 |
Современных программных средство систем искусственного интеллекта.
|
|
|
|
Оглавление:
1. Введение в искусственный интеллект.
2. Основные направления исследований в области искусственного интеллекта.
3. Искусственный интеллект как – научное направление.
4. Современные технологии искусственного интеллекта.
Введение в искусственный интеллект:
Понятие "интеллект" впервые возникло в психологии. Психологи считают, что интеллект - это "свойство личности, выражающееся в способности глубоко и точно отражать в сознании предметы и явления объективной действительности в их существенных связях и закономерностях, а также в творческом преобразовании опыта... (и)... система ориентировки на существенные отношения решаемой задачи.... Стадия интеллекта (или "ручное мышление") есть высшая ступень развития психики животных, (а)... ядро... собственно интеллекта составляет способность выделить в ситуации ее существенные для действия свойства в их связях и отношениях и привести свое поведение в соответствие с ними".
В настоящее время известны различные, порой даже противоречивые, толкования понятия: "искусственный интеллект". Приведем некоторые из них. Итак, искусственный интеллект - это создание таких программ для вычислительных машин, поведение которых назвали "разумным", если бы обнаружили его у людей.
Искусственный интеллект будет реализован лишь тогда, когда неодушевленная машина сможет решить задачи, которые до сих пор не удавалось решить человеку, - не вследствие большей скорости и точности машины, а в результате ее способности найти новые методы для решения имеющейся задачи.
Термин "искусственный интеллект" употребляется в двух различных смыслах. Во-первых, под этим термином понимают определенное научное направление, а во-вторых, этот термин используется как название для систем и объектов, на разработку которых и нацелены проводимые исследования.
|
|
|
Искусственный интеллект как наука существует около полувека. Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Первой интеллектуальной системой считается программа "Логик-Теоретик", предназначенная для доказательства теорем и исчисления высказываний. Ее работа впервые была продемонстрирована 9 августа 1956 г. В создании программы участвовали такие известные ученые, как А. Ньюэлл, А. Тьюринг, К. Шеннон, Дж. Лоу, Г. Саймон и др. За прошедшее с тех пор время в области искусственного интеллекта разработано великое множество компьютерных систем, которые принято называть интеллектуальными. Области их применения охватывают практически все сферы человеческой деятельности, связанные с обработкой информации.
Основные направления исследований в области искусственного интеллекта:
Интеллектуальные информационные системы проникают во все сферы нашей жизни, поэтому трудно провести строгую классификацию направлений, по которым ведутся активные и многочисленные исследования в области искусственного интеллекта. Рассмотрим кратко некоторые из них.
Разработка интеллектуальных информационных систем или систем, основанных на знаниях. Это одно из главных направлений искусственного интеллекта. Основной целью построения таких систем являются выявление, исследование и применение знаний высококвалифицированных экспертов для решения сложных задач, возникающих на практике. При построении систем, основанных на знаниях, используются знания, накопленные экспертами в виде конкретных правил решения тех или иных задач. Это направление преследует цель имитации человеческого искусства анализа неструктурированных и слабоструктурированных проблем. В данной области исследований осуществляется разработка моделей представления, извлечения и структурирования знаний, а также изучаются проблемы создания баз знаний, образующих ядро систем, основанных на знаниях. Частным случаем систем, основанных на знаниях являются экспертные системы.
|
|
|
Разработка естественно-языковых интерфейсов и машинный перевод. Проблемы компьютерной лингвистики и машинного перевода разрабатываются в искусственном интеллекте с 1950-х гг. Системы машинного перевода с одного естественного языка на другой обеспечивают быстроту и систематичность доступа к информации, оперативность и единообразие перевода больших потоков, как правило, научно-технических текстов. Системы машинного перевода строятся как интеллектуальные системы, поскольку в их основе лежат базы знаний в определенной предметной области и сложные модели, обеспечивающие дополнительную трансляцию "исходный язык оригинала - язык смысла - язык перевода". Они базируются на структурно-логическом подходе, включающем последовательный анализ и синтез естественно-языковых сообщений. Кроме того, в них осуществляется ассоциативный поиск аналогичных фрагментов текста и их переводов в специальных базах данных. Данное направление охватывает также исследования методов и разработку систем, обеспечивающих реализацию процесса общения человека с компьютером на естественном языке (так называемые системы ЕЯ-общения).
Генерация и распознавание речи. Системы речевого общения создаются в целях повышения скорости ввода информации в ЭВМ, разгрузки зрения и рук, а также для реализации речевого общения на значительном расстоянии. В таких системах под текстом понимают фонемный текст (как слышится).
