60. Штучний інтелект і перспективна обчислювльна техніка.

Детальний аналіз розробок нейрокомп'ютерів дозволив виділити основні перспективні напрямки сучасного розвитку нейрокомп'ютерних технологій: нейропакети, нейромережеві експертні системи, СУБД із включенням нейромережевих алгоритмів, обробка зображень, керування динамічними системами й обробка сигналів, керування фінансовою діяльністю, оптичні нейрокомп'ютери, віртуальна реальність. Розробками в цій області займається більш 300 закордонних компаній, причому число їх постійне збільшується. Серед них такі гіганти як Intel, IBM і Motorolla. Сьогодні спостерігається тенденція переходу від програмних реалізацій до програмно-апаратної реалізації нейромережевих алгоритмів з різким збільшенням числа розробок нейрочипів з нейромережевою архітектурою. Різко зросла кількість військових розробок, в основному скерованих на створення надшвидкісних, "розумних" суперобчислювачів.

Якщо говорити про головний перспективний напрямок - інтелектуалізації обчислювальних систем, додавання їм властивостей людського мислення і сприйняття, то тут нейрокомп'ютери - практично єдиний шлях розвитку обчислювальної техніки. Багато невдач на шляху вдосконалення штучного інтелекту протягом останніх 30 років пов'язано з тим, що для рішення важливих і складних по постановці задач вибирались обчислювальні засоби, не адекватні по можливостях розв'язуваній задачі, в основному з числа традиційних комп'ютерів. При цьому, як правило, не вирішувалась задача, а показувалась принципова можливість її рішення. Сьогодні активний розвиток комп'ютерних технологій створив об'єктивні умови для побудови обчислювальних систем, адекватних по можливостях і архітектурі практично будь-яким задачам штучного інтелекту.

У Японії з 1993 року прийнята програма "Real world computing program". Її основна мета - створення еволюціонуючої адаптивної ЕОМ. Проект розрахований на 10 років. Основою розробки є нейротехнологія, яка використовується для розпізнавання образів, обробки семантичної інформації, керування інформаційними потоками і роботами, що здатні адаптуватися до навколишнього оточення. Тільки в 1996 році було проведено біля сотні міжнародних конференцій по нейрокомп'ютерах і суміжних проблемах. Розробки нейрокомп'ютерів ведуться в багатьох країнах світу, зокрема, в Австралії створений свій зразок комерційного супернейрокомп'ютера.

Завжди звучить питання: для якого класу задач найбільш ефективне застосування того чи іншого обчислювального пристрою, побудованого по нових ознаках. Стосовно нейрокомп'ютерів відповідь на нього постійно міняється протягом уже майже 50 років.

В історії обчислювальної техніки завжди були задачі, не розв'язувані традиційними комп'ютерами з архітектурою фон Неймана і для них перехід до нейромережевих технологій характерний у випадку різкого збільшення розмірності простору або рішення необхідності різкого скорочення часу. Можна виділити три ділянки застосування нейромережевих технологій: загальна, прикладна і спеціальна.

Головний результат розробки нейромережевих алгоритму рішення задачі - можливість створення архітектури нейрочіпу, адекватного розв'язуваній задачі. Для реалізації нейромережевих алгоритмів з використанням універсальних мікропроцесорних засобів ефективніше створити архітектури, орієнтовані на виконання нейромережевих операцій, ніж використовувати стандартні, орієнтовані на модифікацію однопроцесорних алгоритмів рішення задач.

На відміну від інших напрямків розвитку надпродуктивної обчислювальної техніки нейрокомп'ютери дають можливість вести розробки з використанням наявного потенціалу електронної промисловості. Необхідно відзначити ряд важливих особливостей даних робіт:

• цей напрямок дозволяє створити унікальні суперкомп'ютери на наявній елементній базі;

• розробки нейрочіпів і нейрокомп'ютерів характеризуються переходом від цифрової обробки до аналого-цифрової і аналогової;

• нейромережеві архітектури у порівнянні з іншими приводять до активізації використання нових технологічних напрямків реалізації: нейросистеми на пластмасі, оптоелектронні й оптичні нейрокомп'ютери, молекулярні нейрокомп'ютери і нанонейроелементи; виникає потреба в універсалізації САПР нейрочипів.

