- •Предисловие
- •Введение
- •1Архитектура эвм
- •1.1 Биты и их хранение
- •1.1.1Вентили и триггеры
- •1.1.2Другие способы хранения битов
- •1.1.3Шестнадцатеричная система счисления
- •1.2 Оперативная память
- •1.2.1Структура памяти
- •1.2.2Измерение емкости памяти
- •1.3 Устройства хранения данных
- •1.3.1Магнитные диски
- •1.3.2Компакт-диски
- •1.3.3Магнитные ленты
- •1.3.4Хранение и поиск файлов
- •1.4 Представление информации в виде двоичного кода
- •1.4.1Представление текста
- •1.4.2Американский национальный институт стандартов
- •1.4.3Iso - международная организация по стандартизации
- •1.4.4Представление числовых значений
- •1.4.5Представление изображений
- •1.4.6Представление звука
- •1.5 Двоичная система счисления
- •1.5.1Альтернатива двоичной системе счисления
- •1.5.2Дроби в двоичной системе счисления
- •1.5.3Аналоговые и цифровые устройства
- •1.6 Хранение целых чисел
- •1.6.1Представление в двоичном дополнительном коде
- •1.6.2Сложение в двоичном дополнительном коде
- •1.6.3Проблема переполнения
- •1.6.4Представление с избытком
- •1.7 Хранение дробей
- •1.7.1Представление с плавающей точкой
- •1.7.2Ошибка усечения
- •1.8 Сжатие данных
- •1.8.1Общие методы сжатия данных
- •1.8.2Сжатие звука
- •1.8.3Сжатие изображений
- •1.9 Ошибки передачи данных
- •1.9.1Контрольный разряд четности
- •1.9.2Коды с исправлением ошибок
- •2Манипулирование данными
- •2.1 Архитектура эвм
- •2.1.1Сложение двух чисел, хранящихся в оперативной памяти
- •2.1.2Кто и что изобрел?
- •2.2 Машинный язык
- •2.2.1Система команд
- •2.2.2Кэш-память
- •2.2.3Арифметико-логические команды
- •2.2.4Команды управления
- •2.2.5Деление двух значений, хранящихся в памяти
- •2.3 Выполнение программы
- •2.3.1Пример выполнения программы
- •2.3.2Команды переменной длины
- •2.3.3Программы и данные
- •2.4 Арифметические и логические операции
- •2.4.1Логические операции
- •2.4.2Сравнение вычислительной мощности эвм
- •2.4.3Операции сдвига
- •2.4.4Арифметические операции
- •2.5 Связь с другими устройствами
- •2.5.1Связь через контроллер
- •2.5.2Строение шины
- •2.5.3Скорость передачи данных
- •2.6 Другие архитектуры
- •2.6.1Конвейерная обработка
- •3Операционные системы и организация сетей
- •3.13.1. Эволюция операционных систем
- •3.1.1Однопроцессорные системы
- •3.1.2Многопроцессорные системы
- •3.2 Архитектура операционной системы
- •3.2.1Программное обеспечение
- •3.2.2Полезное единообразие или вредная монополия?
- •3.2.3Компоненты операционной системы
- •3.2.4Операционная система linux
- •3.2.5Начало работы операционной системы
- •3.3 Координирование действий машины
- •3.3.1Понятие процесса
- •3.3.2Управление процессами
- •3.3.3Модель «клиент-сервер»
- •3.4 Обработка конкуренции между процессами
- •3.4.1Семафор
- •3.4.2Взаимная блокировка
- •3.5 Сети
- •3.5.1Основы организации сетей
- •3.5.2Интернет
- •3.5.3Топология сети Интернет
- •3.5.4Система адресов Интернета
- •3.5.5Электронная почта
- •3.5.6Всемирная паутина
- •3.6 Сетевые протоколы
- •3.6.1Управление правом отправки сообщений
- •3.6.2Сеть ethernet
- •3.6.3Javascript, апплеты, cgi и сервлеты
- •3.6.4Многоуровневый принцип программного обеспечения Интернета
- •3.6.5Комплект протоколов tcp/ip
- •3.6.6Протоколы рорз и imap
- •3.7 Безопасность
- •3.7.1Протокол защищенных сокетов
- •3.7.2Группа компьютерной «скорой помощи»
- •4Алгоритмы
- •4.1 Понятие алгоритма
- •4.1.1Предварительные замечания
- •4.1.2Формальное определение алгоритма
- •4.1.3Определение алгоритма
- •4.1.4Абстрактная природа алгоритма
- •4.2 Представление алгоритма
- •4.2.1Примитивы
- •4.2.2Псевдокод
- •4.3 Создание алгоритма
- •4.3.1Искусство решения задач
- •4.3.2Итеративные структуры в музыке
- •4.3.3Первый шаг в решении задачи
- •4.4 Итеративные структуры
- •4.4.1Алгоритм последовательного поиска
- •4.4.2Управление циклом
