MENTAL vs. LA
HIPÓTESIS DEL
SISTEMA DE SÍMBOLOS
FÍSICOS

“Un sistema de símbolos físicos tiene los medios necesarios y suficientes de acción inteligente general” (Allen Newell y Herbert Simon)

“El comportamiento simbólico del hombre surge porque tiene las características de un sistema de símbolos físicos” (Allen Newell y Herbert Simon)



El modelo IPS de Simon y Newell

Herbert Simon y Allen Newell plantearon la hipótesis de que la “manipulación de símbolos” es la esencia de la inteligencia común a humanos y máquinas.

Según Simon y Newell, la mente humana y los ordenadores son tan similares que es posible elaborar una nueva teoría que unifique la psicología y la informática. Ambos son sistemas de proceso de símbolos.

Simon y Newell esperaban poder explicar la complejidad del pensamiento humano a partir de un cierto número de mecanismos psicológicos sencillos, dejando al ordenador la generación de la complejidad a partir de dichos mecanismos simples.

En su obra “Human Problem Solving” [1972], Simon y Newell presentaron la estructura general de un modelo unificado: el modelo IPS (Information Processing System). El modelo IPS se basa en la convicción de que los razonamientos humanos y las decisiones subsiguientes son estructurables y, por lo tanto, normalizables y programables siguiendo un cierto proceso que puede ser modelizado sobre un ordenador.

El modelo IPS consta de: Características:

El modelo IPS −denominado “sistema de símbolos”− pretendía elevar el nivel de abstracción de una máquina de Turing. Es un ejemplo de máquina universal. Para demostrar que este modelo es universal, basta con demostrar que puede emular una máquina de Turing, lo cual es muy fácil de demostrar. Este sistema se presentó como el primer modelo de la mente humana, el denominado “modelo simbólico” o “computacional”.


Ejemplos de sistemas de símbolos
Aplicaciones del Modelo IPS

Basándose en el modelo IPS, Newell y Simon desarrollaron las dos primeras aplicaciones de inteligencia artificial: el Teórico Lógico (Logic Theorist) y el Solucionador General de Problemas (General Problem Solver, GPS).

Simon y Newell presentaron el Teórico Lógico en la famosa “Conferencia Darmouth” (en el Darmouth College), en el verano de 1956 −una conferencia organizada por John McCarthy, Marvin Minsky, Claude Shannon y Nathan Rochester− considerado el evento fundacional de la inteligencia artificial.

Aunque el término “inteligencia artificial” fue acuñado por McCarthy, se considera que el campo de la inteligencia artificial fue fundado por Newell y Simon (con el Teórico Lógico y el GPS), pues se consideran modelos del razonamiento humano. También se consideran fundadores John McCarthy, Marvin Minsky y Oliver Selfridge [McCorduck, 2004].


El Teórico Lógico

El Teórico Lógico fue un programa desarrollado por Herbert Simon y Allen Newell, con la ayuda del programador Cliff Shaw en 1955.

Según sus autores, este programa proporcionaba un nexo entre psicología e informática. Fue capaz de demostrar varios teoremas de lógica simbólica, concretamente demostró 38 de los 52 primeros teoremas del capítulo 2 de Principia Mathematica, de Russell y Whitehead. Y realizó una demostración más elegante que la humana del teorema 2.85. Esta demostración la intentaron publicar en The Journal of Symbolic Logic, pero fue rechazada porque la demostración no era notable, ignorando el hecho de que el autor era un programa de ordenador.

Para desarrollar el Teórico Lógico crearon un nuevo lenguaje de programación, el lenguaje IPL (Information Processing Language) [ver Adenda], pues ningún lenguaje de los existentes en aquel momento se ajustaba a las necesidades exigidas de potencia, generalidad y flexibilidad para poder implementar el proyecto. Este lenguaje se utilizó también posteriormente en el GPS.

