СИСТЕМА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОНЯТИЙ ОБРАЗНЫМИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯМИ Российский патент 1998 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к области разработки и применения систем и устройств, позволяющих автоматизировать элементы мыслительного процесса человека на основе логических, вычислительных и распознавательных функций.

Изобретение может быть использовано в научной практике для анализа и моделирования элементов умственной деятельности, а также для решения творческих задач, расширяющих функции современных вычислительных систем.

Уровень техники. Современные автоматы обеспечивают решение любых задач, которые могут быть описаны с помощью алгоритмов. При этом должно быть определено точное содержание понятий задач [1]. В этом случае любая задача решается в виде нахождения определенной комбинации понятий в соответствии с заданными условиями [2]. В том случае, когда интерпретация понятий не точна, что соответствует тому, что смысл понятия не выражается однозначно (для данной задачи), решение невозможно. Возникает новая задача - уточнение смысла и содержания понятия, что соответствует уточнению интерпретации понятия с помощью более детальных образных представлений. Несмотря на существование множества устройств, выполняющих функции, потребные для решения таких задач, отсутствуют автоматы, способные решать эти задачи. Подобные задачи состоят в выявлении новых элементов в образах процессов или объектов, позволяющих устанавливать новые связи, функции, свойства или зависимости в различных областях: в физике, в биологии, в изобретательской деятельности и др.

Использование новых детальных элементов позволяет более точно и эффективно организовать или использовать соответствующие процессы. Наиболее ярким доказательством того, что в настоящее время отсутствуют автоматы или системы устройств, решающие подобные задачи, является отсутствие разгадки противоречий в древних логических парадоксах [3]. До настоящего времени нет данных о решении подобных задач. В различных случаях в физике, биологии, химии, изобретательстве эти задачи решаются человеком с помощью интуиции.

В математике уточнение содержания и смысла понятий происходит на основе первоначальных (неопределимых) понятий [4]. Содержательные понятия не определяются строго, в основе их смысла лежат образные представления, причем последние интерпретируются первоначальными образными представлениями. Под содержанием понимается вся совокупность интерпретирующих образных представлений, а под смыслом - ограниченный аспект представлений [2].

Все законы, свойства, новые явления в различных областях знаний формулируются в виде элементарных первоначальных понятий, несмотря на углубление и сложность знаний. К первоначальным понятиям можно отнести такие: наличие, отсутствие, различие, движение, быстро, медленно, объект, сильно, слабо, действие, взаимодействие, длина, простейшие свойства: зеленый, твердый и т. п. В данном случае первоначальных понятий может быть значительно больше, чем в математике.

Существуют способы определения значений понятий с помощью формирования списочной структуры [5]. Известны также программы формирования понятий [5] на основании положений, сформулированных А.Черчем [6]. Однако подобные интерпретации не выходят за пределы формальных представлений. Там не используются образные представления. Отсутствуют системы, представляющие организацию иерархических структур образных понятий, включающие все понятия, используемые, например, в универсальных вычислительных машинах.

Существуют комбинации устройств, позволяющих комбинировать сложные образные представления из деталей и воспроизводить их, например, на телеэкране. Известны системы, анализирующие и распознающие образы. Это автоматы, выполненные в виде систем комбинированных устройств, содержащие блоки хранения информации, воспроизведения, распознавания, анализа образной информации, блоки устройств управления, внешних устройств, арифметических и логических операционных устройств. Однако недостатком подобных систем является отсутствие таких связей между устройствами, которые могли бы обеспечить функциональные возможности, позволяющие осуществлять интерпретацию понятий в виде уточнения их с помощью детальных (первоначальных) образных представлений. Иначе говоря, все функции в отдельности в настоящее время реализуются, однако отсутствует система, решающая описанную задачу. Так как эта задача формулируется впервые, то отсутствует и алгоритм решения подобной задачи интерпретации, и это еще раз доказывает, что отсутствуют системы с функциональными связями, позволяющими решать эту задачу.

Также отсутствуют системы, представляющие собой банки данных образных представлений, подобные организации списочных структур, поясняющих значения понятий. Ввиду этого, речь идет не об усовершенствовании определенных свойств той или другой системы, а о создании системы, выполняющей новые функции. Поэтому прототип предлагаемой системы отсутствует. Для сравнения можно выбрать совокупность блоков, имеющихся в комбинированных системах, связанных с решением задач воспроизведения, комбинирования, хранения, передачи, анализа и распознавания образной информации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей автоматов (систем), реализующих мыслительные функции, связанные с оперированием образными (чувственными) представлениями.

