Академик Гермоген Сергеевич Поспелов
Г. С. Поспелов является основоположником отечественной школы методов искусственного интеллекта. Эти методы составляют одно из главных направлений современной информатики, связанное с созданием информационных систем, основанных на знаниях. Они призваны обеспечить новые информационные технологии, позволяющие конечным пользователям систем, не являющимся профессионалами в области программирования и вычислительной техники, решать с помощью ЭВМ информационные и вычислительные задачи по их постановкам и исходным данным без программирования человеком, решающим задачу. Сам Г. С. Поспелов кратко определил «искуственный интеллект» как метафору, обозначающую широкое применение компьютеров для решения творческих (с точки зрения человека) задач.
Гермоген Сергеевич
Поспелов
Гермоген Сергеевич Поспелов родился 12 (25) мая 1914 г. в г. Орехово-Зуево Московской области. Он с отличием окончил в 1940 г. Московский энергетический институт по специальности «инженер-электрик по авиа-авто-тракторному оборудованию». Его дипломный проект был рекомендован для доработки в кандидатскую диссертацию. Однако он остался незавершенным из-за начала Великой Отечественной войны.
Диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук Г. С. Поспелов защитил в 1949 г. в Военно-воздушной инженерной академии (ВВИА) им. Н. Е. Жуковского. Она была посвящена методам устранения автоколебаний в нелинейных (релейных) системах управления рулями самолета.
Докторская диссертация Г. С. Поспелова, которую он защитил в 1956 г. также в ВВИА, была посвящена разработанной и реализованной им системе слепой посадки самолета.
До начала 60-х годов исследования Г. С. Поспелова были связаны с теорией автоматического управления, системным анализом и применением вычислительной техники в процессах управления. Они касались линейных и импульсных систем автоматического регулирования, реализации оптимальных программ в системах автоматического управления. Ряд важнейших результатов был получен Г. С. Поспеловым совместно с известным ученым в области автоматического управления А. А. Красовским. В 1962 г. ими был издан сборник работ «Основы автоматики и технической кибернетики», обобщающий полученные результаты.
В 1966 г. Г. С. Поспелов был избран членом-корреспондентом АН СССР по Отделению механики и процессов управления (специальность «автоматическое управление»).
В 1972 г. Г. С. Поспелов вместе с большим коллективом своих коллег был удостоен Государственной премии СССР за четырехтомную серию инженерных монографий «Техническая кибернетика. Теория автоматического управления», изданных в 1967-1969 гг.
Области применения ЭВМ Г. С. Поспелов комментировал следующим образом: «В начале своего развития ЭВМ обрабатывали числовые цифровые данные, и само название „вычислительные машины“ унаследовано от этой исторически первой их „профессии“. Первые языки программирования были, естественно, ориентированы на математические модели в физике, механике, химии, экономике и т. п. С течением времени картина стала меняться — сначала постепенно, а затем все более быстрыми темпами началась обработка на ЭВМ символов или символьных данных (иногда неточно говорят — символьной информации). Свойства и способности обрабатывать символы, преобразовывать их последовательности и ансамбли, совершать над ними операции и процедуры лежат в основе всех видов и форм коммуникативных связей внутри человеческого общества. Символы или знаки в звуковой или зрительной форме, упорядоченные синтаксическими правилами, отображают смысл (семантику) и прагматику человеческих отношений; образуют естественные языки и многочисленные языки точных наук. Если оставить в стороне вычислительные задачи, то с того момента, когда ЭВМ и их программы получили способность обрабатывать данные в символьной форме, стало возможным говорить об искусственном интеллекте как о научном направлении, цель которого — научить ЭВМ решать задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными... Проблемы накопления и представления знаний, формирования в головах людей моделей внешнего мира, такие обычные и естественные для человека, очень сложны и трудны для реализации на ЭВМ. Пока в подавляющем большинстве случаев в ЭВМ представляются и обрабатываются данные, а не знания. Решение проблемы представления знаний в ЭВМ и их обработки, т. е. получения нового знания из предварительно накопленного, только начинается, хотя некоторые выдающиеся результаты уже получены благодаря разработке исчисления предикатов, семантических сетей, фреймов и т.п.»