Обработка визуальной информации. В этом научном направлении решаются задачи обработки, анализа и синтеза изображений. Задача обработки изображений связана с трансформированием графических образов, результатом которого являются новые изображения. В задаче анализа исходные изображения преобразуются в данные другого типа, например в текстовые описания. При синтезе изображений на вход системы поступает алгоритм построения изображения, а выходными данными являются графические объекты (системы машинной графики).
|
|
|
Обучение и самообучение. Эта актуальная область искусственного интеллекта включает модели, методы и алгоритмы, ориентированные на автоматическое накопление и формирование знаний с использованием процедур анализа и обобщения данных. К данному направлению относятся не так давно появившиеся системы добычи данных (Data-mining) и системы поиска закономерностей в компьютерных базах данных (Knowledge Discovery).
Распознавание образов. Это одно из самых ранних направлений искусственного интеллекта, в котором распознавание объектов осуществляется на основании применения специального математического аппарата, обеспечивающего отнесение объектов к классам, а классы описываются совокупностями определенных значений признаков.
Игры и машинное творчество. Машинное творчество охватывает сочинение компьютерной музыки, стихов, интеллектуальные системы для изобретения новых объектов. Создание интеллектуальных компьютерных игр является одним из самых развитых коммерческих направлений в сфере разработки программного обеспечения. Кроме того, компьютерные игры предоставляют мощный арсенал разнообразных средств, используемых для обучения.
Программное обеспечение систем искусственного интеллекта. Инструментальные средства для разработки интеллектуальных систем включают специальные языки программирования, ориентированные на обработку символьной информации (LISP, SMALLTALK, РЕФАЛ), языки логического программирования (PROLOG), языки представления знаний (OPS 5, KRL, FRL), интегрированные про-граммные среды, содержащие арсенал инструментальных средств для создания систем ИИ (КЕ, ARTS, GURU, G2), а также оболочки экспертных систем (BUILD, EMYCIN, EXSYS Professional, ЭКСПЕРТ), которые позволяют создавать прикладные ЭС, не прибегая к программированию.
Новые архитектуры компьютеров. Это направление связано с созданием компьютеров не фон-неймановской архитектуры, ориентированных на обработку символьной информации. Известны удачные промышленные решения параллельных и векторных компьютеров, однако в настоящее время они имеют весьма высокую стоимость, а также недостаточную совместимость с существующими вычислительными средствами.
|
|
|
Интеллектуальные роботы. Создание интеллектуальных роботов составляет конечную цель робототехники. В настоящее время в основном используются программируемые манипуляторы с жесткой схемой управления, названные роботами первого поколения. Несмотря на очевидные успехи отдельных разработок, эра интеллектуальных автономных роботов пока не наступила. Основными сдерживающими факторами в разработке автономных роботов являются нерешенные проблемы в области интерпретации знаний, машинного зрения, адекватного хранения и обработки трехмерной визуальной информации.
Искусственный интеллект как – научное направление:
Определить искусственный интеллект как научное направление - это значит, прежде всего, определить предмет и метод искусственного интеллекта.
Предмет познания - зафиксированные в опыте и включенные в процесс практической деятельности человека стороны, свойства и отношения объектов, исследуемые с определенной целью в данных условиях и обстоятельствах. Прежде чем что-то познавать, изучать, исследовать, необходимо выяснить, показать, доказать, что это "нечто" действительно есть, существует, т.е., что мы можем каким-либо образом "пощупать его руками" непосредственно или достоверно убедиться, отразить его существование посредством либо наших ощущений, либо специальных приспособлений, устройств, приборов. Все свои ощущения субъект постепенно анализирует, обобщает и выделяет в них основное, повторяющееся, главное, а различные случайности и помехи отбрасываются. Познающий старается уяснить и точно определить, что же это самое "нечто" собой представляет. Этот процесс опирается уже на все ранее известное, познанное, на знания познающего субъекта. Субъект пробует, пытается выразить в терминах естественного языка, знаками описать то, что он ощутил, понял, узнал. Он старается определить, как можно точнее, свое полученное представление. В результате, у познающего субъекта получается языковое выражение, символьное представление изучаемого "нечто". В это формальное, символьное выражение он вкладывает вполне определенное содержание, отвечающее и соотносящееся со всеми его знаниями. Поскольку это выражение зависит от представлений субъекта, его знаний и от его способности ощущать, воспринимать, отражать реальность, постольку это представление вносит свое субъективное влияние. Следовательно, выражение - представление - понятие об изучаемом "нечто" является единством объективного и субъективного, при доминирующей роли объективного. Древние ученые изучали мир. Предметом их исследований была окружающая среда. Возникает вопрос: являлись ли такие явления, как электричество, ядерные реакции и т.п. предметом их изучения? Все эти явления существовали и тогда. Ответ будет таким: эти явления не являлись предметом познания, так как древние ученые только могли догадываться, подозревать об их существовании. Следовательно, предмет познания зависит и от возможностей познающего субъекта.
