23.Правила сетевого взаимодействия. Протоколы. Модель osi

В комп.сети д/б приняты правила для обеспечения связи м\у поставщиками и потребителями услуг в сети. Различные организации пытались создать стандарты и модели чтобы обобщить и структурировать задачи, выполняемые сетевыми протоколами.

Протокол-свод правил и стандартов, по которым взаимодействуют различные устройства и сетевые службы.

Наиболее популярна модель(OSI) – модель открытого системного взаимодействия. Модель OSI состоит из следующих семи уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический.

Уровни нумеруются снизу вверх. Цель модели – это упорядочивание сетевых технологий и применений сетевых протоколов.Физический уровень

Протоколы физич. уровня отвечают за передачу битов. На данном уровне описываются:

1.Физич. стр-ры сети

2.Механ. и электрич. спецификации для исп-ния носителя передачи данных

3.Кодирование передачи битов и синхронизация битов

На физич. уровне не опис-ся среда передачи данных. Однако протоколы физич. уровня предусматривают опред. среду передачи данных. К физич. уровню OSI относится след.соединит. обор-ние:

- Концентраторы и повторители, кот.регенерируют электрич. сигналы

- Разъемы носителя для передачи данных, обеспеч-ие аппаратный интерфейс м\у носителем и устр-вами

- Модемы и кодеки, кот.осущ-т цифровые и аналоговые преобразования.

Канальный уровень OSI

Задачи : 1) организация битов в кадры (Кадр – группа битов, предст-ая собой отдельную логич-ую единицу данных);2) проверяет данные на ошибки и по возм-ти исправ-т их;3) управление потоком данных;4) определяет комп в сети по MAC адресу;5) определяет и контролирует способ доступа данных в среде передачи;(способы доступа – конкуренция , передача маркера , метод опроса);6) определ-т лог-ую топологию среды.

Сетевой уровень

Функции с.у.:

меж-е взаи-ие–определение сетевых маршрутов,логических адресов, коммутацию.

Коммутация определяет несколько путей из т. А в т. В.

2)маршрутизация

( обнаружение маршрута, выбор марш-а)

(т.е. устан-ся возможные марш-ты и выбир-ся оптим-ый из возможных)

Устройство сетевого уровня – маршрутизатор – устр-во, кот соединяет сети м.у. собой.

Проблема выбора наилучшего маршрута называется маршрутизацией. Ее решение – одна из главных задач сетевого уровня.

3) управление сетью подразумевает управление потоком данных, последоват-тью, трансляцией.

При этом выполняется мониторинг и выявляются узкие места в маршр-ции.

Трансляция реализует поддержку различных сетевых систем ( с помощью ШЛЮЗА)

Шлюз(gateway) – аппар-прогр-й комплекс, выполняющий преобр-ие протокола. Шлюз может работать на любом уровне модели OSI .

Транспортный уровень

Транспортный уровень состоит из след-х компонент: 1) Адресация тр-го уровня открывает вход к службам верхнего уровня, кот-й идентиф-ся с помощью адресов служб. Первым компонентом адреса службы является адрес подключения (адрес портов, адрес гнезд).

Трансп-ые адреса идентиф-ют подключение, по котор-у делается запрос к конкретной службе верхнего уровня. 2) Управление включает в себя:

Сегментация – это служебная задача, упаков-ая сообщения в пакеты приемлемого размера. Управление потоком данных тран-го уровня касается надежных коммуникаций на всем пути от отправителя к получателю.

Контроль ошибок включает в себя 2 метода: 1. использование виртуальных каналов 2. каждому сегменту присва-ся свой уникальный номер;

СеансовыйУровень. Открывает диалог м.у. отправителем и пол-ем и обеспечивает продолжение коммуникаций.

Управление диалогом может идти по трем схемам: 1) симплексный – предусматривает передачу инф-ии только в одном направлении.

ПредставительныйУровень.

Это транслятор OSI. Он преобразует данные во взаимосогласованный формат, понятный обеим сторонам.