Г. С. Поспелов выделял три крупных этапа в развитии ЭВМ и способов их использования, которые по времени отчасти перекрывают друг друга.
Первый этап характеризовался тем, что в память ЭВМ вводились программы и исходные данные, нужные для вычислений или какой-либо другой обработки. Операционная система обеспечивала пакетный режим решения задач или режим разделения времени. На этом этапе было характерно использование процедурно-ориентированных языков программирования, а конечный пользователь вынужден был общаться с ЭВМ через посредника — программиста прикладных задач.
Второй этап характеризуется использованием ЭВМ в информационных системах, в которых создаются централизованные или распределенные базы данных. Наряду с алгоритмическими языками этот этап связан с появлением проблемно-ориентированных языков и языков заданий пакетов прикладных программ. Появилась возможность организации диалога человека с ЭВМ на формализованном профессиональном языке пользователя с достаточно большим объемом фраз естественного языка — интерактивные системы. Особенно следует подчеркнуть важность создания диалоговых систем принятия решений и планирования. Роль посредников — программистов-прикладников на этом этапе остается достаточно большой.
Третий этап только начинается. Он характеризуется вводом в ЭВМ моделей проблемной среды (а не только баз данных), что дает возможность планировать вычисления и обработку данных и знаний из набора программных модулей, которыми располагает ЭВМ общего назначения, или строить программы действий для роботов. Этот этап характеризуется представлением знаний в ЭВМ и диалогом человека с ЭВМ на относительно свободном естественном языке. Определяющее влияние на проблему коммуникабельности в человеко-машинных системах должны оказать на этом этапе специалисты по искусственному интеллекту.
Характерными примерами систем, в которых реализованы основные принципы представления и обработки знаний, являются: ДИЛОС, разработанная в ВЦ АН СССР под руководством Г. С. Поспелова, и ПРИЗ, разработанная в Институте кибернетики АН Эстонской ССР под руководством Э.Х.Тыугу.
В 1977 г. на первой в СССР конференции по искусственному интеллекту, проведенной в Репино под Ленинградом, в которой участвовали специалисты из многих стран, Г. С. Поспелов совместно с Д. А. Поспеловым сделал основополагающий доклад. В нем была дана оценка положения, сложившегося в науке к тому времени и поставлены задачи исследований и разработок в этой области. Авторы доклада отмечали, что классическая теория автоматического управления в 60-х и 70-х годах переживает определенный кризис. Он порожден тем, что до сих пор эта теория имела дело с объектами, структура и функционирование которых могли быть описаны на формальном уровне, например задавались в виде дифференциальных уравнений того или иного вида. Четкую формализацию допускали также цели и критерии управления. Однако начиная с определенного времени в поле зрения теории управления стали все чаще попадать объекты иного типа. Они, эти объекты, не перестанут существовать от того, что мы сделаем вид, будто их нет в природе. А в то же время они не оставляют ровно никакой надежды, что их структуру и функционирование хотя бы в самом отдаленном будущем удастся описать в виде некоторой, пусть даже сверхсложной системы уравнений, ибо они активны, обладают «свободой воли» и потому цели их существования и критерии управления ими не только не поддаются никакой формализации, но и изменяются с течением времени. Примерами таких объектов являются город, большое промышленное предприятие, отрасль народного хозяйства, экономический район. Опыт людей, хорошо или не очень хорошо управляющих такими объектами, порождал надежду на то, что методы искусственного интеллекта позволят применять ЭВМ для решения задач управления ими, помогут найти новые методы управления. В связи с этим авторы доклада ставили задачи развития идей оперирования в системах управления не данными, а знаниями, не числами, а символами и определяли тематику исследований и разработок в области искусственного интеллекта.
Г. С. Поспелов выделял четыре класса реальных систем, наделенных существенными свойствами искусственного интеллекта:
- интеллектуальные информационно-поисковые системы, отличающиеся от традиционных не только более обширным информационным фондом, но и способностью формировать ответы на запросы пользователей даже тогда, когда эти запросы не носят прямого с точки зрения системы характера (системы, реализующие специальную вопросно-ответную логику и методы классификации и структурирования знаний);
- расчетно-логические системы, в которых реализуется множество процедур, используемых в задачах проектирования, планирования, диспетчеризации на основе математических моделей;
- экспертные системы советующего или консультирующего типа, в которых скомбинированны знания людей — экспертов, работающих в плохо формализуемых предметных областях, таких, как медицина, биология, история и т. п., и структурированные знания о проблемной области, представленные в виде соответствующих моделей знаний (системы, реализующие логико-лингвистические модели);
- интегрированные (гибридные) экспертные системы, являющиеся объединением экспертных систем с расчетно-логическими (системы, в которых совместно используются логико-лингвистические и математические модели).