|
|
|
Предмет изучения - это чувственно отражаемые стороны, части, свойства и отношения объектов, изучаемые с определенной целью, обобщенно выделенные в знаковом представлении, которое постоянно наполняется содержанием, соответствующим развивающемуся знанию как о непосредственно изучаемом, так и обо всей объективной реальности в целом. Предмета изучения не существует вне процесса познания. Предмета изучения нет и без познающего субъекта. Предмет отражает представление познающего, а его содержание постоянно обновляется, дополняется, хотя форма выражения, конкретное символьное представление такой формы может быть неизменным. Символьное выражение, представление познаваемого предмета должно быть кратким и отражать самую суть.
Главным, принципиальным отличием "интеллектуального" отражения является то, что "интеллектуальный" объект активно реагирует, перерабатывает, отражает воздействие других объектов.
Предметом искусственного интеллекта как научного направления - являются процессы активного отражения.
Система, способная к активному отражению действительности, самостоятельно формирует некий комплекс целей, самостоятельно выбирает объект изучения и целенаправленно отражает, познает, изучает его посредством своих органов чувств, датчиков информации. Важно отметить, что при активном отражении у субъекта появляется цель. Причем, цель может быть порождена внутри этого субъекта, например, в случае мышления человека или поведения животных. Также, цель может быть заложена в отражающую систему внешним субъектом, например, при обработке информации в ЭВМ, программа для которой написана человеком.
Метод - это способ организации деятельности для достижения цели научного объяснения предмета исследования, посредством воспроизведения этого предмета в мышлении, в виде определенным образом организованного, символьного, знакового описания.
Рассматривая искусственный интеллект - как научное направление, основным методом является моделирование, причем в самых различных формах, от формализованного знакового моделирования до построения и создания различных физических, кибернетических, биологических и т.д. моделей. Важную роль играет и системно-структурный подход, как общенаучный методологический принцип. Основным методом теории искусственного интеллекта является формализованное знаковое моделирование, которое имеет следующие два аспекта: формализация; 2) знаковое представление модели.
Модель, в данном случае, рассматривается как отражение, обобщение субъектом предмета познания, т.е. мышления или процессов активного отражения. При этом, мышление определяется, представляется логикой, по крайней мере, в области осознанного мышления, т.е. сознания. Рассмотрение мышления, как предмета теории искусственного интеллекта, предполагает две стороны. С одной стороны, это определенная логическая система - система знаний или, просто, знания, т.е. логические формы и отношения между ними. С другой стороны, изменения логической системы, что приводит к изменению системы знаний, в том числе и к генерации, порождению новых знаний. Формализация предполагает построение некоторой формально-логической системы, которую в свою очередь, можно определить как формальную систему знаний. Знаковое представление необходимо для материализации, фиксации, определенности полученной системы знаний.
Современные технологии искусственного интеллекта:
Искусственный интеллект как научное направление возник и начал активно развиваться после Второй мировой войны. С тех пор в этой области разрабатываются модели и методы решения задач, традиционно считавшихся интеллектуальными и не поддававшихся формализации (строгому математическому описанию) и автоматизации.
Само направление определено как "искусственный интеллект" в силу того, что основой всех его методов являются попытки копирования и моделирования существующих в природе интеллектуальных механизмов, таких как работа центральной нервной системы позвоночных, иммунитет, поведенческие реакции и т.д.
Далее представлен обзор современных направлений, методологий и подходов, которые могут быть отнесены к технологиям искусственного интеллекта.
Нейронные сети и их вариации. Представляют собой сеть взаимосвязанных элементов, которые являются математической моделью нейронов мозга. Используются для определения априорно неизвестных сложных функциональных зависимостей на основании статистических данных.
Байесовы (вероятностные) сети*. Моделируют вероятностные причинно-следственные связи. Позволяют рассчитывать вероятность наступления того или иного события при известной априорной вероятности причин. Позволяют строить модели в режиме реального времени с учетом неполноты данных и возможностью корректировки результата при появлении дополнительной информации. Могут использоваться для совместной обработки данных количественного и качественного характера.
