Кіріспе
Іс-әрекет таңдау - ақылды жүйелердің ең негізгі мәселесін сипаттаудың бір жолы: келесі не істеу керек. Жасанды интеллект пен есептеулік танымдық ғылымда "әрекет таңдау проблемасы" әдетте агенттік ортада күрделі мінез-құлық танытатын ақылды агенттермен және аниматтармен байланысты. Термин кейде этиологияда немесе жануарлардың мінез-құлқында қолданылады. Іс-әрекет таңдауды түсінудің бір мәселесі "әрекетті" анықтау үшін қолданылатын абстракция деңгейін анықтау. Абстракцияның ең негізгі деңгейінде атомдық акт бұлшықет жасушасын жиырылудан бастап соғысқа дейін болуы мүмкін. Әдетте, кез келген бір іс-әрекетті таңдау механизмі үшін мүмкін іс-әрекеттер жиынтығы алдын ала анықталады және бекітіледі. Бұл салада жұмыс істейтін зерттеушілердің көпшілігі өз агенттеріне жоғары талаптар қояды: әрекет етуші агент әдетте өзінің іс-қимылын динамикалық және болжауға болмайтын ортада таңдау керек. Агенттер әдетте нақты уақытта әрекет етеді, сондықтан олар шешімдерді уақтылы қабылдауы керек. Агенттер әдетте бірнеше түрлі тапсырмаларды орындау үшін құрылады. Бұл тапсырмалар ресурстарды бөлу үшін қайшылыққа ұшырауы мүмкін (мысалы, агент бір мезгілде отты сөндіріп, кофе әкеле ала ма?) Агенттердің жұмыс істейтін ортасына адамдар кіруі мүмкін, олар агентке жағдайды қиындатуы мүмкін (қасақана немесе көмектесуге тырысу арқылы). Агенттердің өздері көбінесе жануарлар мен адамдарды үлгілеуге арналған, ал жануарлар мен адамдардың мінез-құлқы өте күрделі. Осы себептерге байланысты іс-қимылдарды таңдау қарапайым емес және көптеген зерттеулерді қажет етеді.
The acting agent typically must select its action in dynamic and unpredictable environments. The agents typically act in real time; therefore they must make decisions in a timely fashion. The agents are normally created to perform several different tasks. These tasks may conflict for resource allocation (e. g. can the agent put out a fire and deliver a cup of coffee at the same time?) The environment the agents operate in may include humans, who may make things more difficult for the agent (either intentionally or by attempting to assist.) The agents themselves are often intended to model animals or humans, and animal/human behaviour is quite complicated. For these reasons action selection is not trivial and attracts a good deal of research.
Іс-әрекетті таңдау мәселесінің ерекшеліктері
Іс-қимылдарды таңдаудың басты мәселесі күрделілік. Барлық есептеулер уақытты да, кеңістікті де (жадта) қажет ететіндіктен, агенттер уақыт кезіндегі әрбір сәтте оларға қол жетімді барлық опцияларды қарастыра алмайды. Сондықтан олар біржақты болуы керек және іздеуді қандай да бір жолмен шектеуі керек. AI үшін іс-әрекет таңдау мәселесі - бұл іздестіруді шектеудің ең жақсы жолы қандай? Биология мен этиология үшін сұрақ: әртүрлі жануарлар қалай іздеуді шектейді? Барлық жануарлар бірдей тәсілдерді қолданады ма? Неге олар өздері білетіндерді қолданады? Әрекетті таңдау туралы негізгі сұрақтардың бірі - бұл агенттің проблемасы ма, әлде ол ақылды агенттің мінез-құлқының пайда болатын қасиетінің сипаттамасы ма. Алайда, егер біз ақылды агентті қалай құрастыратынымызды қарастырсақ, онда іс-әрекет таңдаудың қандай да бір механизмі болуы керек екені анық болады. Бұл механизм кең таралған болуы мүмкін (әсіресе, әлеуметтік жәндіктер колониясы немесе шырышты қабық сияқты таралған организмдер) немесе арнайы мақсаттағы модуль болуы мүмкін. Іс-әрекет таңдау механизмі (ASM) әлемге әсер ету тұрғысынан агенттің іс-әрекеттерін ғана емес, сонымен қатар оның қабылдау назарын бағыттап, естелігін жаңартады. Бұл эгоцентрикалық әрекеттер өз кезегінде агенттің негізгі мінез-құлық қабілеттерін өзгертуге әкелуі мүмкін, әсіресе жадыны жаңарту машиналық оқытудың кейбір түрлерін білдіреді. Идеалдық жағдайда, іс-әрекет таңдаудың өзі де үйрену және бейімделу қабілеті болуы керек, бірақ үйлесімді күрделілік пен есептеулік өңдеуді қажет ететін көптеген проблемалар бар, олар үйрену үшін іздеу кеңістігін шектеуді талап етуі мүмкін. AI-да ASM кейде агенттік архитектура деп аталады немесе оның маңызды бөлігі ретінде қарастырылады.