• народження технології систем на пластмасі і нанотехнології може привести до появи нових надпаралельних архитектур. Починаючи з нанонейроелементів, ми впритул підходимо до інших принципово нових архітектурних елементів, що утворюють надпаралельні високопродуктивні обчислювальні системи.

Нейрокомп'ютери є перспективним напрямком розвитку сучасної високопродуктивної обчислювальної техніки, а теорія нейронних мереж і нейроматематика являють собою пріоритетні напрямки обчислювальної науки, і при відповідній підтримці інтенсивно розвиваються.

Основою активного розвитку нейрокомп'ютерів є принципова відмінність нейромережевих алгоритмів рішення задач від однопроцесорних та малопроцессорних.

Нейрокомп'ютери є предметом досліджень відразу декількох дисциплін, тому єдине визначення нейрокомп'ютера можна дати тільки з врахуванням різних точок зору, адекватних різним напрямкам науки.

Математична статистика. Нейрокомп'ютери - це системи, що дозволяють сформувати опис характеристик випадкових процесів і сукупності випадкових процесів, що мають складні, багатомодальні чи взагалі невідомі функції розподілу.

Математична логіка і теорія автоматів. Нейрокомп'ютери - це системи, в яких алгоритм рішення задачі представлений логічною мережею елементів окремого виду - нейронів з повним відмовленням від булевских елементів типу І, АБО, НІ. Як наслідок цього введені специфічні зв'язки між елементами, що є предметом окремого розгляду.

Теорія керування. Як об'єкт керування вибирається окремий випадок, добре формалізований об'єкт - багатошарова нейронна мережа, а динамічний процес її налаштування уявляє собою процес рішення задачі. При цьому практично весь апарат синтезу адаптивних систем керування переноситься на нейронну мережу як окремий вид об'єкта керування.

Обчислювальна математика. Нейрокомп'ютери реалізують алгоритми рішення задач, представлені у виді нейронних мереж. Це обмеження дозволяє розробляти алгоритми, потенційно більш паралельні, ніж будь-яка інша їхня фізична реалізація. Множина нейромережевих алгоритмів рішення задач складає новий перспективний розділ обчислювальної математики, умовно названою нейроматематикой.

Обчислювальна техніка. Нейрокомп'ютер - це обчислювальна система, в якій реалізовані два принципових технічних рішення:

· спрощений до рівня нейрона процесорний елемент однорідної структури і різко ускладнені зв'язки між елементами; · програмування обчислювальної структури перенесено на змінювання вагових зв'язків між процесорними елементами.

Загальне визначення нейрокомп'ютера може бути представлене в наступному виді.

Нейрокомп'ютер - це обчислювальна система з архітектурою апаратного і програмного забезпечення, адекватної виконанню алгоритмів, представлених у нейромережевому логічному базисі.

• Нейрокомп'ютери дають стандартний спосіб рішення багатьох нестандартних задач. І неважливо, що спеціалізована машина краще вирішує один клас задач. Важливіше, що один нейрокомп'ютер вирішить і цю задачу, і другу, і третю і не треба щораз проектувати спеціалізовану ЕОМ, нейрокомп'ютер зробить все сам і майже не гірше.

• Замість програмування навчання. Нейрокомп'ютер вчиться, потрібно лише формувати навчальні множини. Праця програміста заміняється новою працею вчителя. Краще це чи гірше? Ні те, ні інше. Програміст наказує машині всі деталі роботи, вчитель створює "навчальне середовище", до якого пристосовується нейрокомп'ютер. З'являються нові можливості для роботи.

• Нейрокомп'ютери ефективні там, де потрібний аналог людської інтуїції, зокрема, для розпізнавання образів, читання рукописних текстів, підготовки аналітичних прогнозів, перекладу з однієї природної мови на іншу і т.п. Саме для таких задач звичайно важко скласти явний алгоритм.

• Нейронні мережі дозволяють створити ефективне програмне та математичне забезпечення для комп'ютерів з високим ступенем розпаралелювання обробки.

• Нейрокомп'ютери "демократичні" та дружні, як текстові процесори, тому з ними може працювати будь-який, навіть зовсім недосвідчений користувач.