Transcript презентацию, pps
Slide 1
Математические модели роботов
с неабсолютной памятью
05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и
комплексы программ
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук
Аспирант ПГНИУ: Черников Кирилл Викторович
Научный руководитель:
д.т.н., доцент
Пенский Олег Геннадьевич
Slide 2
Актуальность работы
Определение. Робот - интеллектуальная машина способная
самостоятельно принимать решения.
• Разработки ведутся в странах: США, Японии, Канаде, Швеции.
• Ortony A., Clore G.L., Collins A, Minsky M., Picard R. W., Симонов П.В.,
Леонтьев В.О., Фоминых И.Б. и др.
• Существующие модели и подходы:
–
–
–
–
–
Информационная теория эмоций П.В. Симонова.
Модель KARO.
Модель EMA.
Модель Affective Computing.
Модель Фоминых-Леонтьева.
• В настоящее время рассматриваются роботы, обладающие только
абсолютной памятью и принимающие решения на основе
мгновенных эмоций.
2 из 43
Slide 3
Концептуальная постановка
задачи диссертации
• Построение математических моделей
робота, способного забывать прошлые
эмоции.
• Построение математических моделей
роботов, принимающих решения не на
основе мгновенных эмоций, а согласно
полученному ранее эмоциональному
опыту.
3 из 43
Slide 4
Объект и предмет исследования
• Объект исследования:
робототехнические программные
системы.
• Предмет исследования: поведение
роботов с неабсолютной памятью с
учетом полученного ими прошлого
опыта.
4 из 43
Slide 5
Цель и задачи
1.
2.
3.
4.
Цель:
Построение математических моделей поведения роботов с
неабсолютной памятью в аспекте проявления роботом
псевдоэмоциональных характеристик, аналогичных эмоциям
человека.
Задачи:
Определить основные характеристики роботов аналогичные
психологическим характеристикам человека.
Создать математические модели и алгоритмы, описывающие
процесс функционирования робота с неабсолютной памятью с
учетом псевдовоспитания робота.
Разработать комплекс программ, реализующих математические
модели и алгоритмы, поставленные в задачах 1-2.
Привести пример применения теории роботов с неабсолютной
памятью при решении задач описания их поведения с учетом
псевдоэмоциональных характеристик.
5 из 43
Slide 6
Содержание работы
• Введение.
• Глава 1. Основные понятия: «робот» и «эмоция». Формальные
модели эмоций и различные теории эмоций. Возможные подходы к
моделированию эмоций.
• Глава 2. Псевдоэмоциональные характеристики робота.
• Глава 3. Математическая модель цели псевдовоспитательного
процесса и ее приложения.
• Глава 4. Модели и алгоритмы поведения роботов с неабсолютной
памятью.
• Глава 5. Верификация модели псевдовоспитания. Программная
реализация моделей и алгоритмов поведения роботов с
неабсолютной памятью.
• Заключение.
6 из 43
Slide 7
Сюжет
Определение 1. Пусть t – время. Функция S(t)
называется сюжетом, если она обладает
следующими свойствами:
1.Область определения S(t): t t , T , 0 t T
2. S (t ) 0 , 0 S (t ) , для любого t t , T .
3.S(t) – непрерывная на t , T .
4.S(t) – монотонно возрастающая функция.
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7 из 43
Slide 8
Псевдоэмоция робота
Определение 2. Функция f(t), удовлетворяющая соотношению
f(t)=a(s(t),t)S(t), где a(s(t),t) – произвольная функция,
называется функцией внутренних переживаний робота
(область определения f(t), a(s(t),t) и s(t) совпадают).
Определение 3. Функция внутренних переживаний робота
M(t) называется псевдоэмоцией робота, если она
удовлетворяет условиям:
1.Область определения M(t): t t 0 , T 0 , 0 t 0 T 0
2.M(t) – дифференцируемая на ( t , T ) , непрерывная и
однозначная на t , T .
3. M (t ) 0 и M (T ) 0 .
4.В области определения существует единственная точка z,
такая, что:
dM ( z )
0
0
0
0
0
0
z t 0 , z T0 ,
0.
dt
8 из 43
Slide 9
Псевдовоспитание робота
• Определение 4. Элементарное псевдовоспитание робота –
t
r (t )
t
a ( S ( ), ) S ( ) d M ( ) d ,
t0
t [ t 0 , T 0 ].
(1)
t0
• Определение 5. Псевдовоспитание робота –
R i 1 ( t ) ri 1 ( t ) i 1 t R i t i .
(2)
t - текущее время, t t i
τ - время действия текущей псевдоэмоции от начала ее проявления
t i - время функционирования (псевдовоспитания) робота, до
появления текущей псевдоэмоции
• Определение 6. Коэффициент i t называется коэффициентом
памяти прошлых событий или коэффициентом памяти.
0 i 1 t 1 .
• Определение 7. Тактом называется время действия одной
псевдоэмоции.
9 из 43
Slide 10
Забывчивый робот и равноценные
псевдоэмоции
• Определение 8. Забывчивым роботом называется робот,
для псевдовоспитательного процесса которого
характерно:
0 1, const : 0 i 1 ( t i ) 1
При этом, если в момент окончания любой
псевдоэмоции, коэффициент памяти прошлых событий
t , то робота будем называть равномерно
забывчивым роботом.
• Определение 9. Псевдоэмоции M (t ),..., M (t ) ,
определенные на t , T ,..., t , T и влекущие одинаковое
элементарное псевдовоспитание q (то есть r (T ) ... r (T
), будем называть равноценными псевдоэмоциями.
i 1
i
1
1
0
1
0
n
0
n
n
0
1
1
0
n
n
0
)q
10 из 43
Slide 11
Пресыщение псевдовоспитания
робота
• Теорема. Псевдовоспитание равномерно забывчивого
робота, псевдовоспитываемого на равноценных
псевдоэмоциях имеет пресыщение.
i
1
. (3)
• Псевдовоспитание в конце i-го такта: R i q
1
• Пресыщения псевдовоспитания: U
q
1
.
(4)
11 из 43
Slide 12
Фиктивные такты и серии тактов
• Определение 10. Фиктивным тактом называется временной
промежуток, в течение которого псевдовоспитание эмоционального
робота уменьшается в раз.
• Определение 11. Серией тактов (серией фиктивных тактов)
называется последовательность идущих подряд тактов (фиктивных
тактов).
• Такт или фиктивный такт называются воспитательными тактами.
• Последовательность серий воспитательных тактов:
n1 , m 1 , n 2 , m 2 ,..., n N , m N ;
n i P , n i 1; m i P , m i 1 ( i 1, N ), P const ;
R0 0.
12 из 43
Slide 13
Модель псевдовоспитания
робота
R
N 1
nN
nk mk
k 1
R
N
nk mk
k 1
N
nk
q
1 k 1
1
N
m
nk
q N
1 k 1
1
N 1
mk
n N 1
nl m l
N 1 n N 1
l N k 1
k 2
n N 1
l N k 1
,
k 1
N 1 n N 1
n l m l 1
N 1
N 1
mk
N
N
nl m l
N 1
l N k 1
k 2
k 1
n l m l 1
l N k 1
.
(5 )
• Рекуррентные соотношения:
R
q
N 1
nN
1
nk mk
n N 1
1
nN
N
nk mk
k 1
k 1
mN
R
N 1
nN
,
nk mk
k 1
R
R N 1
(6 )
.
nk mk
k 1
13 из 43
Slide 14
Пресыщение псевдовоспитания
робота
• Число серий:
lim R
N
N 1
nN
nk m k
q
1
N .
1 A B C const
.
(7 )
A lim
n N 1
N
k 1
lim R
N
N
nk m k
mN
N 1
q
1
1
A B C const .
(8 )
B lim
N
N 1
nl m l
n N 1
l N k 1
,
k 2
k 1
N
N 1
0 1, q const , 0 A 1, B 0 , C 0 ,
,
С lim
N
n l m l 1
l N k 1
.
k 1
14 из 43
Slide 15
Суммарная и эталонная
псевдоэмоция робота
• Определение 12. Суммарной псевдоэмоцией называется
функция вида:
d i 1 ( t )
V i 1 ( t ) M i 1 ( t ) R i ( t i )
.
(9 )
dt
• Определение 13. Если псевдоэмоцияM ( t ) , соответствующая
первому такту, при котором она появилась у робота в
результате первого воздействия на него сюжетом, сохраняется
в памяти робота постоянно и при следующих воздействиях
данного сюжета, то данная псевдоэмоция называется
эталонной псевдоэмоцией.
