tökéletes racionalitás

Kapcsolódó fogalmak: 
tökéletes racionalitás
Kapcsolódó fogalmak: 
ágens
Kapcsolódó fogalmak: 
ágens architektúra
Kapcsolódó fogalmak: 
ágensprogram
Kapcsolódó fogalmak: 
állapot
Kapcsolódó fogalmak: 
érzékelés
Kapcsolódó fogalmak: 
nemdeterminisztikus környezet
Kapcsolódó fogalmak: 
determinisztikus környezet
Kapcsolódó fogalmak: 
racionalitás
Kapcsolódó fogalmak: 
számítható racionalitás
Kapcsolódó fogalmak: 
korlátozott optimalitás (KO)
Kapcsolódó könyvfejezetek: 
27.1. Ágensösszetevők
Rövid szöveges bemutatás: 
Az intelligens jelző sok félreértésre adhat okot, hiszen rengeteg értelmezést kínál, sőt, talán még igazán pontos definíciója sincs. Amennyiben nem emberekre, hanem mesterséges rendszerekre alkalmazzuk, úgy általában a rendszer önálló, adaptív feladat-felismerő és megoldó képességét, hatékony erőforrás kihasználását és célratörő, hasznos működését értjük alatta. Ezek mind-mind ésszerű, racionális elvárások. Ilyen értelemben tehát egy rendszert akkor nevezünk „intelligensnek”, ha ésszerű (racionális) a működése. A filozófusok és a közgazdászok már jóval a mesterséges intelligencia területének létrejötte előtt elkezdték keresni a racionális viselkedés kielégítő meghatározását. Több különböző racionalitás-fogalom is napvilágot látott az idők folyamán, melyek között a tökéletes racionalitás az elsődleges, leginkább ideális elképzelés. Az ágens tökéletesen racionális, ha minden pillanatban a lehető leghasznosabban viselkedik környezetében. Ez egy ideális elvárás az ágenssel szemben, ami valós bonyolultságú környezetek esetén legtöbbször kivitelezhetetlen (valós bonyolultságú problémák megoldására általánosságban nem tudunk ilyen ágenst készíteni). Például egy tökéletesen racionális sakkozó ágens mindig, minden lépésben az adott állás és a későbbi összes lehetőség fényében vett leghasznosabb lépést választaná. Ha nincs időkorlátja annak, hogy egy-egy lépést mennyi idő alatt tesz meg (számol ki és lép meg), akkor végső soron ez nem egy irreális elvárás, csak esetleg kivárhatatlanul sokáig tart majd, míg az ágens kiszámolja az összes lehetőség fényében vett globálisan optimális lépést. Ha tehát az ágens akár végtelen sokáig is gondolkozhat azon, hogy mit tegyen, mivel a gondolkodással töltött idő nem befolyásolja a cselekvés hasznát (pl. egy statikus környezetben), úgy elméletileg nem lehetetlen tökéletesen racionális ágenst konstruálni. Általában azonban a környezet dinamikusan változik, és az előzőleg ésszerű cselekvések később már nem jók. A sakk viszonylag egyszerű (diszkrét, epizodikus) környezet, körökre van osztva, és alapesetben nincs megkötés arra, hogy legfeljebb mennyi ideig lehet gondolkodni egy-egy lépésen. Ha viszont van ilyen megkötés (pl. egy valós környezetben általában egyáltalán nem mindegy, hogy mennyi idő alatt reagálunk), úgy bizony tökéletesen racionális esetben a rendelkezésre álló idő alatt kellene kiókumlálni a legjobb cselekvést. Az is elképzelhető, hogy a cselekvés annál jobb, minél kevesebb időt vesz igénybe a kiválasztása és kiszámítása (azaz ekkor a gyors reakcióidőt is jutalmazzuk). Ebben az esetben az azonnali válasz volna tökéletesen racionális, ami zérus gondolkodási időt feltételezve irreális. A sakk példájánál maradva, ha éppenséggel Blitz-meccset játszunk ellenfelünkkel, akkor összesen 5 percünk van lépéseink megtételére (Bullet-parti esetén pedig még ennél is kevesebb, összesen 1 perc áll rendelkezésünkre). A jelenlegi technológia nem ad lehetőséget arra, hogy ilyen szűk időkorlátok mellett még akár csak a - valós környezetekhez viszonyítva viszonylag egyszerű - sakk esetében is menet közben kiszámítsuk a tökéletesen racionális cselekvéseket. De gondoljunk csak például az autóvezetésre! Hány paraméter befolyásolja, hogy mennyire teljesítünk jól? Mennyire fontos a gyors reakcióidő? Vajon lehetséges olyan programot írni, amely minden pillanatban a tökéletesen racionális cselekvést hajtja végre? Vajon létezik egyáltalán olyan architektúra (például számítógép), amely képes volna egy ilyen programot futtatni? Ezek a kérdések messzire vezetnek. A válasz azonban általában (sajnos) egyszerű: nem, nincs. Általában nem tudunk tetszőlegesen komplex környezet esetén tökéletesen racionálisan viselkedő ágenst konstruálni. Természetesen kivételek mindig akadnak: ha például egy környezetről tudjuk, hogy miként fog alakulni az állapota (pl. tudjuk, hogy ellenfelünk mire-mit lép, vagy hogy a forgalomban résztvevő többi jármű és minden egyéb körülmény miként fog alakulni a jövőben), úgy előre kiszámíthatjuk, hogy mi lenne a tökéletesen racionális cselekvés-sorozat, és aztán menet közben az ágensnek - ha képes rá - már csak ezeket az előre kiszámított cselekvéseket kellene végrehajtania. Sajnos azonban általában nem rendelkezünk ezzel az információval. Nem tudjuk előre, hogyan fog alakulni a környezet állapota, és így nem tudjuk előre kiszámítani a tökéletesen racionális cselekvések sorozatát. Általában nem tudjuk, hogy miként fog alakulni