплин. Здесь ключевыми проблемами видятся вопросы организации и самоорганизации, деятельности и кооперативного поведения, развития и коэволюции искусственных агентов на различных уровнях (индивидуальном, коллективном, социальном).

Синергетика, это:

Учение о взаимодействиях, ведущих к появлению новых структур (Г.Хакен)

Общая теория самоорганизации = наука о самоорганизации развивающихся систем (Г.Хакен)

Наука о системах, далеких от положения равновесия (И.Пригожин)

Наука о нелинейных процессах (C.М.Курдюмов)

Наука о неустойчивых процессах

Теория образования новых качеств

Формально. система есть множество элементов с отношениями

Все классические определения системы сводятся к ее выражению в виде пары, состоящей из элементов и отношений (связей) между ними, что можно формально записать в виде

S = X, R ,

где X - множество элементов, а R – множество отношений.

Из формулы видно, что можно построить различные виды систем по:

а) числу и типам элементов, образующих систему; б) по типам и интенсивности отношений между ними

Cистемой называется структурно-функциональная целостность. Система рассматривается как совокупность структур, обеспечивающих выполнение определенных функций.

Это определение системы опирается на исходные понятия функции и структуры и отражает идеи единого функционально-структурного подхода в системологии. Соотношение между понятиями функции и структуры аналогично соотношению между понятиями содержания и формы.

Функции системы, выражающие ее содержание, характеризуют взаимосвязь между частями и целым, между компонентами и целостной системой, а также между системой и окружающей средой. Соответственно различаются внешние функции (взаимосвязи системы со средой) и внутренние (взаимосвязи между элементами и системой).

Обычно определение функции означает выделение одноименной подсистемы.

Структура системы означает форму ее представления в виде составных частей. Структура охватывает множество элементов, образующих состав системы, вместе с базовыми связями между ними.

2.Как записываются свойства транзитивности для знаковых нечетких отношений? Что такое сбалансированная структура взаимодействий между агентами? (книжка тарасова, с 164)

Вобщем случае будем полагать, что взаимодействие между агентами характеризуется не только знаком, но

и различной силой (интенсивностью) и описывается некоторым числом из интервала [ — 1, +1]. Тогда различные виды взаимодействия агентов в МАС можно представить нечеткими отношениями вида

Имеет смысл также определить уровень (порог) взаимодействия агентов как

,

,

.

Транзнтивность

Для нечетких отношений на полярных шкалах можно сформировать много различных условий согласованности (транзитивности) . Здесь мы ограничимся следующими условиями:

(абсолютная транзитивность)

(абсолютная котранзитивность)

(слабая транзитивность),

(слабая котранзитивность),

Условия транзитивности выражают согласованность взаимодействий агентов агент , содействующий

агенту , содействует и тому агенту , которому содействует его партнер . Те же функции выполняют условия котранзитивности, но для противодействующих агентов.

В свою очередь, свойства транзитивности и котранзитивности, позволяют определить уровень сбалансированности отношений между агентами в МАС. Формирование математической модели баланса взаимодействий между агентами удобно начинать с построения модели малой группы в виде треугольника Ф. Хайдера, представляющего собой простейший знаковый граф. Здесь агенты отождествляются с вершинами графа G , а направленность их взаимодействий (содействие или противодействие) обозначается знаками + или —. Для простоты будем полагать, что взаимодействия между агентами симметричны. Отсутствие петель в графе G означает, что рефлексивные случаи содействия или противодействия самому себе здесь не рассматриваются.

Структура взаимодействий между агентами называется сбалансированной, если все положительные отношения между ними транзитивны (рис.5.3a), а отрицательные — нетранзитивны Нарушение транзитивности положительных взаимодействий или транзитивность отрицательных дестабилизирует эту

структуру. Однако, структура взаимодействий также будет сбалансированной, если два агента и

содействуют между собой, но оба противодействуют третьему агенту . Тогда все агенты будут удовлетворены тем, что первые двое работают вместе, а третий агент — в одиночку.

Удобным критерием оценки сбалансированности графа G является критерий Харари: знаковый граф сбалансирован тогда и только тогда, когда множество его вершин можно разбить на два класса, так что каждое ребро внутри класса имеет знак “ + ”, а каждое ребро между классами — знак “ — ”.. Данный критерий имеет прозрачную интерпретацию в виде “двухпартийной структуры”: МАС можно разделить на две группы агентов (партии) таким образом, что все взаимодействия внутри групп носят характер содействия, а между группами — противодействия.