• Определение 14. Уровнем псевдовоспитания робота
называется количество смен эталонных псевдоэмоций робота
к текущему моменту времени псевдовоспитательного
процесса.
1
15 из 43
Slide 16
Алгоритм псевдовоспитания робота
(алгоритм Д.Н. Узнадзе)
1.
2.
Задается эталонная псведоэмоция первого уровня ( k=1 ): M [1] ( t ).
Численные значения суммарной эмоции и псевдовоспитания робота с неабсолютной
[k ]
памятью определяются согласно формулам:
[k ]
[k ]
[ k ] d i 1 ( t )
V i 1 ( t ) M
[k ]
Ri
[k ]
(t ) R i
q
[k ]
,
dt
(10 )
R i 1 .
[k ]
q
[k ]
3.
4.
Если R i[ k ] U [ k ] , то номер такта i увеличивается на единицу и осуществляется
переход к пункту 6.
[k ]
[k ]
), увеличиваем порядковый номер уровня k на
В противном случаи (если R i U
единицу и производим замену:
[k ]
[ k 1 ]
M
Vi
5.
6.
7.
•
для уровня k согласно соотношению: U
[k ]
Вычисляется предельное воспитание U
1
.
Если суммарное время воспитательного процесса робота меньше допустимого, то
переходим к пункту 2.
Конец.
Определение 15. Величина
псевдовоспитанию.
называется восприимчивостью робота к
16 из 43
Slide 17
Восприимчивость робота к
псевдовоспитанию
• Если
• Если
• Если
q
[1 ]
q
[1 ]
q
[1 ]
1
1
1
1
1
1
, тогда: R
, тогда: lim
, тогда: lim
[k ]
k
k
q
[1 ]
.
R
[k ]
.
R
[k ]
.
17 из 43
Slide 18
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП)
• Определение 16. Эквивалентным псевдовоспитательным
процессом называется непрерывный псевдовоспитательный
процесс, соответствующий псевдовоспитанию равномерно
забывчивого робота с равноценными эмоциями и имеющий
наименьшее отклонение во всех узловых точках измерения
псевдовоспитания от значений реального непрерывного
псевдовоспитательного процесса.
• Способы построения ЭПП:
– Случай совпадения тактов реального и эквивалентного
псевдовоспитательных процессов
– Случай несовпадения тактов реального и эквивалентного
псевдовоспитательных процессов
– Значение псевдовоспитания в узловых точках:
Ri , i 0 , n
18 из 43
Slide 19
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при совпадении тактов
• и q - определяют ЭПП
• Оптимизационная задача:
• Решение:
J ( , q )
0,
1 0 .
0 ,
n
R i (12 )
q i 1
.
n
n
Ri
q R i 1 inf ,
2
i 1
(11 )
Условие:
n
n
RR
i
i 1
i 1
n
i 1
n
RR
i
i 1
0 . (13 )
i 1
19 из 43
Slide 20
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при совпадении тактов
• Результат:
n
n
n
( n 1)
R i R i 1
Ri
R i 1
i2
i2
i2
,
2
n
n
2
( n 1)
( R i 1 )
R i 1
i2
i2
n
n
n
( n 1)
R i R i 1
Ri
R i 1
n
i2
i2
i2
Ri
2
n
n
i2
2
( n 1)
( R i 1 )
R i 1
i2
i2
q
n 1
• Погрешность:
i
n
R
i 1
i2
.
M (1 ) q (1 1 ) q (1 2 ) M 2 (1 )
,
X max 1
,
(1 1 )( 1 )
(1 2 )( 1 )
M 1 max ri , 1 max i , i 1, ,
i
(14 )
(15 )
M 2 min ri , 2 min i , i 1, .
i
i
20 из 43
Slide 21
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при несовпадении тактов
•
, q , ji , i 1, n
- определяют ЭПП.
j i - номер такта
эквивалентного псевдовоспитательного процесса, соответствующий
такту с номером i реального псевдовоспитательного процесса.
• Оптимизационная задача:
2
j
n
• Решение:
J ( , q )
0,
1 0 ,
0 ,
n
Ri
q i 1
.
n
i 1
1 i
Ri q
1
inf ,
(16 )
(17 )
21 из 43
Slide 22
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при несовпадении тактов
• Результат:
n
i 1
n
i 1
1 ji
1
j i
q
j i 1
j
1 i
Ri q
1
(1 ) 1
1 2
• Погрешность:
i
1
Ri q
1
ji
0.
(18 )
M (1 ) q (1 1 ) q (1 2 ) M 2 (1 )
,
X max 1
,
(
1
)(
1
)
(
1
)(
1
)
1
2
M 1 max ri , 1 max i , i 1, ,
i
ji
0,
(19 )
M 2 min ri , 2 min i , i 1, .
i
i
22 из 43
Slide 23
Цель псевдовоспитательного процесса
робота
• Определение 17. Целью псевдовоспитательного процесса
называется вектор A a 1 ,..., a m , характеризующий желаемое
конечное состояние робота, достигаемое в результате K
действий (шагов), причем:
a 0.
m
2
i
i 1
• Определение 18. Шагом с номером k к цели называется
вектор R r ,..., r , определяющий состояние робота,
полученное в результате одного шага с порядковым номером
k при стремлении к цели.
• Определение 19. Вектором-состояния Wk робота называется
вектор, соответствующий достижению цели в результате всех
выполненных шагов до шага с номером k включительно и
удовлетворяющий соотношению:
W R.
k
k ,1
k ,m
k
k
i
i 1
23 из 43
Slide 24
Достижение и отклонение от цели
псевдовоспитательного процесса робота
A,W K
• Величина достижения цели: A
• Отклонение от цели: cos A , W , ( 21 )
k
k
A Wk
2
.
( 20 )
cos( k )
A, Rk
.
( 22 )
A Rk
24 из 43
Slide 25
Алгоритм принятия решения
роботом
1. Вычисляются псевдовоспитания R 1 ( t ),..., R n ( t )
относительно каждого из различных воздействующих
на робота сюжетов, где n - общее количество различных
сюжетов.
2. Строятся общий вектор псевдовоспитания и векторы
псевдовоспитания для каждого конкретного сюжета, по
следующим формулам: V ( R 1 ( t ),..., R n ( t )),
B i ( 0 ,..., R ( t ),..., 0 ).
( 23 )
i
3. Решение принимается в пользу того сюжета, который
обеспечивает минимальный угол min (V , B i ) или
максимальную длину max B i .
25 из 43
Slide 26
Псевдоэмоциональный ступор
• Определение 20. Псевдоэмоциональный ступор – это
состояние неопределенности робота при принятии решения.
• Условие псевдоэмоционального ступора:
1 1
i , i 1, p
m1
1 1
...
1 p
mp
1 p
,
( 24 )
- коэффициенты памяти относительного
определенных сюжетов, p - число различных сюжетов,
- количество воздействий определенным сюжетом.
m i , i 1, p
• Антиступорные коэффициенты памяти:
–
–
Для двух сюжетов:
1
Для трех сюжетов:
1
, 2
1
, 2
1
1
2
1
2
.
3
3
, 3
1
.
5
26 из 43
Slide 27
Постановка задачи
• Разработать комплекс программ:
– моделирующих псевдоэмоциональное
поведение роботов, реагирующих на
громкость звуковых раздражителей,
воздействующих на роботов,
– реализующие предложенные модели.
27 из 43
Slide 28
Громкость звукового сигнала как
сюжет
• Звуковой сигнал действует в течении промежутка
времени: t t , T , 0 t T .
T t
• Измерение через равный промежуток: t , m 0 0 .
t
• Значение громкости: 0 0 , i 0 , i 1, m .
• Введем: , i 0 , m .
• Функция изменения суммарной громкости:
0
0
0
0
i
i
j
j0
Г (t )
m
mt
t
t0 m
mt
, t t 0 , T 0 t 0 m t .
( 25 )
28 из 43
Slide 29
Порождаемые псевдоэмоции
робота
Pв ерх
Pв ерх Г (T 0 ) sin
Г ( t ) , где Г (T 0 )
Г (T 0 )
M (t )
Pв ерх
Г ( t ) , где Г (T 0 )
Г (T 0 ) Pнижн sin
Г (T 0 )
Pнижн
,
2
Pнижн
( 26 )
,
2
• Pверх и Pнижн - заранее заданные величины,
определяющие верхний и нижний пороги
положительных псевдоэмоций у робота.
