Повседневное мышление
Повседне́вное мышле́ние — ветвь искусственного интеллекта, целью которой является создание систем с «человеческим здравым смыслом».
Это способность, присущая человеку, делать предположения о типах и сущности обычных ситуаций, с которыми люди сталкиваются каждый день. Такие предположения включают в себя суждения о природе физических объектов, таксономические свойства и намерения людей. Система, обладающая повседневным мышлением, может делать выводы, аналогичные человеческой народной психологии (врождённой способности людей рассуждать о поведении и мотивах других людей) и наивной физике (естественному человеческому пониманию физического мира)[1].
Определения и характеристики
Некоторые определения и характеристики повседневного мышления, предложенные разными авторами:
- Повседневные знания включают базовые факты о событиях (в том числе действиях) и их последствиях, факты о знаниях и способах их получения, факты о верованиях и желаниях. Также сюда относятся базовые сведения о материальных объектах и их свойствах[2];
- Повседневные знания отличаются от энциклопедических тем, что относятся к общим сведениям, а не к деталям конкретных объектов[3];
- Повседневные знания — это «знания о реальном мире, на основании которых могут быть автоматически собраны и интерпретированы другие сведения»[4];
- Повседневная картина мира включает в себя «время, пространство, физические взаимодействия, людей и так далее»[1];
- Повседневное мышление — это «все знания о мире, которые мы принимаем как должное, но редко проговариваем вслух»[5];
- Повседневное мышление — это «универсальные фоновые знания, не относящиеся к какой-либо конкретной предметной области… то, что вы должны знать»[6].
Профессор Нью-Йоркского университета Эрнест Дэвис характеризует повседневные знания как «то, что знает о мире обычный семилетний ребёнок»: о физических объектах, веществах, растениях, животных, человеческом обществе. Обычно сюда не входят академические, специализированные или конвенциональные знания; но иногда они могут включаться. Например, умение играть в карты — это специализированные знания, а понимание, что люди играют в карты ради удовольствия, — повседневные знания[7].
Проблема повседневного мышления
По сравнению с человеком, современные системы ИИ лишены ряда особенностей повседневного мышления; прежде всего механизма рассуждения о «наивной физике» — пространстве, времени, физических взаимодействиях. Это позволяет даже детям делать выводы вроде «если скатить ручку со стола, она упадёт на пол». Также у человека есть развитая народная психология, помогающая интерпретировать фразы вроде: «Городские советники отказали демонстрантам в разрешении, потому что они пропагандировали насилие». (Для неспециализированного ИИ сложно определить, кто именно пропагандировал насилие — советники или демонстранты)[1][8][9]. Отсутствие «общих знаний» приводит к тому, что ИИ совершает иные ошибки, чем люди — зачастую труднообъяснимые. Например, нынешние беспилотные автомобили не могут рассуждать о расположении и мотивах пешеходов так, как это делают люди, и вынуждены полагаться на иные, неинтуитивные методы избежания столкновений[10][11][12].
К пересекающимся с повседневным мышлением темам относятся: количество и измерения, время и пространство, физика, мышление, общество, планы и цели, действия и изменения[13].
Проблема повседневного знания
Проблема повседневного знания — это исследовательская задача в области искусственного интеллекта, направленная на создание баз данных с общеизвестными знаниями, понятными программам ИИ, работающим с естественным языком[14]. Из-за огромного охвата области задача считается одним из наиболее сложных вызовов исследований ИИ[15]. Чтобы машины могли решать задачи наравне с людьми, им необходимо обладать уровнем интеллекта, близким к человеческому. К таким задачам относятся распознавание объектов, машинный перевод и извлечение знаний из текста. Для успешного выполнения этих задач системе требуется понимание тех же понятий, которыми обладает человек, наделённый повседневным знанием.
Повседневное мышление в интеллектуальных задачах
В 1961 году Бар-Хиллель первым обсудил потребность в практических знаниях для обработки естественного языка в контексте машинного перевода[16]. Одни двусмысленности разрешаются простыми правилами, другие требуют широких знаний о мире и полноценного повседневного мышления. Например, при машинном переводе возникает множество неоднозначностей, которые могли бы быть устранены лишь при глубоком понимании контекста. Системы онлайн-перевода часто справляются с ними при помощи поиска аналогий: так, в предложениях «The electrician is working» и «The telephone is working» английское слово «working» машинно переводится по смыслу — «работает» как «трудиться» для электрика и как «исправен» для телефона, поскольку контекст текста показывает, что соответствующие слова часто встречаются в соответствующем контексте. Однако такой статистический подход, эффективный в простых случаях, часто проваливается в сложных. Современные программы решают простые языковые задачи, манипулируя короткими фразами и отдельными словами, но не стремятся к более глубокому пониманию и ориентированы на краткосрочные результаты.
