Кибернетическая картина мира
.pdfразделов, которые ориентированы на решение задач совместного обучения в распределенной компьютерной среде. Наиболее признанное определение термина программный агент – это программная система, обладающая по крайней мере четырьмя базовыми свойствами:
– автономностью: агенты функционируют без прямого вмешательства пользователей или программ и обладают определенной способностью контролировать свои действия;
– способностью общения: агенты взаимодействуют с другими агентами (и, возможно, пользователями или программами) посредством какого-либо языка коммуникаций;
– реактивностью: агенты обладают способностью воспринимать среду (которая может быть физическим миром, пользователем, использующим графический интерфейс, коллекцией других агентов, сетью Интернет или, возможно, всем вместе взятым) и адекватно реагировать в определенных временных рамках на происходящие события;
– активностью: агенты не просто реагируют на изменения среды, но и обладают целенаправленным поведением и способностью проявлять инициативу.
С точки зрения распределенных вычислений, агент – это самостоятельный процесс, выполняемый параллельно, имеющий определенное состояние и способный взаимодействовать с другими агентами при помощи сообщений [1, 6, 68]. Каждый агент имеет возможность создания копий самого себя с полной или ограниченной функциональностью, обеспечивая возможность настройки на среду путем исключения неэффективных методов или свойств и замены их новыми более эффективными методами и свойствами. Агент имеет возможность постоянно изменять сценарии поведения без изменения этого сценария в родительском классе.
Интеллектуальный агент.
Это компьютерная система, которая в дополнение к базовым свойствам либо сформулирована, либо реализована с использованием концепций, свойственных человеку. Например, в теории искусственного интеллекта понятие агента часто связывают с такими понятиями, как знания, убеждения, намерения, обязательства.
Агент рассматривается как вычислительный процесс со знаниями относительно ограниченной части предметной области, способный достигать своих целей, взаимодействуя с другими агентами и пользователями.
261
Мультиагентная система.
Под мультиагентной системой (МАС) будем понимать многокомпонентную систему, состоящую из разнообразных агентов со специфицированным интерфейсом. Вместо больших программ с простыми средствами коммуникации между компонентами в настоящее время все большее развитие получают системы, состоящие из простых стандартных интеллектуальных компонентов (агентов).
Для обеспечения хода обучения в специализированной образовательной МАС должны быть следующие виды агентов:
– агенты-координаторы распределения, функции которых состоят в распределении хода учебного процесса. Эти агенты должны быть целесогласующими или социоморфными;
– агент интерактивного взаимодействия, в задачи которого входит обеспечение взаимодействия агента-координатора распределения, агента-координатора рейтинга, преподавателя и ученика. Он должен быть реактивным или биоморфным агентом;
– агенты обучения, каждый из которых в свою очередь может быть субкоординатором по определенной учебной дисциплине или группе дисциплин;
– агенты тестирования, задачи которых состоят в определении уровня знаний обучаемого;
– агенты-координаторырейтинга,которыеотслеживаютрезуль- таты тестирования, поступающие от агентов тестирования.
В процессе обучения возникает две задачи: обеспечение учебного процесса и оптимизация. Первая из них формулируется следующим образом. Дано множество предоставляемых системой ОО услуг и задача, которая должна быть решена. Необходимо определить, может ли задача быть решена доступными в настоящее время средствами. При положительном ответе система должна перейти ко второму этапу – определению оптимальной структуры для решения задачи.
Например, в процессе тестирования студента определяется его психо-физиологический тип: визуал, вербал, аудиал, – в соответствии с которым материалы курса обучения представляются или в виде гипертекста, или в виде активных графических схем, или в виде аудиофайлов. Дополнительно предусматривается возможность изменения скорости представления материалов, например определений, в автоматическом режиме в зависимости от индивидуальных настроек.
