M. M. Bongard

Михаил Моисеевич Бонгард (полная фамилия Бонгард-Полонский, 1924—1971) — выдающийся советский кибернетик, один из основоположников теории распознавания образов, автор фундаментальных работ в области цветоразличения, выдающийся исследователь процессов восприятия и адаптивного поведения. М. М. Бонгард — один из основателей (наряду с М. Л. Цетлиным) научной школы, круг интересов которой составляли проблемы математического моделирования в биологии, физиологии, медицине и этологии. Достижения этой школы в области индуктивного формирования понятий, моделей зрения, коллективного поведения автоматов на протяжении вот уже сорока лет составляют передний край мировой науки.

Область научных интересов

• распознавание образов;
• физиология зрения;
• машинное обучение;
• адаптивное поведение;

Биография

Михаил Моисеевич Бонгард родился 26 ноября 1924 года в Москве. Отец — Моисей Ильич Полонский. Мать — Дора Израилевна Бонгард (1900—1972).

В 1941 году окончил 182-ю среднюю школу Москвы и поступил на Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова. Во время войны перед призывом в Красную армию некоторое время обучался в Свердловском университете. В 18 лет попал на фронт. Служил на передовой в пехоте, воевал автоматчиком на танке. После ранения под Невелем продолжил учебу на физфаке МГУ.

В 1949 г. М. М. Бонгард окончил физический факультет МГУ по кафедре теории колебаний. (Его дипломная работа, которая составляла новое слово в теории и практике анализа спектров сигналов, занимала на бумаге менее 5 страниц. Это обстоятельство в будущем иногда служило «методом воспитания» его молодых сотрудников). Его как выпускника кафедры теории колебаний распределили на Шиховскую балалаечную фабрику. Но там не знали, что с таким специалистом делать, и он устроился лектором в Московский планетарий.

В начале пятидесятых М. М. Бонгард становится сотрудником созданной С. В. Кравковым лаборатории биофизики зрения Института биологической физики АН СССР (Сергей Васильевич Кравков — выдающийся психофизиолог, 1893—1951). В то время лабораторией биофизики зрения заведовал Г. К. Гуртовой, а с 1954 г. — проф. Н. Д. Нюберг (гимназический товарищ А. Н. Колмогорова).

В 1953 году М. М. Бонгард проводит измерения реакций на зрительном нерве лягушки, разрабатывает метод объективной колориметрии для выделения вклада цветовых каналов. В первой половине 50-х впервые в мире Бонгардом и Смирновым было показано, что многомерная информация может передаваться по одному нервному волокну. Обнаружение этого факта имело большое значение в связи с вопросами кодировки сигналов в нервных волокнах.

С 1958 г., первым в Советском Союзе, Бонгард начал занимается моделированием физиологических процессов на компьютере. Он пишет программы для М-2 — одной из первых ЭВМ в СССР. (Машина М-2 была разработана в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР под руководством И. С. Брука и М. А. Карцева).

В 1961—62 учебном году М. Л. Цетлин, М. М. Бонгард и В. И. Варшавский организовали в Комарово (под Ленинградом) первую в СССР зимнюю школу-семинар по теории автоматов и распознаванию образов. Эта школа, получившая название Комаровской, собиралась ежегодно на 10—14 дней и проработала 10 лет.

В 1961 г. за покорение пика Коммунизма (7495 м) в составе команды под руководством Е. Тамма (будущего начальника Первой советской экспедиции на Эверест в 1982 году) Михаил Моисеевич получает золотую медаль Чемпионата СССР в классе высотных восхождений.

В 1961 г. под руководством Бонгарда разработана программа «Кора» (как часть программы «Геометрия»). Программа «Кора» нашла применение, в частности, для распознавания нефтеносных пластов. Школе Бонгарда принадлежит приоритет в практическом применении методов распознавания образов для незрительных задач.

«…задача „Коры“ — поиск разделяющего правила после того, как найдены операторы, дающие достаточно четкие (коротко кодируемые) характеристики объекта или его частей. При этом несущественна структура операторов и то, как они найдены. Их мог в готовом, окончательном виде придумать человек („Арифметика“), они могут иметь некоторые степени свободы, закрепляемые в ходе определенных стадий обучения („Геометрия“)…».

Описание алгоритма «Кора» впоследствии войдет во все русскоязычные учебники и лекционные курсы по распознаванию образов.

В 1963 г. Бонгард переходит на работу в Институт проблем передачи информации АН СССР. В этом году по инициативе Нюберга, в связи с переездом Института биофизики из Москвы в Пущино, в ИППИ была организована «Лаборатория переработки информации в органах чувств». Сотрудники «Лаборатории биофизики зрения» Института биофизики АН СССР перешли в новую лабораторию в полном составе.