Компьютерное зрение
Похожие проблемы встречаются в области компьютерного зрения[1][17]. Например, на фотографии ванной комнаты даже частично видимые мелкие предметы (салфетки, бутыльки) можно распознать по окружающим объектам (унитаз, раковина, ванна) и функциональному назначению помещения. В изоляции такие предметы были бы неузнаваемы.
Аналогичные трудности возникают при анализе видеоматериалов. Для синхронного распознавания и построения смысловых связей требуется не только классификация действий, но также понимание намерений персонажей и предположения, основанные на их поведении. Современные методы способны лишь выделять простые действия и отслеживать персонажей, но не предугадывать развитие событий и не выстраивать причинно-следственные цепочки.
Манипулирование роботами
Повседневное мышление необходимо и для автономных роботов, работающих в неконтролируемой среде. Например, если робот-официант на приёме видит, что бокал, который он держит, разбит, он не должен наливать туда напиток, а подобрать другой. Задачи, кажущиеся человеку тривиальными, требуют крупных усилий для программной реализации[1]
Достижения в автоматизации повседневного мышления
Значительный прогресс достигнут в автоматизации отдельных областей повседневного мышления: таксономического вывода, выводах о действиях и изменениях, о времени. Для каждой из сфер существуют отдельные теории, позволяющие делать широкий круг попутных выводов[18].
Таксономическое рассуждение
Таксономия — это иерархия объектов, категорий и их взаимоотношений. Три основные связи:
- Индивидуальный объект является экземпляром категории. Например, объект Твити — экземпляр категории дрозд;
- Одна категория является подмножеством другой (например, дрозд — подмножество птиц);
- Две категории несовместимы (например, дрозд и пингвин).
Транзитивность — важный вывод таксономии: если Твити — это дрозд, а дрозд — это птица, то Твити — птица. Наследование свойств: если Твити — дрозд, а дрозд — птица, и птица имеет свойство летать, то и Твити, и дрозд — «умеют летать».
Использование абстрактных категорий осложняет выделение иерархий. Простые таксономии часто реализуются в ИИ; например, система WordNet строится на таксономии английских слов и их значений, а системы web mining для повседневных знаний чаще всего ориентируются на таксономические связи[1].
Действия и изменения
Теория действий, событий и изменений — ещё одно развитое направление повседневных рассуждений[19]. Доказанность и алгоритмизация возможны при выполнении условий:
- События атомарны (происходит только одно событие за раз), система учитывает состояние мира только до и после события;
- Каждое изменение вызывается событиями;
- События детерминированы: состояние после наступления события определяется исходным состоянием и спецификой события;
- Есть только один актор, все события — его действия;
- Начальное состояние мира известно или вычислимо.
Временные рассуждения
Временные рассуждения — это способность делать выводы о времени, длительности и временных интервалах. Например, если известно, что Моцарт родился позже Гайдна, но умер раньше, можно заключить, что Моцарт умер моложе Гайдна. Такие выводы сводятся к решению систем линейных неравенств[20].
Интеграция временных рассуждений с пониманием естественного языка гораздо сложнее из-за контекстной вариативности языковых выражений[21]. Даже простые задачи, например таймстемпинг процедур, реализуются с ошибкой.
Качественное рассуждение
Качественное рассуждение[22] — ещё одна область, успешно формализуемая на основе повседневного мышления. Она предполагает оценку направления изменения в системе связанных величин: если цена акций растёт — их будут продавать меньше; если в некой экосистеме становится меньше волков — падает уровень гибели ягнят. Теорию качественного рассуждения впервые изложил Йохан де Клеер, анализируя движение объекта по американским горкам.
Качественное рассуждение применяется в физике, биологии, инженерии, экологии, текстовых анализах и других дисциплинах, а также лежит в основе практических приложений и программ аналогического поиска.
Проблемы автоматизации повседневного мышления
По состоянию на 2014 год коммерческие системы, включающие элементы повседневного мышления, используют в основном статистику, а не полноценное рассуждение. Современные программы оперируют отдельными словами и не моделируют глубокого понимания. Эрнест Дэвис и Гэри Маркус выделяют пять основных препятствий на пути к созданию полноценного «повседневного разумателя»[1]:
- Во-первых, ряд областей, задействованных в повседневном мышлении, частично не формализован. Передача знаний о коммуникации, взаимодействиях и процессах далека от завершения;
- Во-вторых, простые ситуации зачастую содержат логическую сложность сверх человеческих интуитивных способностей; известны только некоторые их аспекты;
- В-третьих, привлекается рассуждение, опирающееся не только на достоверность, но и на вероятность, основанную на ненадёжных данных — это требует моделей вероятностной логики и немонотонного вывода;
- В-четвёртых, в ряде областей единичные шаблонные случаи встречаются очень часто, а реально встречающихся возможных вариантов — огромное количество, но большинство крайне редки;
- В-пятых, при формулировании вывода у системы возникает проблема выбора уровня абстракции.