- •4.4.3Алгоритм сортировки методом вставок
- •4.5Рекурсивные структуры
- •4.5.1Поиск и сортировка
- •4.5.2Алгоритм двоичного поиска
- •4.5.3Управление рекурсивными структурами
- •4.6 Эффективность и правильность
- •4.6.1Эффективность алгоритма
- •4.6.2Проверка правильности программного обеспечения
- •4.6.3По ту сторону проверки правильности программ
- •5Языки программирования
- •5.1 Исторический обзор
- •5.1.1Ранние поколения
- •5.1.2Интерплатформенное программное обеспечение
- •5.1.3Независимость от машины
- •5.1.4Парадигмы программирования
- •5.2 Основные понятия традиционного программирования
- •5.2.1Культуры языков программирования
- •5.2.2Переменные и типы данных
- •5.2.3Структуры данных
- •5.2.4Константы и литералы
- •5.2.5Операторы присваивания
- •5.2.6Управляющие операторы
- •5.2.7Комментарии
- •5.3 Процедурные единицы
- •5.3.1Процедуры
- •5.3.2Событийно-управляемые программные системы
- •5.3.3Параметры
- •5.3.4Функции
- •5.3.5Операторы ввода-вывода
- •5.4 Реализация языка программирования
- •5.4.1Процесс трансляции программы
- •5.4.2Реализация java
- •5.4.3Компоновка и загрузка
- •5.4.4Пакеты разработки программного обеспечения
- •5.5 Объектно-ориентированное программирование
- •5.5.1Классы и объекты
- •5.5.3Конструкторы
- •5.5.4Дополнительные возможности
- •5.6 Параллельные операции
- •5.7 Декларативное программирование
- •5.7.1Логическая дедукция
- •5.7.2Язык программирования Prolog
- •6Разработка программного обеспечения
- •6.1 Разработка программного обеспечения
- •6.1.1Ассоциация по вычислительной технике
- •6.1.2Институт инженеров по электротехнике и электронике
- •6.2 Жизненный цикл программы
- •6.2.1Цикл как единое целое
- •6.2.2Разработка программного обеспечения на практике
- •6.2.3Этапы разработки программного обеспечения
- •6.2.4Анализ
- •6.2.5Проектирование
- •6.2.6Реализация
- •6.2.7Тестирование
- •6.2.8Современные тенденции
- •6.3 Модульность
- •6.3.1Модульная реализация программы
- •6.3.2Связь модулей системы
- •6.3.3Связность модуля
- •6.4 Методики проектирования
- •6.4.1Нисходящее и восходящее проектирование
- •6.4.2Модели проектирования
- •6.4.3Разработка открытых программных продуктов
- •6.5 Инструменты проектирования
- •6.6 Тестирование
- •6.7 Документация
- •6.8 Право собственности на программное обеспечение и ответственность
- •Часть 3 организация данных
- •7Структуры данных
- •7.1 Основы структур данных
- •7.1.1Опять абстракция
- •7.1.2Статические и динамические структуры
- •7.1.3Указатели
- •7.2 Массивы
- •7.3 Списки
- •7.3.1Непрерывные списки
- •7.3.2Реализация непрерывных списков
- •7.3.3Связные списки
- •7.3.4Поддержка абстрактного списка
- •7.4 Стеки
- •7.4.1Откат
- •7.4.2Реализация стека
- •7.5 Очереди
- •7.5.1Проблема указателей
- •7.6 Деревья
- •7.6.1Реализация дерева
- •7.6.2Сбор мусора
- •7.6.3Пакет бинарного дерева
- •7.7 Пользовательские типы данных
- •7.7.1Пользовательские типы
- •7.7.2Классы
- •7.7.3Описательное и процедурное знание
- •7.7.4Стандартная библиотека шаблонов
- •7.8 Указатели в машинном языке
- •8Файловые структуры
- •8.1 Роль операционной системы
- •8.1.1Таблицы размещения файлов
- •8.2 Последовательные файлы
- •8.2.1Обработка последовательных файлов
- •8.2.2Консорциум производителей программного обеспечения для www
- •8.2.3Текстовые файлы
- •8.2.4Текстовые и двоичные файлы
- •8.2.5Вопросы программирования
- •8.2.6Семантическая сеть
- •8.3 Индексация
- •8.3.1Основные положения индексации
- •8.3.2Вопросы программирования
- •8.3.3Расположение файлов на дисках
- •8.4 Хэширование
- •8.4.1Хэш-система
- •8.4.2Проблемы распределения
- •8.4.3Аутентификация посредством хэширования
- •8.4.4Вопросы программирования
- •9Структуры баз данных
- •9.1 Общие вопросы
- •9.2 Многоуровневый подход к реализации базы данных
- •9.2.1Система управления базой данных
- •9.2.2Распределенные базы данных
