الهندسة المعرفية

الموسوعة الحرة

تُعدّ البنية المعرفية نظريةً تُعنى ببنية العقل البشري ، وتجسيدًا حاسوبيًا لهذه النظرية، وتُستخدم في مجالات الذكاء الاصطناعي وعلم الإدراك الحاسوبي . [ 1 ] يمكن استخدام هذه النماذج الرسمية لتحسين النظريات الشاملة للإدراك ، وتُشكّل أطرًا لبرامج الذكاء الاصطناعي المفيدة. من بين البنى المعرفية الناجحة: ACT-R (التحكم التكيفي في الفكر - العقلاني) و SOAR . بدأ ألين نيويل البحث في البنى المعرفية كتطبيق برمجي للنظريات المعرفية عام 1990. [ 2 ]

إن نظرية البنية المعرفية هي " فرضية حول الهياكل الثابتة التي توفر العقل، سواء في الأنظمة الطبيعية أو الاصطناعية، وكيف تعمل معًا - جنبًا إلى جنب مع المعرفة والمهارات المتجسدة داخل البنية - لإنتاج سلوك ذكي في مجموعة متنوعة من البيئات المعقدة " .[ 3 ]

تاريخ

ذكر هربرت أ. سيمون ، أحد مؤسسي مجال الذكاء الاصطناعي، أن أطروحة عام 1960 التي قدمها طالبه إد فيجنباوم ، EPAM، قدمت "بنية محتملة للإدراك" لأنها تضمنت بعض الالتزامات حول كيفية عمل أكثر من جانب أساسي واحد للعقل البشري (في حالة EPAM، [ 4 ] الذاكرة البشرية والتعلم البشري ).

بدأ جون ر. أندرسون أبحاثه حول الذاكرة البشرية في أوائل سبعينيات القرن العشرين، وقدّم في أطروحته عام ١٩٧٣ بالتعاون مع غوردون هـ. باور نظريةً للذاكرة الترابطية البشرية. [ ٥ ] أضاف أندرسون إلى أبحاثه جوانب أخرى من دراساته حول الذاكرة طويلة الأمد وعمليات التفكير، وصمّم في نهاية المطاف بنيةً معرفيةً أطلق عليها اسم ACT . وقد تأثر هو وطلابه باستخدام ألين نيويل لمصطلح "البنية المعرفية". استخدم مختبر أندرسون هذا المصطلح للإشارة إلى نظرية ACT كما تجسّدت في مجموعة من الأوراق والتصاميم. (لم يكن هناك تطبيق كامل لنظرية ACT في ذلك الوقت).

في عام ١٩٨٣، نشر جون ر. أندرسون العمل الرائد في هذا المجال، بعنوان " هندسة الإدراك". [ ٦ ] يمكن التمييز بين نظرية الإدراك وتطبيقها. حددت نظرية الإدراك بنية أجزاء العقل المختلفة، والتزمت باستخدام القواعد والشبكات الترابطية وغيرها من الجوانب. أما هندسة الإدراك، فتُطبّق هذه النظرية على أجهزة الحاسوب. ويُطلق على البرمجيات المستخدمة في تطبيق هندسة الإدراك اسم "الهندسة الإدراكية". وبالتالي، يمكن أن تُشير هندسة الإدراك أيضًا إلى مخطط للوكلاء الأذكياء . فهي تقترح عمليات حسابية (اصطناعية) تُحاكي أنظمة إدراكية معينة. غالبًا ما تستند هذه العمليات إلى الإدراك البشري، ولكن قد تكون أنظمة ذكية أخرى مناسبة أيضًا. تُشكّل هندسة الإدراك مجموعة فرعية من هندسة الوكلاء العامة . ويشير مصطلح "الهندسة" إلى منهج يسعى إلى نمذجة ليس فقط السلوك، بل أيضًا الخصائص البنيوية للنظام المُنمذج.

الفروقات

يمكن أن تكون البنى المعرفية رمزية ، أو ترابطية ، أو هجينة . [ 7 ] تعتمد بعض البنى أو النماذج المعرفية على مجموعة من القواعد العامة ، مثل لغة معالجة المعلومات (على سبيل المثال، Soar القائمة على النظرية الموحدة للإدراك ، أو ACT-R ). تستند العديد من هذه البنى إلى مبدأ أن الإدراك عملية حسابية (انظر الحسابية ). في المقابل، لا تحدد المعالجة دون الرمزية أي افتراضات مسبقة ، بل تعتمد فقط على الخصائص الناشئة لوحدات المعالجة (مثل العقد ). تجمع البنى الهجينة، مثل CLARION، بين كلا النوعين من المعالجة. ثمة تمييز آخر يتمثل في ما إذا كانت البنية مركزية ، حيث يوجد في جوهرها مُرتبط عصبي للمعالج ، أو لا مركزية (موزعة). اكتسبت اللامركزية شعبية تحت مسمى المعالجة الموزعة المتوازية في منتصف الثمانينيات والترابطية ، ومن أبرز الأمثلة على ذلك الشبكة العصبية . تتمثل إحدى المشكلات التصميمية الأخرى في الاختيار بين الهيكل الشمولي والهيكل الذري ، أو (بشكل أكثر تحديدًا) الهيكل المعياري .

