Глава 1. Самоорганизующиеся системы

Для построения теории интеллекта допустимы два подхода. Во-первых,   возможно описания интеллекта, как завершенной системы не вдаваясь в проблемы ее развития. Наверное,  действительно такую теорию можно построить. Но мы знаем, что человеческий интеллект система эволюционирующая. Ребенок рождается, возможно, не чистым листом бумаги, но и развитым интеллектом он очевидно не обладает. Человек растет интеллектуально в процессе личного эволюционного развития, это наводит на мысль, что к построению искусственного интеллекта можно подойти также, как природа подошла к созданию интеллекта человеческого. То есть предположить, что в его основе лежит небольшое количество простых принципов, позволяющих интеллекту развиваться от самой простой системы до сколь угодно сложной.
Из сказанного следует, что нет необходимости описывать сложную завершенную систему, достаточно описать, что-то относительно простое, состоящее из некоторого количества базовых элементов, но способного развиваться и усложняться под внешним воздействием. Таковое описание, будет состоять из двух составляющих. Во-первых, потребуется описать стартовое состояние системы и, во-вторых, необходимо определить процесс развития.

Системы, способные развиваться от простого к сложному, существуют в природе, они называются самоорганизующимися. Собственно любой живой организм, это самоорганизующаяся система. Есть таковые, составленные из большого количества примитивных организмов. Например, муравейник или пчелиная семья, представляют собой очень  яркий пример самоорганизующихся систем, способных к росту до определенного предела. Да и сама живая природа в целом также является примером самоорганизующейся системы.
Ясно, что самоорганизующиеся системы это не только системы интеллектуальные. Но и интеллект можно представить как частный случай процесса самоорганизации и, следовательно, его можно определить, как самоорганизующуюся систему, но для начала требуется определение систем, которые далее мы будем рассматривать как базовые для всего дальнейшего исследования.

Самоорганизующиеся системы.

Попробуем выделить основные качества такой системы. Очевидно, самоорганизующаяся система способна сохранять свою структуру и поддерживать жизненный процесс под внешним воздействием. Для решения такой задачи в системе должны действовать консервативные силы, компенсирующие внешние воздействия. Простейший пример самоорганизующейся системы с компенсирующей консервативной силой – это волчок. Для него, внешнее воздействие – это силы, действующие против оси вращения, а консервативную силу представляет накопленный крутящий момент. Этот пример, конечно, далек от интеллектуальной системы, но он демонстрирует принципиальную возможность поддержания собственного процесса очень простым механизмом.
Большая часть самоорганизующихся систем существуют в стабильной среде с определенным набором воздействий, поэтому вполне возможен и стабильный набор консервативных сил компенсационного характера. Понятно, что стабильность системы возможна только при равенстве консервативных сил и сил внешнего воздействия. При преобладании последних, система начинает разрушаться, при усилении консервативных сил, система становится стабильной.
 
Это если говорить о системах однородных. Таковыми являются кристаллы, сообщества примитивных живых существ, обладающих элементами организации. Самые яркие примеры таковых сообществ это муравьи, термиты, пчелы.  Но заметим, - большие, старые термитники могут содержать миллионы особей, но большой термитник, большой муравейник или большая пчелиная семья структурно ничем не отличается от маленькой. Независимо от количества членов есть минимальный структурный элемент – насекомое или в примере неорганического кристалла – молекула вещества.
Таким образом, мы приходим к важной идее самоорганизующихся развивающихся  систем. Они создаются из набора примитивных функциональных элементов, способных выстраиваться в систему, свойства которой, уже не сводятся к свойствам составляющих элементов. Ее макрофункции определяются конфигурацией, в которую соединяются микроэлементы.

В дальнейшем мы разделим два вопроса - как функционирует самоорганизующаяся система и как выполняется ее сборка. В отношении сборки можно выделить два механизма. Первый – это сборка под воздействием внешней силы. Простейший пример это переориентация магнитных диполей под воздействием внешнего поля. В условиях отсутствия внешней силы, все сообщество диполей куска вещества находится в состоянии хаоса, что внешне выражается в отсутствии единого магнитного поля тела. Под внешним воздействием диполи ориентируются в одном направлении, внутренние  электромагнитные поля диполей больше не компенсируются и можно увидеть активное поведение вещества. Более того, сообщество сориентированных диполей получает способность поддерживать свое такое состояние.

Самоорганизацию под внешним воздействием можно наблюдать в любом сообществе состоящим из однородных элементов, способных на типовую реакцию. При этом функциональная сложность таких элементов не играет существенной роли, важна только способность реагировать одинаковым образом. Такое поведение демонстрирует достаточно большое человеческое сообщество, что кстати, позволяет создавать эффективные психологические технологии управления социумом.
Еще один важный аспект сборки – это наследственность. Самоорганизующаяся система не возникает одномоментно, изначально она может быть достаточно примитивной, если мы говорим о системах не созданных искусственно, затем она проходит путь индивидуальной  эволюции. Вопрос заключается в том, где находится программа этой эволюции. А источников два. Если система имеет родителя (в самом широком смысле этого слова), то механизм с некоторыми исходными данными может быть передан от родителя. И источник может быть внешним, система, находясь под внешним воздействием, может адаптироваться к существованию в среде. Эту способность самоорганизующихся систем будем называть обучаемостью. Пример самообучающихся систем созданных искусственно уже известен, это нейросети, которые пока представляют собой достаточно сложную, но лишь программную реализацию, но видимо придет время и качественно новой аппаратной реализации. Вопрос только в технологическом уровне развития.