29 из 43
Slide 30
Ситуации взаимодействия
• Один робот - один воздействующий на
робота субъект.
• Один робот - несколько воздействующих
на робота субъектов.
• Несколько роботов - один
воздействующий на робота субъект. Без
учета возможного взаимодействия
роботов внутри группы.
30 из 43
Slide 31
Допущение моделей и входные
параметры
• Допущение моделей:
– Рассматриваются только равномерно забывчивые
роботы.
– Рассматривается только первый уровень алгоритма
псевдовоспитания робота.
– Оперирование только с громкостью звукового
сигнала.
• Входные параметры:
– Коэффициент памяти.
– Такт псевдоэмоции.
– Верхний и нижний пороги положительной
псевдоэмоции.
31 из 43
Slide 32
Разработанные программы
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
32 из 43
Slide 33
Характеристики программ
• Язык программирования C++.
• IBM PC-совместимые персональные
компьютеры.
• Операционные системы: Windows XP SP2 и
выше.
• .NET Framework 2.0.
33 из 43
Slide 34
Верификация модели
псевдовоспитания
Ri R0 .
i
№ экс.
1
2
3
4
5
6
7
8
( 27 )
R 2 эк R1 эк
R 2 эк
R1 эк
.
( 28 )
R 3 рас R 2 эк .
( 29 )
R1 эк.
R2 эк.
R3 эк.
Коэф. ϴ
R3 расч.
Отн. Погр.
22,7
14,8
8,9
0,7
9,6
8,4%
14,8
13,9
12,9
0,9
13,1
1,1%
15,1
11,2
10,5
0,7
8,3
20%
16,2
14,8
11,2
0,9
13,5
20,7%
21,1
12,2
11,2
0,6
7,1
37%
15,7
13,4
11,4
0,9
11,4
0%
22,7
17,1
13,9
0,8
12,8
7,3%
19,3
16,5
12,3
0,9
14,1
14,6%
Средняя относительная погрешность
13,8%
Среднеквадратичное отклонение
12,2%
34 из 43
Slide 35
Методика постановки голоса
• Задание верхнего и нижнего порога
положительной псевдоэмоции (Pверх и Pнижн ).
• Обучение. Оказание воздействия на робота
звуковыми сюжетами до момента выработки
только N положительных последовательно
идущих друг за другом псевдоэмоций.
• Отдых (перерыв во взаимодействии с роботом).
• Тестирование постановки голоса (выработка
первой положительной псевдоэмоции).
35 из 43
Slide 36
Эксперименты по методике
постановки голоса
№ экс.
1
2
3
4
5
6
7
8
P верх. P ниж. Кол. непр. полож. тактов Коэф. ϴ № ТППЭ1 № ТППЭ2
80
10
20
0,7
5
2
80
10
20
0,9
4
1
80
10
20
0,7
5
3
80
10
20
0,9
2
1
80
10
20
0,6
3
1
80
10
20
0,9
4
3
80
10
20
0,8
4
3
80
10
20
0,9
3
2
№ ТППЭ1 – номер такта первой положительной псевдоэмоции при
обучении.
№ ТППЭ2 – номер такта первой положительной псевдоэмоции при
тестировании.
36 из 43
Slide 37
Научная новизна
• Введены математические модели психологических
характеристик роботов с неабсолютной памятью.
• Предложены математические модели и алгоритмы
поведения роботов с неабсолютной памятью, с
учетом реакции робота на раздражители (сюжеты)
на основе имеющегося у робота опыта
(псевдоспитания).
• Разработан комплекс программ, моделирующих
психологическое поведение роботов с
неабсолютной памятью в ответ на звуковые
раздражители.
37 из 42
Slide 38
Основные результаты и выводы
• Верификация модели псевдовоспитания робота с
неабсолютной памятью натурными экспериментами
показала адекватность предлагаемой модели.
• Опытная эксплуатация комплекса программ
показала возможность настройки и выработки
поведения робота с неабсолютной памятью для
постановки силы голоса человека, обусловленную
выбором нужных значений коэффициентов памяти,
тактов и порогов положительных псевдоэмоции
робота.
38 из 43
Slide 39
Свидетельства о регистрации
программ для ЭВМ
39 из 43
Slide 40
Публикации по теме
диссертации
Монографии
1. Черников К.В. Основы математической теории эмоциональных роботов:
монография/ О.Г. Пенский, К.В. Черников –Пермь: Перм. гос. ун-т. –2010. –
256 с. Текст парал. рус., англ. – URL: http://arxiv.org/abs/1011.1841.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России
2. Черников К.В. Гипотеза о психологических установках в аспекте
математического моделирования процесса воспитания эмоциональных
роботов/О.Г. Пенский, К.В. Черников// Фундаментальные исследования. №3
– Пенза: ИД «Академия Естествознания», 2012 – с.129 - 132.
3. Черников К.В. Математическая модель принятия решения роботом и ее
программная реализация // Современные проблемы науки и образования. –
2012. – №5; URL: http://www.science-education.ru/105-7324 (дата обращения
02.11.2012).
4. Черников К.В. Математические модели ступора и принятия решения
роботом // Фундаментальные исследования. №1 – Пенза: ИД «Академия
Естествознания», 2013 – с.754 - 757.
40 из 43
Slide 41
Публикации по теме
диссертации
Свидетельства о регистрации программных разработок
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2010612670. Программа
SoundBot – программа, моделирующая мимическую эмоциональную реакцию робота. Автор:
Черников Кирилл Викторович. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Пермский государственный университет». Дата
регистрации: 19 апреля 2010 г.
6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2011615159. Программа
ManySoundBot – программа, моделирующая процесс эмоционального воспитания роботов. Автор:
Черников Кирилл Викторович. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Пермский государственный университет». Дата
регистрации: 30 июня 2011 г.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2011615160. Программа
SoundSelectBot – программа, моделирующая альтернативный выбор эмоционального робота. Автор:
Черников Кирилл Викторович. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Пермский государственный университет». Дата
регистрации: 30 июня 2011 г.
8. Свидетельство о регистрации электронного ресурса. № 15375. Программа моделирования
эмоциональных контактов в группе роботов «Robots». Авторы: Черников К.В., Пенский О.Г.
Организация-разработчик: ГОУ ВПО «Пермский государственный университет». Дата регистрации:
24 февраля 2010 г.
41 из 43
Slide 42
Публикации по теме
диссертации
Публикации в прочих изданиях
9.
Черников К.В. Математические модели контактов эмоциональных роботов/К.В. Черников, О.Г. Пенский// Университетские исследования:
электронный научный журнал – 2010. – c.1-5. – URL: http://www.uresearch.psu.ru/.
10. Черников К.В.. Обобщение модели эмоционального воспитания/ К.В. Черников, О.Г. Пенский// Вестник Пермского университета.
Математика. Механика. Информатика. №2(2) – Пермь: Изд-во Перм.ун-та, 2010 – с.55 - 57.
11. Черников К.В. Правила эмоционального поведения роботов. Обобщение на случай произвольного числа взаимодействующих с роботом
людей/ К.В. Черников// Университетские исследования: электронный научный журнал – 2010. – c.1-4. –URL: http://www.uresearch.psu.ru/.
12. Черников К.В. Программная реализация математической модели поведения простейшего эмоционального робота/ К.В. Черников// Вестник
Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. №3(3) – Пермь: Изд-во Перм.ун-та, 2010 – с.69-75.
13. Черников К.В. Звук как сюжет для моделирования эмоций роботов/ К.В. Черников// Исследовано в России: электронный журнал –2010, 83,
с.968-974, URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/083.pdf
14. Черников К.В. Моделирование процесса эмоционального воспитания роботов/ К.В. Черников// ПРОграммист: электронный журнал. №15 –
2011, – с.29-39.
15. Черников К.В. Программная реализация процесса эмоционального воспитания роботов с различными характеристиками в виде
программной системы ManySoundBots /К.В. Черников // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. №2(6) –
Пермь: Изд-во Перм.ун-та, 2011 – с.67-76.
16. Черников К.В. Программная реализация математической модели поведения простейшего эмоционального робота // Современные
проблемы математики и ее прикладные аспекты: тезисы докл. Всерос. конф. (Пермь, 12 марта 2010 г.) - Пермь, 2012. - С. 131.