ПрикладнойУровень.

Реализует сетевые средства и службы. Этот уровень предоставляет файловую службу, службу печати и т д, определяет каким обр-м эти средства и службы использ-ся.

Сетевые протоколы

Так как OSI – это модель, уровни модели сами не производят каких-либо ф-ций. Однако сетевые протоколы обеспечивают ф-ции, кот.м.б. связаны с уровнями модели OSI.

Стек протоколов – это группа протоколов, упорядоченных в виде уровней для реализации коммуникационного процесса.

При прохождении сообщения вниз по первому стеку, каждый уровень кроме физического добавляет свой заголовок к сооб-нию. Заголовок содержит фрагменты управляющей инф-ции, кот.считывается и обрабатывается соотв-щим уровнем принимающего стека. При перемещении сообщения вверх по стеку протокола, каждый уровень удаляет соотв-ий заголовок.

Пакет(min единица инф-ии используемая для передачи по комп. сети) передается вверх по уровням, каждый уровень обрабатывает свой заголовок и передает данные выше, пока они не достигнут нужного сетевого приложения на 7 уровне.

Пакеты с данными, передаваемые на каждом уровне, имеют разные названия. Термин «пакет» применим к данным на любом уровне, но различают следующие названия данных.

На физический уровень данные передаются в виде битов; На канальный уровень – кадры; Транспортный уровень – датаграммы и сегменты; Прикладной уровень – сообщения.

24 Линии связи, характеристики. Классификация линий связи. Проводные и беспроводные линии связи: виды, основные характеристики (стоимость, сложность установки, пропускная способности, затухание и устойчивость к внешним электромагнитным помехам).Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство. К основным характеристикам линий связи относятся:амплитудно-частотная характеристика;полоса пропускания;затухание;помехоустойчивость; Ethernet Локальные сети Глобальные сети;перекрестные наводки на ближнем конце линии;пропускная способность;достоверность передачи данных;удельная стоимость. В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:1)проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток; 2) кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели; 3) беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру. Проводные линии связиПроводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Кабельные каналы Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.  Витая пара — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочкуВитая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара  UTP и экранированная витая пара STP. Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров.Коаксиальный кабель - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги).Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.  Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой. Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.  Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.  Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно.  Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля –  это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы связиРадиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.  Радиорелейные каналы связи. Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км Сотовые каналы связи. Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи). Скорость передачи данных до 45 Мбит/c.  Радиоканалы WiMAX аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Информацию можно  передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с. Радиоканалы MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с — 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал. Радиоканалы для локальных сетей. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении. Радиоканалы Bluetooth - это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.

25 Предпосылки и история возникновения Интернет.Службы сети Интернет (электронная почта, обмен файлами, гипертекстовые документы).Поиск информации в Интернет.Язык HTML как средство создания информационных гипертекстовых ресурсов.

ИНТЕРНЕТ-всемирная компьютерная сеть, соединяющая вместе тысячи сетей: сети вооруженных сил и правительственных организаций, образовательных учреждений, благотворительных организаций, индустриальных предприятий и корпораций всех видов, а также коммерческих предприятий.

История возникновения

1969 –военные США разрабатывают глобальную сеть с целью тестирования перемаршрутизации сообщений Разрабатывается технология Интернет-протоколом (Internet Protocol или, сокращенно, IP). Название сети ARPAnet. 1972 – в сеть объединены 50 университетов и исследовательских организаций. 1973 - присоединились Англия и Норвегия. 80 годы – Расширение набора протоколов, внедрение протокола TCP/IP и рост сети. Толчок в развитии Интернета дало введение World Wide Web (Всемирная Паутина,WWW) и появление системы гипертекста (hypertext). Основы WWW, заложил в 1980-е годы Тим Бернерс-Ли в процессе работ по созданию системы гипертекста.

1990 первый текстовый браузер (browser), позволяющий просматривать связанные гиперссылками (hyperlinks) текстовые файлы онлайн. В 1991 доступ к этому браузеру был предоставлен и широкой публике, однако распространение его вне научных кругов шло медленно.Новый исторический этап в развитии Интернета берет начало с выхода первой Unix-версии графического браузера Mosaic в 1993 году.

