ИТ-шный взгляд на биологическую эволюцию

Автор Anton Volkov, октября 08, 2016, 12:40:19

« назад - далее »

Anton Volkov

Алексей Сергеевич Потапов

доктор технических наук, профессор кафедры Компьютерной фотоники и видеоинформатики.
В 2002 году окончил с отличием математико-механический факультет СПбГУ. В 2005 году окончил аспирантуру и защитил кандидатскую диссертацию. В 28 лет защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук. Работает в ГОИ им. С.И. Вавилова в должности начальника лаборатории обучаемых систем анализа изображений. Является профессором кафедры Компьютерной фотоники и видеоинформатики НИУ ИТМО, на базе которой в 2009 году организовал Научно-образовательный инновационный центр интеллектуальных систем компьютерного восприятия и управления. Читает курс лекций по дисциплинам «Технологии искусственного интеллекта» и «Системы компьютерного зрения». Автор монографии «Распознавание образов и машинное восприятие: общий подход на основе принципа минимальной длины описания», нескольких учебно-методических пособий и свыше 75 научных работ.
Область научных интересов - автоматический анализ изображений, распознавание образов, машинное обучение, сильный искусственный интеллект.


Искусственный интеллект и универсальное мышление.
(Санкт-Петербург: Издательство «Политехника», 2012)

Цитировать
С Докинзом можно полностью согласиться в его желании опровергнуть распространенное заблуждение, будто дарвиновская эволюция эквивалентна случайному выбору из готовых сложных решений, для которого аргумент исчезающе низкой вероятности удачного выбора абсолютно справедлив. Но Докинз для противопоставления использует другую крайность — нарастающий отбор, который, по сути, сводится к градиентному спуску, т. е. к классическому дарвиновскому «спуску с модификацией». Действительно, в «Слепом часовщике» не раз подчеркивается, что чем больше отличия потомков от родителей, тем хуже работает нарастающий отбор и тем больше он похож на случайный поиск. После знакомства с проблемой комбинаторного взрыва для NP-полных задач должно быть абсолютно очевидно, что градиентный спуск столь же не способен объяснить возникновение разума (или прочих сложных адаптационных механизмов), как и чисто случайный поиск!
...
Однако градиентный спуск, являющийся жадным алгоритмом, застрянет в первом же локальном экстремуме, и эволюция просто прекратится: любое малое изменение генотипов будет приводить к ухудшению функции приспособленности, которая не может быть монотонной. Если уж при игре в шахматы жадные алгоритмы не приводят к сколько-нибудь интересным результатам, могут ли они привести к ним в случае эволюции?
...
Но если говорить о действительно сложных механизмах и NP-полных задачах высокой размерности, то неоптимальность решения очень быстро превращается в его полную неработоспособность. Даже Докинз на примере простых моделей биоморфов неоднократно наталкивался на явные барьеры на пути дальнейшей эволюции, в результате чего ему вручную приходилось расширять геном своих созданий, руководствуясь знаниями из биологии. Такая ситуация типична для искусственной жизни: поиск в алгоритмически полном пространстве принципиально не может вестись градиентным спуском. Если предположить, что механизмы, принадлежащие алгоритмически полному пространству, возникли в ходе эволюции, то нельзя согласиться с упрощенной идеей нарастающего отбора и следует признать, что эволюция должна представлять собой гораздо более сложный вид поиска.
...
Все это показывает, что реальная эволюция — закономерный процесс. Она не похожа на случайный перебор генотипов, в ходе которого благодаря счастливой случайности появился разум. Также она не похожа и на «жадный» градиентный спуск (чистый нарастающий отбор). Объяснение этих закономерностей должно дать понимание истинной причины возникновения разума без привлечения антропного принципа. Для начала эволюцию можно трактовать как самооптимизирующийся поиск.

Возникновение разума может быть объяснено, только если саму эволюцию представить как самооптимизирующийся поиск, направленный на построение разума (или, по крайней мере, на усложнение). Возвращаясь к метафоре «мышление как поиск», можно прийти к выводу, что между мышлением и эволюцией имеется подозрительно много общего. По крайней мере, эволюция «научилась» делать то, чего до сих пор так не хватает программам ИИ — изобретать новые эвристики (чуть ли не единственная программа ИИ, при создании которой эта проблема серьезно рассматрива-лась, — «Эвриско» Дугласа Лената), причем в алгоритмически полном пространстве.

