Модели восприимчивости робота к псевдовоспитанию Текст научной статьи по специальности «Математика»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2013 Математика. Механика. Информатика Вып. 3(22)

УДК 519.86; 519.87

Модели восприимчивости робота к псевдовоспитанию

В. О. Михайлов, О. Г. Пенский, К. В. Черников, Ю. А. Шарапов

Пермский государственный национальный исследовательский университет Россия, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 [email protected]; (342) 2 396 424

Предложены математические оценки способности роботов к псевдовоспитанию. Описан способ вычисления впервые введенной авторами психологической характеристики -способности человека к воспитанию, - основанной на теории роботов и компьютерной про -грамме постановки голоса оратора.

Ключевые слова: робот; эмоции; воспитание; моделирование; программное обеспечение.

Введение

В настоящее время ученые США, Канады, Швеции, Южной Кореи и Японии ведут активные исследования по созданию человекоподобных роботов-гуманиодов. Согласно прогнозам мировой рынок роботов-гуманоидов к 2018 г. должен составить 25,5 миллиардов долларов.

При создании таких роботов важным становится разработка математического аппарата и программного обеспечения, моделирующего "эмоциональную" сферу функ-цио-нирования роботов-аналогов человека.

Так как создать точные копии эмоций человека у робота затруднительно и, наверное, невозможно, то к названию психо-логи-ческих характеристик робота, аналогич-ных психологическим характеристикам человека, будем в дальнейшем добавлять сочетание "псевдо-".

В работе [1] введено определение псевдовоспитания робота, основанного на испытываемых им псевдоэмоциях. В работе [2] введены понятия псевдовоспитательных уровней, характеризующих процесс псевдовоспитания робота при условии, что робот испытывает только положительные псевдоэмоции.

© Михайлов В.О., Пенский О.Г., Черников К.В., Шарапов Ю.А., 2013

В работе [2] впервые введены модели восприимчивости к песвдовоспитанию ^ и относительной восприимчивости к псев-до-воспитанию ~ робота, причем параметр ~ является безразмерной величиной и ~ X 30,18. Согласно [2] восприимчивость к псевдо-воспитанию ^ равномернозабывчиво-го робота с равноценными эмоциями удовлетворяет соотношению

Я

1 н

Н R,

(1)

где Я - элементарное пседовоспитание робота, 7 - коэффициент памяти робота, R -псевдовоспитание робота, при котором происходит переход робота на следующий псевдовоспитательный уровень.

Задавая величину ^ и вычисляя в процессе псевдовоспитания значение R , согласно соотношению (1) можно моделировать переход от первого псевдовоспитательного уровня на второй псевдовоспитательный уровень алгоритма Узнадзе [2].

Согласно работе [2] справедливо равенство

, * М Н77

~ Т -

Я

(2)

В работе [3] введено условие перехода от одного псевдовоспитательного уровня к

другому, отличное от соотношения (1). Это условие формулируется следующим образом: "Переход с первого уровня на второй осуществляется, если справедливо равенство

1 м г 1 м ¿Н1

а 1 Н 7 Н а 1 Т ^

а—;-Н а-;--' 1

1 Н 1 1 Н 1 1

(3)

где '1 - заданная малая величина, большая нуля, г - номер такта, при котором происходит переход на следующий уровень псевдовоспитания робота" [3].

Определим связь между величинами ^

Математические оценки восприимчивости роботов к псевдовоспитанию

Так как в настоящей статье рассматриваются равномернозабывчивые роботы с равноценными положительными псевдоэмо-ция-ми, то соотношение (1) можно записать в виде

1 Н Т 1 н1г

а—— н ^т а—;— 1 Н 1 1 Н 1

(4)

Прибавляя к равенству (3) равенство (4) и производя несложные преобразования, получим формулу

1

1Т а-

гН 1

н

(5)

а

1 Н 1

н

(6)

Очевидно, что для перехода от одного псевдовоспитательного уровня к после-дую-щему уровню, должно выполняться соотношение ^ 1 0 . Исходя из этого неравенства и формулы (5), получим неравенство

гН 1

л а

1 Н

(7)

Переходя к термину относительной восприимчивости робота к псевдовоспитанию, с учетом соотношения (2), можно записать цепочку соотношений