С 1994, после выхода версий браузера Mosaic для О.С. Windows и Macintosh, а вскоре вслед за этим - браузеров Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer, берет начало взрывообразное распространение популярности WWW, и как следствие Интернета, среди широкой публики сначала в США, а затем и по всему мируВ1995 NSF(национ.науч.фонд) передал ответственность за Интернет в частный сектор, и с этого времени Интернет существует в том виде, каким мы знаем его сегодня.

1. Электронная почта (E-mail).Зарег-му абоненту Эл-ой почты предост-ся «почтовый ящик» – опред-ный объем памяти на сервере. Здесь хранятся сообщения, поступившие в адрес абонента, сюда же абонент помещает сообщения, которые желает отправить.Пересылаемые файлы могут содержать информацию разных типов: тексты, программы в машинных кодах, изображения, звуковую информацию.

Программы для работы с Эл-ной почтой предоставляют пользователю следующие возможности:

просмотр сообщения (письма) – прочитанное письмо можно сохранить в почтовом файле или переписать в файл другого типа, а можно распечатать и удалить;

создание и отправка сообщения может содержать список файлов,

использование почтовых архивов, каталогов почты и адресных справочников.

2. Служба (WWW) – «всемирная паутина».World Wide Web – это единое информационное пространство, объединяющее множество взаимосвязанных электронных документов – Web-страниц. Web-страницы хранятся на специальных Web-серверах и могут включать тексты, рисунки, фотографии, звук и пр. Главной особенностью Web-страниц является гипертекстовая организация связей между Web-страницами.

Гипертекст – способ организации текстовой информации, внутри которой установлены смысловые связи между ее различными фрагментами (гиперсвязь).

Гиперсвязи соединяют документы, хранящиеся как на одном сервере, так и на разных.

Несколько тематически объединенных Web-страниц образуют Web-сайт.

3. Службы поиска.Такие службы позволяют ориентироваться в потоках информации, циркулирующей в сетях, вести целенаправленный отбор данных, получать доступ к нужным файлам. Распространенные программы поиска Rambler, Yandex, Google и др.

4. Служба передачи файлов – передает файлы от FTP сервера к клиенту.Используется для передачи клиенту файлов, хранящихся на специальном FTP сервере. Позволяет копировать файлы специальная программа — FTP (от File Transfer Protocol — протокол переноса файлов).Одной из важнейших возможностей FTP является разрешение анонимного доступа к некоторым серверам, что позволяет получать файлы с них абсолютно всем желающим.

HTML (Hyper Text Markup Language) - специальный язык для создания гипертекстовых документов. Гипертекстовый документ это документ, который имеет ссылки на части документа другие документы или иные объекты. Страницы созданные с помощью HTML могут содержать текстовые, графические, звуковые и др. объекты. Язык HTML поддерживает протокол HTTP(Hyper Text Transfer Protocol). Поэтому основное назначение языка HTML состоит в создании документов для размещения их в форме Web-страниц в Интернете. Группа страниц по одной теме соединенных ссылками называют сайтом. Кроме этого может быть использована для создания документов имеющих ссылки но не расположенных в Интернете например: 1)Учебные пособия 2)Файлы справки 3)Мультимедийные справочники и библиотеки. Для просмотра HTML документов используют программы браузеры: Internt Explorer, Opera.

26.Определение искусственного интеллекта. Тест Тьюринга. История, основные направления и области применения искусственного интеллекта.

ИИ – область информатики, занимающаяся автоматизацией разумного поведения.

