Тезисы доклада на научную конференцию студентов, аспирантов и молодых ученых «КОМПЬЮТЕРНЫЙ МОНИТОРИНГ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ», СевНТУ, апрель 2007 г.

Задачи когнитивного компьютерного моделирования и его практическое применение для визуализации гиперкодов

А. П. Коноплева, А.Я. Аноприенко

Донецкий национальный технический университет

В настоящее время наряду с традиционным компьютерным моделированием перспективным направления информационных технологий стало когнитивное компьютерное моделирование(ККМ).

ККМ опирается исключительно на способности человеческого разума к мышлению, которое состоит из 6 основных операций: анализ, сравнение, обобщение, синтез, абстрагирование, конкретизация.В результате этих 6-ти операций в сознании человека на основе сенсорной информации (зрительной, слуховой, тактильной и т. д.) рождаются определенные теоретические и практические выводы. Это дает нам новую оценку и пути улучшения того, что мы воспринимаем. Поскольку мышление направлено на добывание качественных теоретических знаний и их практическое использование, без него не имеет смысла ни восприятие, ни запоминание. Именно поэтому основными целями ККМ становится не только красиво, наглядно и как можно более информативно моделировать сложные процессы, но и помочь осмысленно воспринимать целостный образ, сделать его нестатичным, постоянно изменяющимся, помочь найти в нем новые черты, оттенки, что способствует поиску рационального решения все новых и новых задач.

Первой задачей ККМ является создание таких моделей представления знаний, в которых была бы возможность однообразными средствами представлять как объекты, характерные для логического мышления, так и образы-картины, с которыми оперирует образное мышление.

Вторая задача - визуализация тех человеческих знаний, для которых пока невозможно подобрать текстовые описания.

Третья - поиск путей перехода от наблюдаемых образов-картин к формулировке некоторой гипотезы о тех механизмах и процессах, которые скрыты за динамикой наблюдаемых картин.

Эти три задачи ККГ с позиций информационных технологий поддержки принятия решений следует дополнить четвертой задачей. Она заключается в создании условий для развития профессионально-ориентированных интуиции и творческих способностей путем построения пользовательского интерфейса, основанного на методах когнитивной графики.

Современные информационные технологии практически полностью базируются на двоичной логике. Однако, в условиях сетевой параллельности проявились недостатки традиционной булевой логики. На данном этапе они компенсируются за счет алгоритмично-программного аппарата. Но, несмотря на то, что таким образом достигается универсальность современных компьютерных систем, это приводит к снижению продуктивности на несколько порядков в сравнении с аппаратной поддержкой подобных функций.

Одним из вариантов усовершенствования традиционной двоичной логики является переход к многозначной логике.

Тетралогика (четырехзначная логика) является частным случаем многозначной логики. Включает кроме классических 1 ("истина") и 0 ("ложь") разные пары комбинаций следующих значений:

- M как “множественность”;

- А как “возможность”, “равно вероятность”;

- и некоторые другие.

На основе тетралогики вводится понятие тетракода, которое представляет собой расширение обычного бинарного кода. Каждый разряд тетракода представляет собой двухбитную комбинацию, которая соответствует одному из четырех состояний тетралогики. Таким образом суммарное количество бит для представления числа увеличивается в 2 раза, но при этом осуществляется качественно важное изменение кода: из точечного числа он превращается в одномерное, что эффективно использует все пространство числовой оси. Наличие хотя бы в одном разряде значения М приведет к множественности значения.

Тетракоды являются высоко эффективными объектами, которые позволяют выйти за границы традиционной компьютерной бинарной логики. И дают возможность приблизить компьютерную логику к логике, свойственной человеку.

Когнитивное моделирование в контексте данной темы является инструментом для визуализации идеи о гиперкодах, как об эволюционно новой форме представления кодо-логического базиса, которая является скорее абстрактным понятием на данном этапе своего развития.

Существуют определенные предпосылки для дальнейшего развития этого понятия.

Многозначная логика на данном этапе развития человечества входит в спектр тех задач, которым необходимо решение. Развитие этого направления может существенно расширить возможности компьютерной техники, открыть большие возможности для создания искусственного интеллекта, послужить основой для усовершенствования молекулярной биологии, генетики, химии, физики, математики и многих других фундаментальных наук.

Докладчиком был разработан интерфейс для работы с «картами Карно» как частного случая гиперкодов. Был реализован алгоритм «склейки»карт Карно» размерностью 4*4 для четырех переменных в двоичном коде.

Для того, чтобы решить ту или иную научную задачу, нужно сначала представить, как могут выглядеть ее решения. Из множества решений выбрать оптимальное. В случае с гиперкодами, необходимо продумать множество вариантов их визуализации и выбрать из них самые понятные и наиболее информационные.

Итак, следующим этапом данной работы был поиск способов визуализации гиперкодов на числовых осях х, у. Разработана программа, входными данными которой являются два числа (2 координаты). Если бы речь шла об обычных числах, то результатом работы такой программы была бы обычная точка координатной плоскости.

Случай с гиперкодами более сложен. Здесь результатом должен быть диапазон гиперчисел. Поскольку гиперчисло может быть определено как диапазон, то и отображать следует уже диапазон диапазонов, где каждое гиперчисло может пересекаться с другим, в то же самое время все диапазоны должны быть разными.

Следующим этапом работы стало интерактивное приложение, входными данными которого служит 4-разрядное число в формате гиперкода. В зависимости от введенного значения на экране генерируется его визуальное отображение на координатной плоскости.



Литература

1. Аноприенко А.Я. От вычислений к пониманию: когнитивное компьютерное моделирование и опыт его практического применения на примере решения проблемы Фестского диска // Научные труды Донецкого государственного технического университета. Выпуск 6. Серия "Информатика, кибернетика и вычислительная техника" (ИКВТ-99). Донецк: ДонГТУ. С. 36-47

2. Аноприенко А.Я. Тетралогика и тетракоды. / В кн. “Сборник трудов факультета вычислительной техники и информатики”. Вып.1. Донецк, ДонГТУ, 1996.

3.Дж. Лакофф Когнитивное моделирование//Язык и интеллект. М.: Издательская группа “Прогресс” – 1996.

4. Соболева А.Г. Когнитивная визуализация данных с помощью лиц Чернова // Збірка тез доповідей II Міжнародної наукової конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Комп’ютерний моніторинг та інформаційні технології 2006”, 15-17 травня 2006 р. – Донецьк: ДонНТУ, 2006. – С. 1-136

5. Поспелов Д.А. Когнитивная графика – окно в новый мир. // Программные продукты и системы. – 1992. – С. 4-6.