Моделирование квантово-подобных когнитивных феноменов методом голографии Фурье: задача выбора альтернатив

Автор: Павлов Александр Владимирович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 4 т.45, 2021 года.

Бесплатный доступ

Статья посвящена поиску биологически мотивированного механизма когнитивного феномена нарушения классической формулы полной вероятности для дизъюнкции несовместных событий, относимого рядом исследователей к категории квантово-подобных. Показан классический механизм, не требующий обращения к квантовой механике ни по физической сути, ни на уровне формализма и реализуемый 6 f - схемой голографии Фурье резонансной архитектуры. Рассмотрение проведено в рамках задачи принятия решения как оценки альтернатив на примере некооперативной игры «Дилемма заключенного». Подход к проблеме основан на поиске механизма формирования условной оценки при условии, противоречащем правилу монотонной логики принятия решения. Показано, что эта оценка, в отличие от безусловной и условной при непротиворечащем условии, формируется логикой с исключением. Кольцевая архитектура голографической схемы соответствует биологически обоснованной нейросетевой концепции кольца возбуждения и реализует когнитивный диссонанс на логике с исключением. Аналитически определены условия и границы диапазона нарушения классической формулы полной вероятности в зависимости от радиуса корреляции эталонного образа, записанного на голограмме, хранящей правило вывода монотонной логики. Аналитическая модель подтверждена количественным совпадением результатов численного моделирования с опубликованными результатами натурных экспериментов.

Еще

Голография фурье, принятие решения, выбор альтернатив, квадратичная мера, оценка, квантовая вероятность, некооперативные игры, логика с исключением, когнитивный диссонанс, динамическая система, радиус корреляции, параметр порядка

Короткий адрес: https://sciup.org/140290250

IDR: 140290250   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-830

Modeling of quantum-like cognitive phenomena by the Fourier-holography technique under the choice of alternatives

The article is dedicated to the search for a biologically motivated mechanism of the cognitive phenomenon of violation of the classical formula of total probability for the disjunction of incompatible events, which is considered by a number of researchers as a quantum-like phenomenon. A classical mechanism implemented by the 6f Fourier holography scheme of the resonant architecture that does not require reference to quantum mechanics either in its physical nature or at the level of formalism is demonstrated. In the analysis, the decision-making is interpreted as a choice of alternatives by using the non-cooperative game "Prisoner's Dilemma". The approach to the task is based on the search for a mechanism for forming a conditional estimate under a condition that contradicts the rule of monotonous decision logic. It is demonstrated that this estimate, in contrast to the unconditional and conditional one with a non-contradictory condition, is formed by logic with exception. The ring architecture of the holographic setup corresponds to the biologically inspired neural network concept of the excitation ring and implements cognitive dissonance on logic with exception. Conditions and ranges of violation of the classical formula of total probability in relation to the correlation radius of the reference image recorded in a hologram storing the monotone logic inference rule are analytically determined. The analytical model is confirmed by a quantitative coincidence of the results of numerical modeling with the published results of natural experiments.

Еще

Список литературы Моделирование квантово-подобных когнитивных феноменов методом голографии Фурье: задача выбора альтернатив

