Лекция 9. Введение в искусственный интеллект

Восточный гороскоп.

Ом Ара Ваза Над	Ом Муни Муни Маха Мудже Суухаа	Ом Дари Дудари Дари Суухаа	Датаята Ом Беханза Беханза Маха Беханза Раса Самунгадэ Суухаа	Ом Муни Муни Маха Муние Суухаа	Ом Базар Вани Хум Пад	Ом Базар Сада Хум Пад	Ом Базар Вани Хум Пад	Ом Мани Пад Хум
Маншри Манджушри	Будда Шакьямуни	Зеленая Тара	Будда Медицины	Будда Шакьямуни	Ваджрапани	Доржсэмбэ	Ваджрапани со ступой	Жанрайсиг
Собака	Свинья	1948 Мышь	Корова	Тигр	Заяц	Дракон	Змея	Лошадь
Овца	Обезьяна	Курица	Собака	Свинья	Мышь	Корова	Тигр	Заяц
Дракон	Змея	Лошадь	Овца	Обезьяна	Курица	Собака	Свинья	Мышь
Корова	Тигр	Заяц	Дракон	Змея	Лошадь	Овца	Обезьяна	курица
Собака	Свинья	Крыса	Корова	Тигр	Заяц	Дракон	Змея	Лошадь
Овца	Обезьяна	Курица	Собака	Свинья	Мышь	Корова	Тигр	Заяц
Дракон	Змея	Лошадь	Овца	Обезьяна	Курица	Собака	Свинья	Мышь

Термины: искусственный интеллект, нейрокибернетика, кибернетика "черного ящика", нейронные сети, перцептрон, эвристическое программирование.

План темы:

· 9.1. История развития искусственного интеллекта

· 9.2. Направления развития искусственного интеллекта

· 9.3. Области применения искусственного интеллекта

Вспомнить вопросы:

· Как устроен нейрон человеческого мозга?

9.1. История развития искусственного интеллекта

Идея создания искусственного подобия человеческого разума для решения сложных задач и моделирования мыслительной способности витала в воздухе с древнейших времен. Впервые ее выразил Раймунд Луллий (ок.1235-ок.1315), который еще в XIV в. пытался создать машину для решения различных задач на основе всеобщей классификации понятий.

В XVIII в. Готфрид Лейбниц (1646-1716) и Рене Декарт (1596-1650) независимо друг от друга развили эту идею, предложив универсальные языки классификации всех наук. Эти идеи легли в основу теоретических разработок в области создания искусственного интеллекта.

Развитие искусственного интеллекта как научного направления стало возможным только после создания ЭВМ. Это произошло в 40-х гг. XX в. В это же время Норберт Винер (1894-1964) создал свои основополагающие работы тоновой науке - кибернетике.

Термин искусственный интеллект (artificial intelligence) предложен в 1956г. на семинаре с аналогичным названием в Стэндфордском университете (США). Семинар был посвящен разработке логических, а не вычислительных задач.

9.2. Направления развития искусственного интеллекта

Вскоре после признания искусственного интеллекта самостоятельной отраслью науки произошло разделение на два основных направления: нейрокибернетику и кибернетику "черного ящика". И только в настоящее время стали заметны тенденции к объединению этих частей вновь в единое целое.

Основную идею и нейрокибернетики можно сформулировать следующим образом. Единственный объект, способный мыслить, - это человеческий мозг. Поэтому любое "мыслящее" устройство должно каким-то образом воспроизводить его структуру. Таким образом, нейрокибернетика ориентирована на аппаратное моделирование структур, подобных структуре мозга. Физиологами давно установлено, что основой человеческого мозга является большое количество (около 86 миллиардов) связанных между собой и взаимодействующих нервных клеток - нейронов. Поэтому усилия нейрокибернетики были сосредоточены на создании элементов, аналогичных нейронам, и их объединении в функционирующие системы. Эти системы принято называть нейронными сетями или нейросетями.