262
При описанной структуре возникает проблема адаптации структуры МАС для решения задачи обучения конкретного ученика и ее оптимизация по суммарной стоимости и суммарному времени, затрачиваемым на связь между учителем и учеником. Кооперативное взаимодействие агентов должно быть динамическим и способным к адаптации в зависимости от текущей обстановки. Одному обучаемому на усвоение материала могут потребоваться минуты, а для другого необходим период длительного обучения. Для решения задачи оптимизации можно использовать алгоритмы эволюционного моделирования.
В настоящее время прототипы программных и интеллектуальных агентов уже достаточно широко используются в ВОС, в которых они могут играть роль виртуальных:
– учителей; – студентов или компаньонов по обучению;
– персональных ассистентов, помогающих студентам в обучении;
– администратора, помогающего в области администрирования и планирования действий обучаемого.
Персональные ассистенты.
Персональные ассистенты (ПА) представляют собой особый классинтеллектуальныхагентов,которыефункционируютполуавтономно от пользователя и от его имени, представляя его интересы или представляя услуги от имени пользователя другим ассистентам. Агенты-ассистенты помогают обучаемым в процессе изучения учебного материала, обеспечивая персонализацию настройки среды в соответствии с профилем обучаемого.
Функции ПА:
– агент новостей обеспечивает поддержку системы новостей и асинхронного обмена сообщениями между преподавателями и студентами, а также обеспечивает запись всех сообщений, относящихся к данному конкретному пользователю, в его «записную книжку», реализованную в виде отдельного приложения на компьютереклиенте;
– агент составления расписаний обеспечивает согласование персональных действий пользователя с синхронными мероприятиями в обучающей среде на основе «записной книжки», для чего координирует свою деятельность с агентами других пользователей
– агент поиска на web использует нечеткий вероятностный подход для сортировки и фильтрации web-cтраниц, найденных тради-
263
ционными поисковыми серверами для дополнения дидактического материала или выполнения курсовых заданий.
Персональные ассистенты с анимационным и речевым интерфейсом.
С помощью 3D-интерфейса началось активное освоение заэкранного пространства – стали создаваться виртуальные образовательные миры. В этих мирах поселились, как раньше в компьютерных играх, интерфейсные агенты в виде говорящих трехмерных персонажей. Интерфейсных агентов, действующих в образовательных программных средах, называют педагогическими агентами. Исследования показали, что взаимодействие обучаемых с интерфейсными агентами увеличивает мотивацию, активизирует восприятие информации и укрепляет доверие к получаемым сообщениям, а это все в совокупности, в свою очередь, повышает эффективность образовательных программных средств. Существенным является то, что анимированные педагогические агенты делают возможным более точно моделировать те виды диалогов и взаимодействий, которые реально происходят в течение процесса обучения при общении учителя с учениками.
Некоторые агенты персональной помощи обеспечивают интерфейс между пользователем-студентом и компьютером посредством анимированного символа, который может непосредственно управляться пользователем. Этот тип агента обычно известен как агент интерфейса. Агент интерфейса – это любая программа, которая может рассматриваться пользователем как инструмент реализации обычного интерфейса прямой манипуляции.
В современных прототипах ВОС третьего поколения используется два типа анимированных агентов: «говорящая голова» и мультипликационный образ. Особенностью программирования агентов в современных ВОС является возможность их настройки на конкретного пользователя и контекст обучения, другими словами, организации персонализированного обучения.
Система поиска и фильтрации информации.
Одной из ключевых проблем при построении современных ВОС является обеспечение возможности поиска в Интернете и предоставление обучаемому дополнительной информации, не содержащейся в дидактическом материале курса. Существующие системы поиска и фильтрации информации, расположенные в Интернете, как правило, являются низкоэффективными, поскольку генерируют высокий процент лишней иррелевантной информа-
264
ции. Предлагаемый подход к решению этой проблемы состоит в построении МАС поиска и фильтрации информации. Основная идея данного подхода заключается в разработке агента (агентов), помогающего пользователю отобрать наиболее полезные webстраницы, полученные традиционными поисковыми средствами. Для каждой web-страницы пользователь будет иметь восприятие, которое указывает определенный уровень принятия данной страницы относительно нечеткого свидетельства, сформированного на основе заголовка или резюме страницы. В настоящее время разработаны подобные классификаторы, построенные на основе теоремы Байеса.