Однако такой взгляд преимущественно чужд эволюционистам. Пытаясь опровергнуть креационизм, они пытаются избегнуть каких-либо параллелей с работой мышления. При этом они ограничиваются описанием эволюционных механизмов (часть из них выше была упомянута), которые в совокупности позволили бы сделать естественное возникновение разума человека хоть немного вероятным. Однако этого недостаточно. Представим себе опять шахматы. Мы смотрим на фигуры и считаем, что они движутся по физическим законам: пешки движутся только прямо, слоны — по диагоналям и т. д., объясняя детали случайностью. Но мы замечаем странность: совокупное движение фигур отвечает решению сложной проблемы — хорошей игре, что при случайном выборе ходов маловероятно. Именно это мы наблюдаем в случае эволюции. Мы начинаем уточнять конкретные механизмы того, как ходят фигуры. Обычно они стремятся съесть друг друга, занять положение типа вилки и т. д. Также и при описании эволюции мы указываем конкретные механизмы, которые частично объясняют ее эффективность. Но чем больше мы находим и описываем эвристик, тем больше это описание напоминает не столько совокупность законов движения фигур, сколько интеллектуальную программу, играющую в шахматы. То же самое и с эволюцией. Чтобы избавиться от возражений креационизма, нужно описать не текущую «интеллектуальную программу эволюции», а то, как она могла возникнуть.

Игорь Антонов

ИТ-шный взгляд на биологическую эволюцию...
Я не доктор, правда, только кандидат, но сравните:
Мой взгляд на проблему эволюции

Anton Volkov

Знаком, знаком.

Узнаете?

http://phys.protres.ru/~mlobanov/evolut/m39-fin.html

Цитировать
7208 И. Антонов 2-7-2003 22:36
...
"Я теперь понял, почему спорить бесполезно - разума просто не существует вообще."

Игорь Антонов

#3
 Конечно,  а я все помню, я был не пьяный. Да и как забыть любимого хвостатого мальчика Михаила Лобанова и член на затылке  :).

Но я предлагал не обратить внимание на мою персону, а сравнить содержание двух текстов.

Игорь Антонов

Я там на второй странице темы  сформулировал 12 пунктов концентрированной сути моего ИТ-взгляда.

Anton Volkov

Цитата: Игорь Антонов от октября 08, 2016, 15:27:27Но я предлагал не обратить внимание на мою персону, а сравнить содержание двух текстов.

Ну, почему же и не обратить. Смотря с какой целью. Вы как-то высказывались на счет системного мышления - что чем больше людей, им обладающих, будет обращаться к обсуждаемому вопросу, тем больше вопрос будет признаваться проблемой. Текст вполне компетентного человека в начале темы данную мысль подтверждает.

Nur 1

Полностью поддерживаю Вас и всех эволюционистов, уважаемый ArefievPV!
Доброго здравия Вам!

Когда-то очень интересовался проблематикой того, что сам назвал "детерминированный системогенез".
Пока на свел его воедино с вопросами перехода из одной фазы в другую.
При этом всегда старался внимательно относиться к содержанию терминов. И что выяснилось...
То, о чем вы говорите, уважаемый Игорь Антонов, очень похоже на (цитирую источник из сети): "... функции..., в ... которой присутствуют ссылки на переменные ... вне ... этой функции ... и не являющиеся её параметрами..."
То есть на операцию замыкания. Это когда от объема приходят к прямой, т. е. совершают действие, во ограничение спрямляющее что-либо. Я, вообще-то, к этой идее постепенно форумчан и хочу привести. В частности, поднимая вопрос о завершающих этапах эволюции, когда, например, человек, образно говоря, "спрямляет" все природное. И что является итогом того, что эволюционисты называют "педоморфозом". И отбор, вообще-то, здесь не ослабевает. Он просто превращается в оператора такого замыкания. Это я для тех, кто пытается, например, отделить половой отбор от естественного и усмотреть противоречие между ними...
Когда Вы на прямой, кажется, что у развития есть цель, Вы хорошо ее видите. На самом деле Вы, причем с возрастающим ускорением, приходите всегда к тому, что уже было, т. е., в самое начало окружности. В точку...