a környezet állapota a jövőben (nem-determinisztikus), és így azt sem, hogy ehhez igazodva mi lenne a tökéletesen racionális cselekvés-sorozat. Egy komplex, folytonos környezet esetén végtelen sok lehetséges állapotra kellene felkészülnünk, ami általában nem lehetséges. Viszont enyhíthetjük az előbbi szigorú megkötést, miszerint azonnal, minden pillanatban a tökéletes, legjobb cselekvést szeretnénk megcselekedni. Ezt nevezzük számítható racionalitásnak. A számítható racionalitás tömören fogalmazva az adott pillanatban tökéletesen racionális cselekvést hajtja végre, csak hát akkor, amikorra ki tudja számítani (még hogyha a számítás végtelen sokáig is tart). Tehát például egy időben nem korlátozott számítható racionális sakkozó ágens egyben tökéletesen racionális is. A számítható racionális ágensnek tehát képesnek kell lennie arra, hogy kiszámítsa az adott időpillanatban tökéletesen racionális cselekvést, viszont ezt nem kell azonnal megtennie, nem kell ott, helyben, abban a pillanatban ezt a tökéletesen racionális cselekvést kiszámítania és megcselekednie. Felmerülhet a kérdés, hogy akkor ennek így már mi értelme? Például egy életmentő beavatkozás esetén nincs értelme sokáig gondolkozni a tökéletes gyógymódon (hiszen a páciens élete forog veszélyben). A cselekvések, még hogyha egy adott időpillanatban tökéletesen racionálisak is lettek volna, idővel haszontalanná válhatnak. Általában ez a helyzet, és épp ezért a számítható racionalitás sem ad megoldást a tökéletes racionalitás megvalósíthatatlanságának problémájára. Persze az időben kötetlen sakk esetén a számítható racionalitás is elvben ideális megoldást ad, ámde a sakk a való élethez viszonyítva nagyon egyszerű, másrészt még az időben nem kötött sakkjátszmák sem tartanak örökké (főleg, ha emberek játsszák őket). Egyszerűen nincs idő arra, hogy a jelenlegi technológiára építve akár több ezer évig számolja az ágens a következő lépést - ez abszurdum. Ezek szerint nem tudunk racionális ágenst tervezni? – merülhet fel a kérdés. A válasz (szerencsére) nem, a helyzet korántsem ilyen kilátástalan. Példának okáért a korlátozott optimalitás a tökéletes racionalitás egyfajta ésszerű, használható, és legfőképp megvalósítható alternatívája. Ebben az esetben is a legjobb cselekvést várjuk minden pillanatban az ágenstől, viszont immár nem abszolút értelemben, hanem architektúrája, képességei viszonylatában. Csak olyat várunk tehát egy korlátozottan optimális ágenstől, amit az képes kiszámítani és végrehajtani, azon belül viszont abszolút mércével mérve a legjobbat. Amíg tehát a tökéletes racionalitás mintegy a környezet viszonylatában, abszolút értelemben definiálja a racionális cselekvéseket, addig a korlátozott optimalitás már az ágens adott környezetben vett lehetőségeit, képességeit is figyelembe veszi (relatív). Épp ezért ez utóbbi racionalitás definíció, mint elvárás, már sokkal reálisabb, megvalósíthatóbb, mint az előbbi. Természetesen, ha szerencsés esetben mégis sikerülne egy adott probléma-környezet esetén tökéletesen racionális ágenst konstruálnunk, úgy nyugodtan megállhatunk, mert annál jobbat már definíció szerint nem fogunk tudni létrehozni. Itt jegyeznénk meg, hogy az ágensek jóságát az általuk adott környezetben kivitelezett cselekvések nyomán előálló környezeti állapotok sorozatának hasznosságával szokás jellemezni. Ha tehát adott egy haszonfüggvényünk (egy jósági mércénk), amely megmondja, hogy egy-egy környezeti állapot-történet mennyire jó, úgy meg tudjuk mondani, hogy egy adott ágens egy adott környezetben mennyire jó (az általa kivitelezett cselekvések nyomán előálló állapot-sorozatot mérlegelve). Ha például sakkozó ágensünk úgy cselekszik (úgy lép), hogy pár lépésen belül mattot kap, úgy nemigen beszélhetünk racionalitásról - az ágens cselekvései ekkor nem jók. Hasonlóképp, ha autóvezető ágensünk cselekvései nyomán karambolok adódnak, összetörik az autó, úgy - amennyiben nem ez volt a célunk - az ágenst nem tekinthetjük jónak, avagy racionálisnak. Vegyük észre tehát, hogy a racionalitás egy-egy probléma-környezet esetén elsősorban attól függ, hogy mi a jósági mérce, amivel az ágensek jóságát, hasznosságát mérjük. Ugyanabban a probléma-környezetben más-más jósági mérce esetén akár homlokegyenest különbözőképp cselekvő ágensek lehetnek tökéletesen racionálisak. Például az autóvezető ágens példájánál maradva, ha az lenne a cél, hogy egy veszélyes bűnözőkkel teli autót mindenképp megállítsunk, és ezt csak ütközéssel lehetne elérni, úgy a tökéletesen racionális autóvezető ágens várhatóan összetörné az autóját, ami pont a fordítottja annak, amit fentebb vázoltunk. Mindennek oka tehát a jósági mérce (amivel az ágens és cselekvéseinek jóságát meghatározzuk) különbözősége. Ha a jósági mércét megváltoztatjuk, úgy az addig esetleg tökéletesen racionális ágensünk feltehetően már nem lesz racionális. Valós bonyolultságú környezetek esetén tehát a jósági mérce meghatározása (ami az ágens tervezőjének feladata) sem triviális feladat.