Агенты виртуальной среды.
Агенты этого типа являются резидентными для «виртуального класса» и поддерживают действия, связанные с преподавательской деятельностью и процессом обучения. В отличие от агентов персональной помощи, эти агенты запускаются на сервере и не персонализированы под конкретного пользователя.
Агент «виртуальный компаньон».
Этот агент является разновидностью так называемых диалоговых агентов, известных также как «chatterbots». Идея использовать chatterbots заключается в попытке создания интерфейса на естественном языке между обучаемым и ВОС, что в целом является открытой проблемой в искусственном интеллекте. Существуют различные подходы:
– подключение внешней базы знаний и механизма логического вывода;
– поиск по ключевым словам; – использование специальных моделей для ведения диалога.
Для применения подобных моделей необходимо обеспечить агента знанием контекста диалога, что достигается путем использования сети диалоговых переходов в рамках решения специфической проблемы.
Модели агентов «виртуальных компаньонов» строятся на основе BDI-архитектуры. Агенты «виртуальные компаньоны» могут отличаться как по уровню экспертизы (знаний), так и по той роли, которую они играют в группе. Например, «сильные» компаньоны могут принимать на себя роль лидеров в виртуальной группе обучаемых, развивая и объясняя решение проблемы; «слабый» компаньон может быть использован для того, чтобы стимулировать и поощрять обучаемых в ВОС.
265
Агент мониторинга группы.
Каждаявиртуальнаягруппаимеетсвязанногоснейагентамониторинга группы. Он поддерживает разделяемую модель знаний группы
исравнивает ее состояние с текущим состоянием решения проблемы, которое содержит цели, концепции, действия и т. д. Это состояние характеризует группу. Группа имеет различные сценарии работы, каждый из которых характеризуется своей целью, общей для всех членов группы. Эта цель соответствует концепции разделяемых намерений.
Агент-планировщик.
Этот агент предлагает студенту индивидуальный план согласно его академическому плану, интересам, текущей успеваемости, способностям и, в случае необходимости, имеет возможность изменить программу обучения. На следующем этапе ВОС генерирует персонифицированные книги, называемые мультикнигами, связывая отобранные модули дидактического материала с траекторией обучения студента для каждой области знаний. По такому же принципу могут быть организованы группы виртуальных студентов со схожими интересами (траекториями) для организации электронных дискуссий. Процесс обучения планируется в соответствии с желаемым временным графиком обучения.
Существующие ограничения.
Ограничения могут быть разделены на две категории: локальные и глобальные. Глобальные ограничения – это обычно временные ограничения, например время, имеющееся в распоряжении студента, чтобы изучить материал по тому или иному курсу. Локальные ограничения могут включать: число студентов, одновременно изучающих один и тот же материал; допустимое число студентов в виртуальной группе; доступные технические ресурсы
ит. д. Общий домен (область) имеет специальный тип ограничений – каждый фрагмент плана должен выполнить начальные условия студента. Отдельный агент-планировщик не может выбирать любой фрагмент плана, который удовлетворяет набору локальных ограничений; выбранный фрагмент должен быть совместим с фрагментами плана, выбранными другими агентами.
Перспективные технологии.