17. Черников К.В. Задача моделирования альтернативного выбора, осуществляемого эмоциональным роботом, реагирующим на звуковые
раздражители. III Общероссийская студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2011». URL:
http://www.rae.ru/forum2011/104/295
18. Черников К.В. Обобщение модели псевдовоспитания робота. Актуальные проблемы механики, математики, информатики - 2012: тезисы
докл. Всерос. конф. (Пермь, 30 октября - 1 ноября 2012 г.) - Пермь, 2012. - С. 124.
19. Черников К.В. Псевдовоспитательный процесс робота с фиктивными тактами. Международный журнал прикладных и фундаментальных
исследований. №10 – Пенза: ИД "Академия естествознания", 2012 – с.145-146
42 из 43
Slide 43
Публикации ВАК, вышедшие после
представления диссертации к защите
20. Pensky O., Sharapov Y., Chernikov K. Mathematical
Models of Emotional Robots with a Non-Absolute
Memory// Intelligent Control and Automation –
USA – 2013, №4. – P.115-121. (Index: Web of
Knowledge );
21. Пенский О.Г., Черников К.В. Математические
модели психологических установок роботов//
Искусственный интеллект и принятие решений –
РАН, Москва. - 2013, №2. – С.25-31.
43 из 43
Slide 44
Ответы на замечания
Slide 45
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Кротова Л.Н.
Замечание: понятие зависимых случайных событий, приведенное на стр.
23 диссертационной работы, математически не корректно.
Ответ: согласны. Однако раздел посвящен обзору возможных подходов
для решении задачи моделирования эмоций и необходимо было
передать лишь суть возможного использования математического
аппарата теории вероятностей и математической статистики.
Замечание: из определения «функции внутренних переживаний робота»
M(t), данного на стр. 30, в общем случае, не следует существования
только максимума M(z) (стр. 31).
Ответ: псевдоэмоция робота M(t) – это частный случай функции
внутренних переживаний робота f(t), для которой строго выполняется:
в области определения существует единственная точка z, такая, что:
z t 0 , z T0 ,
dM ( z )
dt
0.
Slide 46
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Кротова Л.Н.
Замечание: результаты исследования адекватности модели, обсуждаемые на стр.
80, желательно бы сопроводить проверкой гипотезы о пороговых значениях
среднеквадратичного отклонения и средней относительной погрешности при
определенном уровне значимости.
Ответ: согласны. Но, чтобы проверить гипотезу о среднем необходимо знать
закон распределения, а такой информации нет. Следовательно, необходимо
было бы проверить гипотезу о виде распределения. Однако трудно оценить
насколько представленная в экспериментах выборка отражает информацию о
генеральной совокупности по всем людям. Следовательно, проверка
гипотезы о виде распределения, в общем случае, может дать не
соответствующий действительности результат.
Замечание: недостаточно четко описаны эксперименты по постановке силы
голоса, не описан сценарий действий испытуемого и человека проводящего
эксперименты.
Ответ: методика проведения экспериментов по постановке силы голоса описана
достаточно коротко, так как большая часть действий испытуемого во время
экспериментов связана с взаимодействием с разработанным комплексом
программ, принципы работы с которым описаны подробно.
Slide 47
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Малых А.Е.
Замечание: в пункте 5.2.1. – Громкость звука и человек (с. 82–83) приведена
большая таблица, описывающая характеристики и источники звука различной
громкости (0–200 дБ), она носит справочный характер, а потому могла бы
находиться в приложении.
Ответ: при построении функции псевдоэмоции хотелось показать, что ее вид
вытекает непосредственно из особенностей восприятия звука человеком,
поэтому для стройности изложения материала таблица помещена в основном
тексте, хотя могла бы находиться и в приложении.
Замечание: в пунктах раздела 5 довольно обстоятельно описан визуальный
интерфейс программ компьютерного моделирования, входящих в
разработанный комплекс программ (с. 84–120), однако при знакомстве с
материалом выяснилось, что совсем мало внимания уделено описанию
экспериментов по постановке голоса (с. 121–122), а таблица 5.3. (с. 122)
подробно не описана и вызывает вопросы.
Ответ: методика проведения экспериментов по постановке силы голоса описана
достаточно коротко, так как большая часть действий испытуемого во время
экспериментов связана с взаимодействием с разработанным комплексом
программ, принципы работы с которым описаны подробно.
Slide 48
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Малых А.Е.
Замечание: в диссертации и автореферате речь идет о пяти главах работы, тогда
как в содержании (с. 2–4) они так не названы, а отмечены цифрами; почему
так много глав в диссертации (5); материал, помещенный в главах 3 и 4,
занимает менее 10 страниц и состоит из двух пунктов каждая, а некоторые из
пунктов – менее 1, 2 страниц текста (гл. 5); страницы 28, 123 содержат менее
двух строк.
Ответ: в рекомендациях ВАК ничего не говорится о количестве глав в
диссертации и их объеме. Диссертационная работа структурировалась по
узловым, логическим моментам без внимания к объему глав и пунктов.
Однако, замечания являются ценными и главы 3 и 4, действительно, можно
было бы объединить.
Замечание: нет заключения к самому объемному и важному разделу 5.
Ответ: пункт, посвященный практическому применению разработанного
комплекса программ по своей сути является заключением.
Замечание: в работе встречаются повторы (с. 11, 31, 43, 72, 102 и др.) и
систематические погрешности (с. 3, 8, 18, 23, 47, 77 и др.).
Ответ: согласны.
Slide 49
Замечания ведущей организации,
ЗАО «ИВС»
Замечание: в начале текста диссертации излишне подробно
описаны существующие типы эмоций, приведенное
описание типов эмоций несколько уводит в сторону
читателя диссертации от ознакомления с основным
содержанием диссертационного исследования.
Ответ: так как стояла задача выработки формального
математического определения псевдоэмоции,
следовательно, был проведен анализ существующих
определений понятия «эмоция» и существующих типов
эмоций (раздел 1.2) для выявления математических
свойств данного понятия (стр. 13). Проведенный анализ
необходим для логического введения понятия
псведоэмоции робота.
Slide 50
Замечания профессора
Поносова А.В.
Замечание: как таковых замечаний нет.
Ответ: поставлены новые задачи для
интернетных роботов, при решении
которых можно применить теорию роботов
с неабсолютной памятью.
Slide 51
Замечания к.ф.-м.н., PhD Shamil
Fayzullin
Замечание: в автореферате недостаточно четко описано существующее
состояние дел по решению рассматриваемой в диссертации задачи,
почти не приведены ссылки на авторов и работы по рассматриваемой
тематике.
Ответ: в автореферате в сжатом виде представлена суть существующей
задачи, но, действительно, нет ссылок на работы по рассматриваемой
тематике, однако анализ таких работ представлен в тексте
диссертации.
Замечание: в автореферате приведены значения средней относительной
погрешности и среднеквадратичного отклонения расчетных значений
от экспериментальных при проведении экспериментов по
верификации модели псевдовоспитания, но не приведены результаты
самих экспериментов.
Ответ: в автореферате приведены только ключевые числа, результаты
экспериментов и методика их проведения представлена в тексте
диссертационной работы.
Slide 52
Замечание д.ф.-м.н. Тарунина Е.Л.
Замечание: в автореферате приведено излишне
большое и не обоснованное количество цифр в
описании результата верификации моделей
натурными экспериментами.
Ответ: программа, при помощи которой были
проведены эксперименты по верификации
модели псевдовоспитания выдает результаты с 1
цифрой после запятой, следовательно, и
количество цифр после запятой в результате
оставили равным 1.
Slide 53
Замечания д.т.н. Макарычева П.П.
Замечание: в автореферате нет ссылок на
реализованную методику проведения экспериментов.
Ответ: методика авторская, приведена в тексте
диссертации, нет ссылок, так как до нас ее никто не
использовал.
Замечание: не указано для каких разработанных
моделей была выполнена процедура верификации.
Ответ: процедура верификации проведена для модели
псевдовоспитания с фиктивными тактами.
Slide 54
Замечания д.т.н. Ясницкого Л.Н.
Замечание: вызывает некоторое недоумение
отсутствие в автореферате графических
иллюстраций свойств и характеристик
предложенных моделей, которые могли бы
существенно усилить форму представления
материала.
Ответ: графические иллюстрации свойств и
характеристик предложенных моделей
присутствуют в тексте диссертации.
