Лекция 15. Технологии искусственного интеллекта
План
Понятие искусственного интеллекта.
Области применения ИИ.
Понятие экспертной системы.
Понятие искусственного интеллекта
«Интеллект – совокупность всех познавательных функций индивида: от ощущений и восприятия до мышления и воображения; в более узком смысле – мышление. И. – основная форма познания человеком действительности. Существуют три разновидности в понимании функции И.: 1) способности к обучению; 2) оперирование символами; 3) способность к активному овладению закономерностей окружающей нас действительности» (Рапацевич Е.С. Словарь-справочник по научно-техническому творчеству. – Мн.: ООО «Этоним», 1995. – 384 с. – С. 51-52.). (Сл 2)
Всякая интеллектуальная деятельность опирается на знания. В эти знания включаются характеристики текущей ситуации, оценки возможности выполнения тех или иных действий, законы и закономерности того мира, в котором совершается деятельность, и многое другое. В программах, которые стали создаваться, когда появились компьютеры, необходимые знания хранились в памяти программистов, которые писали программы. Компьютер ее механически выполнял заложенную в его память последовательность команд программы. Никаких знаний для этого компьютеру не требовалось.
«Интеллект искусственный – 1) условное обозначение кибернетических систем и их логико-математического обеспечения, предназначенных для решения некоторых задач, обычно требующих использования интеллектуальных способностей человека; 2) совокупность функциональных возможностей электронно-вычислительной машины (ЭВМ) решать задачи, ранее требовавшие обязательного участия человека» (Там же, с. 54).
Принципиальное отличие систем искусственного интеллекта состоит в том, что для такого рода систем программист не готовит конкретные программы для исполнения. Человек лишь дает машине нужное задание, а программу, выполняющую это задание, система должна построить сама. Для этого нужны знания как о предметной области, к которой относится задание, так и о том, как строятся программы. Все эти знания хранятся в интеллектуальных системах в специальном блоке, называемом базой знаний.
Знания, хранящиеся в базе знаний, записываются в специальной формализованной форме. В базе знаний могут реализоваться процедуры обобщения корректировки хранимых знаний, а также процедуры, создающие новые знания на основании тех, которые уже там имеются.
Искусственный интеллект – одно из новейших направлений науки, появившееся в середине 60-х г.г. ХХ в. на базе вычислительной техники, математической логики, программирования, психологии, лингвистики, нейрофизиологии и других отраслей знаний. Искусственный интеллект – это образец междисциплинарных исследований, где соединяются профессиональные интересы специалистов разного профиля. Само название новой науки возникло в конце 60-х гг,. а в1969 г. в Вашингтоне (США) состоялась первая Всемирная конференция по искусственному интеллекту.
Когда в конце 40-х – начале 50-х гг. появились ЭВМ, стало ясно, что инженеры и математики создали не просто быстро работающее устройство для вычислений, а нечто более значительное. Оказалось, что с помощью ЭИМ можно решать различные головоломки, логические задачи, играть в шахматы, создавать игровые программы. ЭВМ стали принимать участие в творческих процессах: сочинять музыкальные мелодии, стихотворения и даже сказки. Появились программы для перевода с одного языка на другой, для распознавания образов, доказательства теорем. Это свидетельствовало о том, что с помощью ЭВМ и соответствующих программ можно автоматизировать такие виды человеческой деятельности, которые называются интеллектуальными и считаются доступными лишь человеку. Несмотря на большое разнообразие невычислительных программ, созданных к началу 60-х гг., программирование в сфере интеллектуальной деятельности находилось в гораздо худшем положении, чем решение расчетных задач. Причина очевидна. Программирование для задач расчетного характера опиралось на соответствующую теорию – вычислительную математику. На основе этой теории было разработано много методов решения задач. Эти методы стали основой для соответствующих программ. Ничего подобного для невычислительных задач не было. Любая программа была здесь уникальной, как произведение искусства. Опыт создания таких программ никак не обобщался, умение их создавать не формализовалось.
Когда программист создавал программу для игры в шахматы, то использовал собственные знания о процессе игры. Он вкладывал их в программу, а компьютер лишь технически выполнял эту программу. Можно сказать, что компьютер «не отличал» вычислительные программы от невычислительных. Он одинаковым образом находил корни квадратного уравнения или писал стихи. В памяти компьютера не было знаний о том, что он на самом деле делает.
Об интеллекте компьютера можно было бы говорить, если бы он сам, на основании знаний о том, как протекает игра в шахматы и как играют в эту игру люди, сумел составить шахматную программу или синтезировал программу для писания несложных вальсов и маршей.
