Пространственно-временное мышление

Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . Пожалуйста, помогите улучшить ее, чтобы сделать ее понятной для неспециалистов , не удаляя технические детали. ( Октябрь 2012 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Пространственно-временное рассуждение — это область искусственного интеллекта , которая черпает вдохновение из областей компьютерной науки , когнитивной науки и когнитивной психологии . Теоретическая цель — с когнитивной стороны — включает представление и обоснование пространственно-временных знаний в уме. Прикладная цель — с вычислительной стороны — включает разработку высокоуровневых систем управления автоматами для навигации и понимания времени и пространства.

Конвергентный результат в когнитивной психологии заключается в том, что отношение связи является первым пространственным отношением, которое приобретают человеческие младенцы, за которым следует понимание отношений ориентации и отношений расстояния. Внутренние отношения между тремя видами пространственных отношений могут быть вычислительно и систематически объяснены в рамках теории когнитивной призмы следующим образом:

1. отношение связи примитивно;
2. отношение ориентации – это отношение сравнения расстояний: то, что вы находитесь передо мной, можно интерпретировать как то, что вы находитесь ближе к моей передней стороне, чем к другим моим сторонам;
3. Отношение расстояния — это отношение связи, использующее третий объект: то, что ты находишься на расстоянии одного метра от меня, можно интерпретировать как объект длиной в один метр, связанный с тобой и мной одновременно.

Не обращаясь к внутренним отношениям между пространственными отношениями, исследователи ИИ внесли много фрагментарных представлений. Примерами временных исчислений являются интервальная алгебра Аллена и точечная алгебра Вилена и Каутца. Наиболее известными пространственными исчислениями являются мереотопологические исчисления , исчисление кардинальных направлений Франка , двойное крестовое исчисление Фрексы, 4- и 9-пересеченные исчисления Эгенхофера и Францозы, триггерное исчисление Лигозата, различные исчисления связей регионов (RCC) и алгебра ориентированных точечных отношений.

Недавно были разработаны пространственно-временные исчисления, которые объединяют пространственную и временную информацию. Например, пространственно-временное исчисление ограничений (STCC) Геревини и Небеля объединяет интервальную алгебру Аллена с RCC-8. Более того, качественное траекторное исчисление (QTC) позволяет рассуждать о движущихся объектах.

В литературе акцент делался на качественном пространственно-временном рассуждении, которое основано на качественных абстракциях временных и пространственных аспектов фонового знания здравого смысла, на котором базируется наша человеческая перспектива физической реальности. Методологически качественные исчисления ограничений ограничивают словарь богатых математических теорий, имеющих дело с временными или пространственными сущностями, так что конкретные аспекты этих теорий могут рассматриваться в разрешимых фрагментах с помощью простых качественных (неметрических ) языков.

В отличие от математических или физических теорий о пространстве и времени, качественные исчисления ограничений позволяют делать довольно недорогие рассуждения о сущностях, расположенных в пространстве и времени. По этой причине ограниченная выразительность качественных исчислений формализма представления является преимуществом, если такие задачи рассуждения необходимо интегрировать в приложения. Например, некоторые из этих исчислений могут быть реализованы для эффективной обработки пространственных запросов ГИС , а некоторые могут использоваться для навигации и связи с мобильным роботом .

Большинство этих исчислений можно формализовать как абстрактные алгебры отношений , так что рассуждения могут быть выполнены на символическом уровне. Для вычисления решений сети ограничений алгоритм согласованности путей является важным инструментом.

• GQR, решатель сетей ограничений для таких исчислений, как RCC-5, RCC-8, интервальная алгебра Аллена, точечная алгебра, исчисление основных направлений и т. д.
• qualreas — это фреймворк Python для качественного рассуждения в сетях реляционных алгебр, таких как RCC-8, интервальная алгебра Аллена и алгебра Аллена, интегрированная с точками времени и расположенная либо во времени левого, либо правого ветвления.

• Кора головного мозга
• Здравый смысл в рассуждениях
• Диаграммное рассуждение
• Пространственные способности
• Временная логика
• Визуальное мышление

• Renz, J.; Nebel, B. (2007). "Качественное пространственное рассуждение с использованием исчисления ограничений" (PDF) . В Aiello, M.; Pratt-Hartmann, I.; van Benthem, J. (ред.). Справочник по пространственной логике . Springer. ISBN 9781402055867. Архивировано из оригинала (PDF) 2007-06-27 . Получено 2007-03-01 .
• Донг, Т. (2008). «Комментарий к RCC: от RCC к RCC⁺⁺». Журнал философской логики . 34 (2): 319– 352. doi :10.1007/s10992-007-9074-y. JSTOR  41217909. S2CID  6243376.
• Vilain, M.; Kautz, H.; van Beek, P. (1987). "Алгоритмы распространения ограничений для временных рассуждений: пересмотренный отчет" . Чтения по качественным рассуждениям о физических системах . Morgan Kaufmann Publishers. ISBN 1-55860-095-7.
• Донг, Т. (2012). Распознавание переменной среды — Теория когнитивной призмы. Исследования по вычислительному интеллекту. Т. 388. Springer-Verlag, Берлин-Гейдельберг. ISBN 9783642240577.

• Медиа, связанные с Пространственно-временным рассуждением на Wikimedia Commons