Одной из ключевых проблем построения ВОС является проблема разработки модулей электронного дидактического материала (МДМ). Изначально одной из принципиальных черт МДМ было широкоеиспользованиемультимедийныхсредствдляобогащенияформ представления знаний о предметной области, что получило свое раз-
266
витие в массовом производстве учебных компакт-дисков (CD ROM). Однако с появлением Интернета и программных средств WWW первые web-ориентированные образовательные среды практически отказались от использования всех наработок индустрии производства мультимедийных МДМ. Вдохновленные доступностью учебных материалов, размещенных на web, их разработчики стали помещать на свои web-страницы и насыщать оболочки ВОС текстовыми (часто отсканированными) МДМ с весьма ограниченным использованием графиков или анимации. Частично это было обусловлено также и высокой стоимостью разработки мультимедийных МДМ.
Со временем выявился целый ряд проблем использования таких материалов, а именно:
– дидактический уровень текстовых МДМ оказался достаточно низким;
– учебные материалы были статическими; их настройка на конкретного пользователя оказалась практически невозможной;
– использование материалов, разработанных в одной ВОС, требовало значительных усилий по их конвентированию и использованию в других ВОС.
Все это привело к тому, что в настоящее время основные усилия по разработке технологий для МДМ сосредоточены на разработке высококачественных МДМ многоразового использования, технология создания которых органически объединена с содержанием и методами его изучения, позволяющими динамически и гибко встраивать их в ВОС нового поколения.
Технология порталов.
Какотмечалосьвыше,концепцияпостроенияВОС1-го,2-гоиот- части 3-го поколений базировалась на использовании статических web-страниц. Однако в общем случае статические web-страницы являются крайне неэффективными в смысле скорости поиска и фильтрации затребованной в Интернете информации.
К числу технологий, позволяющих устранить указанные выше ограничения и способствующих интегрированному и высокоэффективному использованию пользователями виртуальных информационных источников Интернета, относится технология порталов. Суть ее заключается:
– в интеграции в одном месте или единой точке доступа в Интернет (другими словами, на пользовательском образовательном портале) всей необходимой информации из Интернета, имеющей отношение к процессу обучения конкретного пользователя;
267
– персонализации пользовательской информации и защиты пользователей и их действий в Интернете;
– настройки и адаптации информации, расположенной в Интернете, для различных групп университетских пользователей;
– регулярного (каждый час, день, неделю и т. п.) автоматического обновления информации на пользовательском образовательном портале при изменении данного типа информации на оригинальном источнике информации в Интернете.
Современные системы ОО стали частью университетского образования. Использование интернет-технологий позволяет обеспечить гибкость и комфортность обучения, лучшее восприятие учебного материала. Открытое образование обеспечивает возможность обучения по индивидуальной траектории. Дальнейшее развитие ОО сдерживается необходимостью формировать адаптивную структуру обучения в зависимости от индивидуальных особенностей обучаемого. Для обеспечения всех потенциальных возможностей системы ОО необходимо развивать методики интерактивного общения преподавателя и студента, которые предполагают единство сред (методической, организационной, информационной, программной, технической), систематизацию инфоресурсов, создание больших распределенных баз знаний, а также построение стандартов (норм), облегчающих поиск, обмен и распространение обучающих приложений с возможностью интерактивного общения.
Общение является одним из основных компонентов процесса образования. Введение обратной связи в системы ОО позволяет обеспечить качественно новый этап развития ОО. Возможности интерактивного общения позволяют добиться большей эффективности и рентабельности ОО, высвободить ресурсы на планирование и мониторинг, обеспечить гибкость, динамичность, распределенность и автономность среды ОО.
Для решения этих проблем перспективным представляется использование МАС. Многоагентные системы являются одним из бурно развивающихся направлений искусственного интеллекта. Их отличительной особенностью является переход от локализованного к распределенному искусственному интеллекту. С точки зрения объектно-ориентированного подхода агент представляет собой комплекс функций, в совокупности с интерфейсом способный посылать ответы и получать вопросы. Под интеллектуальным агентом понимаются физические или виртуальные элементы, способные: действовать на любые другие элементы; стремиться к не-
268
которым целям, общаться с другими агентами, накапливать и использовать собственные ресурсы; воспринимать среду и ее части, строить частичное представление среды; адаптироваться, самоорганизовываться, саморегулироваться и саморазвиваться. Исследования по искусственной жизни связаны с изучением интеллектуального поведения агентов на принципах адаптации, выживания, самоорганизации, построения децентрализованных систем. Многоагентные системы широко используются при разработке автономных движущихся средств, роботов, в системах защиты информации, в электронной коммерции. В ОО МАС включает в себя, помимо чисто искусственных агентов (программных модулей), преподавателя и студента, являясь, таким образом, человекомашинной системой.
