Co chápu pod pojmem rozhraní

Na začátku se pokusím popsat několik pojmů, které snad usnadní pochopit co přesně mám na mysli pojmem rozhraní. Budeme mluvit o obecném dynamickém systému. Takovýto systém se skládá z prvků a komunikačních kanálů mezi nimi. Dynamika systému je dána tím, že prvky se chovají na základě informací získaných komunikací s ostatními prvky. Čili chování prvku je reakce na informaci získanou při komunikaci.

Uvedu několik příkladů konkrétních dynamických systémů, na kterých demonstruji tuto terminologii. Prvním příkladem je představa světa z pohledu klasické fyziky. Roli prvků zde hrají částice a komunikační kanály jsou síly působící mezi nimi. V těchto kanálech teče informace o stavech částic a reakcí na tuto informaci je změna stavu na základě této informace, tedy na základě stavu ostatních částic.

Druhým příkladem jsou informatické systémy. Zde se nabízejí různá možná uchopení v závislosti na terminologii, ve které se pohybujeme. Jedno z uchopení je následující: Roli prvků systému zastávají funkce, zatímco komunikační kanály jsou argumenty funkcí. Na základě hodnot, které „přitekly“ těmito argumenty, pak funkce vrátí spočítanou hodnotu. Neboli zase platí, že chování prvku je reakce na informaci získanou při komunikaci.

Třetí příklad je z každodenního života. Prvky systému jsou lidé a komunikační kanál tvoří smysly, omezíme-li se na mluvenou komunikaci, pak za komunikační kanál můžeme prohlásit přirozený jazyk a informace po něm tekoucí jsou slova.

Nyní vezměme obecný dynamický systém a pokusme se formálněji uchopit jeho strukturu. Ne proto abychom měli formální model, spíše proto abychom si s touto myšlenkou mohli lépe pohrát. Myslím, že vhodným konstruktem pro uchopení struktury dynamického systému na námi požadované úrovni abstrakce je graf. Prvky jsou reprezentovány jakožto vrcholy, komunikační kanály jsou reprezentovány jako hrany. Můžeme uvažovat jak orientované tak neorientované hrany. Orientované nám navíc zavádějí pojem odesilatel a příjemce informace, zde bychom už možná spíš mluvili o zprávách. My si snad vystačíme s neorientovanými hranami, tedy s tím neřešit na této úrovni abstrakce rozdíl mezi odesilatelem a příjemcem informace.

Následující obrázek ukazuje výřez ze struktury dynamického systému, konkrétně tři prvky A, B a C, přičemž mezi prvky A a B je komunikační kanál x a mezi B a C je komunikační kanál y.

Konečně se dostáváme k pojmu rozhraní. Prvek B zde totiž představuje rozhraní mezi prvky A a C. Prvek B budeme nazývat rozhraním mezi dvěma prvky A a C, pokud existuje komunikační kanál mezi A a B a mezi B a C. Říkáme mu rozhraní, protože umožňuje komunikaci prvků A a C (A pošle zprávu B a to ji pošle C). Tedy si můžeme představit komunikační kanál spojující A přímo s C. Pokud toto zobecníme, dává nám to tranzitivní pravidlo: Když je kanál mezi K a L a mezi L a M, pak je také kanál mezi K a M. To nám dává rozdělení kanálů na dva typy: Ty se kterými počítá náš model explicitně a implicitní kanály vzniklé v důsledku této tranzitivity díky rozhraním.

Tento princip je zajímavý i obráceně. Představme si, že máme prvky A a C spojeny komunikačním kanálem z. Ale nechápeme, jak tento kanál funguje. Za pochopení fungování tohoto kanálu můžeme prohlásit nalezení kanálů x a y (přičemž fungování kanálů x a y známe) a prvku B takových, že kdyby byly zapojeny A x B y C, tak se systém bude chovat přesně stejně jako předtím.

Chtěl bych se zde vyhnout nějakému formálnímu zavedení dynamických systémů, přesto však myslím stojí za to poukázat na to, co se mi zdá jako vhodný jazyk pro takovou potenciální formalizaci. Myslím, že se zde nabízí jazyk teorie kategorií. Jednak protože objekty a morfismy dobře pasují na naše prvky a orientované komunikační kanály. Dále pak kvůli výše zmíněnému tranzitivnímu pravidlu, které nápadně připomíná tranzitivitu skládání morfizmů.