El Teórico Lógico representó un hito en el desarrollo de la inteligencia artificial y en la comprensión de la inteligencia en general. Introdujo nuevos conceptos que luego fueron centrales en el campo de la inteligencia artificial: “El Teórico Lógico fue la demostración positiva de que una máquina podía ejecutar tareas hasta ahora consideradas inteligentes, creativas y únicamente humanas” [McCorduck, 2004].

Una descripción detallada del Teórico Lógico se puede encontrar en [Steffernd, 1963].


El Solucionador General de Problemas (General Problem Solver, GPS)

El GPS es un programa de ordenador creado en 1957 por Herbert Simon, Allen Newell y Cliff Shaw. Se trataba de una generalización del Teórico Lógico para intentar resolver todo tipo de problemas particulares mediante un procedimiento general. El GPS se implementó también en IPL.

En el GPS se aplicó la estrategia “problem space theory” (teoría del espacio del problema) donde residen los objetos. El conocimiento del problema se expresaba (en un lenguaje simbólico formal) mediante objetos y mediante las operaciones que podían hacerse entre los objetos para dar lugar a otros objetos. Las operaciones podían estar restringidas para aplicarse solo a ciertas clases de objetos. Una operación podía producir más de un objeto como resultado.

El GPS representó otro gran hito de la inteligencia artificial. Fue el primer programa de ordenador en el que se separó el conocimiento del problema (el “qué”) de la estrategia para resolverlo (el “cómo”), utilizando siempre el mismo mecanismo general de razonamiento, independientemente del problema a resolver.

El GPS se podía aplicar a una gran variedad de problemas: demostración de teoremas, juegos, problemas recursivos (como las torres de Hanoi), identidades algebraicas, criptoaritmética, problemas geométricos, etc. El GPS utilizaba dos heurísticas:
  1. Análisis de medios-fines (means-ends analysis).
    Los medios son los objetos y las operaciones entre los objetos para conseguir el objetivo. Se realiza un análisis en cada momento de las alternativas disponibles y se seleccionan los objetos y las operaciones que más se acercan al objetivo.

  2. Planificación (planning).
    La planificación permite construir una solución en términos generales, antes de considerar los detalles. Para ello se omiten ciertos detalles de los objetos y de las operaciones para simplificar el problema, ignorando diferencias no significativas entre los objetos y entre las operaciones. Una vez llegado al estado objetivo, se consideran los detalles.
En general, el proceso para alcanzar un objetivo es recursivo, y es el siguiente:
  1. Crear una lista con solo un elemento: el objeto inicial.

  2. Recorrer todos los objetos de la lista y todas las operaciones posibles para obtener nuevos objetos, seleccionando aquellos objetos que más se aproximan al objeto final, añadiéndolos al final de la lista.

  3. Eliminar los objetos expandidos de la lista.

  4. Si uno de los nuevos objetos es el objetivo, finalizar el proceso con éxito.

  5. Si ya no hay nuevos posibles estados, finalizar el proceso con fracaso. En caso contrario, volver al punto 2.
La estructura de los objetos posibles puede recorrerse en amplitud o profundidad. En amplitud, los nuevos objetos se obtienen expandiendo horizontalmente todos los objetos del nivel anterior. En profundidad, los nuevos objetos se obtienen expandiendo verticalmente los objetos del nivel anterior.

El sistema GPS se describe en un libro que se considera un hito científico del siglo XX: “Human Problem Solving” [Newell & Simon, 1972].


La Hipótesis del Sistema de Símbolos Físicos

Los éxitos del paradigma simbólico (con los sistemas IPS y GPS) animaron a Simon y Newell a dar un paso más allá y proponer la Hipótesis del Sistema de Símbolos Físicos (Physical Symbol System Hypothesis): “Un sistema de símbolos físicos tiene los medios necesarios y suficientes de acción inteligente general”.

En otras palabras, la condición necesaria y suficiente para que un sistema físico exhiba inteligencia general es que sea un Sistema de Símbolos Físicos (SSF). “Necesaria” significa que cualquier sistema físico que exhiba inteligencia es un SSF. “Suficiente” significa que cualquier SSF puede ser organizado para que exhiba inteligencia general. “Inteligencia general” significa lo mismo que inteligencia humana.