- •9.2.3Модели баз данных
- •9.3 Реляционная модель баз данных
- •9.3.1Вопросы реляционного проектирования
- •9.3.2Системы баз данных для персональных компьютеров
- •9.3.3Хронологические базы данных
- •9.3.4Реляционные операции
- •9.3.5Вопросы реализации
- •9.3.6Язык sql
- •9.4 Объектно-ориентированные базы данных
- •9.5 Поддержка целостности базы данных
- •9.5.1Пространственные базы данных
- •9.5.2Протоколы фиксации/отката изменений
- •9.5.3Блокировка
- •9.6 Воздействие технологий баз данных на общество
- •10Искусственный интеллект
- •10.1 Интеллект и машины
- •10.1.1Конечный результат или имитация
- •10.1.2Истоки искусственного интеллекта
- •10.1.3Тест Тьюринга
- •10.1.4Машина для решения головоломки из восьми фишек
- •10.2 Распознавание образов
- •10.3 Мышление
- •10.3.1Продукционные системы
- •10.3.2Интеллект, основанный на поведении
- •10.3.3Деревья поиска
- •10.3.4Эвристика
- •10.4 Искусственные нейронные сети
- •10.4.1Основные свойства
- •10.4.2Приложение теории
- •10.4.3Ассоциативная память
- •10.5 Генетические алгоритмы
- •10.6 Прочие области исследования
- •10.6.1Обработка лингвистической информации
- •10.6.2Рекурсия в естественных языках
- •10.6.3Роботы
- •10.6.4Системы баз данных
- •10.6.5Экспертные системы
- •10.7 Обдумывая последствия
- •10.7.1Сильный искусственный интеллект против слабого
- •11Теория вычислений
- •11.1 Функции и их вычисление
- •11.1.1Теория рекурсивных функций
- •11.2 Машины Тьюринга
- •11.2.1Основы машины Тьюринга
- •11.2.2Истоки машины Тьюринга
- •11.2.3Тезис Черча-Тьюринга
- •11.3 Универсальные языки программирования
- •11.3.1Скелетный язык
- •11.3.2Существуют ли инопланетяне?
- •11.3.3Универсальность скелетного языка
- •11.4 Невычислимая функция
- •11.4.1Проблема останова
- •11.4.2Неразрешимость проблемы останова
- •11.5 Сложность задач
- •11.5.1Измерение сложности задачи
- •11.5.2Пространственная сложность
- •11.5.3Полиномиальные и не полиномиальные задачи
- •11.5.5Детерминированность против недетерминированности
- •11.6Шифрование с открытым ключом
- •11.6.1Шифрование при помощи задачи о ранце
- •11.6.2Популярные системы шифрования
- •11.6.3Модульная арифметика
- •11.6.4Обратно к шифрованию
10.1.2Истоки искусственного интеллекта
У попыток создания машин, имитирующих человеческое поведение, большая история, но многие согласятся, что современная область исследования искусственного интеллекта зародилась в 1950 году после выхода книги «Computing Machinery and Intelligence», автором которой является Алан Тьюринг (Alan Turing). Именно в этой книге Тьюринг высказал мысль о том, что машину можно запрограммировать для имитации интеллектуальных процессов. Название новой научной области — искусственный интеллект — впервые прозвучало несколько лет спустя в теперь уже легендарном проекте Джона Мак-Карти (John McCarthy). В нем говорилось, что «изучение искусственного интеллекта, которое будет проводиться летом 1956 года в Дартмутском колледже», исследует «предположение о том, что любой аспект обучения или любая другая возможность интеллекта теоретически может быть так точно описана, что машина будет в состоянии имитировать ее».
Обдумав это, можно понять, что главной целью для компьютерного специалиста будет, вероятно, конечный результат действия программы. Такой подход называется ориентированным на конечный результат (performance oriented). В противоположность этому, психолог был бы более заинтересован в понимании процессов естественного интеллекта, а этот проект рассматривал бы как возможность проверки теорий, строя на их основе компьютерные модели. С этой точки зрения разработка «интеллектуальной» программы является лишь побочным продуктом другого исследования — понимания человеческого мышления и поведения. Этот подход называется имитационно-ориентированным (simulation oriented).