В 2018 году программы демонстрировали крайне низкие результаты на бенчмарках по повседневному мышлению, таких как Winograd Schema Challenge[23]. Решение задачи достижения человеческого уровня компетентности в «повседневных знаниях» считается AI-complete (то есть эквивалентным созданию универсального ИИ)[24][25]. Некоторые исследователи считают, что данных под контролем обучения недостаточно для создания универсального ИИ с повседневным мышлением, и переходят к менее супервизированным методам[26].
Подходы и техники
Изучение повседневного мышления делится на подходы, основанные на знаниях (knowledge-based), и на методы машинного обучения, работающие с большими массивами данных, причём их интеграция остаётся ограниченной. Также выделяют краудсорсинговые методики, предполагающие сбор знаний по коллективному вкладу непрофессионалов. Знание-ориентированные методы базируются либо на формализованной математической логике, либо на неформальном эмпирическом анализе.
В рамках подходов на основе знаний, эксперты структурируют требования к выводам, необходимым для решения конкретной задачи. Выделяют строго математические методы (формализованные на бумаге в рамках ограниченных областей); неформальные (построенные на интуиции и общеповеденческих фактах); и масштабные проекты. Ключевые техники пополнения повседневных знаний из интернета — это web mining и краудсорсинг.
Модель COMET (2019), сочетающая архитектуру GPT и уже существующие базы повседневных знаний, например ConceptNet, сообщает о достижении уровня генерации заключений, близкого к человеческим оценкам. Тем не менее, как и другие современные разработки, модель сильно зависит от языковых паттернов, не обладая глубокой трактовкой повседневных понятий. Альтернативные подходы включают обучение по описаниям визуальных сцен либо по тексту, моделирующему ситуацию повседневной физики[6][27].
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Дэвис, Эрнест; Маркус, Гэри (2015). “Commonsense Reasoning and Commonsense Knowledge in Artificial Intelligence”. Communications of the ACM [англ.]. 58 (9): 92—103. DOI:10.1145/2701413.
- ↑ McCarthy, John. «Artificial intelligence, logic and formalizing common sense.» Philosophical logic and artificial intelligence. Springer, Dordrecht, 1989. 161—190.
- ↑ Тэндон, Никет; Вардэ, Апарна С.; де Мело, Жерар (22 февраля 2018). “Commonsense Knowledge in Machine Intelligence”. ACM SIGMOD Record [англ.]. 46 (4): 49—52. DOI:10.1145/3186549.3186562.
- ↑ Matuszek, Cynthia, et al. «Searching for common sense: Populating cyc from the web.» UMBC Computer Science and Electrical Engineering Department Collection (2005).
- ↑ “How to Teach Artificial Intelligence Some Common Sense”. Wired [англ.]. 13 ноября 2018. Дата обращения 11 февраля 2021.
- ↑ 1 2 Common Sense Comes to Computers (англ.), Quanta Magazine (30 апреля 2020). Архивировано 30 апреля 2020 года. Дата обращения: 3 мая 2020.
- ↑ Дэвис, Эрнест (25 августа 2017). “Logical Formalizations of Commonsense Reasoning: A Survey”. Journal of Artificial Intelligence Research [англ.]. 59: 651—723. DOI:10.1613/jair.5339.
- ↑ Cultivating Common Sense, Discover Magazine (2017). Архивировано 25 марта 2018. Дата обращения: 24 марта 2018.
- ↑ Виноград, Терри (Январь 1972). “Understanding natural language”. Cognitive Psychology [англ.]. 3 (1): 1—191. DOI:10.1016/0010-0285(72)90002-3.
- ↑ Don't worry: Autonomous cars aren't coming tomorrow (or next year), Autoweek (2016). Архивировано 25 марта 2018. Дата обращения: 24 марта 2018.
- ↑ Boston may be famous for bad drivers, but it's the testing ground for a smarter self-driving car, MIT Technology Review (2017). Архивировано 22 августа 2020. Дата обращения: 27 марта 2018.
- ↑ Пракен, Генри (31 августа 2017). “On the problem of making autonomous vehicles conform to traffic law”. Artificial Intelligence and Law [англ.]. 25 (3): 341—363. DOI:10.1007/s10506-017-9210-0.
- ↑ Thomason, Richmond (27 августа 2003). “Logic and Artificial Intelligence” [англ.]. Metaphysics Research Lab, Stanford University. Дата обращения 2024-06-22.
- ↑ Artificial intelligence Programs. Elsevier. Дата обращения: 22 июня 2024. Архивировано 5 ноября 2011 года.
- ↑ Artificial intelligence applications. Udacity. Дата обращения: 22 июня 2024. Архивировано 2 мая 2015 года.