5.6. Технологии виртуальных миров в театре
Артоника – исследование и использование структур искусства (art) в технике, моделировании и программировании.
Искусство владения естественным языком, литература, живопись, скульптура, архитектура, рендеринг, пантомима, балет, театр, кино, музыка способны передавать сложные впечатления и чувства и воздействовать на человека. Современная машинная графика, анимация, компьютерные игры, компьютерная музыка и др. являются прямым порождением артоники [4].
Термин «артоника» (по аналогии с бионикой) был введен профессорами Б. Ф. Егоровым, М. Б. Игнатьевым и Ю. М. Лотманом в начале 70-х гг. ХХ в. Бионика оформилась как научное направление в начале 50-х, но надежды на получение новых результатов в информационных технологиях на основе бионики до сих пор не оправдались – слишком большим оказался технологический разрыв между реальными биологическими структурами и техническими системами. Только сейчас, когда продвинулось изучение живой клетки, генной структуры, механизмов эволюции, биохимии, когда возникли нанотехнологии, появились реальные надежды на внедрение бионических структур.
Артоника имеет дело с человекоразмерными системами, с изучением театра, литературы, архитектуры, искусства на предмет использования уже сложившихся в этой сфере принципов, приемов и методов в компьютерных информационных технологиях.
269
ЭВМ были созданы в конце 40-х гг. ХХ в., с тех пор параметры вычислительных машин увеличились более чем в миллион раз: выросло быстродействие, объемы памяти, искусство программирования, уменьшились габариты и энергопотребление, уменьшилась стоимость, – компьютер стал самой распространенной машиной. Доля чисто вычислительных задач сократилась до 10%, основное место занимают задачи машинной графики, генерации и обработки изображений, генерации и обработки звуков и текстов, что позволяет разрабатывать целостные виртуальные миры. В настоящее время островки автоматизации и компьютеризации начинают объединяться в виртуальные миры.
Но виртуальные миры были и остаются главным предметом искусства. Каждое литературное произведение – это виртуальный мир со своими героями, вербальным описанием обстановки и событий, где читатель с помощью своего воображения воссоздает целостный виртуальный мир.
В театре зрителю помогают воссоздать этот виртуальный мир с помощью декораций, музыки, игры актеров. В кино для этой цели задействованы еще более мощные средства – движущиеся изображения.
Появление трехмерной компьютерной графики позволяет создавать близкие к реальности интерактивные виртуальные миры, населенные аватарами.
Таким образом, появление артоники логично связано с развитием компьютерных технологий. Целесообразно использовать накопленный многовековый опыта искусства при создании виртуальных миров для глубокого погружения в них человека с целью найти наиболее эффективные решения в самых различных сферах деятельности – в образовании, обороне, здравоохранении, на производстве, в науке, сфере финансов, развлечений и наслаждений. Технологии виртуальных миров возникли как синтез новых информационных технологий и искусства. В настоящее время они начинают активно использоваться и в кино, и в театре, и на телевидении, при этом важно соблюсти меру, чтобы не потерять суть театра.
Постановщики спектаклей – режиссер и художник – прежде всего люди творческие, способные к яркому воображению, и каждый раз, создавая новый спектакль, они придумывают «новый, уникальный мир», закономерности которого отражают происходящее на сцене. Каждый человек, пришедший в зрительный зал,
270