Другой пример различий между ориентированным на конечный результат и имитационно-ориентированным подходами можно найти в области обработки естественных языков и в лингвистике. Эти две области тесно связаны и используют возможности друг друга, хотя основные их цели различаются. Лингвисты изучают, как люди применяют естественные языки, а исследователи естественных языков заинтересованы в создании машин, которые смогут «понимать» языки. Системы обработки естественных языков, такие как переводчики документов и системы распознавания языковых команд, в большой степени зависят от знаний, полученных лингвистами, но зачастую обеспечивают полезные функции для ограниченной среды, для которой разрабатывается определенная система. Например, оболочка операционной системы не должна знать различные значения слова сору (это существительное или глагол?; есть ли у него какой-либо скрытый или переносный смысл?), ей необходимо лишь отличать его от других слов, таких как rename и delete. Таким образом, система обработки естественного языка может выполнить задачу правильно, хоть и не «красиво» с точки зрения лингвиста.
10.1.3Тест Тьюринга
И ориентированный на производительность, и имитационно-ориентированный подходы значительны и вносят большой вклад в исследования искусственного интеллекта. Однако они также поднимают незаметные с первого взгляда философские вопросы по этой дисциплине. Представьте, например, обсуждение, которое может развиться, если спросить группу людей, демонстрируют ли интеллект программы для игры в покер, созданные компьютерным специалистом и психологом, и если да, какая же программа умнее. Определяется ли интеллект программы способностью выиграть или возможностью быть похожей на человека?
Второе мнение разделял Алан Тьюринг, который в 1950 году разработал тест (сейчас известный как тест Тьюринга (Turing test)) для оценки интеллекта машины. Предложение Тьюринга заключалось в том, что человек, который называется опрашивающим, общался с субъектом теста посредством системы ручного ввода текста, не зная, является ли этим субъектом тоже человек или машина. Интеллект машины признавался в случае, когда опрашивающий не мог определить, с кем он общался — с машиной или с человеком. Таким образом, тест Тьюринга оценивает способность машины быть похожей на человека. Тьюринг полагал, что к 2000 году у машин будет 30-процентный шанс пройти 5-минутный тест Тьюринга — и это предположение оказалось на удивление точным.
Известный пример сценария теста Тьюринга получился из программы DOCTOR (версии более общей системы под названием ELIZA), созданной Джозефом Вайзенбаумом в середине 60-х годов. Эта интерактивная программа представляла психологическое собеседование с психоаналитиком по фамилии Родже-риан, причем компьютер играл роль доктора, а пользователь — пациента. На самом деле все, что делал DOCTOR — реструктурировал предложения, высказанные пациентом, согласно некоторым хорошо определенным правилам, и выводил их на экран. Например, на предложение «Я сегодня очень устал» DOCTOR мог ответить «Почему ты думаешь, что ты сегодня очень устал?» Если DOCTOR не мог распознать структуру предложения, он просто отвечал что-то типа «Продолжай» или «Очень интересно».
При создании программы DOCTOR Вайзенбаум основывался на изучении общения на естественных языках. С этой точки зрения психотерапия играла второстепенную роль, обеспечивая среду (или поле деятельности) для работы программы. К беспокойству Вайзенбаума, несколько психологов предложили использовать эту программу для настоящих сеансов психотерапии. (Теория Роджериана состоит в том, что пациент, а не психоаналитик должен вести дискуссию во время сеанса, и поэтому, как он представлял, компьютер может управлять дискуссией так же, как это делает врач.) Более того, DOCTOR производил настолько сильное впечатление понимающего человека, что многие, кто общался с ним, внезапно обнаруживали, что рассказывают о личных мыслях и чувствах, и во многих случаях становятся ведомой стороной машинного диалога в вопросах и ответах. В каком-то смысле, DOCTOR прошел тест Тьюринга. В результате обнаружились новые этические и технические проблемы.
Даже если машина пройдет тест Тьюринга, будет ли она считаться разумной? В действительности основная сложность при определении, обладает машина разумом или нет, заключается в определении, является ли машина на самом деле разумной или это только видимость. Интеллект — это внутренняя характеристика, существование которой определяется извне только косвенно в контексте диалога, состоящего из вопросов и реакций на них. Но доказывают ли разумные ответы фактическое существование интеллекта?