Главный вопрос устройства любых, а не только интеллектуальных самоорганизующихся систем заключается в том, каким образом множество  упорядоченных элементов может формировать сложную реакцию, качественно отличную от функционала примитивных образующих элементов. Второй  вопрос о том, каким образом качественный рост функционала приводит к возможности интеллектуальной реакции или точнее к интеллектуальному поведению.

Определение интеллектуального поведения было дано во введении к книге, которое можно рассматривать как постановку задачи, но это проблема всей книги. И прежде чем к ней приступать, необходимо ответить на первый вопрос – что создает возможность изменения качества функционала не сводимого к сумме составляющих.
Но и этот вопрос нуждается в подготовке. Прежде чем переходить к рассмотрению возможностей качественного роста требуется дать анализ проблемы устойчивости самоорганизующейся системы. Ясно, что и устойчивость и рост имеют общий корень – это устройство функционального элемента и принципы их объединения в общую систему. А сейчас дадим  более строгое определение самоорганизующейся системы.

Определение. Самоорганизующаяся система – это совокупность взаимодействующих функционально одинаковых устройств (элементов) способных создавать устойчивую структуру и поддерживать присущей этой системе «жизненный процесс»

Под структурой далее будем понимать способность элементов системы обмениваться энергией и информацией не хаотично, а в определенном заданном порядке, и совместно реагировать на внешние воздействия. Под «жизненным процессом» будем понимать любые устойчивые энергетические процессы идущие в пределах системы.

Механизм самоорганизации

Для описания механизма делающего систему самоорганизующейся определим ее формальную модель. Главное, определяющее ее качество это то, что такая система представляет собой совокупность функционально одинаковых устройств, которые мы далее, для краткости будем называть «муравьями».
Итак, отдельно взятый муравей способен выполнять внешнее действие, которое мы пока будем сводить изменению энергетического состояния элемента среды или другого муравья. Внутреннее действие заключается в том, что муравей способен воспринимать энергетический сигнал, изменяющий его собственное состояние. Собственное состояние будем определять двумя параметрами. Это, во-первых, энергетический потенциал, который муравей может использовать во внешнем действии и, во-вторых, выбор точки для внешнего действия.

Эти достаточно простые свойства муравья, позволяют организовываться в группы для  коллективного воздействия на общую точку приложения энергии. Выше было уже сказано, что муравей может энергетически воздействовать на другого муравья. Поэтому достаточно положить, что энергетическое взаимодействие двух муравьев способно выравнивать их внутреннее состояние, то есть поднимать энергетический потенциал и направлять его на общую внешнюю точку.
Так мы получаем механизм создания консервативного усилия, стремящегося сохранить внутренний «жизненный процесс». Внешнее воздействие активирует группу «муравьев» и если внешний потенциал достаточно велик, то он приводит к активации все большего и большего количества муравьев, синхронизируя их внутреннее состояние и направляя на противодействие внешнему источнику, до его полной компенсации. Так любое внешнее воздействие на самоорганизующуюся систему порождает ответную реакцию, такой механизм называется обратной связью.    

Можно выделить два механизма, такой примитивной обратной связи. Первый механизм предполагает  активацию «муравьев» на очередное воздействие, которое распространяясь по системе, активирует все большее и большее противодействие. Если внешнее воздействие исчезает по какой-то причине, то падает внутренняя энергетика и спадает активность «муравьев» до исходного состояния.
Можно предположить существование более сложного механизма, заключающегося в том, что внешнее воздействие достигнув некоторого порогового состояния порождает в определенной части самоорганизующееся системы постоянный процесс самовозбуждения и появляется группа «муравьев» со своего специализацией на внешнее воздействие определенной природы. Такие группы начинают образовывать в однородно среде «муравьев» сложную структуру и этот эффект может запустить процесс качественного усложнения системы.

Кстати такого рода эффекты мы можем наблюдать у коллективных насекомых. Например у термитов и видимо у настоящих муравьев есть специализация: рабочий, воин. У пчел помимо общей массы сборщиков нектара есть специализированные разведчики. Интересен в этом тот факт, что воины, разведчики, рабочие – это большие группы насекомых и видимо они сразу образуются именно как большие группы, то есть как общая реакция системы насекомых на постоянную потребность. Но еще более интересно проследит механизм «творчества» системы в ходе которого могут появится новые более сложные функции.

Усложнение структуры

Из сказанного выше следует идея нескольких уровней самоорганизации. Если группы элементарных устройств, названные выше муравьями способны создавать устойчивые объединения способные решать задачу более сложную, нежели решаемую отдельным  «муравьем», то следующий ход самоорганизации очевиден – это объединения групп в новые группы, с новым функционалом.
Но механизм объединения групп уже принципиально отличен от объединения в группы элементарных устройств. В элементарном случае «муравьи» обмениваясь сигналами, в  каком-то смысле выравнивают свои состояния превращаясь в однородную среду, но выделяющуюся из общей массы муравьев составляющих всю систему. Заметим также, что отдельные муравьи идентичны друг другу. В случае объединения групп ситуация принципиально иная. В этом случае речь идет об объединении групп с разным функционалом, и идущий между ними обмен сигналами не должен привести к созданию просто новой однородной группы объединившей группы предыдущего уровня.