Αλγόριθμοι και υπολογιστές 2

Συνέχεια από 1ο μέρος.

5. Τι σημαίνει ο υπολογιστής μαθαίνει;

Κάθε πρόγραμμα που φορτώνουμε στον υπολογιστή αποτελεί (κατά μία έννοια...) γνώση του υπολογιστή. Ίσως να είναι υπερβολικός ο όρος "γνώση" για την περίπτωση του υπολογιστή, αλλά επειδή η μηχανή δείχνει συμπεριφορά ανάλογη προς τα ερεθίσματα που δέχεται ακολουθώντας αυτή τη γνώση, έχει "αρκετή" αναλογία με τον τρόπο που ο άνθρωπος χρησιμοποιεί τη γνώση για να παράξει κάτω από τις ίδιες συνθήκες το αντίστοιχο αποτέλεσμα.

Ασφαλώς η χρήση του όρου "γνώση" είναι εδώ πολύ περιορισμένη, αλλά έχει χρησιμοποιηθεί πολύ στην Πληροφορική, τόσο για ζητήματα Τεχνητής Νοημοσύνης (άλλος ανθρωπομορφικός όρος...) όσο και για συσχέτιση της υλοποιημένης γνώσης με τη γνώση του χρήστη, από ερευνητές της χρήσης υπολογιστή σε θέματα μάθησης, όπως οι Papert, Noss, και άλλοι που χρησιμοποίησαν τη Logo. Παράβαλε:

Δίνω στη Logo τον αλγόριθμο κατασκευής πολυγώνου, με μεταβλητές το πλήθος των πλευρών και το μήκος πλευράς. Ζητώ από τον υπολογιστή να κατασκευάσει ένα πολύγωνο 6 πλευρών και πλευράς 30, και αυτός κατασκευάζει στην οθόνη το αντίστοιχο εξάγωνο. Εγώ βλέπω το εξάγωνο και συμπεραίνω πως εργάζεται εξειδικεύοντας αυτό που του έμαθα. Και δεν έχω κάνει λάθος.

Σχεδιάζω στο πρόγραμμα Cabri, Γεωμετρίας, ένα πολύπλοκο γεωμετρικό σχήμα. Ρωτώ αν δύο ευθύγραμμα τμήματα θεωρητικά είναι ίσα, και μου απαντά "ναι". Ρωτώ για δύο άλλα που τα βλέπω ίσα, και μου απαντά "όχι, απλώς συμπτωματικά η κατασκευή τα έχει φέρει σε θέση να είναι ίσου μήκους". Διακρίνει το θεωρητικά σωστό από το κατασκευαστικά συμπτωματικό, που εγώ, μαθητής Γυμνασίου, είμαι σε θέση να το διακρίνω, αν το διακρίνω, μόνο μετά επανειλημμένους σχεδιασμούς του σχήματος σε διάφορες θέσεις.

Κατασκευάζω στο πρόγραμμα Interactive Physics το συνθετότερο ίσως πείραμα της Φυσικής, και σίγουρα το δυσκολότερο σε υπολογισμό θέμα όταν μαθαίνει κανείς Φυσική, το "χαοτικό εκκρεμές" (μια σφαίρα κρέμεται από σταθερό σημείο και μια άλλη σφαίρα κρέμεται κάτω από την πρώτη). Έχοντας σκοπό να μελετήσω την επιτάχυνση της κατώτερης σφαίρας, δηλώνω πως θέλω να βλέπω το διάνυσμα της επιτάχυνσης και πώς συνεχώς μεταβάλλεται κατά διεύθυνση και μέγεθος, σε σχέση με τις θέσεις των σφαιρών στο χρόνο. Θέτω σε κίνηση το εκκρεμές, και το πρόγραμμα μου δείχνει αυτό που ζήτησα, ταυτόχρονα με την κίνηση. Ο υπολογιστής (το πρόγραμμα) είναι εφοδιασμένο με τη γνώση των νόμων του Νεύτωνα και επί πλέον "γνωρίζει" πώς να τους εφαρμόσει στη συγκεκριμένη περίπτωση. Το να έχω απλά γράψει τους νόμους και να μπορώ να τους απαγγείλω δεν είναι γνώση αν δεν μπορώ να τους εφαρμόσω, αλλά αν μπορώ να εφαρμόσω τους νόμους, έστω και σε ρητά περιορισμένο πλαίσιο, δείχνει πως χρησιμοποιώ νοημοσύνη. Αν το κάνει αυτό η μηχανή, δείχνει νοήμονα μηχανισμό, με επάρκεια για τα συνήθη εκπαιδευτικά πλαίσια μαθημάτων Φυσικής. Φαινομενολογία μεν, αλλά σε βάθος τέτοιο που δεν μπορούμε εύκολα να δούμε μέχρι πού φθάνει, ώστε να την διαφοροποιήσουμε από την πραγματική γνώση (πχ. στο πρόγραμμα αυτό οι κινήσεις είναι μόνον στο επίπεδο, ενώ στην πραγματικότητα είναι στο χώρο, και είναι αδύνατο να δώσουμε έννοιες χώρου στη γνώση που υλοποιεί).