Методы эвристической самоорганизации. Методы данной группы исследуют функциональные и вероятностные взаимосвязи "входов" и "выходов" некоторой системы, т.е. позволяют моделировать сложные нелинейные процессы и системы при отсутствии априорных знаний о структуре модели. Метод группового учета аргументов (МГУА), например, позволяет моделировать неизвестные закономерности функционирования исследуемого процесса или системы по информации, неявно присутствующей в выборке "входных" и "выходных" данных.
Теория игр. Позволяет формализовать описание процессов принятия сознательных целенаправленных решений при участии одной или нескольких сторон в условиях неопределенностей, риска и конфликта, которые возникают при столкновении интересов. Задача теории игр заключается в предложении рекомендаций рационального образа действий участников процесса принятия решений, т.е. в определении оптимальной стратегии для каждого из них.
Теория хаоса. Предлагает новые методы анализа данных, позволяющие выявлять скрытые зависимости там, где раньше систему считали случайной, и не имеющей каких-либо закономерностей. Применение аппарата теории хаоса позволяет качественно изучать нестабильное апериодическое поведение в нелинейных динамических системах, например, в экономических, экологических, социальных и биологических системах и процессах.
Многозначные логики. Нечеткая логика. Логика антонимов*. Расширяет возможности "обычной" двоичной логики, оперирующей только понятиями "1-да" и "0-нет". Позволяет оперировать с нечеткой, неточной, "размытой" информацией. Дает возможность использования качественных, а не количественных характеристик, что позволяет манипулировать лингвистическими понятиями и знаниями, выражаемыми на обычном языке (например, для описания процессов: "плохо"-"средне"-"хорошо", "огромный-большой-маленький-мизерный" и т.д.).
Эволюционные и клональные алгоритмы. Адаптивные методы поиска, используемые для решения задач функциональной оптимизации. Основаны на эволюционных процессах биологических организмов: популяции развиваются, подчиняясь законам естественного отбора и принципу "выживает сильнейший". Моделируя этот процесс, эволюционные алгоритмы, в частности генетические, способны "развивать" решения реальных задач, если они соответствующим образом закодированы. Такой подход является динамическим и позволяет довольно быстро находить оптимальные, с определенной точки зрения, решения.
Методы экспертных оценок*. Применяются при отсутствии возможности или трудо-ресурсной нецелесообразности получения данных в количественном выражении. При моделировании многих процессов и систем, например, экономических, социальных и биологических, понятие точных числовых оценок теряет всякий смысл. В таких случаях обращаются к использованию знаний и опыта экспертов - методам экспертных оценок, которые включают в себя методы получения, формализации и интеграции экспертных знаний.
Иммунные сети*. Основаны на принципах функционирования иммунной системы позвоночных, которая, выступает "вторым" интеллектом - как и нервная система, обладает такими свойствами как память, способность обучаться, умение распознавать и принимать решения о том, как вести себя в новых ситуациях. Методы, основанные на концепции искусственных иммунных сетей, используются в задачах распознавания образов, информационной безопасности, прогнозировании временных рядов и многих других.
Роевой интеллект*. Данный подход основан на коллективном интеллекте социальных насекомых, таких как муравьи и пчелы, каждая особь которых обладает очень малыми возможностями. Но, собираясь в многотысячную и многомиллионную колонию, они становятся роем, представляющим собой мощную интеллектуальную распределенную систему. Многие современные задачи управления, моделирования и прогнозирования могут быть эффективно решены с помощью автономных эмерджентных систем, построенных по такому принципу. Наиболее активными сферами применения являются социальное и электоральное моделирование, экономическое прогнозирование, маркетинговые исследования и исследования по корпоративному климату.
Заключение:
Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования.
Основная цель работ в области искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии - науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление - когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.
Другое направление психологии - психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.
Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.
Экспертная система - еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности: 1 - она адаптирована для любого пользователя, 2 - она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что..., но и знать как..., 3 - она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.
Список используемых источников:
Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Интеллектуальные информационные системы М.: Финансы и статистика, 2003. (учебник для студентов, обучающихся по информационным специальностям).
Сафонов В.О. Экспертные системы – интеллектуальные помощники специалистов; О-во "Знание", Санкт-Петербург- СПб, 1992.31с.
Гаврилова Т.А. Базы знаний интеллектуальных систем:Учебное пособие для стд. Вузов – СПб.: Питер, 2000 – 328 с.
Гаврилов М. В. Информатика и информационные технологии: Учебник для студентов вузов / М. В. Гаврилов. – М.: Гардарики, 2006. – 655 с.:
|
|
|