Rozhraní získává na zajímavosti pokud spojuje prvky, které nemají jinou možnost komunikace, než skrze rozhraní. Takovému rozhraní budeme říkat výhradní rozhraní. Myslím že není potřeba formálnější uchopení tohoto pojmu, jde mi jen o poukázání na to, že je to vlastnost, kterou považuji za podstatnou pro bytí rozhraním. Dalo by se říci: Čím je rozhraní výhradnější, tím je více rozhraním.

Jednoprvkové rozhraní je však triviálním případem rozhraní, typické rozhraní je víceprvkové. Následující obrázek poslouží jako příklad.

Žlutá skupina prvků představuje výhradní rozhraní mezi zelenou skupinou prvků a červenou skupinou prvků. To tvrdíme, protože pokud chce komunikovat některý prvek ze zelené skupiny s některým prvkem z červené skupiny, vždy jejich komunikační linka povede přes některý žlutý prvek.

Nyní si ukážeme, jak rozhraní souvisí s vypořádáváním se s komplexitou. Představme si, že obrázek výše je výsek ze struktury nějakého dynamického systému, jehož prvky jsou inteligentní bytosti. Červené prvky nemusí uvažovat zelené prvky, stačí jim uvažovat rozhraní se zelenými prvky, tzn. žluté prvky. Stejně tak zelené prvky nemusí uvažovat ty červené, stačí jim sledovat chování žlutých prvků.

Výhradní rozhraní nám rozděluje systém na dvě zóny. Zaměřme se nejprve na možnost, kdy je jedna zóna výrazně větší než ta druhá. (To co přesně chápeme velikostí zde není podstatné, zjednodušeně ji můžeme chápat jako počet prvků. Pro tyto úvahy však není nezbytné mít přesnou definici.) Potom tu menší část nazveme vnitřek a větší část nazveme vnějšek. Otázka je však: Čeho vnitřek a vnějšek? Vnitřek a vnějšek objektu, který je definován daným rozhraním. Vyvstává otázka co to je ten objekt, o kterém tu mluvíme. Myslím, že zajímavým uchopením pojmu objektu v této souvislosti je prohlásit rozhraní totožné s objektem, čili podle tohoto přístupu jsou objekty právě rozhraní. Tento přístup je myslím patrnější čím jsou zmiňované dvě zóny co do velikosti podobnější. To nám dává škálu počínající rozhraními vykusujícími malou část systému a končící rozhraními fungujícími jako řez půlící celý systém.

To nám tedy dává nové členění rozhraní: Na jedné straně rozhraní které dělí systém na výrazně nestejně veliké zóny – tomuto typu rozhraní bych říkal hierarchické rozhraní. Hierarchické protože z pohledu červených prvků má smysl ignorovat zelené, respektive brát je jako neviditelné vnitřní součástky žlutého rozhraní. Hierarchii zde chápu jako možnost klást prvky dovnitř jiných prvků.

Na druhé straně jsou rozhraní s vyrovnaně velikými zónami, respektive nemá smysl či nemáme důvod říkat, že jedna zóna je výrazně větší než druhá – tomuto typu bych naopak říkal rozhraní duality.

Důležitým typem hierarchického rozhraní jsou rozhraní zachycující jednotlivé manifestace vztahu agent vs. prostředí. Čili vezměme si nějakého konkrétního agenta v prostředí. Rozhraní je zde tvořeno agentovými smysly a efektory (akční komponenty). Zajímavým myšlenkovým pokusem je prohození toho, co chápeme jako vnitřek a vnějšek. Tím se stává prostředí agentem a agent prostředím; stejně tak smysly se stávají efektory a efektory se stávají smysly. Jestliže předtím byl agentem člověk procházející se po horách, najednou jsou agentem hory procházející se psýché člověka.