В 1963 г. в сборнике «Проблемы кибернетики» М. М. Бонгард публикует статью «О понятии „полезная информация“». Ценность информации после получения сообщения связывается с увеличением вероятности достижения некоторой цели (например, точности распознавания). Величина «полезной информации» по Бонгарду может иметь отрицательное значение, то есть может быть измерена и дезинформация. Глава 7-я вышедшей позднее книги Бонгарда «Проблема узнавания» посвящена развитию этой темы.

В 1967 г. он публикует свой главный труд — книгу «Проблема узнавания». В ней нашли отражение результаты многолетней работы собранного Бонгардом творческого коллектива, в который входили М. Н. Вайнцвайг, В. В. Максимов, М. С. Смирнов, Г. М. Зенкин, А. П. Петров и другие ученые. Эта монография на протяжении вот уже сорока лет является настольной книгой российских и многих зарубежных ученых в области Искусственного Интеллекта.

В 1970 г. книга была издана в английском переводе под названием «Pattern Recognition». Значительная часть книги посвящена важнейшей в теории распознавания образов теме — процедурам выявления информативных признаков путём индуктивного обучения.

В книге описаны эксперименты с компьютерными программами распознавания «Арифметика» и «Геометрия». В этих экспериментах впервые исследовалась задача преобразования пространства первичных признаков (пространства рецепторов) в такое пространство, где поверхность, разделяющая классы, достаточно проста. На основе первичных признаков объектов генерировались вторичные признаки как функции от первичных, из которых отбирались наиболее информативные. Окончательно задачи классификации решались в сформированном признаковом пространстве.

Впервые рассматривается проблема переобучения. Уникальность книги Бонгарда состоит, в частности, и в том, что методы распознавания, изложенные в ней, не ограничены узкими рамками так называемой «гипотезы компактности».

В «Приложении» Бонгард приводит «Задачник для узнающей программы» — 100 задач для оценки уровня качества и «способностей» программ распознавания для зрительных (визуальных) образов. Все эти задачи относительно легко решаются человеком. Однако пока сообщений об устройстве соревнований с человеком по их автоматическому решению не поступало (хотя попытки создания таких решающих программ позже предпринимались, — в частности, В. В. Максимовым и независимо от него Г. Фундалисом). Эти задачи, получившие известность как тесты Бонгарда, несомненно, являются объективным способом сравнения интеллектуальности искусственных распознающих систем.

С 1967 по 1971 гг. Михаил Моисеевич возглавлял Лабораторию переработки информации в органах чувств Института проблем передачи информации АН СССР.

Во второй половине 60-х под руководством М. М. Бонгарда начата разработка модели «Животное», изучающей адаптивное поведение искусственных организмов, живущих на разбитой на клетки плоскости и обладающих рядом конкурирующих между собой потребностей. В проекте «Животное» модель адаптивного поведения обладала иерархией целей и подцелей. Этот проект не был реализован в полноценной модели, и заложенные в нем интересные и остроумные идеи еще ждут своего воплощения. Об актуальности проекта свидетельствует то, что в 2006 г. две статьи по проекту «Животное» за авторством М. М. Бонгарда, И. С. Лосева, В. В. Максимова, М. С. Смирнова вышли повторно (спустя 30 лет после их опубликования) в сборнике «От моделей поведения к искусственному интеллекту» (под ред. Редько В. Г., ИОНТ РАН).

В начале августа 1971 года Михаил Моисеевич (друзья звали его Мика) погиб в горах Памиро-Алая (горный узел Матча). Он шёл в связке с альпинистом Олегом Куликовым, они поскользнулись на ледовом склоне. Что и как случилось с Микой и Олегом, рассказал Евгений Игоревич Тамм в своих «Записках Альпиниста».

Сестра матери — актриса театра «Габима» Эстер Израилевна Бонгард — была замужем за режиссёром и театральным педагогом Борисом Вершиловым.

Цитаты из книги «Проблема узнавания»

«Пишущие о кибернетике любят заканчивать статью заклинанием: раз человек составил программу, значит, он передал ей часть своих знаний; посему-де машина никогда не будет умнее своего создателя. Про автомат, узнававший нефтеносность пластов, никак не скажешь, что программисты передали ему свои знания: ведь мы ничего не понимали в геологии! Откуда же программа получила все необходимые сведения? Только благодаря наблюдению и, если хотите, „творческому осмыслению“ примеров, продемонстрированных при обучении. Становится понятной роль хороших „машинных педагогов“. Благодаря им универсальная программа получила специализацию в геофизике. А могла приобрести её в медицинской диагностике или в промышленной дефектоскопии».