Также можно определить ИИ с помощью теста Тьюринга: ИИ –это компьютерная система, которая прошла тест Тьюринга. Алан Тьюринг предложил тест, который выявляет разумность машины. Человека и машину, претендующую на «разумность», помещают в разные комнаты. Другой человек – «следователь» сообщается с ними с помощью текстового устройства (клавиатура и монитор). Следователь должен отличить компьютер от человека исключительно на основе их ответов на любые вопросы. Если же следователь не сможет различить, где машина, а где человек, то такую машину можно считать разумной. Следователь может задавать любые вопросы: попросить произвести сложный арифметический расчет, предполагая, что машина справится быстрее человека; попросить высказать суждение относительно произведения искусства.

«-»: только символьные задачи ( не учитывает ощущения и движения); попытка втиснуть ИИ в человеческие рамки (скорость вычислений).

История ИИ: Термин ИИ был впервые применен в 1956 г. В СССР начало развития этого направления связывают с семинаром профессора А. А. Ляпунова в МГУв 1954 г.

Однако в истории науки и до середины ХХ века существовали направления, которые можно отнести к сфере искусственного интеллекта: 1) исследование законов человеческого мышления и их формализация; 2) представление знаний, абстрагирование формы представления от конкретного содержания; 3) практическая реализация автоматизации процессов мышления.

Первым ученым, работавшим над этими проблемами, вероятно, следует считать Аристотеля. В своем труде «Логика» Аристотель впервые исследовал законы человеческого мышления и создал правила построения новых утверждений из исходных посылок. Причем, если посылки истинны, то и заключения также истинны. Например, если известно, что «Все люди смертны» и «Сократ – человек», то можно сказать, что «Сократ – смертен» (правило modus ponens). Леонард Эйлер в начале XVIII века в своем анализе задачи о кенигсбергских мостах создал учение о представлениях, которые абстрактно отражают структуру взаимосвязей реального мира – теорию графов. В XVIII веке Готфрид Вильгельм Лейбниц выдвинул идею применения в логике математической символики, предложил использовать бинарную систему счисления для целей вычислительной математики. Лейбниц ввёл термин «модель», построил механическую машину, которая могла выполнять 4 арифметические операции.ВXIX веке работу в этом направлении продолжил Джордж Буль, создал алгебру, в которой присутствовало только два числа – 0 и 1 («ложь» и «истина»), а основными операциями были И, ИЛИ, НЕ. Фреге формализовал многие вопросы, затронутые в аристотелевской «Логике», путем создания исчисления предикатов первого порядка. Английский математик Чарльз Бэббидж (1792-1871) в 1833 году спроектировал Аналитическую машину, которая стала прообразом современных компьютеров. Его помощница Ада Августа Лавлейс стала первым в мире программистом. В ее честь назван современный язык программирования Ada. В 40-е годы ХХ века были созданы первые ЭВМ. Стало возможным реализовывать формальные системы рассуждений на машине и проверять разумность компьютерных программ опытным путем. Сферы применения ИИ: математическая логика; нейронные сети; генетические алгоритмы; интеллектуальные агенты.

Рассмотрим основные сферы, где эти направления ИИ находят применение: 1) ведение игр; 2) автоматические рассуждения и доказательства теорем; 3) Экспертные системы; 4) понимание естественных языков; 5) робототехника и планирование.

27. Декларативные и императивные языки программирования. Язык логического программирования Пролог. Области применения Пролога. Факты, правила, запросы в Прологе. Основные разделы программы на Прологе. Примеры. Декларати́вные языки́ программи́рования — это языки программирования высокого уровня, в которых программистом не задается пошаговый алгоритм решения задачи ("как" решить задачу), а некоторым образом описывается, "что" требуется получить в качестве результата. Механизм обработки сопоставления с образцом декларативных утверждений уже реализован в устройстве языка. Типичным примером таких языков являются языки логического программирования (языки, основанные на системе правил)..Императивные языки программирования противопоставляются функциональным и логическим языкам программирования. Функциональные языки, например, Haskell, не представляют собой последовательность инструкций и не имеют глобального состояния. Логические языки программирования, такие как Prolog, обычно определяют что надо вычислить, а не как это надо делать.Пролог – programminginlogic Логическая программа – набор спецификаций в рамках формальной логики. Prolog – язык логич-го программир-я осн-ный. на исч предик и исп-ет мет резолюции. В отлич от исчисления высказ-й, где имеет место только узкий круг утверждений – высказ-й, в исчислении предикатов вместо высказ-й исп-ся предикаты – символьные выр-я, начинающ-ся со строчной буквы и указывающие на отношения м-у неск-ми объектами likes(masha,flowers). Аргументами предикатов м.б. и функции. Пролог созд в 1973 г. во Франции поддерж деклар стиль прогр-я, т.е. опис предм обл в виде фактов и правил. В отл от него процед-й стиль предп-ет напис пр-мы в виде инструкц по вып-ю алг. В логическом прогр-и компьютеру сообщается, что есть истина, а не как это сделать.