Doteď jsme uvažovali nějaký obecný formální dynamický systém v pozadí našich úvah. Myslím že důležitou výhodou takovéhoto pojetí dynamického systému, tedy skrze komunikaci jednotlivých prvků, je možnost skládat různé dosud v našich úvahách oddělené systémy do jednoho systému. Prostředkem tohoto skládání je zase naše oblíbené rozhraní. Představme si, že máme dva modely popisující nějaké dva fenomény. V obou těchto systémech tečou informace určitého typu. Vybudovat rozhraní mezi těmito dvěma systémy potom znamená udělat překladač z jednoho typu informace do druhého a naopak. Mechanisticky si to můžeme představit tak, že na místa, kde by mezi sebou v rámci nově vzniklého modelu měli komunikovat prvky z dvou původních systémů (tzn. zelený a červený prvek), vložíme prvek rozhraní (tzn. žlutý prvek), který bude zastávat roli překladače jednoho typu informace na druhý. Výše jsme mluvili o tom, jak si díky jednoprvkovému rozhraní můžeme vysvětlit fungování námi nechápaného komunikačního kanálu. Právě popsanou techniku propojování celých dynamických systémů lze chápat jako analogický proces pro víceprvkovou situaci.

Naše dnešní poznání světa sestává z mnoha různých modelů, kteréžto se zaměřují na určitou hladinu abstrakce. Na začátku jsem se snažil ukázat, že představa dynamického systému, tak jak jsem jí popsal, je dostatečně obecná aby do její terminologie byl převoditelný kdejaký model. Podnikněme další myšlenkový experiment a představme si, že všechny modely jsou převoditelné na nějaký model dynamického systému. Dále si představme, že jsme schopni efektivně provádět výše zmíněnou techniku propojování systémů. Propojením všech modelů dohromady bychom dostali jakýsi „model všeho“. Netvrdím zde, že tento přístup k tvoření takového modelu je efektivní nebo že je vůbec realistický, to o co mi tu jde je spíš mít takový pojem pro další úvahy. Je to jakýsi nejobecnější, přesto však zcela konkrétní model. Dále ho budeme označovat jako všehomíro.

Dualita uchopení a uchopovaného

Nyní bych se chtěl zastavit u dle mého názoru velice důležitého rozhraní duality – u rozhraní, kterým bych chtěl popsat souvislost duše a hmoty – toto rozhraní bych nazval dualita uchopení a uchopovaného. Rozhraní tvoří lidé, respektive obecněji myslící bytosti, ještě obecněji bytosti schopné uchopovat myslí. Budeme ho uvažovat nad výše popsaným všehomírem. Nejprve popíšu co mám na mysli uchopením v kontrastu s uchopovaným. Vezměme si nějaký konkrétní fyzický předmět, například papír, na kterém jsou napsána tato slova. Nyní si představme, že z tohoto papíru složíme vlaštovku, čepici nebo lodičku. V duchu vidíme jak se papír ohýbá, ale papír sám zůstává nedotčen. To co se ohýbá je uchopení papíru, naproti tomu samotný papír je v roli uchopovaného. To co spojuje obě tyto věci, uchopení a uchopované, je uchopující. Ten tvoří rozhraní mezi těmito dvěma prvky. Uvažujeme-li pak všechny trojice uchopení-uchopující-uchopované, dostáváme řez nad všehomírem – rozhraní duality uchopení a uchopovaného.

Ještě než podrobněji prozkoumáme právě popsané rozhraní, zamysleme se znovu obecně nad hierarchickým rozhraním, je to jakýsi obal oddělující zelený vnitřek a červený vnějšek. Můžeme říci, že červenému okolí zprostředkovává uchopení zeleného vnitřku. Otázka je: Jak se postavit k podobnosti tohoto lokálního vztahu s výše popsaným rozhraním duality uchopení a uchopovaného? Pro lepší orientaci si vypomůžeme obrázkem.

Obrázek znázorňuje výřez z nějakého konkrétního hierarchického rozhraní, kde A (prvek vnějšího světa) komunikuje s C (prvek vnitřku objektu) skrze rozhraní B. Prvek A je zde v roli uchopujícího, C je zde v roli uchopovaného a B je zde v roli uchopení. Naproti tomu v naší dualitě uchopení a uchopovaného byl uchopující (prvek A) v roli rozhraní mezi uchopovaným (prvek C) a uchopením (prvek B). Tento vztah znázorňuje následující obrázek. Kanál z vznikne použitím tranzitivního pravidla na kanály x a y.

