Физика процессов эволюции - Эбилинг В.
Скачать (прямая ссылка):
В заключении упомянем о взаимосвязи ассоциативной памяти с важной и сложной проблемой распознавания образов. Если расположить N спиновых переменных на плоскости и сопоставить значениям S, = 1 черное, а значениям S; = — 1 — белое (пустое) поле, то каждой конфигурации спинов {S,-} соответствует некий двумерный образ. Конфигурации {?**} соответствуют р записанных в памяти образов, которые могут быть запрошены ассоциативно с помощью задания искаженного помехами
Рис. 12.11. Временное проявление эталонного изображения на сети бистабильных узлов как ассоциативная память о букве A (Kinzfl, 1985)
(«зашумленного») начального образа. На рис. 12.11 представлен пример, в котором в качестве образа выбрана заглавная буква А. Нетрудно видеть, что при сохранении соответствующей емкости памяти уже после нескольких релаксационных шагов из сильно искаженных шумами букв возникает четкий образ, изначально записанный в памяти. Именно в этом и заключается взаимосвязь между ассоциативной памятью изложенного выше типа и проблемой распознавания образа. Следует, однако, отметить, что способность к ассоциативной связи в конфигурационном пространстве ограничена отношением близости, или соседства, т. е. наблюдается только на расстоянии Хэмминга. В настоящее время не существует точных представлений относительно того, каким образом можно было бы обобщить и расширить изложенную выше модель ассоциативной памяти на основе спиновых стекол, чтобы она была применима и к сложной проблеме распознования повернутых или сдвинутых образов. Как показывает пример изображения на рис. 12.11, буква А, перевернутая «вверх тормашками», не была бы распознана', так как даже смещение неискаженного образа на несколько узлов решетки (растра) превращает его распознавание в проблему, решение которой выходит за рамки ассоциативных возможностей модели Хопфидца. Будущее покажет, удастся ли решить и этот класс проблем с помощью ассоциативных запоминающих устройств.
12.5. Сетевые автоматы и нейрокомпьютеры
В основе существующих ныне методов обработки инфорамции лежит принципиальная схема компьютера, предложенная гениальным венгерским физиком и математиком Джоном (Яношем) фон Нейманом. Процесс обработки информации разлагается в последовательность двоичных логических операций. К числу наиболее явных преимуществ автоматов (компьютеров) фон Неймана относятся их программируемость и универсальность. Автоматы фон Неймана позволяют (по крайней мере в принципе) решать почти любые задачи. Практически, т. е. «в железе», компьютеры фон Неймана реализуются на основе электронных процессов, протекающих в схемах на кремниевых чипах. О необычайно большом значении этого поколения современных компьютеров вряд ли требуется что-нибудь говорить: оно общеизвестно. Однако специалисты не без основания неоднократно указывали на качественные ограничения современного поколения компьютеров. Так, американский специалист по компьютерам Конрад из Детройта приводит в качестве примера проблему распознавания структур и образов, проблему проектирования сложных систем, например, микроэлектронных чипов, и проблему принятия решений в сложных ситуациях (Conrad, 1986). Современные автоматы фон Неймана умеют (в принципе) делать все, что программируемо, но справляются С определенными задачами только ценой огромных затрат. В частности, сказанное относится к программному обеспечению. Рассмотрим пример. Маленькие дети безошибочно узнают голос своей матери среди тысячи других голосов, они без труда распознают животных, марки автомашин, оценивают возраст людей, выносят здравые суждения о характере той или иной ситуации, в том числе распознают опасность и умеют ее избегать. Конрад усматривает основные недостатки современного поколения машин, занимающихся обработкой информации, в их неспособности к обучению, негибкости, неэффективности и подверженности влиянию ошибок и возмущений. В ходе вычислений активно функционируют только 10% элементов современного компьютера, а остальные 90% пребывают в состоянии покоя. Способность современных компьютеров быстро переключаться с одного режима на другой означает малую помехоустойчивость: каждое внешнее воздействие возмущает систему.
Такого рода проблемы переработки информации неустанно решают и живые организмы. С проблемами распознавания образов и принятия решений великолепно
справляются даже простейшие организмы, у них хорошо развиты приспосаблива-емость и обучаемость, а за счет параллельной обработки информации достигается высокая помехоустойчивость. Вместе с тем к недостаткам биологической обработки информации следует отнести ее медленность (скорость распространения сигналов 10-100 м/с), а также отсутствие программируемости и универсальности.
В обоснование своих выводов Конрад привел некоторые весьма весомые аргументы и сформулировал так называемый принцип стоимости. Этот принцип гласит, что не все желательные свойства компьютера, например, программируемость, универсальность, эффективность, приспосабливаемость, обучаемость и помехоустойчивость (надежность), могут быть реализованы одновременно. Компьютер (автомат) фон Неймана оптимизирован в отношении программируемости и универсальности, информационные системы живых организмов оптимизированы относительно эффективности, обучаемости и помехоустойчивости.