АИ тетіктері
Жалпы, жасанды іс-әрекет таңдау механизмдерін бірнеше санатқа бөлуге болады: кейде классикалық жоспарлау деп аталатын символға негізделген жүйелер, үлестірілген шешімдер және реактивті немесе динамикалық жоспарлау. Кейбір тәсілдер осы санаттардың ешқайсысына сәйкес келмейді. Басқалары практикалық ЖА-ны басқаруға қарағанда ғылыми модельдер ұсынуға көбірек қатысты; соңғылары келесі бөлімде әрі қарай сипатталады.
Символды тәсілдер
Жасанды интеллект тарихының басында агенттің не істеу керектігін таңдаудың ең жақсы жолы - бұл оптималды жоспарды есептеу және оны орындау деп есептелген. Бұл физикалық символдар жүйесі гипотезасына әкелді, яғни символдарды манипуляциялай алатын физикалық агент интеллект үшін қажетті және жеткілікті. Көптеген бағдарламалық агенттер әлі де осы әдісті әрекет таңдау үшін қолданады. Ол әдетте сенсордың барлық көрсеткіштерін, әлемді, барлық әрекеттерді және барлық мақсаттарды predicate логикасының бір түрінде сипаттауды талап етеді. Бұл әдісті сынға алғандар, бұл әдіс нақты уақыт жоспарлауға тым баяу және дәлелдемелерге қарамастан, ол әлі де оңтайлы жоспарлар жасауға болмайтынын айтады, өйткені шындықтың сипаттамасын логикаға дейін азайту қателерге бейім процесс. Қанағаттандыру - бұл оңтайлы шешімді анықтаудың орнына, жеткіліктілік критерийлерін орындауға тырысатын шешім қабылдау стратегиясы. Қанағаттанарлық стратегия көбінесе шешім қабылдау процесінің өзіндік шығындары, мысалы толық ақпаратты алу шығындары, нәтижелер есебіне енгізілген жағдайда (жақын) оңтайлы болуы мүмкін. Мақсатқа негізделген архитектуралар Осы символикалық архитектураларда агенттің мінез-құлқы әдетте мақсаттар жиынтығы арқылы сипатталады. Әрбір мақсатқа белгілі бір процесс немесе іс-әрекет арқылы қол жеткізуге болады, ол белгіленген жоспармен сипатталады. Агенттің өзі белгілі бір мақсатқа жету үшін қандай үрдісті қолдану керектігін шешеді. Жоспар қосымша мақсаттарға дейін кеңейтілуі мүмкін, бұл процесс сәл рекурсивті болады. Техникалық тұрғыдан алғанда, жоспарлар шартты ережелерді пайдаланады. Бұл архитектуралар реактивті немесе гибридті. Мақсатқа бағытталған архитектураның классикалық мысалдары JAM немесе IVE сияқты сенім, тілек, ниет архитектурасының іске асырылатын жетілдірілуі болып табылады.
Табиғаттағы әрекет таңдау теориясы
Жасанды әрекетті таңдаудың көптеген динамикалық модельдері бастапқыда этиология саласындағы зерттеулерден шықты. Атап айтқанда, Конрад Лоренц пен Николаас Тинберген инстинктивті мінез-құлықты (белгілі бір әрекет үлгілерін) түсіндіру үшін туа біткен босату механизмін ұсынды. Уильям Макдугаллдың идеяларына әсер еткен Лоренц мұны мінез-құлықтың мотивациясының "психогидравликалық" моделіне айналдырды. Этологияда бұл идеялар 1960 жылдары ықпалды болды, бірақ олар қазір энергия ағыны метафорасын қолдануы үшін ескірген деп саналады; жүйке жүйесі мен мінез-құлықты басқару қазір энергия ағынынан гөрі ақпараттың берілуін қамтиды деп қарастырылады. Динамикалық жоспарлар мен нейрондық желілер ақпараттың берілуіне ұқсас, ал белсенділіктің таралуы эмоциялық / гормоналды жүйелердің диффузиялық бақылауына ұқсас. Стэн Франклин әрекет таңдау ақыл-ойының рөлі мен эволюциясын түсіну үшін дұрыс көзқарас деп ұсынды. Оның іс-әрекет таңдау парадигмасы туралы бетіне қараңыз.
Нейрологиялық әрекетті таңдаудың жасанды интеллект үлгілері
Кейбір зерттеушілер нейрондық әрекетті таңдаудың күрделі үлгілерін жасайды. Мысалы: Компьютерлік когнитивтік нейробиологиялық зертхана (CU Boulder). Адаптациялық мінез-құлықты зерттеу тобы (Шеффилд).
The Computational Cognitive Neuroscience Lab (CU Boulder). The Adaptive Behaviour Research Group (Sheffield).