Описание языка: Операц: коньюн () дизьюн (;) отриц (not) имплик (:-). Программы на прологе сост из предложений. Сущ-ет 2 типа предл-й - факты и правила: факты опис отн-я м/у обьект. likes(masha,flowers) – Маше нравятся цветы; и отражают св-ва green(tree) – дерево зеленое. Правила позв вывод 1 факт из друг-го. Для представл-я правил исп-ся Хорновские клозы- формулы вида АВ1^B2^…^B_n , где А и В это предикаты без отрицаний. А- заголовок, а конъюнкция – тело выражения. Любое логическое выр-е м-но привести к виду Хорн. Клоза. likes(masha,X):-green(X) – маша любит все зеленое; likes(sasha,X):-likes(masha,X)- Саша любит все то что любит маша.

Запросы и цели: дав прологу факты и правила можно задавать запрос или цель . likes(masha,flowers)- нравятсялимашецветы (yes); likes(sasha,X) – чтолюбитСаша (X=flowers, X=tree)

Переменные: позволяют описывать факты и правила, относящ-ся к классам объектов, начинаются с заглавн буквы или подчеркивания. Константы запис-ся с маленькой буквы или исп-ся кавычки. Константы определ конкретн объекты (sasha,”Sasha”). Анонимные перем (обозн. знаком подчерк-я _) пр. parent(dima,kostya). parent (sasha,nina). Требуется узнать какие люди явл родител без инф о детях. Запрос: parent (X,_).

Осн. разделы:доменов (domains) – тип аргументов предикатов; предикатов (predicates) – объявл все использ предик (просто выписыв) и домены их аргументов. Предикаты задают факты и правила. Имя предикатаначин со строчн или заглавной буквы., м-т исп-ся цифры и знак подчеркивания; предложений (clauses) – располагаются все факты и правила; цели (goal) – описыв запрос. Пример: записать на прологе «все люди смертны, Сократ человек, следовательно Сократ смертен»

Domains – описание типа

X=symbol Х-переменная

Predicates-объяляются все испол-мые предикаты

person (X) человек

mortal(X)смертн

clauses раздел предложений

person (socrates). факт

mortal(X):-person(X). правило

goalразделцелей

mortal(socrates). Запрос смертен ли Сократ

28 Экспертные системы. Определение. Сферы применения. Основные типы задач, решаемых с помощью экспертных систем. Примеры известных экспертных систем. Структура, этапы создания и средства разработки экспертных систем.

Эксп сист – это пр-ма, кот замен эксперта в конкр предм обл. Возможности:1)рассуждают эвристически,исп-уя для получ. реш-ия несоверш-ые знания.2)отслеживают свои процессы рассуж-ия,выводя промежуточные рез-ты и отвечая на вопросы о процессе решения.3)позв-ют модифицировать базу знаний.

Задачи реш-ые с пом ЭС: интерпретац данных (описан ситуац по инф-ии поступ от датчиков PROSPECTOR- рудоносность районов), диагностика (выявл причины неисправного функц-я систем MYCIN-диагн бакт инф), Мониторинг (сравнение рез-тов набл-я с ожидаемыми RECTOR-набл за ат реакт), проектирование ( XCON-выб оптимальной конфигур комп), прогноз (WILLARD –прогноз погоды), обучение (дигнос-ие и подсказ. прав. решение GUIDON-обуч студ медиков), поддержка принят-я реш (обесп лицо приним-ее реш необх инф).Структура ЭС (рис):

БЗ-база знаний, центральная часть ЭС, содерж правила, методы и знания для реш зад в даннн предм обл. часто делится на БЗ и БД, где хранятся факты.