في الذكاء الاصطناعي التقليدي ، تُبرمج الذكاءات بطريقة تنازلية. ورغم أن هذا النظام قد يُصمم للتعلم ، إلا أن المبرمج في نهاية المطاف هو من يضفي عليه ذكاءه الخاص. أما الحوسبة المستوحاة من علم الأحياء ، فتعتمد نهجًا تصاعديًا لا مركزيًا؛ إذ غالبًا ما تتضمن التقنيات المستوحاة من علم الأحياء تحديد مجموعة من القواعد العامة البسيطة أو مجموعة من العقد البسيطة، والتي ينشأ السلوك العام من تفاعلها. ويُؤمل بناء التعقيد تدريجيًا حتى الوصول إلى نتيجة نهائية بالغة التعقيد (انظر: الأنظمة المعقدة). مع ذلك، يمكن القول أيضًا إن الأنظمة المصممة تنازليًا بناءً على ملاحظات قدرات البشر والحيوانات الأخرى، بدلًا من ملاحظات آليات الدماغ، هي أيضًا مستوحاة من علم الأحياء، وإن كان ذلك بطريقة مختلفة.

أمثلة بارزة

بعض البنى المعرفية المعروفة، مرتبة أبجديًا:

اسموصف
4CAPSتم تطويره في جامعة كارنيجي ميلون بواسطة مارسيل أ. جست وساشانك فارما.
بنية نموذج مرجعي رباعي الأبعاد لنظام الإحداثيات الرادارية[ 8 ]​​​​​​​
ACT-Rتم تطويره في جامعة كارنيجي ميلون تحت إشراف جون ر. أندرسون .
الذاكرة الاصطناعية الموسعةتم تطويره في جامعة كايزرسلاوترن تحت قيادة لارس لودفيج . [ 9 ]
ASMO [ 10 ]طُوِّر هذا النظام المعرفي من قِبَل روني نوفيانتو وماري آن ويليامز وبنيامين جونستون في جامعة سيدني للتكنولوجيا . ويستند هذا النظام إلى فكرة أن الأفعال/السلوكيات تتنافس على موارد الكائن.
كريستتم تطويره تحت إشراف فرناند جوبيت في جامعة برونيل وبيتر سي لين في جامعة هيرتفوردشاير .
كلاريونالبنية المعرفية، التي تم تطويرها تحت إشراف رون صن في معهد رينسيلار للفنون التطبيقية وجامعة ميسوري.
سي إم إيه سييُعدّ مُتحكّم التعبير النموذجي للمخيخ (CMAC) نوعًا من الشبكات العصبية القائمة على نموذج للمخيخ لدى الثدييات . وهو نوع من الذاكرة الترابطية . [ 11 ] وقد اقترح جيمس ألبوس مُتحكّم التعبير النموذجي للمخيخ لأول مرة كنموذج وظيفي لوحدات التحكم الروبوتية في عام 1975، وقد استُخدم على نطاق واسع في التعلّم المعزز ، وكذلك في التصنيف الآلي في مجال التعلّم الآلي .
مقلدبقلم دوغلاس هوفستاتر وميلاني ميتشل في جامعة إنديانا .
حالمتم تطويره بواسطة إريك مولر في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس تحت إشراف مايكل جي داير
مزدوجتم تطويره في الجامعة البلغارية الجديدة تحت إشراف بويتشو كوكينوف .
فورتم تطويره بواسطة سوزان ل. إبستين في جامعة مدينة نيويورك .
فرامستيكسبنية عصبية موزعة قائمة على الاتصال للكائنات أو الروبوتات المحاكاة، حيث يمكن تصميم وتطوير وحدات الشبكات العصبية المكونة من خلايا عصبية غير متجانسة (بما في ذلك المستقبلات والمؤثرات).
جوجل ديب مايندابتكرت الشركة شبكة عصبية تتعلم كيفية لعب ألعاب الفيديو بطريقة مشابهة للبشر [ 12 ] ، وشبكة عصبية أخرى قد تتمكن من الوصول إلى ذاكرة خارجية مثل آلة تورينج التقليدية [ 13 ] ، مما ينتج عنه حاسوب يُحاكي على ما يبدو الذاكرة قصيرة المدى للدماغ البشري. تعتمد الخوارزمية الأساسية على مزيج من خوارزمية التعلم Q مع شبكة عصبية متكررة متعددة الطبقات [ 14 ] . (انظر أيضًا نظرة عامة من يورغن شميدهوبر حول أعمال سابقة ذات صلة في مجال التعلم العميق [ 15 ] [ 16 ] ).