La hipótesis SSF no puede demostrarse a nivel lógico. Está sujeto a su validación empírica. La hipótesis se considera validada si se pueden construir programas simbólicos inteligentes y si los estudios psicológicos muestran que los humanos piensan manipulando símbolos.

Los sistemas simbólicos se califican de “físicos” para indicar que existen en los dispositivos físicos del mundo real, en los ordenadores y en los cerebros. En los cerebros existe de manera natural. En los ordenadores existen de forma artificial. Los ordenadores han permitido traspasar los sistemas de símbolos desde el mundo platónico de las ideas al mundo empírico de los procesos reales.

Un SSF consta de lo mismo que un sistema de símbolos (teórico), pero con la particularidad de que el sistema es físico, es decir, es una implementación física de un sistema de símbolos. Y está sujeto a las leyes de la física, es decir, que son realizables o implementables mediante ingeniería o computación electrónica. Los sistemas simbólicos son abstractos. Los SSF son concretos.


Sistema de símbolos físicos de Newell

Newell, en su publicación “Sistemas de Símbolos Físicos” [1980, 1987], presentó una variación del modelo IPS, con 10 operaciones:
Contenido y características de un SSF

Un SSF consta de: Características:
Implicaciones de la hipótesis SSF La hipótesis SSF fue propuesta por Simon y Newell en un famoso artículo titulado “Computer Science as Empirical Enquiry: Symbols and Search”, publicado en 1976, y que es el registro de la conferencia que impartieron con motivo de la concesión del premio Turing en 1975.

“El concepto de sistema de símbolos físicos es la contribución más fundamental de la inteligencia artificial y de la informática a la ciencia cognitiva” [Newell, en Norman 1981].

“Hemos inventado un programa de ordenador capaz de pensar no-numéricamente, y de este modo resolver el venerable problema mente-cuerpo, explicando cómo un sistema compuesto de materia puede tener las propiedades de la mente” [Herbert Simon, citado en Crevier, 1993].


Críticas a la Hipótesis del Sistema de Símbolos Físicos

La hipótesis del SSF ha sido criticada por cinco razones principales:
  1. La inteligencia es algo más que la simple manipulación de símbolos. La inteligencia requiere sentir, actuar y experimentar.

  2. La objeción de Searle: los ordenadores no tienen conciencia de lo que hacen. Son solo procesadores de símbolos, sin semántica.

  3. Además del proceso discreto realizado con los símbolos, también se requiere proceso analógico, principalmente ligado a la percepción y al reconocimiento de patrones.

  4. El cerebro no es un ordenador y la computación no es un modelo de la inteligencia. El cerebro aprende y los ordenadores no tienen iniciativa; solo hacen lo que se les ha programado.

  5. Muchos comportamientos inteligentes trascienden lo racional hacia un plano intuitivo.
En definitiva, se necesitan los dos modos de conciencia: analítico y sintético, digital y analógico, racional e intuitivo, semántica y sintaxis, etc.


MENTAL vs. Hipótesis del Sistema de Símbolos Físicos

Podemos establecer las siguientes analogías y diferencias:
MENTAL vs. modelo IPS

Instrucción IPSMENTAL
1Leer(1)
2Escribir
3Almacenar(2)
4Mover(x° = y)
(y° = θ)
5Copiar(x° = y)
6Comparar(x op y) →
acción
(3)
7Borrar(y° = θ)
8AgregarAgrupación
serie o
paralela
9Desagregargrupo↓

(1) En MENTAL no hay operaciones de entrada/salida porque se consideran de tipo implementador, de transferencia entre la memoria interna (espacio abstracto) y el mundo externo.

(2) La operación de almacenar está implícita. Toda expresión reside en el espacio abstracto.

(3) “op” es un operador de comparación.