Математические модели роботов
с неабсолютной памятью
05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и
комплексы программ
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук
Аспирант ПГНИУ: Черников Кирилл Викторович
Научный руководитель:
д.т.н., доцент
Пенский Олег Геннадьевич
Slide 2
Актуальность работы
Определение. Робот - интеллектуальная машина способная
самостоятельно принимать решения.
• Разработки ведутся в странах: США, Японии, Канаде, Швеции.
• Ortony A., Clore G.L., Collins A, Minsky M., Picard R. W., Симонов П.В.,
Леонтьев В.О., Фоминых И.Б. и др.
• Существующие модели и подходы:
–
–
–
–
–
Информационная теория эмоций П.В. Симонова.
Модель KARO.
Модель EMA.
Модель Affective Computing.
Модель Фоминых-Леонтьева.
• В настоящее время рассматриваются роботы, обладающие только
абсолютной памятью и принимающие решения на основе
мгновенных эмоций.
2 из 43
Slide 3
Концептуальная постановка
задачи диссертации
• Построение математических моделей
робота, способного забывать прошлые
эмоции.
• Построение математических моделей
роботов, принимающих решения не на
основе мгновенных эмоций, а согласно
полученному ранее эмоциональному
опыту.
3 из 43
Slide 4
Объект и предмет исследования
• Объект исследования:
робототехнические программные
системы.
• Предмет исследования: поведение
роботов с неабсолютной памятью с
учетом полученного ими прошлого
опыта.
4 из 43
Slide 5
Цель и задачи
1.
2.
3.
4.
Цель:
Построение математических моделей поведения роботов с
неабсолютной памятью в аспекте проявления роботом
псевдоэмоциональных характеристик, аналогичных эмоциям
человека.
Задачи:
Определить основные характеристики роботов аналогичные
психологическим характеристикам человека.
Создать математические модели и алгоритмы, описывающие
процесс функционирования робота с неабсолютной памятью с
учетом псевдовоспитания робота.
Разработать комплекс программ, реализующих математические
модели и алгоритмы, поставленные в задачах 1-2.
Привести пример применения теории роботов с неабсолютной
памятью при решении задач описания их поведения с учетом
псевдоэмоциональных характеристик.
5 из 43
Slide 6
Содержание работы
• Введение.
• Глава 1. Основные понятия: «робот» и «эмоция». Формальные
модели эмоций и различные теории эмоций. Возможные подходы к
моделированию эмоций.
• Глава 2. Псевдоэмоциональные характеристики робота.
• Глава 3. Математическая модель цели псевдовоспитательного
процесса и ее приложения.
• Глава 4. Модели и алгоритмы поведения роботов с неабсолютной
памятью.
• Глава 5. Верификация модели псевдовоспитания. Программная
реализация моделей и алгоритмов поведения роботов с
неабсолютной памятью.
• Заключение.
6 из 43
Slide 7
Сюжет
Определение 1. Пусть t – время. Функция S(t)
называется сюжетом, если она обладает
следующими свойствами:
1.Область определения S(t): t t , T , 0 t T
2. S (t ) 0 , 0 S (t ) , для любого t t , T .
3.S(t) – непрерывная на t , T .
4.S(t) – монотонно возрастающая функция.
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7 из 43
Slide 8
Псевдоэмоция робота
Определение 2. Функция f(t), удовлетворяющая соотношению
f(t)=a(s(t),t)S(t), где a(s(t),t) – произвольная функция,
называется функцией внутренних переживаний робота
(область определения f(t), a(s(t),t) и s(t) совпадают).
Определение 3. Функция внутренних переживаний робота
M(t) называется псевдоэмоцией робота, если она
удовлетворяет условиям:
1.Область определения M(t): t t 0 , T 0 , 0 t 0 T 0
2.M(t) – дифференцируемая на ( t , T ) , непрерывная и
однозначная на t , T .
3. M (t ) 0 и M (T ) 0 .
4.В области определения существует единственная точка z,
такая, что:
dM ( z )
0
0
0
0
0
0
z t 0 , z T0 ,
0.
dt
8 из 43
Slide 9
Псевдовоспитание робота
• Определение 4. Элементарное псевдовоспитание робота –
t
r (t )
t
a ( S ( ), ) S ( ) d M ( ) d ,
t0
t [ t 0 , T 0 ].
(1)
t0
• Определение 5. Псевдовоспитание робота –
R i 1 ( t ) ri 1 ( t ) i 1 t R i t i .
(2)
t - текущее время, t t i
τ - время действия текущей псевдоэмоции от начала ее проявления
t i - время функционирования (псевдовоспитания) робота, до
появления текущей псевдоэмоции
• Определение 6. Коэффициент i t называется коэффициентом
памяти прошлых событий или коэффициентом памяти.
0 i 1 t 1 .
• Определение 7. Тактом называется время действия одной
псевдоэмоции.
9 из 43
Slide 10
Забывчивый робот и равноценные
псевдоэмоции
• Определение 8. Забывчивым роботом называется робот,
для псевдовоспитательного процесса которого
характерно:
0 1, const : 0 i 1 ( t i ) 1
При этом, если в момент окончания любой
псевдоэмоции, коэффициент памяти прошлых событий
t , то робота будем называть равномерно
забывчивым роботом.
• Определение 9. Псевдоэмоции M (t ),..., M (t ) ,
определенные на t , T ,..., t , T и влекущие одинаковое
элементарное псевдовоспитание q (то есть r (T ) ... r (T
), будем называть равноценными псевдоэмоциями.
i 1
i
1
1
0
1
0
n
0
n
n
0
1
1
0
n
n
0
)q
10 из 43
Slide 11
Пресыщение псевдовоспитания
робота
• Теорема. Псевдовоспитание равномерно забывчивого
робота, псевдовоспитываемого на равноценных
псевдоэмоциях имеет пресыщение.
i
1
. (3)
• Псевдовоспитание в конце i-го такта: R i q
1
• Пресыщения псевдовоспитания: U
q
1
.
(4)
11 из 43
Slide 12
Фиктивные такты и серии тактов
• Определение 10. Фиктивным тактом называется временной
промежуток, в течение которого псевдовоспитание эмоционального
робота уменьшается в раз.
• Определение 11. Серией тактов (серией фиктивных тактов)
называется последовательность идущих подряд тактов (фиктивных
тактов).
• Такт или фиктивный такт называются воспитательными тактами.
• Последовательность серий воспитательных тактов:
n1 , m 1 , n 2 , m 2 ,..., n N , m N ;
n i P , n i 1; m i P , m i 1 ( i 1, N ), P const ;
R0 0.
12 из 43
Slide 13
Модель псевдовоспитания
робота
R
N 1
nN
nk mk
k 1
R
N
nk mk
k 1
N
nk
q
1 k 1
1
N
m
nk
q N
1 k 1
1
N 1
mk
n N 1
nl m l
N 1 n N 1
l N k 1
k 2
n N 1
l N k 1
,
k 1
N 1 n N 1
n l m l 1
N 1
N 1
mk
N
N
nl m l
N 1
l N k 1
k 2
k 1
n l m l 1
l N k 1
.
(5 )
• Рекуррентные соотношения:
R
q
N 1
nN
1
nk mk
n N 1
1
nN
N
nk mk
k 1
k 1
mN
R
N 1
nN
,
nk mk
k 1
R
R N 1
(6 )
.
nk mk
k 1
13 из 43
Slide 14
Пресыщение псевдовоспитания
робота
• Число серий:
lim R
N
N 1
nN
nk m k
q
1
N .
1 A B C const
.
(7 )
A lim
n N 1
N
k 1
lim R
N
N
nk m k
mN
N 1
q
1
1
A B C const .
(8 )
B lim
N
N 1
nl m l
n N 1
l N k 1
,
k 2
k 1
N
N 1
0 1, q const , 0 A 1, B 0 , C 0 ,
,
С lim
N
n l m l 1
l N k 1
.
k 1
14 из 43
Slide 15
Суммарная и эталонная
псевдоэмоция робота
• Определение 12. Суммарной псевдоэмоцией называется
функция вида:
d i 1 ( t )
V i 1 ( t ) M i 1 ( t ) R i ( t i )
.
(9 )
dt
• Определение 13. Если псевдоэмоцияM ( t ) , соответствующая
первому такту, при котором она появилась у робота в
результате первого воздействия на него сюжетом, сохраняется
в памяти робота постоянно и при следующих воздействиях
данного сюжета, то данная псевдоэмоция называется
эталонной псевдоэмоцией.