Vraťme se k naší představě rozhraní duality uchopení a uchopovaného. Nyní je čas na prozkoumání oněch dvou zón, které toto rozhraní navzájem propojuje. Zóně tvořené uchopeními budeme říkat horní zóna, zóně tvořené uchopovanými budeme říkat dolní zóna. Ještě připomeňme že rozhraní tvoří uchopující. Podle výše uvedené úvahy jsou prvky hierarchických rozhraní (připomenutí: žluté prvky oddělující vnitřek a vnějšek objektů) prvky horní zóny, neboť se jedná o uchopení. V úvahách o objektech jejichž vnitřek a vnějšek je zadán rozhraním jsem vyslovil návrh chápat jako objekt právě jako dané rozhraní. Čili že objekt a rozhraní spojující jeho vnitřek s vnějškem jsou to samé. To má důsledek, že objekty jsou prvky horní zóny.

A co dolní zóna? Ta obsahuje uchopované. Výše jsme ukázali, že vnitřky objektů můžeme chápat jako to, co je uchopováno uchopujícím za pomoci rozhraní v roli uchopení.

A co samotné rozhraní dělící horní a dolní zónu? Je tvořena uchopujícími, kteří využívají horní zónu k uchopení spodní zóny. V určitém smyslu je to meta-rozhraní, protože odděluje rozhraní (horní zóna) od vnitřků objektů (dolní zóna).

Nyní zkusíme poodstoupit od úvah v rámci této naší terminologie dynamických systémů a podíváme se na rozhraní duality uchopení a uchopovaného ve světle dvou pojmů klasického chápání světa – které mají mnoho různých jmen – my je zde budeme označovat jako hmotná skutečnost versus platónský svět matematických forem. Budeme se zajímat o to, jaký vztah k těmto dvěma světům mají uchopující – bytosti schopné uchopovat myslí – my lidé. Zdá se, že žijeme v obou těchto světech naráz (nebo přinejmenším máme přístup k oběma těmto světům). Čím je však nějaká věc neživější, tím víc ji chápeme jako součást jednoho z těchto světů. Vezměme si příklad něčeho silně neživého z obou těchto světů: Z hmotné skutečnosti oblázky, z platónského světa čísla. Oba příklady mají své jasné místo právě v jednom z těchto světů. Naproti tomu si představme na počítači běžící program počítající číslo pí. Zde je už patrnější, že takový běh programu svým způsobem náleží do obou světů. Tento program můžeme chápat jako prohlížeč platónského světa, v podobném smyslu jakým je webový prohlížeč prohlížečem. Umožňuje nám prohlídnout si podobu jedné z matematických forem.

Platónský svět často chápeme jako statický, dokonalý a přesný. Naproti tomu hmotná skutečnost je neutěšená a dynamická – stále se transformující. My lidé, chápající sebe sama jako napůl opici a napůl boha pak za pomocí dokonalých nástrojů z platónského světa zkoušíme ukočírovat chaosem prostoupenou hmotnou skutečnost. Snažíme se hledat propojení mezi matematickými formami, jejichž neměnné zákonitosti jsme matematickou prací objevili, a něčím v hmotné skutečnosti; a pokud najdeme dostatečně pevné propojení máme radost, protože tím jsme objevili i zákonitost v hmotné skutečnosti.

Podívejme se, jak do sebe zapadají koncepty horní zóna a platónský svět, respektive dolní zóna a fyzická skutečnost. Tedy nejprve předpokládejme, že platónský svět je právě horní zóna. Z úvah o horní zóně dostáváme následující obraz platónského světa: Je plný objektů, kteréžto jsou uchopení, neboli prostředek k uchopování – jinými slovy: Je plný rozhraní. Tvrdím zde, že možnost operovat s objekty je nám umožněna díky přístupu, který máme do platónského světa, neboť objekty jsou v platónském světě. Naproti tomu ztotožněním dolní zóny a fyzické skutečnosti, dostáváme obraz fyzické skutečnosti sestávající z vnitřků objektů, nebál bych se použít termín „esencí objektů“. To se může zdát jako zvláštní tvrzení, protože člověk často situaci chápe tak, že jakási magická esence hmotných věcí je mimo hmotu samotnou. Myslím však, že hodnotnější pohled na věc je zcela opačný. Totiž, že hmota je esencí jinak nehmotných objektů. Čili že operujeme s objekty umístěnými v platónském světě, jejichž „magičnost“ je dána právě tím že mají za sebou hmotnou reprezentaci – hmotnou esenci. Tento odstavec bych zakončil výrokem, který pronesl Terence McKenna: „Matter is not lacking in magic, matter is magic.“