  • Slussarenko, S. Photonic quantum information processing: A concise review / S. Slussarenko, G.J. Pryde // Applied Physics Reviews. - 0019. - Vol. 6. - 041303. - DOI: 10.1063/1.5115814. 0.
  • Павельев, А.В. Исследование немарковской динамики двух взаимодействующих кубитов на основе численного решения нелинейного стохастического уравнения Шрёдингера / А.В. Павельев, В.В. Семин // Компьютерная оптика. - 0019. - Т. 43, № 0. - С. 168-173. - DOI: 10.18087/0410-6179-0019-43-0-168-173.
  • Khrennikov, A. A quantum-like model of information processing in the brain / A. Khrennikov, M. Asano // Applied Science. - 0000. - Vol. 10, Issue 0. - 707. - DOI: 10.3390/app10000707.
  • Human-like computing: Report of a Workshop held on 17 & 18 February 0016, Bristol, UK [Electronical Resource]. - URL: https://epsrc.ukri.org/newsevents/pubs/humanlikecomputing/ (request date 03.06.0000).
  • Lake, B.M. Building machines that learn and think like people / B.M. Lake, T.D. Ullman, T.B. Tenenbaum, S.J. Gershman // Behavioral and Brain Sciences. - 0017. -Vol. 40. - e053. - DOI: 10.1017/S0140505X16001837.
  • Gorbatsevich, V.S. FaceDetectNet: Face detection via fully convolutional network / V.S. Gorbatsevich, A.S. Moiseenko, Y.V. Vizilter // Computer Optics. - 0019. - Vol. 43(1). - P. 6371. - DOI: 10.18087/0410-6179-0019-43-1-63-71.
  • Wang, W. Development of convolutional neural network and its application in image classification: a survey / W. Wang, Y. Yang, X. Wang, W. Wang, J. Li // Optical Engineering. - 0019. - Vol. 58, Issue 4. - 040901. - DOI: 10.1117/1.OE.58.4.040901.
  • Брагин, А.Д. Распознавание моторных образов на электроэнцефалограммах с помощью свёрточных нейронных сетей / А.Д. Брагин, В.Г. Спицын // Компьютерная оптика. - 0000. - Т. 44, № 3. - С. 480-487. - DOI: 10.18087/0410-6179-m-669.
  • Агафонова, Ю.Д Эффективность алгоритмов машинного обучения и свёрточной нейронной сети для обнаружения патологических изменений на магнитнорезонансных томограммах головного мозга / Ю.Д. Агафонова, А.В. Гайдель, П.М. Зельтер, А.В. Капишников // Компьютерная оптика. - 0000. - Т. 44, № 0. - С. 066-073. - DOI: 10.18087/0410-6179-m-671.
  • Пашина, Т. А. Сравнение алгоритмов выделения области интереса на компьютерных томограммах лёгких / Т. А. Пашина, А. В. Гайдель, П. М. Зельтер, A.В. Капишников, А.В. Никоноров // Компьютерная оптика. - 0000. - Т. 44, № 1. - С. 74-81. - DOI: 10.18087/0410-6179-m-659.
  • Васильченко, В.А. Алгоритмизация процесса распознавания состояний физиологических объектов на основе специальных рентгеновских изображений / B.А. Васильченко, В.Л. Бурковский, А.Д. Данилов // Компьютерная оптика. - 0019. - Т. 43, № 0. - С. 096303. - DOI: 10.18087/0410-6179-0019-43-0-096-303.
  • Горбачёв, В.А. Семантическая сегментация спутниковых снимков аэропортов с помощью свёрточных нейронных сетей / В.А. Горбачёв, И.А. Криворотов, А.О. Маркелов, Е.В. Котлярова // Компьютерная оптика. - 0000. - Т. 44, № 4. - С. 636-645. - DOI: 10.18087/0410-6179-m-636.
  • Dash, T. Adversarial neural networks for playing hide-and-search board game Scotland Yard / T. Dash, S.N. Dambekodi, P.N. Reddy, A. Abraham // Neural Computing and Applications. - 0000. - Vol. 30. - P. 3149-3164. - DOI: 10.1007/s00501-018-3701-0.
  • Богуш, Р.П. Алгоритм сопровождения людей на видеопоследовательностях с использованием свёрточных нейронных сетей для видеонаблюдения внутри помещений / Р.П. Богуш, И.Ю. Захарова // Компьютерная оптика. - 0000. - Т. 44, № 1. - С. 109-116. - DOI: 10.18087/0410-6179-m-565.
  • Сарин, К.С. Метод баггинга и отбор признаков в построении нечётких классификаторов для распознавания рукописной подписи / К.С. Сарин, И.А. Ходашинский // Компьютерная оптика. - 0019. - Т. 43, № 5. - С. 833845. - DOI: 10.18087/0410-6179-0019- 43-5-833-845.