 

A tökéletes racionalitás a filozófia és a közgazdaságtan klasszikus racionalitás-fogalma. Arisztotelész etikájából fejlődött ki, míg végül a döntés-elméletben [1] nyert formális megfogalmazást. Immár a racionalitás fogalma nem csak az etika, hanem a mesterséges intelligencia és a közgazdaságtan meghatározó tényezője is.

Azt a rendszert nevezzük tökéletesen racionálisnak, mely minden pillanatban olyan döntést hoz tapasztalatai alapján, amivel maximálja várható nyereségét. Mivel a megfelelő döntés meghozatala számításigényes feladat, és ehhez időre van szükség, ezért nem-triviális esetekben nemigen beszélhetünk tökéletesen racionális rendszerekről. A tökéletes racionalitás tehát a gyakorlatban nem megvalósítható követelmény ellenben például a korlátozott optimalitással.

Amíg a tökéletes racionalitás még szigorúan csak a döntések racionalitására fókuszál, addig a korlátozott racionalitás már a rendszer működésére, a döntések meghozásáért felelős mechanizmusokra (is) vonatkozik. Észrevehető a racionalitás definíciójának abszolúttól relatív irányba történő elmozdulása. Amíg tehát a tökéletes racionalitás gyakorlatilag figyelmen kívül hagyja a rendszer képességeit, addig a számítható racionalitás már közvetve ezekről tesz megállapítást, míg a korlátozott racionalitás már a rendszer egészének viszonylatában definiálja a racionalitást.