Под руководством Г. С. Поспелова в СССР в первой половине 70-х годов были предложены принципы построения расчетно-логических систем. Несколько таких конкретных систем были разработаны в ВЦ АН СССР коллективом Г. С. Поспелова: ГРАНИТ и ДИСФОРП для решения задач планирования народного хозяйства, МАВР (Моделирование Альтернатив и Принятие Решений) для задач автоматизации проектирования (на примере области теплотехники).
Система МАВР, реализованная на ЭВМ БЭСМ-6, состояла из трех уровней: прикладного, математического и программного с соответствующими базами знаний на каждом уровне. Базы знаний использовали два типа семантических сетей системы. Семантическая сеть системы на прикладном уровне как неориентированный граф строилась автоматически по описанию объекта проектирования конечным пользователям с использованием базы знаний, содержащей фрагменты в виде ролевых вычислительных фреймов. Каждый из фреймов содержал все варианты конструкций агрегатов (в данном случае теплотехнических), их характеристики и специальные шаблоны связи характеристик агрегатов и рабочих тел с характеристиками рабочих процессов. Фрагментам знаний на прикладном уровне соответствовали фрагменты знаний в виде отношений на математическом уровне. На этой основе с помощью специальных подсхем связей автоматически строилась семантическая сеть системы на математическом уровне, являющаяся математической моделью прикладной системы. Конечный пользователь, формулируя конкретную задачу, мог задавать автоматическое построение ориентированного графа задачи из семантической сети отношений.
Далее на программном уровне из соответствующих процедур разрешений отношений автоматически собиралась рабочая программа задачи, сформулированной конечным пользователем. Эти средства системы МАВР позволяли инженеру-теплотехнику выполнить, например, эскизный проект двухконтурной турбовоздушной холодильной установки, состоящей из 12 агрегатов, вместе с конструктивным расчетом за 8 ч терминального времени БЭСМ-6 вместо затраты 1600 — 3800 человеко-часов группы проектировщиков 10-12 человек при обычном проектировании системы подобной сложности.
Г. С. Поспелов выделял главные компоненты систем искусственного интеллекта как систем, основанных на знаниях:
- представление декларативных и процедурных знаний в ЭВМ (семантические модели предметной области) в виде семантических сетей и фреймов;
- программы-планировщики, обеспечивающие построение ориентированного подграфа в функциональной семантической сети;
- лингвистические процессоры, обеспечивающие автоматический перевод профессионального диалекта естественного языка конечного пользователя на язык ЭВМ с необходимым синтаксическим и семантическим анализом, в качестве интеллектуального интерфейса в человеко-машинных системах, использующего текст и речь для управления ходом вычислительных процессов со стороны конечного пользователя в терминах его предметной области;
- средства логического вывода на базах знаний, реализующие возможность пополнения этих баз новыми знаниями;
- средства системного программного обеспечения, позволяющие решать вычислительные задачи относительно независимо от сложности математических моделей с автоматическим порождением рабочей программы решения конкретной задачи из набора прикладных программных модулей, заранее введенных в систему.
Существенно, что Г. С. Поспелов считал возможной и целесообразной реализацию систем, основанных на знаниях, на базе существующих и перспективных универсальных ЭВМ, не связывая себя условиями создания ЭВМ, специально ориентированных на такие задачи, как это было предусмотрено в японском проекте ЭВМ пятого поколения. Следует обратить внимание на то, что такой же точки зрения придерживался академик Б. Н. Наумов, когда он в 1984-1985 гг. формулировал концепцию и программу работ по созданию вычислительных систем новых поколений (систем, основанных на знаниях) в рамках сотрудничества академий наук стран Восточной Европы.
