Разум, машины и математика

Анализ данных можно выполнить множеством средств, среди которых особое место занимают клеточные автоматы, так как они позволяют представить взаимосвязи между данными в пространстве. Допустим, что мы анализируем данные о продажах зонтов в конкретной стране. Сведения о продажах с разбивкой по клиентам могут быть обработаны без учета местоположения, в лучшем случае — разделены на категории по территориям: к примеру, клиент А из города X приобрел 20 единиц товара, клиент В из города У — 240 единиц, клиент С из города Z — 4530 единиц. В системе, где не учитывается территориальное распределение, города X, Y и Z — всего лишь категории, и мы никак не можем указать, что город X находится в 150 км к югу от Y, а Y — в 400 км южнее Z. Если мы будем учитывать эти данные, то станет понятно, что в северном регионе страны дожди идут чаще, а к югу продажи зонтов существенно снижаются.

Теперь представим данные о местоположении в виде таблицы, подобно тому, как это происходит при использовании клеточных автоматов. Постараемся связать расположение данных в таблице с реальным географическим местоположением регионов, откуда поступили данные о продажах. При таком представлении данных территориальное расположение можно учесть намного более интеллектуальным способом, чем при простом разбиении на категории.

После сведения данных в таблицу можно применить эволюционный алгоритм, позволяющий обнаружить правила, которые необходимо реализовать в клеточном автомате для анализа. Вернемся к примеру с продажами зонтов и дополним данные о продажах уровнем осадков в егионах. Мы можем разработать алгоритм, позволяющий получить множество правил, согласно которым раскрасим клетки таблицы в тот или иной цвет в зависимости от продаж зонтов в различных регионах, исключив влияние уровня осадков. Если мы представим данные о продажах на карте без учета уровня осадков, получим следующую картину.

Если мы исключим воздействие разного уровня осадков, карта будет выглядеть следующим образом.

На основе этих данных эксперт может определить, что объем продаж выше всего в центральных и южных регионах. Это означает, что уровень покупательной способности в этой части страны выше: из-за особенностей погоды зонты не являются товаром первой необходимости, однако люди готовы покупать их. Далее компания — продавец зонтов повысит цены в центре и на юге страны: хотя в этом регионе продажи меньше, люди покупают зонт не из необходимости, а как предмет роскоши, следовательно, менее чувствительны к цене.

Программирование роботов

Еще одна очень важная область, в которой используется искусственная жизнь и сложные адаптивные системы в целом, это программирование роботов. Постепенно широкому потребителю становятся доступными домашние роботы, способные пылесосить, протирать пол и даже определять вторжение посторонних в квартиру.

Такие роботы обычно мобильны, однако их перемещениями и действиями должна руководить интеллектуальная система. Рассмотрим роботов-пылесосов и покажем, как они соответствуют определению сложных адаптивных систем.

Робот-пылесос — один из самых известных домашних роботов.

— Агрегирование. Разумеется, эти роботы представляют собой агрегированные системы, так как содержат мотор, датчики присутствия, пылесос, устройство обработки данных, определяющее, в каком направлении должен двигаться робот, и так далее.

— Нанесение меток. Эти роботы могут присваивать метки различным элементам среды и взаимодействовать с ними. К примеру, если робот определяет, что некоторая область грязнее обычного, он помечает ее соответствующей меткой и прилагает больше усилий для ее уборки. Пользователь также может отметить зону, в которую робот не должен заходить, и он будет избегать этой зоны.

— Нелинейность. Поведение робота очевидно нелинейно, так как его части в совокупности способны решать намного более важные задачи, чем по отдельности. Мотор, колеса, пылесос и другие элементы робота независимо друг от друга не смогут провести уборку в доме без вмешательства человека, а когда все эти элементы объединены в сложную адаптивную систему, они способны убрать пыль самостоятельно.

— Потоки. Сам робот представляет собой сложную систему управления потоками информации, поступающей из внешней среды. Робот содержит ряд датчиков, которые фиксируют информацию о среде и указывают, что робот находится в особенно загрязненной области или перед ним располагается стена. Вся эта информация поступает в центральный процессор, который анализирует ее и отправляет сигналы различным деталям робота. Детали робота исполняют инструкции, изменяющие исходную среду, из которой изначально поступают сигналы. Если робот обнаруживает загрязненный участок, его процессор повышает мощность всасывания, а если робот сталкивается с препятствием, то процессор может дать указание совершить разворот.