- Т

гН 1

1

а -—

^ ! 1 Н 1 Т ' Н1

а

1Н1

л Тг

а ТйТ

(8)

1 Н 1

Исходя из соотношения (5), очевидна справедливость неравенства

Таким образом, связь между величиной - , коэффициентом памяти 1 и порядковым номером такта г, при котором происходит переход на следующий псевдовоспи-татель-ный уровень, определяется неравенством

- { 1'Н1 . (9)

Заметим, что полученные оценки (4), (5), (7) и (9) могут применяться при задании исходных параметров в компьютерных программах, моделирующих псевдовос-питатель-ный процесс робота при переходе с одного псевдовоспитательного уровня на другой псевдовоспитательный уровень [2].

Способ численной оценки восприимчивости человека к воспитанию

Предложим описание способа приближенной оценки величины восприимчивости человека к воспитанию, основанного на вышеприведенных формулах.

В работе [1] приведено описание программы SoundBot, моделирующей мимическую псевдоэмоциональную реакцию робота [4]. Согласно описанию функциональных возможностей этой программы она может использоваться при постановке голоса оратора.

Можно считать, что в качестве потенциального зрителя выступает робот с неабсолютной памятью [1], который способен проявлять свою псевдоэмоциональную реакцию на выступление оратора, подобную эмоциональной реакции человека-зрителя. Таким образом, методика постановки голоса сводится к следующим шагам [5]:

1. Задание верхнего и нижнего порогов положительной псевдоэмоции робота, которые определяют диапазон громкости голоса, в который происходит постановка.

2. Обучение. Оказание воздействия на робота звуковыми сюжетами до момента выработки только г положительных последовательно идущих друг за другом псевдоэмоций.

3. Отдых (перерыв во взаимодействии с роботом).

и

4. Тестирование постановки го-

лоса (выработка первой положительной псевдоэмоции). На основе вышеописанной методики проведена серия экспериментов по по-

Таблица 1. Результаты эксперимент

становке голоса с испытуемыми, коэффициенты памяти которых определены ранее [5]. Результаты экспериментов представлены в таблице.

? по постановке голоса оратора

№ экс. P верх. P ниж. Кол-во непр. полож. тактов Коэф. 0 № ТППЭ1 № ТППЭ2

1 80 10 20 0,7 5 2

2 80 10 20 0,9 4 1

3 80 10 20 0,7 5 3

4 80 10 20 0,9 2 1

5 80 10 20 0,6 3 1

6 80 10 20 0,9 4 3

7 80 10 20 0,8 4 3

8 80 10 20 0,9 3 2

*№ ТППЭ1 - номер такта первой положительной псевдоэмоции при обучении. № ТППЭ2 - номер такта первой положительной псевдоэмоции при тестировании

Как видно из табл. 1, при тестировании номер такта первой положительной псевдоэмоции меньше, чем при обучении, следовательно, можно говорить о некоторой постановке голоса на нужный диапазон громкости. Таким образом, проведенная серия экспериментов по постановке голоса показала возможность применения разработанных программных систем и методики для решения данной прикладной задачи.

Исходя из описанной методики постановки голоса оратора можно предложить способ приближенного определения величин - и ^ для человека при постановке его голоса.

Этот способ определяется следующими шагами:

1. Задается количество требуемых непрерывных тактов г с положительными псевдоэмоциями.

2. Используется описанная выше методика постановки голоса оратора.

3. Если значение ТППЭ2 равно единице, то строится эквивалентный псевдовоспитательный процесс [1], на основе которого вычисляется величина а , иначе идти к 6.

4. Вычисляется значение ^ по формуле (1) и величина - по формуле (2).

5. Идти к 9.

6. Делается длительный перерыв в экспериментах, который определяют специалисты-психологи и во время которого испы-

туемый забывает результаты прошедшего эксперимента по постановке его голоса.

7. Увеличивается количество требуемых непрерывных положительных тактов г .

8. Идти к 2.

9. Конец.

Опишем другой способ приближенного вычисления численного значения - , основанный на математической теории эквивалентного псевдовоспитательного процесса робота [1,

5].

Пусть известны коэффициенты памяти человека и результаты измерений воспитаний (псевдовоспитаний) человека (робота). Тогда согласно работам [1, 5] для эмоций (или псевдоэмоций) можно построить эквивалентный воспитательный процесс с фиктивными тактами.