МЛВ-маш лог вывода, позвол исп БЗ так, чтобы м было получ разумные заключ.

МО- модуль объяснен- сопров реш-е комментар.

МПЗ-мод приобр знаний, изменяет содерж БЗ и БД. Знания о предметной области обеспечивает эксперт. Наиб проблему при разработке ЭС предст проц получ знаний у эксперта. Больш часть знан ост личн собст эксп, т.к. нигде не докум, а эксп знает больше чем осознает. Поэтому сущ-ет проф-я – инженер по знаниям.

Этапы разработки ЭС: 1. идент пр-мы - Уточняется задача, планируется ход разработки ЭС, происходит знакомство и обучение членов коллектива разработчиков, а также создание неформальной формулировки проблемы. (эксп, инженер, польз-ль) 2. извл зн-й - получение инженером по знаниям наиболее полного представления о предметной области и способах принятия решений в ней (инж, экс) 3. структур-е зн. - разработка неформального опи­сания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы или текста, ко­торое отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной об­ласти (инж) 4. формализ-я знаний - разработка базы знаний на языке представления знаний (продукционные модели, семантические сети, фреймы, объектно-ориентированные языки) (инж, програмист) 5. реализация - разработка программного комплекса, демонстрирующего жизнеспособ­ность подхода в целом (прогр-т) 6. тестиро-е - проверяется работа программ ЭС с целью приведения в соответствие с реальными запросами пользователей (э,польз,инж,прогр-т).

Средства разработки экспертных систем

Различают следующие типы средств разработки ЭС: 1) языки программирования; 2) языки представления знаний (языки инженерии знаний); 3) средства автоматизации разработки (проектирования); 4) оболочки ЭС.

При разработке реальных экспертных систем в большинстве случаев исполь­зуются так называемые языки искусственного интеллекта типа Лисп и Пролог. Однако в последнее время наметился переход к использованию языков традици­онного программирования (С, C++ и т.п

29.Нейронные сети. Определение. История развития. Биологический нейрон. Математическая модель нейрона. Основные виды нейронов (персептрон, сигмоидальный нейрон). Проблема «исключающего ИЛИ». Многослойные нейронные сети. Способы обучения нейронных сетей. Области применения нейронных сетей.

Нейронные сети.– комп. программа либо электр. устр-во, кот иммитирует явл-я, происх-ие в нейронах, нервн. клетках живых существ (моделир-е физ-ой структуры нервной с-мы мозга). История: 1943- Маккалок, У.Питтс предлож 1 модель нейрона (нерв клеек мозга), 1949- Хебб. 1 алгоритм обучения нейр сети, 1969-М.Минский, С.Пейперт критикуют возможность НС, нач 80х – новый рассвет НС – новые технологии.(нов модели нейтронов, нов структ НС, нов спос обуч).

Биол нейрон. рис нейрона:тело, аксон-выход, дендриты-входы, синапс. Из тела выходят 2 вида отростков: тонкие- дендриты, более толстые- аксон. входные сигналы поступают ч/з синапсы, наход-ся на дендритах или теле. Выходной сигнал передается аксону ч/з колатералы.

Принцип действ: электрохим сигн попад в тело клетки ч/з синапсы на дендритах, измен велич его энегет потенц. Один и тот-же сигн прох ч/з разн синапсы, м оказ разн дейсв-е на клетку (увел или уменьш потенциал), возбужд или тормозящ дейс-е. если накопл потенц клетки превыш некотор порогов зн-е, на вых (аксоне) появл сигн, перед другим клеткам. (t_сраб=1-2 мс: Е=-70 мв...+3мв). Мн-во клеток работают параллельно - быстродействие. В мозге чела – 10¹¹ нейронов, каждый связан еще с 1000-10000 других. Поэтому несмотря на малое быстродействие нейронов, парал-ная обработка инф-ии множеством элементов ведет к огромной V решения задач. Большое число нейронов и связей м/у ними увелич. Надежность НС.