• Определение 14. Уровнем псевдовоспитания робота
называется количество смен эталонных псевдоэмоций робота
к текущему моменту времени псевдовоспитательного
процесса.
1
15 из 43
Slide 16
Алгоритм псевдовоспитания робота
(алгоритм Д.Н. Узнадзе)
1.
2.
Задается эталонная псведоэмоция первого уровня ( k=1 ): M [1] ( t ).
Численные значения суммарной эмоции и псевдовоспитания робота с неабсолютной
[k ]
памятью определяются согласно формулам:
[k ]
[k ]
[ k ] d i 1 ( t )
V i 1 ( t ) M
[k ]
Ri
[k ]
(t ) R i
q
[k ]
,
dt
(10 )
R i 1 .
[k ]
q
[k ]
3.
4.
Если R i[ k ] U [ k ] , то номер такта i увеличивается на единицу и осуществляется
переход к пункту 6.
[k ]
[k ]
), увеличиваем порядковый номер уровня k на
В противном случаи (если R i U
единицу и производим замену:
[k ]
[ k 1 ]
M
Vi
5.
6.
7.
•
для уровня k согласно соотношению: U
[k ]
Вычисляется предельное воспитание U
1
.
Если суммарное время воспитательного процесса робота меньше допустимого, то
переходим к пункту 2.
Конец.
Определение 15. Величина
псевдовоспитанию.
называется восприимчивостью робота к
16 из 43
Slide 17
Восприимчивость робота к
псевдовоспитанию
• Если
• Если
• Если
q
[1 ]
q
[1 ]
q
[1 ]
1
1
1
1
1
1
, тогда: R
, тогда: lim
, тогда: lim
[k ]
k
k
q
[1 ]
.
R
[k ]
.
R
[k ]
.
17 из 43
Slide 18
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП)
• Определение 16. Эквивалентным псевдовоспитательным
процессом называется непрерывный псевдовоспитательный
процесс, соответствующий псевдовоспитанию равномерно
забывчивого робота с равноценными эмоциями и имеющий
наименьшее отклонение во всех узловых точках измерения
псевдовоспитания от значений реального непрерывного
псевдовоспитательного процесса.
• Способы построения ЭПП:
– Случай совпадения тактов реального и эквивалентного
псевдовоспитательных процессов
– Случай несовпадения тактов реального и эквивалентного
псевдовоспитательных процессов
– Значение псевдовоспитания в узловых точках:
Ri , i 0 , n
18 из 43
Slide 19
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при совпадении тактов
• и q - определяют ЭПП
• Оптимизационная задача:
• Решение:
J ( , q )
0,
1 0 .
0 ,
n
R i (12 )
q i 1
.
n
n
Ri
q R i 1 inf ,
2
i 1
(11 )
Условие:
n
n
RR
i
i 1
i 1
n
i 1
n
RR
i
i 1
0 . (13 )
i 1
19 из 43
Slide 20
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при совпадении тактов
• Результат:
n
n
n
( n 1)
R i R i 1
Ri
R i 1
i2
i2
i2
,
2
n
n
2
( n 1)
( R i 1 )
R i 1
i2
i2
n
n
n
( n 1)
R i R i 1
Ri
R i 1
n
i2
i2
i2
Ri
2
n
n
i2
2
( n 1)
( R i 1 )
R i 1
i2
i2
q
n 1
• Погрешность:
i
n
R
i 1
i2
.
M (1 ) q (1 1 ) q (1 2 ) M 2 (1 )
,
X max 1
,
(1 1 )( 1 )
(1 2 )( 1 )
M 1 max ri , 1 max i , i 1, ,
i
(14 )
(15 )
M 2 min ri , 2 min i , i 1, .
i
i
20 из 43
Slide 21
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при несовпадении тактов
•
, q , ji , i 1, n
- определяют ЭПП.
j i - номер такта
эквивалентного псевдовоспитательного процесса, соответствующий
такту с номером i реального псевдовоспитательного процесса.
• Оптимизационная задача:
2
j
n
• Решение:
J ( , q )
0,
1 0 ,
0 ,
n
Ri
q i 1
.
n
i 1
1 i
Ri q
1
inf ,
(16 )
(17 )
21 из 43
Slide 22
Эквивалентный псевдовоспитательный
процесс (ЭПП) при несовпадении тактов
• Результат:
n
i 1
n
i 1
1 ji
1
j i
q
j i 1
j
1 i
Ri q
1
(1 ) 1
1 2
• Погрешность:
i
1
Ri q
1
ji
0.
(18 )
M (1 ) q (1 1 ) q (1 2 ) M 2 (1 )
,
X max 1
,
(
1
)(
1
)
(
1
)(
1
)
1
2
M 1 max ri , 1 max i , i 1, ,
i
ji
0,
(19 )
M 2 min ri , 2 min i , i 1, .
i
i
22 из 43
Slide 23
Цель псевдовоспитательного процесса
робота
• Определение 17. Целью псевдовоспитательного процесса
называется вектор A a 1 ,..., a m , характеризующий желаемое
конечное состояние робота, достигаемое в результате K
действий (шагов), причем:
a 0.
m
2
i
i 1
• Определение 18. Шагом с номером k к цели называется
вектор R r ,..., r , определяющий состояние робота,
полученное в результате одного шага с порядковым номером
k при стремлении к цели.
• Определение 19. Вектором-состояния Wk робота называется
вектор, соответствующий достижению цели в результате всех
выполненных шагов до шага с номером k включительно и
удовлетворяющий соотношению:
W R.
k
k ,1
k ,m
k
k
i
i 1
23 из 43
Slide 24
Достижение и отклонение от цели
псевдовоспитательного процесса робота
A,W K
• Величина достижения цели: A
• Отклонение от цели: cos A , W , ( 21 )
k
k
A Wk
2
.
( 20 )
cos( k )
A, Rk
.
( 22 )
A Rk
24 из 43
Slide 25
Алгоритм принятия решения
роботом
1. Вычисляются псевдовоспитания R 1 ( t ),..., R n ( t )
относительно каждого из различных воздействующих
на робота сюжетов, где n - общее количество различных
сюжетов.
2. Строятся общий вектор псевдовоспитания и векторы
псевдовоспитания для каждого конкретного сюжета, по
следующим формулам: V ( R 1 ( t ),..., R n ( t )),
B i ( 0 ,..., R ( t ),..., 0 ).
( 23 )
i
3. Решение принимается в пользу того сюжета, который
обеспечивает минимальный угол min (V , B i ) или
максимальную длину max B i .
25 из 43
Slide 26
Псевдоэмоциональный ступор
• Определение 20. Псевдоэмоциональный ступор – это
состояние неопределенности робота при принятии решения.
• Условие псевдоэмоционального ступора:
1 1
i , i 1, p
m1
1 1
...
1 p
mp
1 p
,
( 24 )
- коэффициенты памяти относительного
определенных сюжетов, p - число различных сюжетов,
- количество воздействий определенным сюжетом.
m i , i 1, p
• Антиступорные коэффициенты памяти:
–
–
Для двух сюжетов:
1
Для трех сюжетов:
1
, 2
1
, 2
1
1
2
1
2
.
3
3
, 3
1
.
5
26 из 43
Slide 27
Постановка задачи
• Разработать комплекс программ:
– моделирующих псевдоэмоциональное
поведение роботов, реагирующих на
громкость звуковых раздражителей,
воздействующих на роботов,
– реализующие предложенные модели.
27 из 43
Slide 28
Громкость звукового сигнала как
сюжет
• Звуковой сигнал действует в течении промежутка
времени: t t , T , 0 t T .
T t
• Измерение через равный промежуток: t , m 0 0 .
t
• Значение громкости: 0 0 , i 0 , i 1, m .
• Введем: , i 0 , m .
• Функция изменения суммарной громкости:
0
0
0
0
i
i
j
j0
Г (t )
m
mt
t
t0 m
mt
, t t 0 , T 0 t 0 m t .
( 25 )
28 из 43
Slide 29
Порождаемые псевдоэмоции
робота
Pв ерх
Pв ерх Г (T 0 ) sin
Г ( t ) , где Г (T 0 )
Г (T 0 )
M (t )
Pв ерх
Г ( t ) , где Г (T 0 )
Г (T 0 ) Pнижн sin
Г (T 0 )
Pнижн
,
2
Pнижн
( 26 )
,
2
• Pверх и Pнижн - заранее заданные величины,
определяющие верхний и нижний пороги
положительных псевдоэмоций у робота.