Не сами процедуры, с помощью которых выполняется та или иная интеллектуальная деятельность, а понимание того, как их создать, как научиться новому виду интеллектуальной деятельности, - вот где скрыто то, что можно назвать интеллектом. Специальные процедуры обучения новым видам интеллектуальной деятельности отличают человека от компьютера. Следовательно, в создании искусственного интеллекта основной задачей становится реализация машинными средствами тех процедур, которые используются в интеллектуальной деятельности человека. Что это за процедуры?
Можно сформулировать основные цели и задачи искусственного интеллекта. Объектом изучения искусственного интеллекта являются процедуры, используемые при решении человеком задач, традиционно называемых интеллектуальными, или творческими. Но если психология мышления изучает эти процедуры применительно к человеку, то искусственный интеллект создает программные (а сейчас уже и программно-аппаратные) модели таких процедур.
Цель исследований в области искусственного интеллекта – создание арсенала процедур, достаточного для того, чтобы ЭВМ (или другие технические системы, например роботы) могли находить по постановкам задач их решения. Иными словами, стали автономными программистами, способными выполнять работу профессиональных программистов – прикладников (создающих программы для решения задач в определенной предметной области). Разумеется, сформулированная цель не исчерпывает всех задач, которые ставит перед собой искусственный интеллект. Это цель ближайшая. Последующие цели связаны с попыткой проникнуть в области мышления человека, которые лежат вне сферы рационального и выразимого словесно (вербально) мышления. Ибо в поиске решения многих задач, особенно сильно отличающихся от ранее решенных, большую роль играет та сфера мышления, которую называют подсознательной, бессознательной, или интуитивной.
Основными методами, используемыми в искусственном интеллекте, являются разного рода программные модели и средства, эксперимент на ЭВМ и теоретические модели. Однако современные ЭВМ уже мало удовлетворяют специалистов по искусственному интеллекту. Они не имеют ничего общего с тем, как устроен человеческий мозг, поэтому идет интенсивный поиск новых технических структур, способных лучше решать задачи, связанные с интеллектуальными процессами. Сюда относятся исследования по нейроподобным искусственным сетям, попытки построить молекулярные машины, работы в области голографических систем и многое другое.
Существуют несколько основных проблем, изучаемых в искусственном интеллекте.
Представление знаний – разработка методов и приемов для формализации и последующего ввода в память интеллектуальной системы знаний из различных проблемных областей, обобщение и классификация накопленных знаний при решении задач.
Моделирование рассуждений – изучение и формализация различных схем человеческих умозаключений, используемых в процессе решения разнообразных задач, создание эффективных программ для реализации этих схем в вычислительных машинах.
Диалоговые процедуры общения на естественном языке, обеспечивающие контакт между интеллектуальной системой и человеком-специалистом в процессе решения задач.
Планирование целесообразной деятельности – разработка методов построения программ сложной деятельности на основании тех знаний о проблемной области, которые хранятся в интеллектуальной системе.
Обучение интеллектуальных систем в процессе их деятельности, создание комплекса средств для накопления и обобщения умений и навыков, накапливаемых в таких системах.
Кроме этих проблем исследуются многие другие, составляющие тот задел, на который будут опираться специалисты на следующем витке развития теории искусственного интеллекта.
В практику человеческой деятельности интеллектуальные системы уже внедряются. Это и наиболее известные широкому кругу специалистов экспертные системы, передающие опыт более подготовленных специалистов менее подготовленным, и интеллектуальные информационные системы (например, системы машинного перевода), и интеллектуальные роботы, другие системы, имеющие полное право называться интеллектуальными. Без таких систем современный научно-технических прогресс уже невозможен.
В настоящее время ИИ – мощная ветвь информатики, имеющая как фундаментальные, чисто научные основы, так и весьма развитые технические, прикладные аспекты, связанные с созданием и эксплуатацией работоспособных образцов интеллектуальных систем. Именно от результатов этих работ зависит появление ЭВМ 5 поколения.
Любая задача, алгоритм решения которой не известен, может быть отнесена к сфере ИИ (игра в шахматы, медицинская диагностики, резюме текста, перевод на иностранный язык). Характерные черты задач ИИ – использование информации в символьной форме и наличие выбора из множества вариантов в условиях неопределенности.
Наиболее перспективным направлением развития систем компьютерного обучения является технология искусственного интеллекта. Системы, использующие методику ИИ, называют интеллектуальными обучающими системами (ИОС). ИОС реализует адаптивное и двухстороннее взаимодействие, направленное на эффективную передачу знаний.Наиболее перспективным путем развития ИОС является, по-видимому, путь создания самообучающихся систем, приобретающих знания в диалоге с человеком.