  • Рахманенко, И. А. Автоматическая верификация диктора по произвольной фразе с применением свёрточных глубоких сетей доверия / И. А. Рахманенко, А. А. Шелупанов, Е. Ю. Костюченко // Компьютерная оптика. - 0000. - Т. 44, № 4. - С. 596-605. - DOI: 10.18087/0410-6179-CO-601.
  • Tversky, A. Judgment under uncertainty: heuristics and biases / A. Tversky, D. Kahneman // Science. - 1974. - Vol. 185. -P. 1104-1131. - DOI: 10.1106/science.185.4157.1104.
  • Tversky, A. The framing of decisions and the psychology of choice / A. Tversky, D. Kahneman // Science. - 1981. -Vol. 011. - P. 453-458. - DOI: 10.1106/science.7455683.
  • Tversky, A. Rational choice and the framing of decisions / A. Tversky, D. Kahneman // Business. - 1986. - Vol. 59. -P. 051-078. - DOI: 10.1086/096365.
  • Kahneman, D. Judgment under uncertainty: Heuristics and biases / D. Kahneman, P. Slovic, A. Tversky. - Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1980.
  • Kahneman, D. Prospect theory - an analysis of decision under risk / D. Kahneman, A. Tversky // Economics. -1979. - Vol. 47. - P. 063-090. - DOI: 10.0307/1914185.
  • Tversky, A. Extensional versus intuitive reasoning: The conjunction fallacy in probability judgment / A. Tversky, D. Kahneman // Psychological Review. - 1983. - Vol. 90, Issue 4. - P. 093-315. - DOI: 10.1037/0033-095X.90.4.093.
  • Tversky, A. The disjunction effect in choice under uncertainty / A. Tversky, E. Shafir. // Psychological Science. -1990. - Vol. 3, Issue 5. - P. 305-309. - DOI: 10.1111/j.1467-9080.1990.tb00678.x.
  • Crosson, R. The disjunction effect and reason-based choice in games / R. Crosson // Organizational Behavior and Human Decision Processes. - 1999. - Vol. 80. - P. 118-133. -DOI: 10.1006/obhd.1999.2846.
  • Li, S. Examining whether there is a disjunction effect in Prisoner's Dilemma games / S. Li, J. Taplin // Chinese Journal of Psychology. - 2002. - Vol. 44, Issue 1. - P. 2546.
  • Busemeyer, J.R. Quantum game theory explanation of disjunction effects / J.R. Busemeyer, М. Matthew, Z.A. Wang // Proceedings of the 28th Annual Conference of the Cognition Science Society. - 2006. - P. 131-135.
  • Hristova, E. Disjunction effect in prisoner's dilemma: evidences from an eye-tracking study / E. Hristova, M. Grinberg // Proceedings of the 30th Annual Conference of the Cognition Science Society. - 2008. - P. 1225-1230.
  • Adams, B. Quantum effects in the brain: A review. / B. Adams, F. Petruccione // AVS Quantum Science. - 2020. - Vol. 2. - 022901. - DOI: 10.1116/1.5135170.
  • Менский, М.Б. Концепция сознания в контексте квантовой механики / М.Б. Менский // Успехи физических наук. - 2005. - Т. 175, № 4. - С. 413-435. - DOI: 10.3367/UFNr.0175.200504c.0413.
  • Trueblood, JS. Quantum probability theory as a common framework for reasoning and similarity / J.S. Trueblood, E.M. Pothos, J.R. Busemeyer // Frontiers in Psychology. -2014. - Vol. 5. - 322. - DOI: 10.3389/fpsyg.2014.00322.
  • Pothos, E.M. A quantum probability explanation for violations of 'rational' decision theory / E.M. Pothos, J.R. Busemeyer // Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2009. - Vol. 279. - P. 2171-2178. -DOI: 10.1098/rspb.2009.0121.
  • Busemeyer, J.R. A quantum theoretical explanation for probability judgment "errors" / J.R. Busemeyer, E.M. Pothos, R. Franco, J.S. Trueblood // Psychological Review. - 2011. - Vol. 118, Issue 2. - P. 193-218. - DOI: 10.1037/a0022542.
