Просторово-часове міркування

Просторово-часове міркування (англ. spatial–temporal reasoning) — це галузь штучного інтелекту, що ґрунтується на досягненнях інформатики, когнітивної науки та когнітивної психології. Теоретична мета — у когнітивному аспекті — передбачає подання просторово-часових знань та відповідне міркування у свідомості. Практична мета — у комп'ютерному аспекті — спрямована на розробку високорівневих систем керування автоматами для навігації та розуміння часу й простору.

Вплив когнітивної психології

Результати досліджень у галузі когнітивної психології показують, що відношення з'єднаності (англ. connection relation) є першим просторовим відношенням, яке опановують людські немовлята, а за цим слідує розуміння орієнтаційного відношення (англ. orientation relation), та відношення відстані (англ. distance relation). Внутрішні відношення між цими трьома видами просторових відношень можливо обчислювально й систематично пояснити в межах теорії когнітивної призми таким чином:

1. відношення з'єднаності є первинним;
2. орієнтаційне відношення є відношенням порівняння відстаней: ти переді мною можливо інтерпретувати як те, що ти ближчий до мого переднього боку, ніж до моїх інших боків;
3. відношення відстані є відношенням з'єднаності з використанням третього об'єкта: ти на відстані одного метра від мене можна інтерпретувати як однометровий об'єкт, з'єднаний із тобою і зі мною одночасно.

Фрагментарні подання часового числення

Без урахування внутрішніх відношень між просторовими відношеннями, дослідники ШІ розробили багато фрагментарних подань. Прикладами часових числень є алгебра проміжків Аллена та точкова алгебра Вілана і Каутца. Найвідомішими просторовими численнями є мереотопологічне числення, числення кардинальних напрямків Френка, двоперехресне числення (англ. double cross calculus) Фрекси, 4- та 9-перетинові числення (англ. 4- and 9-intersection calculi) Еґенгофера та Франзози, числення «фліп-флоп» (англ. flip-flop calculus) Лігозата, різні числення з'єднаності областей (англ. region connection calculus, RCC), а також алгебра орієнтованих точкових відношень (англ. Oriented Point Relation Algebra).

Останнім часом розробили просторово-часові числення, які поєднують просторову та часову інформацію. Наприклад, числення просторово-часових обмежень (англ. spatiotemporal constraint calculus, STCC) Джеревіні та Небеля поєднує алгебру проміжків Аллена з RCC-8. Крім того, якісне траєкторне числення (англ. qualitative trajectory calculus, QTC) уможливлює міркування про рухомі об'єкти.

Кількісна абстракція

У літературі значну увагу приділяють якісному просторово-часовому міркуванню на основі якісних абстракцій просторових і часових аспектів знань здорового глузду, на яких ґрунтується людське сприйняття фізичної реальності. З погляду методології, якісні обмежувальні числення обмежують словник багатих математичних теорій, які опрацьовують часові чи просторові сутності, що дозволяє розглядати конкретні аспекти цих теорій в межах розв'язних фрагментів із простими якісними (не-метричними) мовами.

На відміну від математичних та фізичних теорій щодо простору й часу, числення якісних обмежень дозволяють доволі ощадливо здійснювати міркування щодо сутностей, розташованих у просторі й часі. Завдяки цьому обмежена виразність числень формалізмів якісного подання є перевагою, якщо такі завдання міркування необхідно вбудовувати до застосунків. Наприклад, деякі з цих числень можна втілювати для ефективної обробки просторових запитів у ГІС, а деякі можна використовувати для навігації й комунікації з мобільним роботом.

Алгебра відношень

Більшість із цих числень можливо формалізувати як абстрактні алгебри відношень, що дозволяє здійснювати міркування на символьному рівні. Для обчислення розв'язків мережі обмежень (англ. constraint network) важливим інструментом є алгоритм шляхової узгодженості.

Програмне забезпечення

• GQR — розв'язувач мережі обмежень для числень на кшталт RCC-5, RCC-8, алгебри проміжків Аллена, точкової алгебри, числення кардинальних напрямків тощо.
• qualreas — система мовою Python для якісного міркування над мережами алгебр відношень, як-от RCC-8, алгеброю проміжків Аллена, а також алгеброю Аллена, поєднаною з часовими точками та розташованою у ліво- чи праворозгалужуваному часі (англ. Left- or Right-Branching Time).

Див. також

• Кора головного мозку
• Міркування здорового глузду
• Схематичне міркування
• Просторові здібності
• Темпоральна логіка
• Наочно-образне мислення

Джерела

• Renz, J.; Nebel, B. (2007). Qualitative Spatial Reasoning using Constraint Calculi (PDF). У Aiello, M.; Pratt-Hartmann, I.; van Benthem, J. (ред.). Handbook of Spatial Logics (англ.). Springer. ISBN 9781402055867. Архів оригіналу (PDF) за 27 червня 2007. Процитовано 1 березня 2007.
• Dong, T. (2008). A Comment on RCC: From RCC to RCC⁺⁺. Journal of Philosophical Logic (англ.). 34 (2): 319—352. doi:10.1007/s10992-007-9074-y. JSTOR 41217909. S2CID 6243376.
• Vilain, M.; Kautz, H.; van Beek, P. (1987). Constraint propagation algorithms for temporal reasoning: A Revised Report. Readings in qualitative reasoning about physical systems (англ.). Morgan Kaufmann Publishers. ISBN 1-55860-095-7.
• Dong, T. (2012). Recognizing Variable Environment -- The Theory of Cognitive Prism. Studies in Computational Intelligence (англ.). Т. 388. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. ISBN 9783642240577.

Посилання

• Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Просторово-часове міркування