Первые нейросети были созданы в конце 50-х гг. американскими учеными Фрэнком Розенблаттом и Уорреном Мак-Каллоком. Это были попытки создать системы, моделирующие человеческий глаз и его взаимодействие с мозгом. Устройство, созданное ими, получило название перцептрона. Оно умело различать буквы алфавита, но было чувствительно к их написанию, например, буквы «А», «а» и «а» для этого устройства были тремя разными знаками. Постепенно в 70-80 гг. количество работ по этому направлению искусственного интеллекта стало снижаться. Слишком неутешительны оказались первые результаты. Авторы объясняли неудачи малой памятью и низким быстродействием существующих в то время компьютеров. Однако в середине 80-х гг. в Японии в рамках проекта разработки компьютера V поколения, основанного на знаниях, был создан компьютер VI поколения, или нейрокомпьютер. К этому времени ограничения по памяти и быстродействию были практически сняты. Появились транспьютеры - параллельные компьютеры с большим количеством процессоров. От транспьютеров был один шаг до нейрокомпьютеров, моделирующих структуру мозга человека. Основная область применения нейрокомпьютеров - распознавание образов.

В настоящее время используются три подхода к созданию нейросетей:

· аппаратный - создание специальных компьютеров, плат расширения, наборов микросхем, реализующих все необходимые алгоритмы;

· программный - создание программ к инструментариев, рассчитанных на высокопроизводительные компьютеры. Сети создаются в памяти компьютера, всю работу выполняют его собственные процессоры;

· гибридный - комбинация первых двух. Часть, вычислений выполняют специальные платы расширения (сопроцессоры), часть - программные средства.

В основу кибернетики "черного ящика" лег принцип, противоположный нейрокибернетике. Не имеет значения, как устроено "мыслящее" устройство. Главное, чтобы на заданные входные воздействия оно реагировало так же, как человеческий мозг.

Это направление искусственного интеллекта было ориентировано на поиски алгоритмов решения интеллектуальных задач на существующих моделях компьютеров. В 1956 -1963 гг. велись интенсивные поиски моделей и алгоритма человеческого мышления и разработка первых программ. Оказалось, что ни одна из существующих наук - философия, психология, лингвистика - не может предложить такого алгоритма. Тогда кибернетики предложили создать собственные модели. Были созданы и опробованы различные подходы.

В конце 50-х гг. родилась модель лабиринтного поиска. Этот подход представляет задачу как некоторый граф, отражающий пространство состояний, и в этом графе проводится поиск оптимального пути от входных данных к результирующим. Была проделана большая работа по разработке этой модели, но в решении практических задач идея большого распространения не получила.

Начало 60-х гг. - эпоха эвристического программирования. Эвристика - правило, теоретически не обоснованное, но позволяющее сократить количество переборов в пространстве поиска. Эвристическое программирование - разработка стратегии действий на основе известных, заранее заданных эвристик.

В 1963 - 1970 гг. к решению задач стали подключать методы математической логики. На основе метода резолюций, позволившего автоматически доказывать теоремы при наличии набора исходных аксиом, в 1973 г. создается язык Пролог.

Существенный прорыв в практических приложениях искусственного интеллекта произошел в середине 70-х гг., когда на смену поискам универсального алгоритма мышления пришла идея моделировать конкретные знания специалистов-экспертов. В США появились первые коммерческие системы, основанные на знаниях, или экспертные системы. Пришел Новый подход к решению задач искусственного интеллекта - представление знаний. Созданы MYCIN и DENDRAL - ставшие уже классическими экспертные системы для медицины и химии. Объявлено несколько глобальных программ развития интеллектуальных технологий - ESPRIT (Европейский Союз), DARPA (министерство обороны США), японский проект машин V поколения.