29 из 43
Slide 30
Ситуации взаимодействия
• Один робот - один воздействующий на
робота субъект.
• Один робот - несколько воздействующих
на робота субъектов.
• Несколько роботов - один
воздействующий на робота субъект. Без
учета возможного взаимодействия
роботов внутри группы.
30 из 43
Slide 31
Допущение моделей и входные
параметры
• Допущение моделей:
– Рассматриваются только равномерно забывчивые
роботы.
– Рассматривается только первый уровень алгоритма
псевдовоспитания робота.
– Оперирование только с громкостью звукового
сигнала.
• Входные параметры:
– Коэффициент памяти.
– Такт псевдоэмоции.
– Верхний и нижний пороги положительной
псевдоэмоции.
31 из 43
Slide 32
Разработанные программы
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
32 из 43
Slide 33
Характеристики программ
• Язык программирования C++.
• IBM PC-совместимые персональные
компьютеры.
• Операционные системы: Windows XP SP2 и
выше.
• .NET Framework 2.0.
33 из 43
Slide 34
Верификация модели
псевдовоспитания
Ri R0 .
i
№ экс.
1
2
3
4
5
6
7
8
( 27 )
R 2 эк R1 эк
R 2 эк
R1 эк
.
( 28 )
R 3 рас R 2 эк .
( 29 )
R1 эк.
R2 эк.
R3 эк.
Коэф. ϴ
R3 расч.
Отн. Погр.
22,7
14,8
8,9
0,7
9,6
8,4%
14,8
13,9
12,9
0,9
13,1
1,1%
15,1
11,2
10,5
0,7
8,3
20%
16,2
14,8
11,2
0,9
13,5
20,7%
21,1
12,2
11,2
0,6
7,1
37%
15,7
13,4
11,4
0,9
11,4
0%
22,7
17,1
13,9
0,8
12,8
7,3%
19,3
16,5
12,3
0,9
14,1
14,6%
Средняя относительная погрешность
13,8%
Среднеквадратичное отклонение
12,2%
34 из 43
Slide 35
Методика постановки голоса
• Задание верхнего и нижнего порога
положительной псевдоэмоции (Pверх и Pнижн ).
• Обучение. Оказание воздействия на робота
звуковыми сюжетами до момента выработки
только N положительных последовательно
идущих друг за другом псевдоэмоций.
• Отдых (перерыв во взаимодействии с роботом).
• Тестирование постановки голоса (выработка
первой положительной псевдоэмоции).
35 из 43
Slide 36
Эксперименты по методике
постановки голоса
№ экс.
1
2
3
4
5
6
7
8
P верх. P ниж. Кол. непр. полож. тактов Коэф. ϴ № ТППЭ1 № ТППЭ2
80
10
20
0,7
5
2
80
10
20
0,9
4
1
80
10
20
0,7
5
3
80
10
20
0,9
2
1
80
10
20
0,6
3
1
80
10
20
0,9
4
3
80
10
20
0,8
4
3
80
10
20
0,9
3
2
№ ТППЭ1 – номер такта первой положительной псевдоэмоции при
обучении.
№ ТППЭ2 – номер такта первой положительной псевдоэмоции при
тестировании.
36 из 43
Slide 37
Научная новизна
• Введены математические модели психологических
характеристик роботов с неабсолютной памятью.
• Предложены математические модели и алгоритмы
поведения роботов с неабсолютной памятью, с
учетом реакции робота на раздражители (сюжеты)
на основе имеющегося у робота опыта
(псевдоспитания).
• Разработан комплекс программ, моделирующих
психологическое поведение роботов с
неабсолютной памятью в ответ на звуковые
раздражители.
37 из 42
Slide 38
Основные результаты и выводы
• Верификация модели псевдовоспитания робота с
неабсолютной памятью натурными экспериментами
показала адекватность предлагаемой модели.
• Опытная эксплуатация комплекса программ
показала возможность настройки и выработки
поведения робота с неабсолютной памятью для
постановки силы голоса человека, обусловленную
выбором нужных значений коэффициентов памяти,
тактов и порогов положительных псевдоэмоции
робота.
38 из 43
Slide 39
Свидетельства о регистрации
программ для ЭВМ
39 из 43
Slide 40
Публикации по теме
диссертации
Монографии
1. Черников К.В. Основы математической теории эмоциональных роботов:
монография/ О.Г. Пенский, К.В. Черников –Пермь: Перм. гос. ун-т. –2010. –
256 с. Текст парал. рус., англ. – URL: http://arxiv.org/abs/1011.1841.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России
2. Черников К.В. Гипотеза о психологических установках в аспекте
математического моделирования процесса воспитания эмоциональных
роботов/О.Г. Пенский, К.В. Черников// Фундаментальные исследования. №3
– Пенза: ИД «Академия Естествознания», 2012 – с.129 - 132.
3. Черников К.В. Математическая модель принятия решения роботом и ее
программная реализация // Современные проблемы науки и образования. –
2012. – №5; URL: http://www.science-education.ru/105-7324 (дата обращения
02.11.2012).
4. Черников К.В. Математические модели ступора и принятия решения
роботом // Фундаментальные исследования. №1 – Пенза: ИД «Академия
Естествознания», 2013 – с.754 - 757.
40 из 43
Slide 41
Публикации по теме
диссертации
Свидетельства о регистрации программных разработок
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2010612670. Программа
SoundBot – программа, моделирующая мимическую эмоциональную реакцию робота. Автор:
Черников Кирилл Викторович. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Пермский государственный университет». Дата
регистрации: 19 апреля 2010 г.
6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2011615159. Программа
ManySoundBot – программа, моделирующая процесс эмоционального воспитания роботов. Автор:
Черников Кирилл Викторович. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Пермский государственный университет». Дата
регистрации: 30 июня 2011 г.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2011615160. Программа
SoundSelectBot – программа, моделирующая альтернативный выбор эмоционального робота. Автор:
Черников Кирилл Викторович. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Пермский государственный университет». Дата
регистрации: 30 июня 2011 г.
8. Свидетельство о регистрации электронного ресурса. № 15375. Программа моделирования
эмоциональных контактов в группе роботов «Robots». Авторы: Черников К.В., Пенский О.Г.
Организация-разработчик: ГОУ ВПО «Пермский государственный университет». Дата регистрации:
24 февраля 2010 г.
41 из 43
Slide 42
Публикации по теме
диссертации
Публикации в прочих изданиях
9.
Черников К.В. Математические модели контактов эмоциональных роботов/К.В. Черников, О.Г. Пенский// Университетские исследования:
электронный научный журнал – 2010. – c.1-5. – URL: http://www.uresearch.psu.ru/.
10. Черников К.В.. Обобщение модели эмоционального воспитания/ К.В. Черников, О.Г. Пенский// Вестник Пермского университета.
Математика. Механика. Информатика. №2(2) – Пермь: Изд-во Перм.ун-та, 2010 – с.55 - 57.
11. Черников К.В. Правила эмоционального поведения роботов. Обобщение на случай произвольного числа взаимодействующих с роботом
людей/ К.В. Черников// Университетские исследования: электронный научный журнал – 2010. – c.1-4. –URL: http://www.uresearch.psu.ru/.
12. Черников К.В. Программная реализация математической модели поведения простейшего эмоционального робота/ К.В. Черников// Вестник
Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. №3(3) – Пермь: Изд-во Перм.ун-та, 2010 – с.69-75.
13. Черников К.В. Звук как сюжет для моделирования эмоций роботов/ К.В. Черников// Исследовано в России: электронный журнал –2010, 83,
с.968-974, URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/083.pdf
14. Черников К.В. Моделирование процесса эмоционального воспитания роботов/ К.В. Черников// ПРОграммист: электронный журнал. №15 –
2011, – с.29-39.
15. Черников К.В. Программная реализация процесса эмоционального воспитания роботов с различными характеристиками в виде
программной системы ManySoundBots /К.В. Черников // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. №2(6) –
Пермь: Изд-во Перм.ун-та, 2011 – с.67-76.
16. Черников К.В. Программная реализация математической модели поведения простейшего эмоционального робота // Современные
проблемы математики и ее прикладные аспекты: тезисы докл. Всерос. конф. (Пермь, 12 марта 2010 г.) - Пермь, 2012. - С. 131.