Обобщенная матем. модель:

W – вес нейтрона, f – фу-я активац, х₀- сигн поляриз, определ-й порог срабат.

Входные сигналы х_i суммир-ся в нейроне с учетом весовых коэф-тов W_ijСумма поступает на вход функционального блока f (U), вход к-го явл-ся выходным сигналом нейрона. Работа нейрона м.б. описана ф-лой:

. Ф-яf –парабола. В зав-ти от вида ф-и активации f, различают неск моделей нейронов.

Модели: 1) персептрон f(u)={0,u<p; 1,u>=p. (пороговая ф-я активации). 2) сигмоидальный (ф-я актив-и непрерывная). М.б. униполярной f(u)=1/(1+e^-(n-p)) и биполярной f(u)=tanh(u).

Преимущества – дифференцируемость, к-я исп-ся при обуч-и. 3) WTA-нейрон. Всегда использ. группами, вход.сигналы поступают на каждый нейрон. Здесь реализ-ся простое суммирование с учетом весовых коэф-тов. Каждый нейрон формир-ет свою сумму U1,..Un. Эти суммы поступают на конкурир-ий блок. У кого сумма больше, тот получает1, остальн – 0.

Отдельные нейроны объед-т в сети. Слой – это несколько несвяз м/усобой, нейронов, располож в одной плоск.

Обучение НС. 2 вида обучения: 1.с учителем, 2.без учителя. 1. известны входы и выходы для НС. Если сеть выдаёт неправильный ответ, она наказ-ся. Обуч-е происх-т за счёт изм-я весовых коэф-ов. 2.Известны входы. Сеть самост-но измен-ет весовые коэф.

Пример: обучение перцектрона с учителем. Даны входные вектора (х₁,..х_n)₁->y₁^э (х₁,..х_n)_m->y_m^э

И соотв. выходы. Нужно подобрать коэф-ы W₁, W₂, W_n так, чтобы сеть на этих векторах выдавала именно эти же знач-я y₁y_m. Весам присваив-ся небол. случ-е знач-я. Подаём на вход сети один из векторов. Вычисляем вход для него. Полученный выход сравнив-ся с эталоном и выч-ся вес.коэф. по ф-ам. W_i= W_i +αх_i∆y, где α – скорость обучения; ∆y=y_э –y- требуемое значение эталона минус полученное. Если получили больше, чем надо, то коэф-ты умен-ют. На сеть подаются все остал. вектора, как перестанет ошибаться на каждую.

Применение НС. Аппроксимация, распознавание образов, прогнозировать (курсы валют, экономич. кризис), задают управление динамич-ми объектами (самолёты, танки, роботы), управление, ассоциатив. Память (нс так хранит данные, что нужную инф-ю м. получить по искажённому сод-ю), ЭкспертС-мы.

30, Генетические алгоритмы. Определение. Схема классического генетического алгоритма. Области применения классических генетических алгоритмов.

Г.А. – это методы поиска решений сложных задач, используя принципы биолог. эволюции (Изменчивость, отбор, наследственность).

Первоначально случайным образом генерируется популяция решений задачи. Далее в ходе решения наименее подходящие решения устраняются наиболее вероятные сохраняются скрещиваются, и дают потомство еще более подходящие решения. И так до тех пор пока не будет достигнуто оптимальное или близкое к нему решение.

Рассмотрим схему Г.А.:

К аждый этап имеет множество вариантов реализации. Рассмотрим классический Г.А.

Пример: Дана функция . . Наити максимум. Для эффективной работы Г.А. возможные решение кодируется двоичными строками – хромосомами, а каждый их отдельный бит – ген. Теперь мы ищем оптимальное решение не во множестве {0,1,2…15}, а во множестве {0000, 0001, 0010…1111}.