6. Τι σημαίνει εμπειρία, γνωρίζει από εμπειρία η μηχανή;

Κατά την εικοσαετία 1975–1995 επεκράτησε ο όρος "Expert Systems" που μεταφράστηκε στα Ελληνικά, μεταξύ άλλων και ως "Έμπειρα Συστήματα". Τα προγράμματα αυτά είχαν ως κοινό χαρακτηριστικό την υπολογιστική υλοποίηση συγκεκριμένων πεδίων γνώσης καθώς και τρόπων χρήσης αυτής της γνώσης ώστε να αποτελέσουν βοήθεια προς τους ειδικούς που χρειάζονταν υποστήριξη στο έργο τους. Η γνώση αυτή, σε κάποια προγράμματα εμπειρικής προέλευσης και σε άλλα επιστημονικής, συνδυαζόταν στην εκτέλεση με τρόπους χρήσης που κατά κύριο λόγο ενσωμάτωναν στοιχεία από την ανθρώπινη εμπειρία. Έτσι είδαμε διάφορα προγράμματα εξαιρετικής επιτυχίας, από απλή τεχνική βοήθεια για την εξόρυξη πετρελαίου με πιθανοθεωρητική εκτίμηση πού είναι πλεονεκτικότερη η γεώτρηση, μέχρι ιατρικής εξέτασης (αναγνώρισης και θεραπευτικής αγωγής μολύνσεων:

Το πρόγραμμα DENDRAL έδωσε, το 1975, το έναυσμα στην αξιοποίηση του υπολογιστή στα ζητήματα αποτύπωσης της μοριακής δομής των μερών του πυρήνα του κυττάρου, όχι ως απλό εργαλείο αλλά ως "συνεργάτης" που γνωρίζει τη θεωρία, και την εφαρμόζει σε βαθμό να ανακαλύπτει λύσεις.

Το MYCIN, 1990 (σε Lisp, γλώσσα παρόμοια της Scheme) με στατιστική επιτυχία μεγαλύτερη της ομάδας ελέγχου (γιατρών). Μειονέκτημα; το "στενό" της γνώσης (γνωρίζει από μικρόβια, αλλά όχι από βλάβες οργάνων του οργανισμού). Πλεονέκτημα; το εξελίσσουν μέχρι σήμερα και γίνεται καθημερινά πλουσιότερο σε ιατρική γνώση.

Σήμερα, τα Έμπειρα Συστήματα αποκαλούνται Συστήματα Γνώσης (knowledge Systems), που ίσως οι γνωσιολόγοι θα είχαν ακόμα περισσότερες αντιρρήσεις από τη χρήση της λέξης "εμπειρία"...

Πάντως, στην Τ.Ν., τα παιχνίδια όπου ο υπολογιστής μαθαίνει να παίζει παρακολουθώντας τον τρόπο που παίζει ο χρήστης, νομίζω και εγώ πως κυριολεκτικά συνθέτουν εμπειρία για τη μηχανή.

7. Τι σημαίνει "μέσα από το νοηματικό χώρο του 'κόσμου' του προγράμματος";

Καλύτερο εκφραστικά είναι "μέσα στο..." αντί "μέσα από...".

Αν δούμε ένα πρόγραμμα όπου ο χρήστης συνθέτει (κατασκευάζει) πειράματα Φυσικής και τα θέτει σε εκτέλεση, όπως το Interactive Physics, κατά την εκτέλεση του προγράμματος ο χρήστης βρίσκεται σε ένα "κόσμο", δηλαδή ένα χώρο με αρχές, καταστάσεις, οντότητες (φυσικά αντικείμενα), συσχετίσεις οντοτήτων (φυσικές συνδέσεις αντικειμένων). Το πρόγραμμα υποστηρίζει επεμβάσεις του χρήστη με όρους Φυσικής, δηλαδή του κόσμου της εκτέλεσης. Για την οργάνωση ενός πειράματος δεν χρειάζεται προγραμματισμός με όρους γλώσσας προγραμματισμού (που θα μπορούσε να γίνει, με επέμβαση στον πηγαίο κώδικα), αλλά απ' ευθείας με όρους από τον κόσμο της Φυσικής (με τους περιορισμούς βέβαια που θέτει το πρόγραμμα, που δεν είναι απεριόριστων δυνατοτήτων).

Κάθε πρόγραμμα που δεν είναι "κλειστό" απέναντι σε επεμβάσεις κατά την εκτέλεση, κάνει -σε κάποιο βαθμό- χρήση εισόδων και εξόδων για επικοινωνία με τον χρήστη, και η επικοινωνία αυτή, άσχετα με το αν είναι βαθιά ή ρηχή, είναι "στον κόσμο" της εκτέλεσης: δυνάμεις σε πρόγραμμα Φυσικής, συναρτήσεις σε πρόγραμμα Μαθηματικών, χημικά στοιχεία σε πρόγραμμα Χημείας, ιατρικοί όροι σε πρόγραμμα Ιατρικής.

Γ.Γυφτοδήμος