Эта цель достигается тем, что выходы и входы блока данных образной информации связаны с входами и выходами блока воспроизведения образной информации, блока увеличения разрешающей способности воспроизведения, блока распознавания, блока логических и арифметических операций, блока внешних устройств; выходы блока управления связаны с входами блока данных образной информации, блока воспроизведения образной информации, блока увеличения разрешающей способности воспроизведения, блока распознавания, блока арифметических и логических операций, блока внешних устройств; выходы и входы блока логических и арифметических операций связаны с входами и выходами блока распознавания, блока управления, блока внешних устройств; выход блока увеличения разрешающей способности воспроизведения связан с входом блока воспроизведения образной информации; выход видеоканала связан с входом блока распознавания, а вход с выходом блока воспроизведения.

Сущность изобретения состоит в том, что система представляет собой комбинацию устройств обработки образной информации, образующих контуры, позволяющие осуществлять прямую и обратную связь в процессе формирования новых, более точных деталей образных представлений. При этом одновременно возможно формирование связей в структуре понятий, представленной в виде кодов (например, соответствующих списочной структуре описания понятий).

Система позволяет осуществлять интерпретацию любых понятий, используемых в универсальных вычислительных машинах. Это достигается, в частности, наличием блока данных образной информации, включающего детали образной информации, составляющие первоначальные понятия, а также наличием блока увеличения разрешающей способности воспроизведения, способного представлять реальную образную информацию в виде более мелких деталей и более точных свойств этих деталей. Именно это и позволяет уточнять содержание понятий и решать новые задачи.

В настоящее время более точная интерпретация понятия осуществляется только человеком, интуитивно. Поэтому данная система расширяет функциональные возможности автоматов, реализующих мыслительные функции человека. Система решает не одну частную задачу интерпретации, а за счет того, что в системе реализуются функции детализации понятий и синтеза понятий с новыми деталями, она способна интерпретировать любое понятие, используемое в алгоритмах универсальной вычислительной машины, образными представлениями и производить его уточнение.

Разумеется, что для решения широкого круга задач и большой глубины решения необходима информация весьма большого объема. Однако эта система обеспечивает необходимые функции. Данная система может быть основой для построения вариантов подобных систем.

Кратко можно описать задачу интерпретации следующим образом. В систему поступает задача интерпретации и уточнения определенных понятий и указывается, каким условиям должно отвечать это уточнение. Коды понятий преобразуются в образы, происходит уточнение образов, корректировка и далее сопоставление новому образу кодов, соответствующих уточненному значению. Далее информация выдается в виде решения.

На чертеже представлена схема соединений элементов предлагаемой системы.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Система включает следующие блоки устройств: блок данных образной информации 1, блок воспроизведения образной информации 2, блок увеличения разрешающей способности воспроизведения 3, блок распознавания 4, блок управления 5, блок арифметических и логических операций 6, видеоканал 7, блок внешних устройств 8.

Блок данных образной информации 1 содержит записи изображений, соответствующие понятиям, представленным в словесном выражении в виде записей с помощью кодов. Имеются детали, из которых можно воспроизвести сложные изображения. Блок воспроизведения образной информации 2 содержит экран, на котором воспроизводятся записи образной информации, а также устройство, позволяющее воспроизводить комбинации образов и взаимодействия элементов, соответствующих осуществлению различных процессов.

Блок увеличения разрешающей способности воспроизведения 3 позволяет усилить изображение, если детали плохо различимы, либо представить необходимую комбинацию взаимодействия рассматриваемых объектов, либо сформировать образную модель процесса, соответствующую действительности. Блок распознавания 4 содержит фотоэлементное устройство восприятия видеоинформации, устройство для приема эталонов деталей образцов. Оно выделяет распознаваемые элементы, представляя детали интерпретации. Блок управления 5 содержит запоминающее устройство для хранения программы работы и осуществляет последовательную совместную работу всех блоков системы. Блок логических и арифметических операций 6 осуществляет операции дешифрации и кодирования информации при реализации программы работы системы. Видеоканал 7 представляет ограниченное пространство между блоком воспроизведения 2 и блоком распознавания 4, защищенное от помех передачи и восприятия образной информации. Блок внешних устройств 8 содержит устройства, позволяющие принимать и выдавать информацию, используемую в системе.

Реализация работы системы, подтверждающая возможность решения описанной задачи уточнения содержания понятий с целью решения поставленных проблем, может быть проиллюстрирована на двух примерах. В каждом из примеров будут рассмотрены различные понятия.