С почтением,
Nur.

Nur 1

Вообще-то это и к Вам, наверное, относится, уважаемый Anton Volkov, если Вы также разделяете, скажем, неокреационистские идеи об искусственном происхождении жизни или изначальной целесообразности эволюции...
Оказывается, сначала опубликовал ответ в теме уважаемого участника Игорь Антонов, а затем перенес его сюда.
Если не по адресу (Вы не разделяете подобных идей), тогда прошу прощения...

Anton Volkov

Цитата: Nur 1 от октября 08, 2016, 17:43:02Вообще-то это и к Вам, наверное, относится, уважаемый Anton Volkov, если Вы также разделяете, скажем, неокреационистские идеи об искусственном происхождении жизни или изначальной целесообразности эволюции...

Может и относится, только топик вроде совсем не об этом? Вопрос целей тут вообще не поднимается. А поднимается следующий.
Вот есть, например, классическая задача коммивояжера, которая "относится к классу NP-полных задач" и нам известно, что "уже при относительно небольшом числе городов (66 и более) она не может быть решена методом перебора вариантов никакими теоретически мыслимыми компьютерами за время, меньшее нескольких миллиардов лет" (ну, пусть это даже будет неким преувеличением, не важно, можно смело увеличить число городов, аналогия не пострадает).
И мы, тем не менее, видим, что она решается в самой своей строгой постановке, за относительно разумное время. И нам говорят - нет, проблем, брутфорс. Логично, что возникает недоумение? Мы говорим, что мол ребята, да, она решаема, но специальными методами, под нее заточенными и оптимизированными. Нам говорят - да не, вам показалось, брутфорс.

Еще одна цитата из книги Потапова.

"Полным перебором задачу построения ИИ или даже игры в шахматы на практике не решить. Естественно, недостаточно и нескольких простых метаэвристик. Такой взгляд показывает наивность попыток с помощью простой искусственной эволюции вывести интеллектуальные программы. Но как это удалось сделать естественной эволюции?"

Никакого вопроса целей, только удивление человека, задавшегося вопросом "как?"


Anton Volkov

Цитата: Nur 1 от октября 08, 2016, 17:43:02Вообще-то это и к Вам, наверное, относится, уважаемый Anton Volkov, если Вы также разделяете, скажем, неокреационистские идеи об искусственном происхождении жизни или изначальной целесообразности эволюции...
Оказывается, сначала опубликовал ответ в теме уважаемого участника Игорь Антонов, а затем перенес его сюда.
Если не по адресу (Вы не разделяете подобных идей), тогда прошу прощения...

Или, если обратиться к упомянутым выше тезисам Игоря Антонова, это п. 8, ну и 12, как следствие.

Nur 1

Уважаемый Anton Volkov, доброе утро!

Вот одна из причин, по которой мне не нравятся креационисты любых мастей. Всегда приходится обращать их внимание на азы, то есть повторяться. Попробую сделать это еще раз.
Поймите, прошу Вас, природа и не занимается перебором всех возможных вариантов. Да, они (это невообразимое множество вариантов, например, генетических наборов) могут сформироваться в глобальной сверхпопуляции в условиях повсеместно теплого климата (климатического оптимума), денудации (выровненности рельефа) - в общем, обширного биотопа, благоприятствующего прохождению сукцессий и в итоге - лесным биоценозам и допускающего комбинации геномов даже таксономически отдаленных видов. В этих биоценозах наблюдается дрейф генов, ранжирующий отдельные популяции по частотам генов. Наследственная изменчивость здесь снижена, морфология относительно однотипна, характерна всеядность с уклоном в вегетарианство или хищничество. То есть речь о множестве особей генерализованного фенотипа, среди которых отобрать нужный для реализации определенной задачи генотип "ну-у просто невозможно!"

ArefievPV

Цитата: Anton Volkov от октября 08, 2016, 23:31:04
Никакого вопроса целей, только удивление человека, задавшегося вопросом "как?"
Вопрос "как" относится только к биологическим системам? То есть, с возникновением различных физических структур всё просто и такого вопроса не возникает? Типа, там всё предельно просто?

Например, просто "тупым" перебором атомы железа как "самособерутся" из протонов и электронов? Какова вероятность? Или надо опять условия для их "самосборки" специальные создавать (типа, под них "заточенные и оптимизированные")?