2. Области применения ии
Под системами, обладающими ИИ, понимаются устройства или программы, имеющие такие характеристики, присущие человеческому интеллектуальному поведению как понимание и использование языка, причинная обусловленность поведения, способность к решению проблем, способность гибко реагировать на ситуацию, использовать преимущество благоприятных ситуаций, находить решение в неоднозначных или противоречивых ситуациях, распознавать относительную важность различных элементов ситуаций, находить сходство между ними несмотря на их различие.
Программные системы, реализующие алгоритмы, для которых не существует формальной модели решения, называются эвристическими и относятся к ИИ. Задачи ИИ – это такие задачи, в которых формализуется не процесс решения, а процесс поиска решения.
Наиболее широко системы искусственного интеллекта применяют для решения следующих задач:
Распознавание образов – это технические системы, воспринимающие визуальную и звуковую информацию, (кодируют и размещают ее в памяти), проблемы понимания и логического рассуждения в процессе обработки визуальной и речевой информации.
Моделирование рассуждений - изучение человеческих рассуждений в искусственном интеллекте только начинается, но без создания формальных моделей для таких рассуждений очень трудно производить в интеллектуальных системах все особенности рассуждений специалистов, решающих те задачи, которые мы хотим сделать доступными для искусственных систем. В созданных уже сегодня экспертных системах реализуются не только достоверные логические выводы, но и правдоподобные рассуждения и ряд иных немонотонных рассуждений. Появились первые программы для рассуждений по аналогии и ассоциации.
Системы символьных вычислений
Системы с нечеткой логикой - нечеткий вывод используется очень широко, ибо он отражает суму человеческих знаний о многих явлениях реального мира. При планировании поведения в роботах и других системах искусственного интеллекта, действующих в не полностью описанных средах, при принятии решений в условиях отсутствия исчерпывающей информации, в экспертных системах при частичных знаниях о предметной области и во многих других ситуациях без нечеткого вывода не обойтись
Когнитивная психология – одно из направлений современной психологической науки, связанное с поиском внутренних причин того или иного поведения живой системы. Как правило, объектом изучения выступает знание человека о себе и окружающем мире, а также познавательные процессы, обеспечивающие приобретение, сохранение и трансформацию этого знания.
Понимание естественного языка – анализ и генерация текстов, их внутреннего представления.
Экспертные системы – системы, использующие знания специалистов в конкретных видах деятельности.
На стыке вычислительной техники и лингвистики родилась компьютерная лингвистика. Новая наука несколько раз меняла название; сначала она называлась математической лингвистикой, потом структурной лингвистикой, и вычислительной лингвистикой, затем уже - компьютерная лингвистика.
Появилась возможность автоматизировать многие трудоемкие процессы, ведение разнообразных словарных и лексических карточек. Машинный перевод теперь является реальностью.
Машинный интеллект – совокупность аппаратных и программных средств ЭВМ, с помощью которого обеспечивается такое общение человека с машиной (интерфейс), которое по своему уровню приближается к общению между собой специалистов, решающих совместную задачу..
Планирование поведения – одно из направлений исследований по искусственному интеллекту. Основная задача этого направления – поиск процедур, которые могли бы автоматически предлагать наикратчайший путь к достижению поставленной цели, исходя из данной ситуации. Задачи такого типа оказались наиболее актуальными для роботов, действующих автономно. Решая поставленную перед ним задачу, робот должен составить план ее решения и постараться его выполнить. Если в процессе реализации этого плана робот убедится, что имеются непреодолимые препятствия, то он должен построить другой план, в котором этих препятствий не существует.
Интеллектуальные роботы.
Игры – игры, характеризующиеся конечным числом ситуаций и четко определенными правилами, в них превзойден уровень человека средних способностей; но уровень лучших специалистов не достигнут.
Решение задач – постановка, анализ и представление конкретных жизненных ситуаций, для решения которых требуется изобретательность, способность обобщать. Компьютерные технологии пытаются применить для реализации интеллектуальных процессов поиска решения, когда конечный результат непредсказуем, является плодом логических заключений и выводов, к которым приходит самостоятельно.
Новейший российский истребитель оснащаются системами искусственного интеллекта Гораздо более радикальные изменения внесены в бортовые электронные системы самолета. В результате введения многоканальной цифровой электродистанционной системы управления самолетом, включающей системы искусственного интеллекта, Су-37, по сравнению с Су-35, получит дополнительные беспрецедентные возможности:Возможность нанесения упреждающих ударов по любому воздушному противнику (в том числе и малозаметному самолету); Многоканальность и алгоритмическую защищенность всех информационных и прицельных систем; Атаку наземных целей без входа в зону ПВО противника; Маловысотный полет с облетом и обходом наземных препятствий, в том числе и в автоматическом режиме; Автоматизированные групповые действия по воздушным и наземным целям; Противодействие радиоэлектронным и оптико-электронным средствам противника; Автоматизацию всех этапов полета и боевого применения
Компания Panasonic объявляет о начале поставок нового проектора pt AE500E с искусственным интеллектом. Встроенный искусственный интеллект, автоматически управляющий яркостью лампы в зависимости от входного видеосигнала, обеспечивающий уровень контраста 1300:1.