Г. С. Поспелову принадлежит постановка задачи создания новой информационной технологии, использующей методы искусственного интеллекта, как технологии решения задач пользователями-профессионалами в своих предметных областях, не имеющими специальной подготовки в области системного анализа, программирования и вычислительной техники. Принципиальной особенностью этой технологии должно быть изменение роли системных аналитиков и программистов-прикладников с выведением из их контура непосредственного использования ЭВМ при решении задач и использование создаваемых ими декларативных и процедурных знаний в качестве баз знаний информационных систем, поддерживающих эти новые информационные технологии. Активная роль конечных пользователей при решении задач должна при этом поддерживаться интеллектуальным человеко-машинным интерфейсом. Постановка этой задачи была опубликована Г. С. Поспеловым в 1982 г. в «Вестнике АН СССР».
В 1986 г. при формировании предмета и методов современной информатики Г. С. Поспелов указал место методов и средств искусственного интеллекта в развитии новой информационной технологии (см. сборник «Кибернетика. Становление информатики». М., Наука, 1986).
В декабре 1984 г., уже будучи признанным патриархом отечественной школы методов искусственного интеллекта, Г. С. Поспелов был избран действительным членом АН СССР по Отделению информатики, вычислительной техники и автоматизации (специальность «автоматизированные системы»).
Как свидетель и непосредственный участник развития методов искусственного интеллекта и применения ЭВМ с их использованием, Г.С. Поспелов давал трезвую оценку истории в этой области, результатов, достигнутых к началу 90-х годов, и перспектив на будущее. Его точка зрения на этот счет, наряду с мнениями других крупнейших авторитетов, представлена в сборнике «Будущее искусственного интеллекта» (Ред.-сост. К. Е. Левитин, Д. А. Поспелов. М., Наука, 1991). Вот несколько высказываний Г. С. Поспелова из этого сборника:
«Можем ли мы понимать термин „искусственный интеллект“ буквально или же это всего лишь некоторое метафорическое наименование целого научного направления, связанного с производством и использованием компьютеров? Я придерживаюсь последней точки зрения и считаю, что о рождении искусственного интеллекта в буквальном смысле этого слова, или, что то же самое, о создании думающих — без кавычек — компьютеров, ни сейчас, ни в обозримом будущем не может быть и речи. Поручиться за более отдаленные сроки я не берусь, так как уже неоднократно развитие науки демонстрировало поражающие воображение результаты. По-другому я мог бы выразить свою мысль так: моделирование, или имитация, мышления — это все-таки не само мышление. И поэтому предлагаю придерживаться следующего толкования понятия „искусственный интеллект“: это есть свойство компьютеров получать некоторые из тех результатов, что порождаются творческой деятельностью человека. При этом не важно, как идут в действительности эти процессы у человека, тем более, что мы с абсолютной достоверностью мало что знаем по этому поводу. Важен конечный результат...
... Впоследствии само название этого нового направления в науке сыграло плохую роль в его развитии. Ведь, повторяю, „искусственный интеллект“ — это метафора. Никто и никогда, исключая разве безумцев, которых среди кибернетиков не больше, чем среди представителей иных профессий, не собирался конструировать из транзисторов и сопротивлений мыслящую материю. Все разговоры об электронных математиках, поэтах и композиторах на совести тех, кто по сути дела, не имел никакого отношения к работам по искусственному интеллекту...
... Направление работ, которое разумно назвать прагматическим, нисколько не волновало реальное устройство человеческого мозга или же процессы, происходящие в нем. Психофизиологическая деятельность мозга оставалась здесь практически за пределами исследования. Именно в этом, прагматическом направлении получены важнейшие результаты фундаментального и прикладного характера, особенно в последнее десятилетие. ЭВМ здесь рассматриваются как инструмент, подобный, например, пианино или скрипке. Он может быть различного качества, может быть плохо или хорошо настроен, для него могут быть написаны хорошие или плохие музыкальные произведения и, наконец, на нем можно плохо или хорошо играть. Но это всегда не более чем инструмент, а не объект изучения, улучшения или сопоставления с человеческим мозгом. И вот именно теория искусственного интеллекта, понимаемая в прагматическом смысле, привела к настоящей революции в области информатики — становлению новой информационной технологии...
