Новые информационные технологии

Новые информационные технологии

 

Лекция № 1. Обработка информации в мозге человека

 

Естественно, что в информационно-коммуникационных технологиях используются подходы и методы искусственного интеллекта, основанные на представлениях об обработке информации в мозге человека.

 

Например, рассмотрим архитектуру стандартной системы распознавания речи.

 

Слайд 1

Система автоматического распознавания речи на основе искусственно-интеллектуального подхода к интеграции знаний

 

Можно заметить, что в ней использованы известные уровни представления лингвистической информации.

 

Слайд 2

Уровни представления лингвистической и экстралингвистической информации

  · прагматический · семантический

Наружная кора левого полушария головного мозга

Наружная кора левого полушария головного мозга: поля Бродмана. Специально…  

Левое полушарие головного мозга человека

(речевые зоны)

 

Все области полушарий головного мозга человека парные, кроме двух, отвечающих за речевые функции: зоны Брока и зоны Вернике. Зона Вернике отвечает за восприятие речи, зона Брока – за артикуляцию речи.

 

Слайды 11, 12

Связи в слуховом анализаторе

 

 

 

Помимо строения слухового анализатора нам понадобится понимание структуры зрительного анализатора. Дело в том, что модель мира, которая формируется в головном мозге человека, является многомодальной: в ее формировании участвует информация различных модальностей, в первую очередь слуховой, зрительной и соматосенсорной.

 

Слайды 13, 14

Связи в зрительном анализаторе

   

Ассоциативное преобразование

  Модуль для структурной обработки.  

Семантический уровень представления

Информация семантического уровня заключается в смысловой сочетаемости событий. Одни события могут находиться рядом, другие не могут, но могут через третьи события. Удобным способом представления семантики являются семантические сети. Здесь ближайшие соседи понятия являются его семантическими признаками.

 

 

Слайд 24

Гиппокамп

 

Гиппокамп. 7 - мозолистое тело, 8 – валик, 9 - птичья шпора, 10 – гиппокамп, 11 – бахромка, 12 – ножка.

Слайд 25

Ламели гиппокампа

Гиппокамп состоит множества ламелей, каждая из которых имеет поле СА₃, которое моделируется полносвязной сетью Хопфилда.

Слайд 26

Ламель гиппокампа

Гиппокамп получает информацию из энторинальной коры, она поступает в поле СА₃, которое условно можно назвать весовой матрицей, формирующей в памяти основное представление о пространственно-временном контексте входных событий. Далее она попадает в матрицу поля СА₁, и наконец, в субикулюм, который вновь направляет

информацию в энторинальную кору.

 

Слайд 27

Архитектура гиппокампа

 

 

 

Поле СА₃ является ассоциативной памятью, хранящей события в их взаимосвязях.

 

Слайд 28

Основная структура связей поля СА3, взятая из работы [Brown T.H., Zador A.M., 1994]

 

 

В качестве модели можно рассмотреть автоассоциативную память на основе сети Хопфилда.

 

Слайд 29

Пример сетей Хопфилда

 

 

Сеть Хопфилда имеет единственный слой нейронов. Все нейроны связаны со всеми. Связи являются направленными.

Нейроны – это понятия, и все это напоминает семантическую сеть.

 

Слайд 30

Ассоциативная память на основе сети Хопфилда

 

Три иерархии представления модели мира: лингвистическая и многомодальная схематическая левого полушария, и многомодальная образная – правого полушария

 

 

Три иерархии представления модели мира: лингвистическая и многомодальная схематическая левого полушария, и многомодальная образная – правого полушария. (1) -индивидуальная многомодальная модель мира правого полушария, (2) - социализированная модель мира левого полушария, (3) - подсистема управления синтезом речи, (4) - артикуляторные органы, (5) - периферия слуховой подсистемы, (6) -подсистема распознавания речи.

Здесь есть две иерархии представлений – лингвистической и многомодальной информации – в левом полушарии, и одна многомодальная иерархия – в правом полушарии. Все три иерархии связаны между собой по уровням. Слово связано с объектом который оно представляет. Многомодальная иерархия правого полушария двухуровневая. В ней есть только объекты и их части. Зато – все индивидуальные представители объектов. Все столы, например, которые мы видели за свою жизнь. Многомодальная иерархия левого полушария многоуровневая схематическая. В ней представлены схемы объектов разного уровня. Стол – это четыре ножки и крышка. Лингвистическая иерархия левого полушария содержит все лингвистические уровни.

Над ними надстраивается семантика в виде ассоциативной сети сочетаемости понятий и событий, ими определяемых.

А далее, при наличии такой модели в каждой модальности начинается распознавание в процессе коммуникации. Например, при распознавании речи.

 

Слайд 36

Структура коммуникационной системы для организации речевого поведения

 

 

 

Распознавание становится возможным, если у коммуникантов имеются одинаковые модели мира. Если один коммуникант знает, из какого набора возможностей ему надо выбирать при распознавании.

 

Слайд 37

Информационно-кодовая модель коммуникации Шеннона и Уивера

Коммуникация возможна только в том случае, если у коммуникантов имеется одинаковое представление о передаваемых сообщениях (одинаковая модель мира). В этом случае возможно распознавание адресатом информации, которая передается адресантом.

 

Слайд 38

• Под распознаванием понимается вычисление степени совпадения выделенного из преобразованного сигнала, полученного адресатом от адресанта, образа, с таким же образом, находящимся в модели мира адресата

• Узнавание – это неполное распознавание

• Понимание – это распознавание в пределах всей (или части) модели предметной области

Слайд 39

Правило Байеса

Простейший (и теоретически дающий верхнюю границу точности) способ распознавания – применить правило Байеса.

Адресант передает, а адресат принимает одно из группы событий (классов, к которым относятся передаваемые и получаемые сообщения). Группа событий обладает следующими свойствами (она - полная):

1) все события попарно несовместны: ; ;

2) их объединение образует пространство элементарных исходов W: .

Слайд 40

Информационно-кодовая модель коммуникации Шеннона и Уивера,

Модифицированная для коммуникационного акта Якобсоном

 

 

Ну а дальше – распознавание и синтез речи, анализ текстов, в том числе, контекстные перевод, системы речевого диалога, например в интегральном роботе. То есть целиком, или по частям система коммуникации. Человека с машиной, или машины с человеком.

 

Слайд 41

Автоматическое распознавание речи

Общая блок-схема ориентированной на задачу системы распознавания речи

 

Слайд 41

Автоматический синтез речи

 

 

 

 

Структура текстового процессора

 

Слайд 42

Автоматический анализ текстов

 

 

Здесь (1) блок первичной обработки, (2) лингвистический процессор, (3) семантический процессор. Лингвистический процессор состоит из словарей: (4) слов разделителей, (5) служебных слов, (6) общеупотребимых слов, (7) флективных и (8) корневых морфем. Семантически процессор содержит: (9) блок отсылок в текст, (10) блок формирования семантической сети, (11) блок хранения семантической сети, (12) блок выделения понятий, и (13) блок управления.

 

Слайд 43

Интегральный робот

Слайд 44

Семантическое представление в интегральном роботе