Катехоламингерлік нейронның электронды тасымалы (CNET)
Локус-коерулеус (LC) - мидағы норадреналиннің негізгі көздерінің бірі және ол көңіл бөлу және мінез-құлық міндеттері сияқты танымдық өңдеуді таңдаумен байланысты. Substantia nigra pars compacta (SNc) - мидағы допаминнің негізгі көздерінің бірі және негізінен базальдық ганглияның бөлігі ретінде іс-қимылдың таңдалуымен байланысты. CNET - бұл SNc және LC (кетехоламиннергиялық нейрондар) нейрондық сигнализация механизмі, ол әр топтағы нейрондар арасында энергияны бағытлау арқылы іс-қимыл таңдауына көмектеседі, бұл әр топтағы бір немесе бірнеше нейрондарға іс-қимыл әлеуетін алуға көмектеседі. Ол алғаш рет 2018 жылы ұсынылған және осы нейрондардың бірқатар физикалық параметрлеріне негізделген, оларды үш негізгі құрамдас бөлігіне бөлуге болады: 1) Ферритин мен нейромеланин осы нейрондарда жоғары концентрацияда болады, бірақ олар осы нейрондардың ішіндегі ең үлкені арасындағы микрондық масштабта салыстырмалы түрде ұзақ қашықтыққа электрондарды беруге қабілетті құрылымдарды қалыптастыра ала ма, жоқ па, 2018 жылы белгісіз болды. Бұл құрылымдар сондай-ақ маршруттандыру немесе коммутациялау функциясын қамтамасыз етуі керек, бұл бұрын ұсынылмаған немесе байқалмаған. Осыдан кейін ферритин мен нейромеланин құрылымдарының осы нейрондарда бар екендігі және олардың электронды тізбекті туннельдеу арқылы өткізу және нейрондардың жолын бағыттау / ауыстыру қабілеті туралы дәлелдер алынды. 2) Үлкен SNc нейрондарының аксондарында кең арборлар бар екені белгілі, бірақ осы аксонның синапсаларындағы постсинаптикалық белсенділік бұл нейрондардың мембраналық потенциалын жеткілікті көтере ме, бұл электрондар неврондарға немесе неврондарға бағытталады. Ол кезде бұл нейрондардың мақсаты туралы түсініктемелер олардың әрекетті таңдауды араластырмайтынына және тек модуляциялық және ерекше емес екеніне байланысты болды. Гарвард медицина мектебінің профессоры Паскаль Казер кейіннен үлкен SNc нейрондарының уақытша және кеңістіктік ерекшеліктері болуы мүмкін екендігіне дәлел келтірді және әрекетті таңдауды араластырды. Басқа дәлелдер ірі LC аксондарының мінез-құлқы ұқсас екенін көрсетеді. 3) 2018 жылы механизмге энергия беру үшін бірнеше электронды немесе экситонды көздер болжамдалды, бірақ сол кезде байқалған жоқ. Осылайша CNET гипотезасының бірқатар физикалық болжауларының дәлелі алынғанымен, гипотезаның өзі дұрыс екендігіне дәлел іздеу жүргізілген жоқ. CNET механизмін осы нейрондарда бар-жоғын анықтаудың бір жолы - кванттық нүктелердегі флюорофорлар мен оптикалық зондтарды қолдану арқылы нейрондардағы ферритинмен байланысты электронды туннельдеудің нақты әрекеттермен байланысты болатынын анықтау.
1) Ferritin and neuromelanin are present in high concentrations in those neurons, but it was unknown in 2018 whether they formed structures that would be capable of transmitting electrons over relatively long distances on the scale of microns between the largest of those neurons, which had not been previously proposed or observed. Those structures would also need to provide a routing or switching function, which had also not previously been proposed or observed. Evidence of the presence of ferritin and neuromelanin structures in those neurons and their ability to both conduct electrons by sequential tunneling and to route/switch the path of the neurons was subsequently obtained. 2) ) The axons of large SNc neurons were known to have extensive arbors, but it was unknown whether post synaptic activity at the synapses of those axons would raise the membrane potential of those neurons sufficiently to cause the electrons to be routed to the neuron or neurons with the most post synaptic activity for the purpose of action selection. At the time, prevailing explanations of the purpose of those neurons was that they did not mediate action selection and were only modulatory and non specific. Prof. Pascal Kaeser of Harvard Medical School subsequently obtained evidence that large SNc neurons can be temporally and spatially specific and mediate action selection. Other evidence indicates that the large LC axons have similar behavior. 3) Several sources of electrons or excitons to provide the energy for the mechanism were hypothesized in 2018 but had not been observed at that time. Dioxetane cleavage (which can occur during somatic dopamine metabolism by quinone degradation of melanin) was contemporaneously proposed to generate high energy triplet state electrons by Prof. Doug Brash at Yale, which could provide a source for electrons for the CNET mechanism. While evidence of a number of physical predictions of the CNET hypothesis has thus been obtained, evidence of whether the hypothesis itself is correct has not been sought. One way to try to determine whether the CNET mechanism is present in these neurons would be to use quantum dot fluorophores and optical probes to determine whether electron tunneling associated with ferritin in the neurons is occurring in association with specific actions.