الذاكرة الترابطية الهولوغرافيةتُعدّ هذه البنية جزءًا من عائلة الذاكرة الترابطية القائمة على الارتباط ، حيث تُسقط المعلومات على اتجاه طور الأعداد المركبة في مستوى ريمان . وقد استُلهمت من نموذج الدماغ الهولونومي لكارل إتش. بريبرام . وقد أثبتت الصور المجسمة فعاليتها في مهام الذاكرة الترابطية ، والتعميم، والتعرف على الأنماط مع الانتباه المتغير.
الذاكرة الزمنية الهرميةهذا النموذج المعماري هو نموذج تعلم آلي عبر الإنترنت ، طوّره جيف هوكينز وديليب جورج من شركة نومينتا، وهو يحاكي بعض الخصائص البنيوية والخوارزمية للقشرة المخية الحديثة . يُعدّ HTM نموذجًا محاكيًا حيويًا قائمًا على نظرية التنبؤ بالذاكرة لوظائف الدماغ، والتي وصفها جيف هوكينز في كتابه "عن الذكاء" . يُمثّل HTM منهجًا لاكتشاف واستنتاج الأسباب الرئيسية لأنماط وتسلسلات المدخلات المرصودة، وبالتالي بناء نموذج متزايد التعقيد للعالم.
كوجاكامتداد مستوحى من ACT -R لنظام JACK متعدد العوامل يضيف بنية معرفية للعوامل لاستنباط سلوكيات أكثر واقعية (شبيهة بالبشر) في البيئات الافتراضية.
IDA و LIDAتطبيق نظرية مساحة العمل العالمية ، التي تم تطويرها تحت إشراف ستان فرانكلين في جامعة ممفيس .
مانيك (الهندسة المعمارية المعرفية)مايكل إس. غاشلر، جامعة أركنساس.
PRS"نظام الاستدلال الإجرائي"، الذي طوره مايكل جورجيف وإيمي لانسكي في معهد SRI الدولي . تطبيق نموذج BDI .
نظرية السايتم تطويره تحت إشراف ديتريش دورنر في جامعة أوتو فريدريش في بامبرج ، ألمانيا .
Spaun (شبكة موحدة لهندسة المؤشر الدلالي)بقلم كريس إلياسميث من مركز علم الأعصاب النظري بجامعة واترلو - سباون عبارة عن شبكة من 2,500,000 عصبون اصطناعي نابض ، تستخدم مجموعات من هذه العصبونات لإنجاز المهام الإدراكية عبر تنسيق مرن. تتواصل مكونات النموذج باستخدام عصبونات نابضة تُنفذ تمثيلات عصبية تُسمى "مؤشرات دلالية" باستخدام أنماط إطلاق متنوعة. يمكن فهم المؤشرات الدلالية على أنها عناصر في فضاء متجه عصبي مضغوط. [ 17 ]
حلقتم تطويره تحت إشراف ألين نيويل وجون ليرد في جامعة كارنيجي ميلون وجامعة ميشيغان .
مجتمع العقلاقترحه مارفن مينسكي .
آلة المشاعراقترحه مارفن مينسكي .
ذاكرة موزعة متفرقةاقترح بينتي كانيرفا في مركز أبحاث ناسا أميس بنية قابلة للتنفيذ يمكنها تخزين أنماط كبيرة واسترجاعها بناءً على تطابقات جزئية مع أنماط تمثل المدخلات الحسية الحالية. [ 18 ]
بنى الاستيعابتم تطويرها على سبيل المثال بواسطة رودني بروكس (على الرغم من أنه يمكن مناقشة ما إذا كانت معرفية أم لا ).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليتو، أنطونيو (2021). التصميم المعرفي للعقول الاصطناعية . لندن، المملكة المتحدة: روتليدج، تايلور وفرانسيس. ISBN 9781138207929.
  2. ↑ نيويل، ألين. 1990. النظريات الموحدة للإدراك. مطبعة جامعة هارفارد، كامبريدج، ماساتشوستس.
  3. ↑ "الهندسة المعمارية المعرفية" . معهد التقنيات الإبداعية. 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 فبراير 2024 .
  4. ↑ "أوراق فيجنباوم" . جامعة ستانفورد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 فبراير 2024 .
  5. ↑ " مرجع هذا الأسبوع الكلاسيكي: أندرسون جيه آر وباور جي إتش. الذاكرة الترابطية البشرية. واشنطن ،" في: CC. رقم 52، 24-31 ديسمبر 1979.
  6. ↑ جون ر. أندرسون . هندسة الإدراك ، 1983/2013.