... Говоря несколько возвышенным слогом, мы дожили до своего звездного часа. И раньше-то только недалекие, нечестные или плохо информированные ученые и организаторы науки считали нашу работу чем-то вроде в лучшем случае безобидного хобби, хотя, правда, именно по воле этих людей ИИ-исследования долгое время были Золушкой кибернетики. Даже самые ярые противники наших якобы „чисто теоретических изысканий“ вынуждены признать, что работы в области искусственного интеллекта — это самое практичное, самое нужное направление в нашей науке, которому предназначено найти выход из нынешнего довольно непростого положения, сложившегося в компьютерных делах. Искусственный интеллект получил срочный социальный заказ от имени всего человечества. Нам необходимо в ближайшее время найти выход из „компьютерного тупика“, состоящего в том, что вычислительные машины нужны буквально везде, а работать с ними доступно лишь избранным...
... На вопрос: существует ли сегодня искусственный интеллект? — честный ответ должен быть отрицательным. Чем мы располагаем сейчас? В лучшем случае — очень хорошей программой, моделирующей какую-то частную сторону мыслительной деятельности. Два обстоятельства — что любая программа жестко приспособлена для данной конкретной задачи и что алгоритм, введенный в машину, не несет в себе семантики совершаемой работы — не позволяют считать даже самые выдающиеся программы движением в сторону искусственного интеллекта...
... Если необходимо дать определение, то интеллект — это совокупность универсальных процедур, которая позволяет строить конкретные алгоритмы решения частных творческих задач. И именно такой совокупности универсальных процедур как раз и нет у машины, играющей в шахматы или слагающей музыку. У нее отсутствует та глубинная интеллектуальная функция, что давала бы нам право говорить о машинном мышлении...
... Я думаю, что настоящий искусственный интеллект нуждается в одном серьезном дополнительном требовании. Он должен не существовать в виде программы, т.е. в чисто информационном состоянии, а каким-то образом иметь возможность воздействовать на окружающую среду и испытывать на себе ее поощрения и наказания...
... Проблем немало. Не буду говорить о творческих, хотя и они невероятно сложны — вовсе не ясно, как создавать органы чувств роботов, в какой форме роботы могут подвергаться наказаниям и поощрениям за свои действия со стороны окружающей их среды, как и к чему именно будут они адаптироваться, создавая при этом свой интеллект. Но вот вопрос из другого ряда: как сообщить роботу необходимые знания о мире. Иными словами, как создать в его памяти модель действительности, отвечающей нашим представлениям об этом мире? Иначе, очевидно, нельзя говорить о решении роботом каких-то задач — он просто не поймет, чего от него требуют, что значит „решить задачу“, в каком виде мы ждем от него ответ...
...Два главных направления нашей работы: создание компактных, но в то же время достаточно богатых моделей внешнего мира и способов планирования целесообразного поведения роботов. Для них служат механизмы фреймов, сценариев и логик.
Третья главная проблема — создание систем, способных вести диалог с человеком на естественном языке. Ведь язык — самая мощная из известных сегодня моделирующих действительность систем. Вопросы понимания естественного языка, перевода с него на язык внутренних представлений машины и обратно — все они в центре внимания сегодняшних исследований».
Г. С. Поспелов был награжден 7 орденами и 24 медалями. Два ордена Красного Знамени и орден Отечественной войны II степени он получил во время войны за участие в боевых действиях.
После войны за научную, преподавательскую и организаторскую деятельность Г. С. Поспелов был награжден орденами Ленина, Красного Знамени, Октябрьской Революции, Отечественной войны I степени.
Гермоген Сергеевич Поспелов умер 24 ноября 1998 г. в Москве. Он похоронен на Востряковском кладбище на семейном участке вместе с матерью, братом и сестрой.
Исследования и разработки проблем искусственного интеллекта в направлениях, намеченных Г. С. Поспеловым, продолжают его коллеги и ученики в ВЦ РАН (Д.А.Поспелов, В. Ф. Хорошевский, А. Н. Аверкин, С. К. Дулин, А. И. Эрлих, И. Г. Поспелов), коллеги в других организациях, объединенные созданной по инициативе Г. С. Поспелова Российской Ассоциацией искусственного интеллекта (Э. В. Попов, А. С. Нариньяни, Ю. И. Клыков, В. К. Финн, В. Н. Вагин, Л. С. Бернштейн, В. Л. Стефанюк, Г. С. Осипов и др.).