Просто в соответствии с основными исходными условиями ("параметрами", закономерностями и т.п.) "задачи" с достаточной вероятностью возникают огромные скопления протонов и электронов (газовые туманности). В газовых туманностях уже с достаточно высокой вероятностью возникают огромные газовые шары. Часть из этих газовых шаров превращается в звёзды. Часть из этих звёзд имеет "подходящие условия" для возникновения атомов железа (сверхновые и т.п.). И вот в этих сверхновых уже со 100% вероятностью при взрыве возникнут атомы железа (точнее ядра) и много чего другого...

Если Вы заметили, то на каждой "стадии" одновременно "открывалось окно возможностей" для возникновения неких структур (тех, возникновение которых в условиях предыдущей "стадии" были очень маловероятны (или даже невероятны)). И, одновременно, "закрывались окна возможностей" для возникновения огромного количества структур, которые вполне вероятно могли возникнуть на предыдущей "стадии". Получается сама "стадия" играет роль некоего "фильтра" вероятностей.

Но сама "стадия" возникала вполне естественно (и с высокой вероятностью) в условиях предшествующей "стадии".

Например, прикиньте вероятность (возможность) "самосборки" планетарной системы из красного карлика и планеты земной группы с "нуля" (типа, имея в распоряжении только атомы водорода раскиданные по межзвёздному пространству). То есть, не учитывая, что будут возникать сверхновые и т.д. Для простоты можно считать, что красный карлик имеет в своём составе только водород и гелий. А планета - все элементы от водорода до железа.

Полагаю, что вероятность возникновения туманности, красного карлика, красного карлика и газового гиганта будет достаточной. Но вот, как Вы "выберетесь" из ловушки вероятности когда будет "создана" планетарная система (красный карлик + газовый гигант)? В газовом гиганте никоим образом железа не возникнет. Красный карлик "догорит" так и не вспыхнув сверхновой...

Если "замените" красный карлик на сверхновую, то газовый гигант также не превратится в железосодержащую планету земной группы (его, блин, просто "сдует" при взрыве сверхновой).
Повторяю, задача поставлена рассчитать вероятность возникновения "с нуля". Возникновение "стадий", как "заточенных и оптимизированных" структур под "выполнение" работ по повышению вероятности выхода продукта более высокой структурной сложности - не допускается.

И это даже не химия (тем более не биология). Там таких "фильтров" - "тьма-тьмущая". И на основе одной "стадии" ("фильтра") возникает куча всё более специфичных "фильтров" (тех самых, специфических условий) позволяющих возникать всё более сложным структурам.

И чем Вас объяснения Докинза не устраивают?

Nur 1

Сплошная комбинаторика облегчается еще и тем, что сверхпопуляция генерализованных форм складывается из организмов, переживших, например, чудовищный импакт и также представляющих генерализации, порожденные педоморфозом или существовавшие прежде в лакунах между нишами. То есть - генетически избыточными по отношению к специализациям.

Nur 1

Я понимаю Вас. Известная мне попытка просвещенного креациониста сыграть на поле оппонента и упредить его аргументацию. Сколько раз, еще со студенческих лет, мне приводили в доказательство тезис, который вы использовали - то, что сама ""стадия" играет роль некоего "фильтра" вероятностей".
Но, что такое фильтр по определению... Это "...понятия, устройства, механизмы, выделяющие (или удаляющие) из исходного объекта некоторую часть с заданными свойствами... Стадия - "этап развития чего-либо, отличающийся специфическими особенностями." Заданные свойства, специфические особенности... Вы в этом обнаруживаете идентичность понятий...
.А что такое популяция - прежде всего система, допускающая свободное скрещивание, т.е. комбинаторику, порождающую многие потенциальности из ранее ограниченного их количества. Понятие "стадия" применима к популяциям прежде всего как единица размера. Продолжительности или специфики момента их существования. Это своего рода область постоянного тока, ограниченная уже настоящими фильтрами - обкладками конденсатора...

Nur 1

Строго говоря, вероятность "самосборки" планетарной системы из красного карлика - нулевая, поскольку красный карлик и процесс формирования звезд и планет из облака газа и пыли - совершенно разные этапы звездной эволюции. Что тогда Вы этим хотите доказать...