  7. ↑ فيرنون، ديفيد؛ ميتا، جورجيو؛ سانديني، جوليو (أبريل 2007). "دراسة استقصائية لأنظمة الإدراك الاصطناعي: آثارها على التطور الذاتي للقدرات العقلية لدى العوامل الحاسوبية". معاملات IEEE في الحوسبة التطورية . 11 (2): 151-180 . Bibcode : 2007ITEC...11..151V . doi : 10.1109/TEVC.2006.890274 . S2CID 9709702 . 
  8. ↑ دوغلاس ويتني غيج (2004). الروبوتات المتنقلة XVII: 26-28 أكتوبر 2004، فيلادلفيا، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية . جمعية مهندسي الأجهزة الكهروضوئية. صفحة 35.
  9. ↑ د. لارس لودفيج (2013). الذاكرة الاصطناعية الموسعة: نحو نظرية معرفية متكاملة للذاكرة والتكنولوجيا (ملف PDF) (أطروحة). جامعة كايزرسلاوترن التقنية . تاريخ الاطلاع: 7 فبراير 2017 .
  10. ↑ نوفيانتو، روني (2014). بنية معرفية مرنة قائمة على الانتباه للروبوتات (PDF) (أطروحة).
  11. ↑ ألبوس، جيمس س. (أغسطس 1979). "آليات التخطيط وحل المشكلات في الدماغ". العلوم البيولوجية الرياضية . 45 ( 3-4 ): 247-293 . doi : 10.1016/0025-5564(79)90063-4 .
  12. ↑ منيه، فولوديمير؛ كافوكوغلو، كوراي؛ سيلفر، ديفيد؛ غريفز، أليكس؛ أنطونوغلو، يوانيس؛ ويرسترا، دان؛ ريدميلر، مارتن (2013). "لعب أتاري باستخدام التعلم العميق المعزز". arXiv : 1312.5602 [ cs.LG ].
  13. ^ منيه، فولوديمير. كافوكوجلو، كوراي؛ الفضة، ديفيد؛ جريفز، اليكس. أنتونوغلو، يوانيس؛ ويرسترا، دان؛ ريدميلر، مارتن (2014). “آلات تورينج العصبية”. أرخايف : 1410.5401 [ cs.NE ].
  14. ^ منيه، فولوديمير. كافوكوجلو، كوراي؛ الفضة، ديفيد؛ روسو، أندريه أ؛ فينيس، جويل. بلمار، مارك جي؛ جريفز، اليكس. ريدميلر، مارتن؛ فيدجيلاند، أندرياس ك.؛ أوستروفسكي، جورج؛ بيترسن، ستيغ. بيتي، تشارلز. صادق، أمير؛ أنتونوغلو، يوانيس؛ كينغ، هيلين؛ كوماران، دارشان؛ ويرسترا، دان؛ ليغ، شين. هاسابيس ، ديميس (25 فبراير 2015). “التحكم على مستوى الإنسان من خلال التعلم المعزز العميق”. طبيعة . 518 (7540): 529–533 . بيب كود : 2015Natur.518..529M . دوى : 10.1038 / طبيعة 14236 . بميد 25719670 . S2CID 205242740 .  
  15. ↑ "ورقة ديب مايند المنشورة في مجلة نيتشر والأعمال السابقة ذات الصلة" .
  16. ↑ شميدهوبر، يورغن؛ كافوكوغلو، كوراي؛ سيلفر، ديفيد؛ غريفز، أليكس؛ أنطونوغلو، يوانيس؛ ويرسترا، دان؛ ريدميلر، مارتن (2015). "التعلم العميق في الشبكات العصبية: نظرة عامة". الشبكات العصبية . 61 : 85-117 . arXiv : 1404.7828 . Bibcode : 2015NN.....61...85S . doi : 10.1016/j.neunet.2014.09.003 . PMID 25462637. S2CID 11715509 .  
  17. ↑ إلياسميث، سي.؛ ستيوارت، تي سي؛ تشو، إكس.؛ بيكولاي، تي.؛ دي وولف، تي.؛ تانغ، واي.؛ راسموسن، دي. (29 نوفمبر 2012). "نموذج واسع النطاق للدماغ العامل". مجلة ساينس . 338 (6111): 1202-1205 . رمز Bibcode : 2012Sci...338.1202E . doi : 10.1126/science.1225266 . PMID 23197532. S2CID 1673514 .  
  18. ↑ دينينغ، بيتر ج. "الذاكرة الموزعة المتفرقة". (1989). الرابط: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19920002425.pdf
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بالهندسة المعرفية على ويكيميديا ​​كومنز
  • اقتباسات متعلقة بالهندسة المعرفية على موقع ويكي الاقتباس