  • Broekaert, JB. The Disjunction Effect in two-stage simulated gambles. An experimental study and comparison of a heuristic logistic, Markov and quantum-like model / J.B. Broekaert, J.R. Busemeyer, E.M. Pothos // Cognitive Psychology. - 2020. - Vol. 117. - 101262. - DOI: 10.1016/j.cogpsych.2019.101262.
  • Bagarello, F. Quantum like modeling of decision making: Quantifying uncertainty with the aid of HeisenbergRobertson inequality / F. Bagarello, I. Basieva, E.M. Pothos, A. Khrennikov // Journal of Mathematical Psychology. - 2018. - Vol. 84. - P. 49-56. - DOI: 10.1016/j.jmp.2018.03.004.
  • He, Z. An evidential dynamical model to predict the interference effect of categorization on decision making results / Z. He, W. Jiang // Knowledge-Based Systems. - 2018. -Vol. 150. - P. 139-149. - DOI: 10.1016/j.knosys.2018.03.014.
  • Жёлтиков, А.М. Критика квантового разума: измерение, сознание, отложенный выбор и утраченная когерентность / А.М. Жёлтиков // Успехи физических наук. - 2018. - Т. 188, № 10. - С. 1119-1128. - DOI: 10.3367/UFNr.2017.06.038155.
  • Павлов, А.В. Моделирование механизмов квантовой логики методом наложенных голограмм Фурье, основанным на нелинейности экспозиционных характеристик голографических регистрирующих сред / А.В. Павлов, В.В. Орлов // Квантовая электроника. - 2019. - Т. 49, № 3. - С. 246-252. - DOI: 10.1070/qe16996.
  • Павлов, А.В. Моделирование квантовой логики при линейной записи наложенных голограмм Фурье: феномен "Линда" / А.В. Павлов // Квантовая электроника. - 2019. - Т. 49, № 8. - С. 777-778. - DOI: 10.1070/qe17094.
  • Pavlov, A.V. Neural networks mechanisms for the quantum-like phenomenon "Linda" / A.V. Pavlov. - In: Neural networks and neurotechnologies / ed. by Yu. Shelepin, E. Ogorodnikova, N. Solovyev, E. Yakimova. - Saint-Peterburg: VVM, 2019. - Chap. 20. - P. 145-163.
  • Нормальная физиология / Р. С. Орлов. - М.: ГЭОТАР-медиа, 2010. - 832 с. - ISBN: 978-5-9704-1662-4.
  • Edelman, G.M. The remembered present. A biologocal theory of consciousness / G.M. Edelman. - New York: Basics Books, 1989. - 346 p.
  • Иваницкий, А.М. Мозговая основа субъективных переживаний: гипотеза информационного синтеза / А.М. Иваницкий // Журнал высшей нервной деятельности. - 1996.- Т. 46, № 2. - С. 241-252.
  • Ivanitskii, A.M. Information synthesis in key parts of the cerebral cortex as the basis of subjective experience / A.M. Ivanitskii // Neuroscience and Behavioral Physiology. - 1997. - Vol. 27. - P. 414-426. - DOI: 10.1007/BF02462943.
  • Ногин, В. Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход / В.Д. Ногин. - М.: Физ-матлит, 2002. - 144 с. - ISBN: 5-9221-0274-5.
  • Nash, J.F. Non-cooperative games / J.F. Nash // Annals of Mathematics. - 1951. - Vol. 54, Issue 2. - P. 286-295. -DOI: 10.2307/1969529.
  • Фейнман, P. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 8 / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс : пер. с англ. - М.: Мир, 1966. - 260 с.
  • Павлов, А.В. Голографическая память с пополнением противоречивой информацией: влияние ослабления низких частот на устойчивость отклика / А. В. Павлов // Компьютерная оптика. - 2020. - Т. 44, № 5. - С. 728736. - DOI: 10.18287/2412-6179-CO-668.
  • Павлов, А.В. Логика с исключением на алгебре фурье-дуальных операций: нейросетевой механизм редуцирования когнитивного диссонанса / А.В. Павлов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2014. - Т. 89, № 1. - С. 17-25.
  • Reiter, R. A logic for default reasoning / R. Reiter // Artificial Intelligence. - 1980. - Vol. 13, Issues 1-2. - P. 81-132. - DOI: 10.1016/0004-3702(80)90014-4.
  • Глезер, В.Д. Согласованная фильтрация в зрительной системе / В.Д. Глезер // Оптический журнал. - 1999. -Т. 66, № 10. - С. 10-14.
