Grandiózní výzvy pro dlouhodobý výzkum v informatice

Grandiózní výzvy pro dlouhodobý
výzkum v informatice
Jiří Wiedermann
Ústav informatiky AV ČR
Částečně podporováno grantem 1ET100300419
Jaké problémy máme na mysli
ƒ Důkaz Fermatovy věty (splněno)
ƒ Lidé na měsíci (splněno)
ƒ Léčba rakoviny (pracuje se na tom)
ƒ Přečtení genomu (splněno)
ƒ Podstata gravitace (pracuje se na tom)
ƒ Teorie všeho ve fyzice (pracuje se na tom)
ƒ Hilbertův program mechanizace matematiky
(zlyhal v r. 1930 – Goedlův důkaz nemožnosti)
2
Příklady z informatiky
ƒ Vyřešit P vs. NP problém (otevřeno)
ƒ Splnění Turingova testu (pracuje se na tom)
ƒ Verifikační kompilátor
ƒ Mistrovský šachový program (splněno)
ƒ Mistrovský GO program (pracuje se na něm)
ƒ Automatický překlad (pracuje se na tom)
3
Kriteria pro „grandiózní výzvy“ (dle T. Hoara):
ƒ
Pramení z vědecké zvědavosti ohledně základů, povahy a mezí vědecké discipliny
ƒ
Entuziasticky ji podporuje celá vědecká komunita, i ta část, která se projektu neúčastní
ƒ
Má mezinárodní rozměr, účast je věcí národní cti
ƒ
Je srozumitelná, vzrušuje laickou i odbornou veřejnost křížem přes vědní disciplíny
ƒ
Byla formulován dávněji, ale stále odolává
ƒ
Jde dále, než se zdálo původně možné, vyžaduje vývoj nových technik a nástrojů
ƒ
Vyžaduje řízenou spolupráci mezi jednotlivci, týmy, vědeckými školami
ƒ
Stimuluje soutěž, a těží z ní, je zřejmé, kdo vyhrává a kdo ne
ƒ
Vyžaduje spolupráci mezi teoretiky i praktiky
ƒ
Dají se identifikovat podcíle, jejichž dosažení samo o sobě přináší vědecký či ekonomický
prospěch dokonce i v případě, že zbytek projektu selže
ƒ
Musí být zřejmé, zda byly cíle dosaženy, případně do jaké míry
ƒ
Vede k radikální změně paradigmat, vymyká se užívaným postupům a znalostem
ƒ
Na její řešení pravděpodobně nestačí komerčně motivovaný evoluční progres
Všechna kriteria nemusí platit současně!
4
Velké výzvy pro informatiku, CRA USA
ƒ
Paralelní výpočty (Vishkin)
ƒ E-Science Cyber Infrastructures
ƒ
Porozumění (ne pouze výpočetní)
samoorganizaci (Brooks)
ƒ Distribuovaná inteligence na Internetu
ƒ
Integrace informací (Ullman)
ƒ Internet další generace
ƒ
Důvěryhodné výpočty a komunikace
ƒ Makrosystémy
ƒ
Zdánlivá přítomnost (telepresence)
lidí na zemi i v planetárním systému
(NASA)
ƒ Autonomní počítače (IBM)
ƒ Počítačem řízený imunitní systém
ƒ Rozšířená realita pro všechny
ƒ Digitální genius
ƒ
Programovací prostředí
ƒ
Uživatelsky přítulný Internet
ƒ
Vše prostupující počítání (HP)
ƒ
Molekulární elektronika (HP)
ƒ Jediný věčný, univerzální a
všudypřítomný učící se program
ƒ
Přežívající bezdrátové ad hoc sítě
ƒ Počítače a komunikace pro všechny
ƒ
Sensorické bezdrátové sítě,
monitorování jevů, sledování šíření
katastrof
ƒ Kontextově-vědomé komunikace a
výpočty
ƒ Výpočetní politika (rozpočtování versus
volby) a žurnalistika
ƒ Petascale Computing
5
Výzvy pro UI, CMU
6
Výzvy pro IT, dle EC
1. The 100% Safe Car
2. The Multilingual Companion
3. The Service Robot Companion
4. The Self-Repairing and Self-Monitoring Computer
5. The Internet Police Agent
6. The Disease and Treatment Simulator
7. The Augmented Personal Memory
8. The Pervasive Communication Jacket
9. The Personal Everywhere Visualiser
10.The Ultra-light Aerial Transport Agent
11.The Intelligent Retail Store
ftp://ftp.cordis.lu/pub/ist/docs/2004_grand_challenges_web_en.pdf
7
Velké výzvy pro informatiku, Velká Britanie
ƒ In Vivo - In Silico: the Virtual Worm, Weed and Bug
ƒ Science for Global Ubiquitous Computing
ƒ Memories for Life: Managing Information over a
Human Lifetime
ƒ Scalable Ubiquitous Computing Systems
ƒ The Architecture of Brain and Mind
ƒ Dependable Software Evolution
ƒ Journeys in Non-classical Computation
http://www.nesc.ac.uk/esi/events/Grand_Challenges/proposals/index.html
8
Jednotící pohled
Global
Ubiquitous
computing
Ne-klasické výpočty
Makroskopické výpočetní
a komunikační systémy
Scalable
ubiquitous
computing
Dependable
System Evol.