Развитие информационных технологий будоражит человеческий ум уже добрых полвека. Компьютеры прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Работа в современном офисе немыслима без интернета, электронной почты, а заслуженный отдых для многих начинается только тогда, когда включается игровая приставка. Мобильные телефоны третьего поколения теперь не только передают голос, но и легко заменяют практически любое офисное оборудование. Появились даже автомобили с бортовыми компьютерами, которые могут составить маршрут поездки и доставить пассажира до точки назначения.
В первом процессоре, выпущенном Intel 11 ноября 1971 г., 2.300 транзисторов умеcтились на схеме размером с ноготь. Микрочип выполнял 60 тыс. операций в секунду - ничто по современным меркам, но тогда это был серьезный прорыв. С тех пор вычислительные технологии шагнули далеко вперед. Например, подсчитано, что за 30 лет существования микропроцессоров минимальный размер элементов процессора уменьшился в 17 раз, тогда как количество транзисторов увеличилось в 18 тыс. раз, а тактовая частота возросла в 14 тыс. раз. Нынешняя технология производства процессоров, применяемая корпорацией Intel, позволяет производить транзисторы размером с молекулу, а в будущем - в несколько атомных слоев.
Индустрия информационных технологий - одна из наиболее динамично развивающихся сфер жизни. В соответствии с законом Мура, в 2020 году компьютеры достигнут мощности человеческого мозга, т.к. смогут выполнять 20 квадриллионов (т.е. 20.000.000 миллиардов) операций в секунду, а к 2060 году, как считают некоторые футурологи, компьютер сравняется по силе разума со всем человечеством. Впрочем, еще в 1994 году ПК на базе процессора Intel Pentium со смехотворной, по нынешним временам, частотой 90 МГц обыграл в серии турниров по шахматам нескольких сильнейших гроссмейстеров мира, включая действующего чемпиона планеты - Гарри Каспарова.
Уже сегодня существуют реальные возможности применения интеллектуальных технологий в практически любом автомобиле. Например, телефонная гарнитура BlueConnect производства компании Johnson Controls - интегрированный автомодуль hands-free на базе процессоров Intel PXA250 и Intel PXA210 - позволяет водителю выполнять самые разнообразные действия, активизируемые голосом, с помощью сотового телефона и технологии Bluetooth.
Очевидно, что с каждым годом все более мощные микропроцессоры будут применяться во все большем количестве различных бытовых устройствах. Недавно специалистами Intel были разработаны транзисторы, скорость действия которых превышает скорость Pentium 4 почти на 1000%. Тем самым, заявляют ученые корпорации, было доказано, что нет никаких фундаментальных препятствий для продолжения развития микропроцессоров в соответствии с законом Мура до конца текущего десятилетия.
Такие транзисторы, имеющие размер всего 20 нанометров, позволят компании Intel к 2007 г. создать процессоры с миллиардом транзисторов, работающие на частоте до 20 ГГц при напряжении питания около 1 вольт. А руководство компании уже говорит о грядущих процессорах с тактовой частотой до 30 ГГц. Предпосылки для производства таких микропроцессоров в Intel уже созданы, заявляют представители компании.
Сторонники искусственного интеллекта искренне уверены, что цель существования Человечества - создать компьютерный сверхразум
Искусственный интеллект, в самом настоящем понимании этого термина, подразумевает суррогатный, но конкурентноспособный относительно человеческого вид разума, «живущий», например, на компьютерной основе. Пока удалось создать лишь некие подобия, «обезьяньи имитаторы» человеческой разумной деятельности. Да, марсоходы, самостоятельно избегая тривиальных препятствий, автономно распахивают безжизненность пустынь Красной планеты, но для задания направления исследований все равно нужна человеческая команда с Земли. Да, полупроводниковые агрегаты, напичканные сотнями миллионов транзисторов, научились худо-бедно записывать текст под диктовку, но самая элементарная оговорка, понятная живому слушателю, сразу ставит их в тупик. Да, компьютер научили автоматически переводить слова с одного языка на другой, но полученные от такого «искусственного переводчика» тексты без правки живым знатоком языка по-прежнему не очень качественны.