Ennek a szemléletbeli változásnak több oka is van. Elmozdulás történt a közgazdaságtanban a tökéletestől a korlátozott racionalitás felé, a játék-elméletben [1] a cselekvések kiválasztásától a - cselekvéseket előállító - programok kiválasztása felé, az evolúciós-elméletben a megoldások evolválásától a megoldásokat előállító programok evolválása felé [2], a filozófiában pedig a cselekedet-utilitarizmus (vagy tett-utilitarizmus) felől a szabály-utilitarizmus, avagy a cselekvések meghozásáért felelős általános mechanizmusok racionalitása felé.

Beláthatjuk, hogy e folyamat gyökerei igen egyszerűen visszavezethetők a racionális rendszerek tervezhetőségére, hiszen így már nem támasztunk velük szemben olyan kritériumokat (pl. nem várunk el olyan döntéseket), melyeket a rendszer egyetlen döntéshozási mechanizmusa se tud teljesíteni. Végtére is a rendszer által véghezvitt döntésekről és számításokról a rendszer tervezője csak közvetve gondoskodik, viszont az őket előállító döntéshozási mechanizmusokról (programokról) már közvetlenül. Ezek a meggondolások vezettek végül a mesterséges intelligencia legújabb racionalitás-fogalmához, a korlátozott optimalitáshoz. A következőkben a korlátozott optimalitás szócikkében bevezetett formalizmusra alapozva definiáljuk a tökéletes racionalitást.

Definíció.  Adott probléma-környezetben tökéletesen racionális ágensfopt ágens-függvényére teljesül, hogy

            fopt = argmaxf V(f, Környezet)

A tökéletesen racionális ágens tehát olyan, hogy az általa megvalósított ágens-függvény legalább annyira hasznos az adott probléma-környezetben, mint bármelyik másik lehetséges ágens-függvény. A kérdés már csak az, hogy vajon nem-triviális ágens-környezetek esetén is megvalósítható-e ez a tökéletesen racionális ágens-függvény? Adott ágens architektúraesetén könnyen elképzelhető, hogy  foptolyan, hogy az architektúrán futtatható programok között nincs olyan, amely az fopt ágens-függvénynek megfelelő működést valósítaná meg. Ekkor azt mondjuk, hogy az ágens-függvény nem megvalósítható.

Node létezhet-e olyan valóságos ágens architektúra, amelyenfoptmegvalósítható? Ugyanis, ha létezne ilyen architektúra, akkor a rajta futó tökéletesen racionális ágens-program, annak érdekében, hogy a következő pillanatban beérkező érzet hatására azon nyomban az optimális cselekvést tudja produkálni, vagy már az érzet beérkezése előtt ki kellene, hogy számítsa az optimális cselekvést, vagy az érzet beérkezésekor nyomban. Az utóbbi eset nyilván kizárt, hiszen a számítás a valóságban időt igényel. Az előbbi esetben viszont az ágens tervezésekor kellene úgy kialakítani programját, hogy már előre tudja a jövőben bekövetkező eseményeket (érzeteket). Ez azonban akauzális (a jövő ismeretét igénylő), nem-triviális környezetek esetén nem elvárható tervezési szempont.

Vegyünk sorra néhány példát tökéletesen racionális ágensekre. A könyv 2.3-as fejezetének 2.4-es és 2.5-ös táblázatában szereplő, adott problémával (probléma-környezettel) szembesülő ágensek akkor tökéletesen racionálisak, ha:

Ágens

Tökéletesen racionális, ha…

Taxisofőr

…várhatóan maximalizálja a biztonságot, gyorsaságot, szabályosságot, komfortosságot, és profitot.

Orvosi diagnosztikai rendszer

…várhatóan maximalizálja a gyógyult páciensek számát miközben várhatóan minimalizálja a gyógyítás költségeit és az esetleges peres ügyek számát.

Műholdas képelemző rendszer

…várhatóan maximalizálja a helyesen osztályozott képek számát.

Alkatrész-válogató robot

…várhatóan maximalizálja a megfelelő dobozba helyezett alkatrészek arányát.

Olajfinomító vezérlő

…várhatóan maximalizálja a kinyert olaj tisztaságát, mennyiségét, illetve az üzem biztonságát.

Interaktív/gépi angoltanár

…várhatóan maximalizálja a tanulók által elért vizsgapontszámot.

 

kapcsolódó irodalmak

[1]           von Neumann, J., Morgenstern, O. (1944). Theory of Games and Economic Behavior, PrincetonUniversityPress: Princeton.

[2]           Koza, J. R. (1992). Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection, MIT Press: Cambridge.