Многомерным аналогом понятия структурной сбалансированности графа являются понятия консонанса и диссонанса. Взаимодействия агентов в МАС называются консонансными, если множество агентов можно разбить на группы (две и более), внутри каждой из которых связи между агентами положительны (агенты содействуют друг другу), тогда как связи между агентами из разных отрицательны (агенты противодействуют друг другу). Наоборот, взаимодействия в МАС носят диссонансный характер, если внутригрупповые связи отрицательны, а межгрупповые — положительны. Наконец, взаимодействия, которые не являются ни консонансными, ни диссонансными, называются ассонансными.

Очевидно, что степени консонанса можно ранжировать по силе. Наиболее сильным считается консонанс с максимальным числом положительных связей. Из консонанса Хайдера с двумя группами самый сильный — с одним “отторгнутым” агентом, а самый слабый — когда подмножества агентов равномощны. Когда число агентов равно числу подмножеств, получаем самый слабый консонанс, который эквивалентен самому сильному диссонансу — тривиальному.

Экзаменационный билет №16

1.Что такое автономный агент? Перечислите важнейшие принципы организации живых систем. Каковы основные механизмы самоорганизации и самосохранения «биологических организаций»? Что такое гомеостатические и автопоэтические системы?

Автономный агент представляет собой искусственную систему, которая обладает собственным поведением, удовлетворяющим экстремальным принципам. Отсюда понятно, что компьютерная программа в виртуальном пространстве или робот в реальном физическом пространстве обретают статус агента, тогда когда у них имеются средства оперативного восприятия и интерпретации изменений среды, а также планирования и организации действий. Но, это, в первую очередь, предполагает наличие механизмов мотивации, целеобразования, предвидения и пр

Сегодня все больший интерес начинают привлекать вопросы возникновения и самосохранения сложных систем, что означает развитие гомеостатических и синергетических подходов. Гомеостатика — это наука о принципах и механизмах самосохранения, поддержания равновесия, гармонии в естественных и искусственных системах. Она связана с исследованием и моделированием условий, необходимых для устойчивого функционирования систем, содержащих неустойчивые компоненты. В ее рамках изучаются проблемы живучести, адаптивности, эффективности функционирования систем различной природы как в условиях нормы, так и в условиях патологии. Тремя ведущими принципами гомеостатики являются принципы противоречия, гармонии и аналогии.

В центре внимания гомеостатики находится взаимодействие противоположностей, “склеивание” и “расщепление” антагонистов, управление внутренними противоречиями в системах, состоящих из “полярных единиц”, а также анализ возникновения патологий и катастроф в таких системах.

Базовым механизмом самосохранения является гомеостазис, т. е. способность системы самостоятельно поддерживать в определенных границах ряд критических параметров состояния, определяющих ее область существования (или гомеостатическую границу). Сам термин “гомеостазис”, введенный в научный обиход К. Бернаром и У. Кентоном, означает “остаться таким же”, т. е. гомеостатическая система остается устойчивой при внешних возмущениях. Расстояние от гомеостатической границы или ширина области гомеостазиса характеризует уровень самоорганизации (самоопределения) системы, который регулируется благодаря средствам реактивной и активной автономии. Гомеостатом называется структура, поддерживающая гомеостазис.

Четырьмя ключевыми составляющими, необходимыми для существования гомеостатической системы являются: а) внутренние противоречия; б) иерархическая организация; в) соподчинение гомеостатов; г) реализация в управлении принципа регулируемого противоречия (символ китайской монады)

Реактивный агент стремится минимизировать функционал

I = Wdt = ½(ai yi2)dt,

где yi – отклонение некоторой жизненно важной переменной от нормы (потребность), ai – вес (субъективная важность) этой потребности, t – время, а произведение Mi = ai yi естественно трактовать как побуждение (импульс)

Одна из современых теорий определения жизни – так называемая теория Сантьяго, или теория аутопоэза. Теория аутопоэза – одна из современных попыток выразить критерий жизни. Авторы этой концепции – чилийские нейробиологии Умберто Матурана и Франциско Варела, работавшие в университете Сантьяго. Важные понятия этой теории – понятия «паттерн» и «организация». Под паттерном имеется в виду некоторый тип структуры, характерный для множества частных реализаций этой структуры. Организация – частная реализация паттерна. Например, паттерн любого стула – наличие опоры и сиденья. Организация отдельного стула – тот конкретный способ, каким реализуется опора и сиденье в данном стуле (допустим, в