Для чередования тактов серии: "такты -фиктивные такты - такты" - формула воспитания человека (псевдовоспитания робота)

] с к примет вид

^ , Т а 1 н 1 с 116 к

16 к 1 Ч 1 ,', и

а

1Н1

1 Н 1 1 Н 1

где г - количество первых тактов в серии, 1 - количество фиктивных тактов в серии, к -количество тактов в третьей очереди серии.

В работе [1] впервые введены модели восприимчивости к песвдовоспитанию ^ и

относительной восприимчивости к псевдовоспитанию ~ робота, причем параметр ~ является безразмерной величиной и ~ X 30,18.

Используя табл. 1 и предполагая, что в результате завершения второго измерения воспитаний при получении первой положительной псевдоэмоции (столбец Т ППЭ2) робот достигает псевдовоспитания, при котором происходит переход на следующий уровень алгоритма Узнадзе [2], можно записать соотношение

Используя формулу (2) для вычисления относительной восприимчивости ~ к псевдовоспитанию с учетом соотношения (10), получим равенство

н

67

16 11

(11)

Я

1н

С 7 16 кЯ

1н

1н

Я

1н

1н

из которого следует равенство

Я

1 Н 7

нЯ

1 Н 7

Н 7 16 кЯ

1 Н 7

(10)

Анализируя равенство (11), можно сделать вывод о том, что при больших значениях 1 и 1 величинами 7 1 и 7 161 можно пренебречь и вычислять относительную восприимчивость к псевдовоспитанию по приближенной формуле

~ Т 7 к .

Основываясь на результатах экспериментов, приведенных в табл. 1, и соотношении (11), можно вычислить величину ~ . Результаты расчетов приведены в табл. 2.

1 Н 7 1 Н 7

Таблица 2. Значения восприимчивости к псевдовоспитанию

№п/п 7 1 1 к **

1 0,7 20 20 2 0,49

2 0,9 20 20 1 0,89

3 0,7 20 20 3 0,34

4 0,9 20 20 1 0,89

5 0,6 20 20 1 0,59

6 0,9 20 20 3 0,73

7 0,8 20 20 3 0,51

8 0,9 20 20 2 0,81

к

к

Анализируя табл. 2, можно сделать вывод о том, что большему коэффициенту памяти робота соответствует большая относительная восприимчивость к псевдовоспитанию (за исключением строки 5 табл. 2).

Согласно работе [5] психологические параметры, описываемые в табл. 1 и табл. 2, можно принять в качестве приближенных психологических характеристик человека, поэтому относительную восприимчивость к псевдовоспитанию робота можно при первом приближении принять равной относительной восприимчивости к воспитанию человека.

Заключение

Таким образом, в предлагаемой статье приведены математические модели характеристик восприимчивости робота к псевдовоспитанию и предложен способ приближенного вы-

числения этих оценок у человека и робота на примере постановки голоса ораторов.

Список литературы

1. Пенский О.Г., Черников К.В. Основы математической теории эмоциональных роботов: монография / Перм. гос. ун-т. Пермь. 2010. 256 с.

2. Пенский О.Г., Черников К.В. Математические модели психологических установок роботов // Искусственный интеллект и принятие решений. 2013. № 2. С. 95-99.

3. Шарапов Ю.А. Модификация алгоритма Узнадзе в аспекте кратковременной долговременной памяти робота // Вестник Пермского университета. 2013. Математика. Механика. Информатика. Вып. 1. С. 50-53.

4. Черников К.В. Программа SoundBot -программа, моделирующая мимическую эмоциональную реакцию робота / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. № 2010612670, за-

регистрировано 19 апреля 2010 г.

5. Черников К.В. Математические модели роботов с неабсолютной памятью / Рукопись дисс. ... канд. физ. мат. наук. ПНИ-ПУ. 2013. 138 с.

Susceptibility to model the robot pseudo-education

V. O. Mikhailov, O. G. Penskii, K. V. Chernikov, Y. A. Sharapov

Perm State University, Russia, 614990, Perm, Bukirev st., 15 [email protected]; (342) 2 396 424

The mathematical evaluation of the ability of robots to pseudo-education. A method for calculating first introduced by the authors of psychological characteristics - the human capacity for education - based on the theory of robots and computer program of voice of the speaker.

Key words: robot; emotions; education; simulation; software.