MENTAL vs. SSF de Newell

Instrucción SSFMENTAL
1Entrar(1)
2Leer
3Escribir
4Hacer(2)
5Salir si
6Continuar si
7ActuarEjecutar (!)
8Copiar(x° = y)
9Asignar(x° = y) o
(x° =: y) (3)
10QuoteNo evaluar ()

(1) En MENTAL no hay operaciones de entrada/salida por las razones mencionadas anteriormente.

(2) Estas tres instrucciones se refieren a bucles. En MENTAL los bucles se implementan mediante las primitivas. Hay operaciones condicionales. En MENTAL la condición es una primitiva independiente.

(3) La operación “Asignar” se corresponde en MENTAL con la primitiva “Sustitución”, en sus dos variantes: como sustitución inmediata y diferida (o representación).

Una primitiva fundamental que no tiene IPS ni el sistema de símbolos físicos es “Generalización”, una primitiva “meta” que permite definir diferentes paradigmas de programación.



Adenda

Más sobre Simon y Newell

Simon fue uno de los padres fundadores de varios campos científicos, incluyendo inteligencia artificial, proceso de información, psicología cognitiva, toma de decisiones, resolución de problemas, teoría de la organización, teoría de la administración, econometría, ciencia del diseño, ciencias sociales y políticas, sistemas complejos, investigación operativa y simulación por ordenador. Recibió el premio Nobel de Economía en 1978.

Simon fue un científico interdisciplinario y universalista. Su motivación principal era entender los mecanismos del pensamiento racional humano en la resolución de problemas y su aplicación a las máquinas. Buscó siempre la raíz común a todo y a la vez la máxima simplicidad. Según Simon, la complejidad emerge de la simplicidad, por lo que hay que buscar los patrones simples ocultos subyacentes.

Su libro de 1947 “Administrative Behaviour: a Study of Decision Making Processes in Administration Behaviour” es considerado el libro más influyente del siglo XX en el campo de la gestión. En él conecta diferentes disciplinas (ciencia política, economía, administración, lógica, psicología, etc.) y afirma dos cosas: 1) que la toma de decisiones es el fundamento de toda administración; 2) que la teoría de la administración debe derivarse de la lógica y de la psicología de la elección (o decision) humana.

Simon asociaba la inteligencia con la toma de decisiones. La esencia de la inteligencia es la capacidad de elegir la mejor opción entre las alternativas disponibles y según las restricciones existentes. Simon hablaba de la “racionalidad limitada” (bounded racionality) a nivel personal por tres causas: 1) por la información disponible; 2) por las limitaciones cognoscitivas del sujeto; 3) por el tiempo disponible para tomar la decision.

En “Las ciencias de lo artificial”, Simon [2006] expone su hipótesis de que la computación y la mente humana son sistemas de proceso de símbolos.

Por su parte, Newell basó toda su carrera científica en la cuestión de la naturaleza de la mente y de la inteligencia. Durante su vida recibió una gran cantidad de honores.

Simon y Newell recibieron conjuntamente el premio Turing en 1975 por sus contribuciones a la inteligencia artificial y la psicología cognitiva. Ambos aprovecharon la conferencia del premio para presentar su hipótesis del Sistema de Símbolos Físicos y los principios básicos de la inteligencia como proceso de información.


IPL (Information Processing Language)

IPL fue un lenguaje con el que se implementó el Teórico Lógico y el GPS. IPL implementaba características de tipo general como: listas, listas de propiedades, esquemas, recursión, proceso de símbolos, funciones de orden superior, generadores y multitarea cooperativa. IPL fue el primer lenguaje de programación que implementó listas y el primero en en soportar recursión.

IPL fue pronto reemplazado por Lisp, un lenguaje de alto nivel con características aún más potentes y con una sintaxis más simple.


SOAR

El paradigma GPS evolucionó, con Simon y Newell, hasta convertirse en SOAR (State Operator And Result), una teoría unificada de la cognición humana y una arquitectura para resolución de problemas y aprendizaje.

SOAR se basa en un conjunto de hipótesis cognoscitivas similares a la estructura de la resolución de problemas por los humanos:
Bibliografía