Nyní bych se chtěl zaměřit ještě na jedno hledisko rozdílu mezi platónským světem a hmotnou skutečností, které jsem nazval poměrně podivně – ctnosti. Ctností hmotné skutečnosti je její reálnost – fakt že existuje, její nepopiratelné bytí a „hmatatelnost“. Naproti tomu ctností platónského světa je jeho krása. Interakcí těchto dvou světů se dostává krása do hmotné skutečnosti a naopak reálnost do platónského světa. Duši chápu jakožto fenomén vznikající při této interakci. Metaforicky to lze popsat jako „vír“ vzniklý střetnutím dvou proudů; proudu krásy z horní zóny do dolní a proudu reálnosti z dolní zóny do horní. V této perspektivě je duše vedlejším produktem realizace krásy.

Co chápu pod pojmem umělá inteligence

Výše jsem tvrdil, že lidé tvoří rozhraní mezi platónským světem a hmotnou skutečností. Projekt umělé inteligence chápu jako stavbu umělého samočinného sebezdokonalujícího se rozhraní mezi těmito světy. Důvod proč si myslím, že je dobré takové rozhraní postavit tkví v mém názoru, že toto rozhraní umožňuje ještě těsnější splynutí obou světů a díky tomu realizaci krásy, tak jak byla popsána výše.

Dříve než se budeme zabývat tím, jak takové rozhraní postavit, uvedu následující diagram.

Jednotlivé body představují stěžejní fáze v evoluci našeho světa. Spodním bodem je „fyzika“, ve smyslu proces samočinného fungování hmotné reality, ze které postupně emergují ostatní body.

Druhým bodem je „příroda“, chápaná jakožto biologické struktury samovolně vzniklé z „neživé fyziky“.

Následuje bod „dítě“, který bude pro nás zásadní. Dítě je zde chápáno v několika různých rovinách. Jednak jako symbol člověka, který se „narodil“ postupnou evolucí druhů v přírodě. Člověk je v určitém pohledu koncentrovaná dětskost přírody, pokud chápeme jako zásadní vlastnost dítěte učenlivost. Dítě je v tomto diagramu chápáno hlavně jako zhmotněná esence učenlivosti.

Tím jak se dítě naučí jazyk a další dovednosti, které za dlouhé roky lidské historie lidé nastřádali, se z něj v některých případech stává „inženýr“. Člověk stále ještě docela učenlivý, ale navíc schopný produkovat stroje. Inženýr zde symbolizuje jakousi mezifázi mezi dítětem a strojem.

Poslední bod „stroj“ je pak produktem inženýra. Ten už přirozenou učenlivost ztratil, naproti tomu získal neuvěřitelnou poslušnost a přesnost. Strojem zde máme na mysli především počítač.

Poslední věcí na diagramu je osa míry řádu; čím níže v diagramu, tím chaotičtější je daný bod.

Rozšíříme původní diagram o další prvky.

Díky jasnému řádu jakým funguje se stroj stává médiem. Jeho schopnost přesně plnit příkazy dává možnost kontrolovanému vzniku zcela novým formám chaosu. To vidím jako jakousi formu fázového přechodu. Pro popis tohoto zdroje nového chaosu jsem si vypůjčil termín ze softwarového inženýrství „framework“. Wikipedie tento termín popisuje takto: „Framework je softwarová struktura, která slouží jako podpora při programování a vývoji a organizaci jiných softwarových projektů.“ Můžeme to chápat tak, že framework je abstraktní nadstavba nad samotným strojem sloužící k budování dalších složitějších celků, přičemž nám umožňuje zapomenout na fyzickou realizaci stroje. Položkou diagramu „framework“ máme hlavně na mysli lidskou schopnost vytvářet takovéto abstraktní sady nástrojů využívající pro svůj běh přesně běžící stroj. Framework je spodní abstrakce programu, podobně jako fyzika je spodní abstrakce světa. Ještě pár slov k použití slova chaos: u fyziky to byl chaos aktuální, realizovaný dynamikou částic. U frameworku je to spíše chaos potenciální, čekající poklidně v podobě nepřeberného množství kombinací možností jak zapojit jednotlivé komponenty, které dohromady tvoří daný framework.