Kognitivní počítačové
a robotické systémy
Memories
for life
Umělý život a
vtělené UŽ systémy
9
Journeys to
Non-classic
Computing
Brain & Mind
Architecture
in Vivo –
in Silico
Ne-klasické výpočty
ƒ Neuronové sítě
ƒ Neuniformní interaktivní evoluční výpočty
• Internet, společenství živých organizmů
ƒ Molekulární výpočty
• Imunitní systémy
ƒ Kvantové výpočty
• Paralelismus na sekvenčním hardware
ƒ Relativistické výpočty
• Nekonečné výpočty v konečném čase
10
Hyperpočítače: překonání turingovy bariéry
Nekonečné výpočty
v konečném čase
Padající
pozorovatel
Signál „Ano“
Černá díra
Singularita Malament-Hogarthova událost
Obíhající počítač
Vnitřní horizont
Co lze a co nelze
vypočítat je
záležitostí fyziky
G. Etesi, I. Nemeti: Non-Turing computations
via Malament-Hogarth space-times, Int. J. Theor.
Phys. 41 (2002)
11
Makroskopické výpočty a komunikace
ƒ Fixní (ne-mobilní) sítě (Internet)
ƒ Bezdrátové sítě
• Ad hoc
• Sensorické
mobilní
imobilní
•Celulární amorfní sítě
Amorfní výpočty
12
Umělý život
ƒ Vlastnosti života nezávislé na medii v němž
existuje
ƒ V čem vězí rozdíl mezi živou a neživou
hmotou
ƒ Vznik života (v umělém vesmíru)
ƒ Mechanismus evoluce
ƒ Existuje neomezený evoluční růst složitosti?
ƒ Jaká je výpočetní síla evoluce?
13
Příklad: autopoietický automat
Program 1
Program 1
Empty
•Existuje umělý
vesmír, ve kterém
lze realizovat
autopoietické
automaty
s vlastnostmi:
•Neomezený nárůst
složitosti
Program 2
Program 2
•Nerozhodnutelnost
udržitelné evoluce
Empty
14
Kognitivní systémy
Nástin neurální architektury kognitivního agenta
emoce
Motorické
příkazy
Multimodální
informace
Senzomotorické orgány
kogitoid
Motorické
příkazy
Exterocepce +
prorpriocepce +
Standardní
pocity
Zrcadlové
neurony
„on-line“ režim
emoce
15
Schéma myšlení kognitivního agenta
Multimodální
informace
Základ myšlení:
z „vypnutí“ percepce
z potlačení realizace motoriky
z zrcadlové neurony doplní motorické
instrukce percepcí z naučené
zkušenosti
kogitoid
Motorické
příkazy
Zrcadlové
neurony
Agent funguje podobně jako předtím,
avšak zpracovává „virtuální“ data,
funguje v „off-line“ režimu,
je virtuálně situovaný
16
Spárování mysli a těla v humanoidním kognitivním agentu
percepce
Multimodální
Zrcadlové neurony
informace
motorika
cogitoid
motorika
17
Evoluční rozvoj mentálních schopností
Od vrozených reflexů k intencionalitě přes emoce či afekty
„Ukotvení“ elementárních akcí v kontextu a senzomotorice
Rozlišení mezi sebou a jinými (self), imitace elementárních akcí
Imitace posloupností akcí pomocí učení
Počátky komunikace prostřednictvím „body language“, pomocí „čtení
mysli“ a empatie
Přidávání vokalizace a její asociace s motorikou posunků, později s
motorikou (vlastních) mluvidel
Rozvoj „slovníku“ porozumění a „přístupu“ do něj prostřednictvím slov
(jakoby nárůst počtu senzorů)
Evoluční rovnováha mezi nárůstem množství rozlišovaných slovních
podnětů a velikostí mozku
Přímá aktivace konceptů prostřednictvím slov
Počátky myšlení: nejprve hlasité „mluvení k sobě“, později převažují
pohyby mluvidel, ale postupně význam pohybů klesá; příkazy k
vyslovování jsou přímo asociovány s „významy“ slov
Myšlení jako „utlumené“ senzomotorické akce
18
Marvin Minsky, „otec“ umělé inteligence:
„Vědomí je obrovský kufr, který obsahuje snad 40 až 50
různých mechanismů, které jsou složitými interakcemi
propojeny do jedné rozsáhlé sítě“
Pokus o současnou definici:
o Schopnost přemýšlet o minulých,
současných i očekávaných
událostech, prožitcích a motorických
aktivitách (svých či ostatních agentů),
popsat je ve vysoko-úrovňovém,
„tělově – nezávislém“ jazyku, a také
„realizovat“ tento popis
o Popsat v jazyku pozorované akce či
okolí, vysvětlit je, napodobit je,
vysvětlit následky nějakých akcí
Test na vědomí <> Turingův test
19
Jaký je smysl podobných iniciativ
Formulace a šíření grandiózních vědeckých
výzev urychluje rozvoj vědy tím, že se úsilí
soustřeďuje především na revoluční nežli
evoluční posun základního poznání a
navazujících technologií.
20