  • Алексеенко, С.В. Архитектура связей в зрительной коре и зрительное опознавание / С.В. Алексеенко // Оптический журнал. - 1999. - Т. 66, № 10. - С. 52-54.
  • Krasilnikov, N.N. Matched spatial filtering object images in the human visual system / N.N. Krasilnikov, O.I. Krasilnikova // Proceedings of the 2019 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). - 2019. - P. 1-4. - DOI: 10.1109/WETONF.2019.8840630.
  • Павлов, А.В. Алгебра фурье-дуальных операций: логика с исключением / А.В. Павлов // Искусственный интеллект и принятие решений. - 2012. - № 3. - С. 26-38.
  • Заде, Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений / Л. Заде // Математика. Новое в зарубежной науке. - М.: Мир, 1976. - Вып. 3. - 167 с.
  • Борисюк, Г.Н. Модели динамики нейронной активности при обработке информации мозгом - итоги десятилетия / Г.Н. Борисюк, Р.М. Борисюк, Я.Б. Казанович, Г.Р. Иваницкий // Успехи физических наук. - 0000. -Т. 170, № 10. - С. 1189-1014. - DOI: 10.3367/UFNr.0170.000010d.1189.
  • Шубников, Е.И. Отношение сигнал/помеха при корреляционном сравнении изображений / Е.И. Шубников // Оптика и спектроскопия. - 1987. - Т. 60, № 0. - С. 450-456.
  • Павлов, А.В. Об алгебраических основаниях Фурье-голографии / А.В. Павлов // Оптика и спектроскопия. -0001. - Т. 90, № 3. - С. 515-500.
  • Хренников, А.Ю. Формула полной вероятности с интерференционным членом / А. Ю. Хренников // Теория вероятностей и её применения. - 0006. - Т. 51, № 3. - C. 518-536. - DOI: 10.4013/tvp37.
  • Cervantes, S. Toward ethical cognitive architectures for the development of artificial moral agents / S. Cervantes, S. Lopez, L.-A. Cervantes // Cognitive Systems Research. - 0000. -Vol. 64. - P. 117-105. - DOI: 10.1016/j.cogsys.0000.08.010.
  • Qu, C. Neurocomputational mechanisms underlying immoral decisions benefiting self or others / C. Qu, Y. Hu, Z. Tang, E. Derrington, J.-C. Dreher // Social Cognitive and Affective Neuroscience. - 0000. - Vol. 15, Issue 0. -P. 135-149. - DOI: 10.1093/scan/nsaa009.
  • Tarraf, D.C. The Department of Defense Posture for Artificial Intelligence: Assessment and recommendations / D.C. Tarraf, W. Shelton, E. Parker [et al.]. - Santa Monica, CA: RAND Corporation, 0019. - DOI: 10.7049/RR4009.
  • Sayler, K.M. Artificial intelligence and national security [Electronical Resource] / K.M. Sayler // Congressional Research Service. R45178. 10 Nov. 2020. - URL: https://fas.org/sgp/crs/natsec/R45178.pdf (request date 02.02.2021).
  • Du, J. Army integrated combat model for synthetic force based on information cognition / J. Du, J. Xia, H. Li // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1533, Issue 2. - 022125. - DOI: 10.1088/1742-6596/1533/2/022125.
  • Botros, H. I-Guided reasoning-based operator support system for the nuclear power plant management / H. Botros, C.S. Tran, D. Nam // Annals of Nuclear Energy. - 2021. -Vol. 154. - 108079. - DOI: 10.1016/j.anucene.2020.108079.
  • Tanveer, A. Artificial intelligence in sustainable energy industry: Status Quo, challenges and opportunities / A. Tanveer, Z. Dongdong, H. Chao [et al.] // Journal of Cleaner Production. - 2021. - Vol. 289. - 125834. - DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.125834.
  • Suman, S. Artificial intelligence in nuclear industry: Chimera or solution? / S. Suman // Journal of Cleaner Production. - 2021. - Vol. 278. - 124022. - DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124022.
  • Davydenko, L. Neural networks application for power consumption planning of the water supply facilities / L. Davydenko, N. Davydenko, V. Davydenko // 2020 IEEE Open Conference of Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream). - 2020. - P. 1-4. - DOI: 10.1109/eStream50540.2020.9108856.
Еще