Myslím, že v současné umělé inteligenci můžeme rozlišit dva základní směry. První z nich vidím jakožto analogií „přírody“. Tímto směrem jsou biologicky inspirované přístupy; tedy nejrůznější odrůdy genetických algoritmů, neuronové sítě, optimalizace pomocí mraveniště, výzkum celulárních automatů, simulované žíhání a další.

Druhým směrem je klasická umělá inteligence, kteroužto mám na mysli plánování, automatické dokazování, formální reprezentace znalostí, formalizace uvažování, atd. Jestliže první směr se snaží vytvořit umělou přírodu, kterou chce následně využít pro řešení problémů, pak se tento druhý směr snaží vytvořit umělého „inženýra“. První směr je charakterizován snahou poučit se z obecných přírodních principů; zatímco druhý přístup se snaží poučit z principů, které při uvažování používá člověk – k tomu bych však poznamenal: spíše „inženýr“ než „dítě“.

Tím se dostáváme k podivně nazvané položce diagramu „umělé dítě“. Přeložme si toto heslo jako „umělá učenlivost“. Jedná se o rozhraní mezi biologicky inspirovanou a klasickou AI. De facto jde o onen zlatý grál umělé inteligence – „Strong AI“ – tedy obecná umělá inteligence, nezaměřená na jediný cíl, svými schopnostmi podobná té naší.

Na konci této práce bych chtěl stručně naznačit přístup, který si myslím, že by mohl pomoci dostat se blíž k tomuto cíli. Řekněme, že úkolem je: Naprogramovat stroj k dětské učenlivosti. Příbuzný problém, který by nám mohl mnohé z tohoto úkolu osvětlit je: Naučit dítě naprogramovat stroj. Touto cestou jsem se vydal, a pracuji na hře Kutil. Velmi stručně se jedná o fyzikální simulátor, designovaný na programování.

Ve zkratce se ho pokusím přibližně představit: Základním programovacím primitivem jsou zde nejrůznější krabičky zastávají roli funkcí, jejichž vstupy a výstupy je možno na sebe libovolně napojovat. Do krabiček pak padají různé předměty a zase jiné vypadávají, vždy podle toho do jaké krabičky zrovna spadly. Dále pak je možno do sebe krabičky vnořovat a definovat tak nové funkce. Krabičkový jazyk Kutila volně přechází do minimalistické varianty programovacího jazyka Lisp, kterou má v sobě Kutil zabudován, kterážto umožňuje odkazovat se k ručně vytvořeným krabičkám textově. Vedle toho tu ještě máme mouchy, ty jsou volně inspirovány konceptem Turingova stroje. Mají svůj vnitřní krabičkový program, kterýžto skrze senzory a efektory ovlivňuje pohyb a chování much. Mouchy dokáží zapisovat a číst ze skříněk umístěných v prostoru, kde se pohybují. Koncept mouchy však volně přechází do hájemství evolučních algoritmů, neboť mouchy můžeme generovat, stačí do vnitřku speciální krabičky dát součástky, které chceme použít pro stavbu vnitřku mouchy a krabička pak sama generuje mouchy z těchto součástek. Jsou zde jablíčka, která umožňují mouchám se množit a vosy které mouchy loví. Aby se s tím mouchy vypořádali existují senzory na jablíčka i vosy. Na Kutila se můžeme koukat také jako na prohlížeč podobného ražení jako je webový prohlížeč, protože v každém okamžiku simulace má tento svět i svou podobu ve značkovacím jazyce XML, do kterého můžeme přepnout zobrazování.

Stále však chápu tento program v počáteční fázi vývoje. Do budoucna bych se chtěl mimo jiné zaměřit na jeho zatím jen lehce naznačenou „biologickou“ stránku a udělat z něj interaktivní framework genetického programování a zkoušet v něm nějaké pokusy z této oblasti. I děti mají myslím radši zvířátka než roboty, respektive nejradši mají asi vyvážený podíl robotů a zvířátek.

Myslím, že dnešní umělé inteligenci chybí kontakt s pravou dětskou učenlivostí, a to je jeden z důvodů, proč se snažím udělat rozhraní mezi inženýry a dětmi.