- ↑ Bar Hillel Artificial Intelligence Research Machine Translation (англ.). The Guardian. Дата обращения: 22 июня 2024.
- ↑ Antol, Stanislaw, и др. «VQA: Visual question answering.» Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision, 2015.
- ↑ Taxonomy. Encyclopedia.com. Дата обращения: 22 июня 2024. Архивировано 22 сентября 2015 года.
- ↑ Action and change in Commonsense reasoning (англ.). Stanford.edu. Дата обращения: 22 июня 2024. Архивировано 24 декабря 2024 года.
- ↑ Temporal reasoning (англ.). Stanford.edu. Дата обращения: 22 июня 2024. Архивировано 22 июня 2004 года.
- ↑ Liu, Hugo, и Сингх, Пуш. «Commonsense reasoning in and over natural language». International Conference on Knowledge-Based and Intelligent Information and Engineering Systems, Springer, Berlin, Heidelberg, 2004.
- ↑ Qualitative reasoning (англ.). TechCrunch (9 августа 2014). Дата обращения: 22 июня 2024. Архивировано 8 сентября 2025 года.
- ↑ The Winograd Schema Challenge (англ.). cs.nyu.edu. Дата обращения: 9 января 2018. Архивировано 4 августа 2016 года.
- ↑ Ямпольский, Роман В. «AI-Complete, AI-Hard, or AI-Easy-Classification of Problems in AI.» MAICS. 2012.
- ↑ Andrich, C, Novosel, L, Hrnkas, B. (2009). Common Sense Knowledge. Information Search and Retrieval, 2009.
- ↑ Computers Already Learn From Us. But Can They Teach Themselves? (англ.), The New York Times (8 апреля 2020). Архивировано 19 сентября 2025 года. Дата обращения: 3 мая 2020.
- ↑ Bosselut, Antoine, и др. «Comet: Commonsense transformers for automatic knowledge graph construction.» arXiv preprint arXiv:1906.05317 (2019).
Литература
- Дэвис, Эрнест. Representations of Commonsense Reasoning : [англ.]. — San Mateo, Calif. : Morgan Kaufmann, 1990. — ISBN 1-55860-033-7.
- Маккарти, Джон. Formalizing Common Sense : [англ.]. — Norwood, N.J. : Ablex, 1990. — ISBN 1-871516-49-8.
- Минский, Марвин. The Society of Mind : [англ.]. — New York : Simon and Schuster, 1986. — ISBN 0-671-60740-5.
- Минский, Марвин. The Emotion Machine: Commonsense Thinking, Artificial Intelligence, and the Future of the Human Mind : [англ.]. — New York : Simon and Schuster, 2006. — ISBN 0-7432-7663-9.
- Мюллер, Эрик Т. Commonsense Reasoning: An Event Calculus Based Approach : [англ.]. — Waltham, Mass. : Morgan Kaufmann/Elsevier, 2015. — ISBN 978-0128014165.
- Artificial Intelligence. edX (2014). Дата обращения: 5 ноября 2015.
- commonsense knowledge. A Dictionary of Sociology. Encyclopedia.com (2015). Дата обращения: 13 августа 2017.
- Хагебак, Никлас. The Virtual Mind: Designing the Logic to Approximate Human Thinking : [англ.]. — 1st. — Chapman & Hall/CRC Artificial Intelligence and Robotics Series, 2017. — ISBN 978-1138054035.
- Artificial Intelligence : [англ.]. — Elsevier, 2015.
- Ленат, Дуглас Artificial intelligence as common sense knowledge. Leaderu.com (2015). Дата обращения: 5 ноября 2015.
- Ленат, Дуглас; Пракаш, М.; Шепард, М. (1985). “CYC: Using Common Sense Knowledge to Overcome Brittleness and Knowledge Acquisition Bottlenecks”. AI Magazine [англ.]. 6 (4): 65.
- Левек, Гектор. Common Sense, the Turing Test, and the Quest for Real AI : [англ.]. — MIT Press, 2017. — ISBN 978-0-262-33837-0.
- Artificial Intelligence – The Common Sense Knowledge Problem (англ.). psych.utoronto.ca (2015). Дата обращения: 5 ноября 2015. Архивировано 20 августа 2015 года.
- CommonSense - Knowledge Management Overview (англ.). Sensesoftware.com (2015). Дата обращения: 5 ноября 2015. Архивировано 17 июля 2015 года.
- Artificial intelligence (AI) – Technology – The Guardian (англ.), the Guardian. Дата обращения: 5 ноября 2015.
- Intro to Artificial Intelligence Course and Training Online. Udacity.com (2015). Дата обращения: 5 ноября 2015.
- Computers with Common Sense. W3.org (2015). Дата обращения: 5 ноября 2015.