1. Инициализация. Сл. образом формируется нач. популяция решений. Пример: пусть количество особей в популяции m=b. {0010, 0101, 0111, 1001, 1100, 1110} {2, 5, 7, 9, 12, 14}.

2. Оценка. Для каждой особи текущей популяции вычисляется ее приспособляемость (как она справляется с решением задач). Для этого используется функция приспособляемости (оценки). Для примера фун. б/т . Чем больше функция те более приспосабливаются особи. Для примера 0010 (2) - 4, 0101 (5) - 25, 0111 (7) - 49, 1001 (9) - 81, 1100 (12) - 144, 1110 (14) – 196.

3. Отбор. Из текущей ситуации выбирают наиболее приспосабливаемые особи. Обычно для этого используется метод рулетки. Ставим в соответствие каждой особи сектор рулетки так, чтобы его ширина была проп-на приспос-ти особи. Запускаем рулетку m раз. Тем самым выбираем m особей для участия в созд-ии следующей популяции. При этом некоторые особи могут выбраны несколько раз: пр: {0111, 1001, 1100, 1100, 1110, 1110}.

4. Скрещивание. Отбор особи происходит путем произольного разбиения на пары, и далее скрещиваются. Для двух особей выбирается точка скрещивания и особи обмениваются правыми частями. Пр.0000|00 000011

1111|11 111100 При этом не все пары подвергаются скрещиванию. Это происходит с некоторой вероятностью 0,6≤ρ≤1. Если особи скрещиваются, то в следующую популяцию переходят их потомки, иначе переходят сами особи.

5. Мутация. После скрещивания особи могут мутировать. Для каждой особи просматриваются ее виды и инвертируются с вероятностью 0≤ρ_мут≤0,001. И т.д. процесс повторяется пока не будет достигнуто условие завершения алгоритма:

   • Достигнуто мах кол-во поколений (максимальное время работы алгоритма)

   • Популяция прекращает улучшаться (все особи становятся примерно одинаковыми).

Применение:

1. Задачи оптимизации (транспортная задача)

2. Для составления расписаний

3. Создание дизайна

4. Создание компьютерных программ (генетическое програмирование)

5. Обучение нейронных сетей.

31. МПИ. Цели и задачи предмета. Введение в среднюю школу отдельного общеобразовательного предмета «Основы информатики и вычислительной техники» привело к образованию области педагогической науки — методики обучение информатики, предметом которой есть цели, содержание, методы, средства, организационные формы обучение информатики.

МетПрепИнф – раздел пед науки, исследующий закономерности изучения информатики.

Цели курса мпи: 1)формирование знаний, умений, навыков(ЗУН), необходимых для успешно преподавания инф в школе, для творческого подхода к обучению инф. Инф ввели как предмет в 1985 г. 2)подготовка к организации и проведению различных форм уч занятий и внеклассной работы в области инф. 3)развитие и углубление общего представления об образовательном потенциале школьной инф и о путях и перспективах информатизации образования.

Задачи(требования к учителю инф): 1)осознание значения инф как общеобразовательного уч предмета и его роль в будущей профессиональной подготовке учеников. 2)понимание образовательного потенциала школьного курса инф, место курса и связь с др предметами. 3)понимание принципов отбора содержания материала. 4)владение основными методическими и дидактическими формами и приемами обучения инф. 5)владение технологией проф использования ПК как инструмента познавательной деятельности. Умение организовать использование кабинета вычислительной техники в том числе оборудованного локальной сетью, а также организовать работу в комп сетях для реализации образ цели. 6)знание пед программных средств по курсу инф, умение анализировать и отбирать программы для занятий в соответствии с требованиям методики.

Предмет МПИ – процесс обучения инф. Курс МПИ предполагает воспитание у будущих учителей творч подхода к решению преподавания инф. Важно формирование ЗУН самостоятельного анализа процесса обучения, развитие новой технологической базы. Создание предпосылок основы для самост разработки уч-методического обеспечения шк преподавания.