«…если мы хотим перейти от фантастических рассказов к делу, то нужно искать блоки намного более простые, чем мышление в целом, но намного более сложные, чем отдельные команды. …По-видимому, узнавание является одним из таких, важных для построения мышления, блоков».

«…цель обучения состоит не столько в нахождении разделяющего правила (например, гиперплоскости), сколько в отыскании пространства признаков, в котором такое разделение возможно. … после того, как „хорошее“ преобразование пространства рецепторов в пространство признаков уже найдено, практически не возникает вопроса о нахождении разделяющего правила. Оно к этому времени найдено автоматически».

«…основная задача узнающей системы …вовсе не в сохранении всей информации, а в максимальном сокращении несущественной информации о каждом объекте».

«…никакого самообучения быть не может. Разговоры об „обучении без учителя“ являются недоразумением. Оно вызвано тем, что бывают случаи, когда для достижения некоторой цели от учителя требуется лишь информация о принадлежности объекта „не к мусору“.»

«Если перед нами два класса — животные и растения, то куда отнести сковородку? … человек дает короткие описания классов и при этом пользуется разными терминами (преобразованиями) при решении разных задач. Терминами очень специализированными, очень не универсальными.»

«…представляется целесообразным для сокращения перебора при обучении строить признаки путём последовательного наращивания цепочек сравнительно простых операторов. Поскольку каждую цепочку можно наращивать многими способами, процесс аналогичен движению по веткам дерева…. Смело можно утверждать, что поиск критериев отсечения ветвей при построении признаков является одной из важнейших задач проблемы узнавания.»

Публикации

• Бонгард М. М. Проблема узнавания.— М.: Физматгиз, 1967.
• Бонгард М. М. Колориметрия на животных // Доклады АН СССР.— 1955.— Т. 103.— № 2.— С. 239—242.
• Бонгард М. М., Смирнов М. С. Сущность некоторых новых опытов по цветному зрению // Физика в школе.— 1961.— № 1.— С. 5-15.
• Бонгард М. М. Моделирование процесса узнавния на цифровой счетной машине // Биофизика.— 1961.— Вып. 4.— № 2.— с. 17
• Бонгард М. М. Моделирование процесса обучения узнаванию на универсальной вычислительной машине // Биологические аспекты кибернетики. Сб. статей.— М.: Изд. АН СССР, 1962.
• Бонгард М. М. О понятии «полезная информация» // Проблемы кибернетики. 9.— М., 1963.
• Бонгард М. М., Смирнов М. С. О «кожном зрении» Р. Кулешовой // Биофизика.— 1965.— Т. 10.— вып. 1.— С. 48-54.
• Бонгард М. М., Вайнцвайг М. Н., Губерман Ш. А. Извекова М. Л., Смирнов М. С. Использоание обучающейся программы для выявления нефтеносных пластов // Геология и геофизика.— 1966.— № 6.
• Бонгард М. М., Вайнцвайг М. Н. Об оценках ожидаемого качества признаков // Проблемы кибернетики.— 1968.— вып. 20
• Бонгард М. М., Голубцов К. В. О типах горизонтального взаимодействия, обеспечивающих нормальное видение перемещающихся по сетчатке изображений (моделирование некоторых функций зрения человека) // Биофизика.— 1970.— Вып. 2.— № 15.— с. 361—373.
• Адельсон-Вельский Г. М., Бонгард М. М., Лавров С. С. Эвристическое программирование // Вторая всесоюзная конференция по программированию (ВКП-2), Новосибирск.— 1970.
• Bongard M. M. Pattern Recognition.— New York: Spartan Books, 1970.
• Нюберг Н. Д., Бонгард М. М., Николаев П. П. О константности восприятия окраски // Биофизика.— 1971.— Т.16.— Вып. 2.
• Бонгард М. М., Лосев И. С., Смирнов М. С. Проект модели организации поведения — Животное // Моделирование обучения и поведения.— М.: Наука, 1975.
• Бонгард М. М., Лосев И. С., Максимов В. В., Смирнов М. С. Формальный язык описания ситуаций, использующий понятие связи // Моделирование обучения и поведения.— М.: Наука, 1975.

Ссылки

• Тесты Бонгарда
• Алгоритм «Кора» в лекциях академика РАН Ю. И. Журавлева, МГУ 2008 г. (недоступная ссылка)
• Воспоминания Смирнова М. С.
• Воспоминания Фрумкиной Р. М. о Мике Бонгарде
• Сборник статей посвященный памяти М. М. Бонгарда
• Сайт Лаборатории обработки сенсорной информации ИППИ (ранее Лаборатория переработки информации в органах чувств)