Пример 1. Поставлена задача усовершенствования подшипника - устройства, сочленяющего вращающийся вал и неподвижный элемент. Рассмотрим решение с помощью уточнения представления взаимодействия элементов, образующих среду, где осуществляется этот процесс. В качестве модели этой среды можно взять вращающийся стержень в воде, ограниченной объемом с цилиндрическими стенками. Задача, представленная на языке системы, в виде программы через блок внешних устройств 8 в соответствии с программой, находящейся в блоке управления 5 поступает в блок логических и арифметических операций 6, где происходит дешифрация, затем задача в виде программы поступает в блок управления 5, а исходные данные в виде кодов соответствующих образных представлений передаются в блок данных образной информации 1. Далее по программе блока управления 5 в блок увеличения разрешающей способности воспроизведения 3 передается образное изображение картины процесса в виде взаимодействия элементов описанной выше среды, где происходит увеличение образных элементов. Далее изображение передается в блок воспроизведения информации 2. На его экране появляется изображение вращения стержня в воде, различимы детали: концентрические слои воды со скоростями, большими вблизи стержня; дальше от стержня скорости убывают. Это изображение по видеоканалу 7 передается в блок распознавания 4, где осуществляется выделение этих деталей с помощью эталонов, полученных из блока данных образной информации 1 (соответствующие этим эталонам коды поступают также в блок логических и арифметических операций 6). Распознанные в блоке распознавания 4 детали образов передаются в блок данных образной информации и туда же передаются соответствующие коды, выделенные в блоке логических и арифметических операций 6. Далее блок управления 5 по программе путем операций на блоке логических и арифметических операций 6 формирует описание решения задачи в форме уточненного представления среды в виде концентрических колец с невысокими относительными скоростями и высокой абсолютной скоростью вала и неподвижной границей (цилиндром). После этого решение выдается через блок внешних устройств.

Подобное решение может быть использовано для более детального синтеза устройства (подшипника) уже, например, с помощью программ универсальных вычислительных машин.

Пример 2. Рассмотрим этот пример кратко, так как детали решений были описаны. Пример приводится лишь для того, чтобы было очевидным, что возможно решение задачи интерпретации самых различных понятий.

Как известно, проблема логических парадоксов не решена математиками до настоящего времени. Решение задачи интерпретации содержания понятий является основой для решения этой проблемы.

Парадокс: "Парикмахер бреет всех тех, кто не бреет себя". Здесь не определено: бреет ли он себя ? Если - "да", то не верно, что "бреет всех тех, кто не бреет себя", если "нет", то по условию он должен "брить себя".

Программа в виде задачи и исходных понятий через блок внешних устройств 8 передается в блок данных образной информации 1 и в блок логических и арифметических операций 6, затем в блок воспроизведения образной информации 2. Далее, через видеоканал 7 картина в виде процесса бритья передается в блок распознавания 4, где по программе блока управления 5 уточняются содержания процессов "брить себя" и "брить всех". Блок распознавания 4 выдает информацию, показывающую, что процессы "брить себя" и "брить всех" различаются деталями изгиба рук парикмахера в том и другом случае и др. Далее информация обрабатывается и выдается через блок внешних устройств 8. Решение состоит в том, что детальная интерпретация содержания понятий "брить себя" и "брить всех" указывает, что смысл понятий различен и использование одного смысла понятий в данной фразе некорректно. Таким образом, рассмотренные примеры показывают возможность решения задач, не решаемых логическим путем, а также эффективность использования данного устройства.

Система позволяет расширить возможности существующих автоматов, выполняющих мыслительные функции человека. Результатом работы системы являются заданные понятия с новым содержанием в виде более точной и детальной интерпретации понятий или ситуаций, описываемых этими понятиями. Система состоит из блоков устройств хранения, распознавания, воспроизведения и уточнения образных представлений, блока внешних устройств, блока управления и устройства, выполняющего арифметические и логические операции. 1 ил.

Система устройств для интерпретации понятий образными представлениями, содержащая блок данных образной информации, блок воспроизведения образной информации, блок увеличения разрешающей способности воспроизведения, блок распознавания, блок управления, блок арифметических и логических операций, видеоканал, блок внешних устройств, причем выходы и входы блока данных образной информации связаны с входами и выходами блока воспроизведения образной информации, блока увеличения разрешающей способности воспроизведения, блока распознавания, блока логических и арифметических операций, блока внешних устройств, выходы блока управления связаны с входами блока данных образной информации, блока воспроизведения образной информации, блока увеличения разрешающей способности воспроизведения, блока pаспознавания, внешних устройств, выходы и входы блока логических и арифметических операций связаны с входами и выходами блока распознавания, блока управления, блока внешних устройств, выход блока увеличения разрешающей способности воспроизведения связан с входом блока воспроизведения образной информации, выход видеоканала связан с входом блока распознавания, а вход с выходом блока воспроизведения образной информации.