17. Черников К.В. Задача моделирования альтернативного выбора, осуществляемого эмоциональным роботом, реагирующим на звуковые
раздражители. III Общероссийская студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2011». URL:
http://www.rae.ru/forum2011/104/295
18. Черников К.В. Обобщение модели псевдовоспитания робота. Актуальные проблемы механики, математики, информатики - 2012: тезисы
докл. Всерос. конф. (Пермь, 30 октября - 1 ноября 2012 г.) - Пермь, 2012. - С. 124.
19. Черников К.В. Псевдовоспитательный процесс робота с фиктивными тактами. Международный журнал прикладных и фундаментальных
исследований. №10 – Пенза: ИД "Академия естествознания", 2012 – с.145-146
42 из 43
Slide 43
Публикации ВАК, вышедшие после
представления диссертации к защите
20. Pensky O., Sharapov Y., Chernikov K. Mathematical
Models of Emotional Robots with a Non-Absolute
Memory// Intelligent Control and Automation –
USA – 2013, №4. – P.115-121. (Index: Web of
Knowledge );
21. Пенский О.Г., Черников К.В. Математические
модели психологических установок роботов//
Искусственный интеллект и принятие решений –
РАН, Москва. - 2013, №2. – С.25-31.
43 из 43
Slide 44
Ответы на замечания
Slide 45
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Кротова Л.Н.
Замечание: понятие зависимых случайных событий, приведенное на стр.
23 диссертационной работы, математически не корректно.
Ответ: согласны. Однако раздел посвящен обзору возможных подходов
для решении задачи моделирования эмоций и необходимо было
передать лишь суть возможного использования математического
аппарата теории вероятностей и математической статистики.
Замечание: из определения «функции внутренних переживаний робота»
M(t), данного на стр. 30, в общем случае, не следует существования
только максимума M(z) (стр. 31).
Ответ: псевдоэмоция робота M(t) – это частный случай функции
внутренних переживаний робота f(t), для которой строго выполняется:
в области определения существует единственная точка z, такая, что:
z t 0 , z T0 ,
dM ( z )
dt
0.
Slide 46
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Кротова Л.Н.
Замечание: результаты исследования адекватности модели, обсуждаемые на стр.
80, желательно бы сопроводить проверкой гипотезы о пороговых значениях
среднеквадратичного отклонения и средней относительной погрешности при
определенном уровне значимости.
Ответ: согласны. Но, чтобы проверить гипотезу о среднем необходимо знать
закон распределения, а такой информации нет. Следовательно, необходимо
было бы проверить гипотезу о виде распределения. Однако трудно оценить
насколько представленная в экспериментах выборка отражает информацию о
генеральной совокупности по всем людям. Следовательно, проверка
гипотезы о виде распределения, в общем случае, может дать не
соответствующий действительности результат.
Замечание: недостаточно четко описаны эксперименты по постановке силы
голоса, не описан сценарий действий испытуемого и человека проводящего
эксперименты.
Ответ: методика проведения экспериментов по постановке силы голоса описана
достаточно коротко, так как большая часть действий испытуемого во время
экспериментов связана с взаимодействием с разработанным комплексом
программ, принципы работы с которым описаны подробно.
Slide 47
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Малых А.Е.
Замечание: в пункте 5.2.1. – Громкость звука и человек (с. 82–83) приведена
большая таблица, описывающая характеристики и источники звука различной
громкости (0–200 дБ), она носит справочный характер, а потому могла бы
находиться в приложении.
Ответ: при построении функции псевдоэмоции хотелось показать, что ее вид
вытекает непосредственно из особенностей восприятия звука человеком,
поэтому для стройности изложения материала таблица помещена в основном
тексте, хотя могла бы находиться и в приложении.
Замечание: в пунктах раздела 5 довольно обстоятельно описан визуальный
интерфейс программ компьютерного моделирования, входящих в
разработанный комплекс программ (с. 84–120), однако при знакомстве с
материалом выяснилось, что совсем мало внимания уделено описанию
экспериментов по постановке голоса (с. 121–122), а таблица 5.3. (с. 122)
подробно не описана и вызывает вопросы.
Ответ: методика проведения экспериментов по постановке силы голоса описана
достаточно коротко, так как большая часть действий испытуемого во время
экспериментов связана с взаимодействием с разработанным комплексом
программ, принципы работы с которым описаны подробно.
Slide 48
Замечания оппонента, д.ф.-м.н.
Малых А.Е.
Замечание: в диссертации и автореферате речь идет о пяти главах работы, тогда
как в содержании (с. 2–4) они так не названы, а отмечены цифрами; почему
так много глав в диссертации (5); материал, помещенный в главах 3 и 4,
занимает менее 10 страниц и состоит из двух пунктов каждая, а некоторые из
пунктов – менее 1, 2 страниц текста (гл. 5); страницы 28, 123 содержат менее
двух строк.
Ответ: в рекомендациях ВАК ничего не говорится о количестве глав в
диссертации и их объеме. Диссертационная работа структурировалась по
узловым, логическим моментам без внимания к объему глав и пунктов.
Однако, замечания являются ценными и главы 3 и 4, действительно, можно
было бы объединить.
Замечание: нет заключения к самому объемному и важному разделу 5.
Ответ: пункт, посвященный практическому применению разработанного
комплекса программ по своей сути является заключением.
Замечание: в работе встречаются повторы (с. 11, 31, 43, 72, 102 и др.) и
систематические погрешности (с. 3, 8, 18, 23, 47, 77 и др.).
Ответ: согласны.
Slide 49
Замечания ведущей организации,
ЗАО «ИВС»
Замечание: в начале текста диссертации излишне подробно
описаны существующие типы эмоций, приведенное
описание типов эмоций несколько уводит в сторону
читателя диссертации от ознакомления с основным
содержанием диссертационного исследования.
Ответ: так как стояла задача выработки формального
математического определения псевдоэмоции,
следовательно, был проведен анализ существующих
определений понятия «эмоция» и существующих типов
эмоций (раздел 1.2) для выявления математических
свойств данного понятия (стр. 13). Проведенный анализ
необходим для логического введения понятия
псведоэмоции робота.
Slide 50
Замечания профессора
Поносова А.В.
Замечание: как таковых замечаний нет.
Ответ: поставлены новые задачи для
интернетных роботов, при решении
которых можно применить теорию роботов
с неабсолютной памятью.
Slide 51
Замечания к.ф.-м.н., PhD Shamil
Fayzullin
Замечание: в автореферате недостаточно четко описано существующее
состояние дел по решению рассматриваемой в диссертации задачи,
почти не приведены ссылки на авторов и работы по рассматриваемой
тематике.
Ответ: в автореферате в сжатом виде представлена суть существующей
задачи, но, действительно, нет ссылок на работы по рассматриваемой
тематике, однако анализ таких работ представлен в тексте
диссертации.
Замечание: в автореферате приведены значения средней относительной
погрешности и среднеквадратичного отклонения расчетных значений
от экспериментальных при проведении экспериментов по
верификации модели псевдовоспитания, но не приведены результаты
самих экспериментов.
Ответ: в автореферате приведены только ключевые числа, результаты
экспериментов и методика их проведения представлена в тексте
диссертационной работы.
Slide 52
Замечание д.ф.-м.н. Тарунина Е.Л.
Замечание: в автореферате приведено излишне
большое и не обоснованное количество цифр в
описании результата верификации моделей
натурными экспериментами.
Ответ: программа, при помощи которой были
проведены эксперименты по верификации
модели псевдовоспитания выдает результаты с 1
цифрой после запятой, следовательно, и
количество цифр после запятой в результате
оставили равным 1.
Slide 53
Замечания д.т.н. Макарычева П.П.
Замечание: в автореферате нет ссылок на
реализованную методику проведения экспериментов.
Ответ: методика авторская, приведена в тексте
диссертации, нет ссылок, так как до нас ее никто не
использовал.
Замечание: не указано для каких разработанных
моделей была выполнена процедура верификации.
Ответ: процедура верификации проведена для модели
псевдовоспитания с фиктивными тактами.
Slide 54
Замечания д.т.н. Ясницкого Л.Н.
Замечание: вызывает некоторое недоумение
отсутствие в автореферате графических
иллюстраций свойств и характеристик
предложенных моделей, которые могли бы
существенно усилить форму представления
материала.
Ответ: графические иллюстрации свойств и
характеристик предложенных моделей
присутствуют в тексте диссертации.