Начиная с середины 80-х гг. происходит коммерциализация искусственного интеллекта. Растут ежегодные капиталовложения, создаются промышленные экспертные системы. Растет интерес к самообучающимся системам.

Разделение работ по ИИ на два направления связано с существованием двух точек зрения на вопрос о том, каким именно образом строить системы ИИ. Сторонники одной точки зрения убеждены в том, что важнее всего результат, т.е. хорошее совпадение поведения искусственно созданных и естественных интеллектуальных систем, а что касается внутренних механизмов формирования поведения, то разработчик ИИ вовсе не должен копировать или даже принимать во внимание особенности естественных, живых аналогов.

Другая точка зрения заключается в том, что именно изучение механизмов естественного мышления и анализ данных о способах формирования разумного поведения человека могут создать основу для построения систем ИИ, причем построение это должно осуществляться, прежде всего, как моделирование, воспроизведение техническими средствами принципов и конкретных особенностей функционирования биологических объектов.

Таким образом, первое направление рассматривает продукт интеллектуальной деятельности человека, изучает его структуру (выделяя различные проявления интеллектуальной деятельности - решение задач, доказательство теорем, игры) и стремится воспроизвести этот продукт средствами современной техники, т.е. ЭВМ. Если удается запрограммировать ЭВМ так, чтобы она успешно решала конкретную задачу, то считают, что соответствующий вид интеллектуальной деятельности автоматизирован. Ясно, что успехи этого направления ИИ тесно связаны с развитием ЭВМ и искусством программирования, т.е. с комплексом научно-технических исследований, называемым компьютерными науками. Это направление ИИ также часто называют машинным интеллектом.

Второе направление ИИ рассматривает данные о нейрофизиологических и психологических механизмах интеллектуальной деятельности, а в более широком плане - разумном поведении человека, Разработчики стремятся воспроизвести эти механизмы с помощью технических устройств, чтобы поведение их хорошо совпадало с поведением человека в определенных, заранее задаваемых пределах. При положительном решении этой проблемы считают, что соответствующий вид человеческой деятельности автоматизирован. Развитие этого направления, называемого, искусственным разумом, тесно связано с успехами (рис. 9.1). Основные направления исследований в области искусственного интеллекта наук о человеке. Характерным в данном случае является стремление к воспроизведению более широкого, чем в машинном интеллекте, спектра проявлений разумной деятельности человека.

Оба основных направления ИИ связаны с моделированием. В первом случае с моделированием феноменологическим, имитационным, а во втором - со структурным. В упрощенном виде структура основных направлений, существующих в ИИ, изображена на рис. 9.1.

9.3. Области применения искусственного интеллекта

Искусственный интеллект (ИИ) как наука существует около полувека. 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 ИИ разработано великое множество компьютерных систем, которые принято называть интеллектуальными. Области их применения охватывают практически все сферы человеческой деятельности, связанные с обработкой информации.

Рисунок 9.1. Структура основных направлений в ИИ.

На сегодняшний день не существует единого определения, которое однозначно описывает эту научную область. Среди многих точек зрения на нее доминируют следующие три. Согласно первой, исследования в области ИИ относятся к фундаментальным, в процессе которых разрабатываются новые модели и методы решения задач, традиционно считавшихся интеллектуальными и не поддававшихся ранее формализации и автоматизации. Согласно второй точке зрения, это направление связано с новыми идеями решения задач на ЭВМ, с разработкой новых технологий программирования и с переходом к компьютерам не фон-неймановской архитектуры. Третья точка зрения, наиболее прагматическая, основана на том, что в результате исследований, проводимых в области ИИ, появляется множество прикладных систем, способных решать задачи, для которых ранее создаваемые системы были непригодны. По последней трактовке ИИ является экспериментальной научной дисциплиной, в которой роль эксперимента заключается в проверке и уточнении интеллектуальных систем, представляющих собой аппаратно-программные информационные комплексы.

Таким образом: Впервые идею создания искусственного подобия человеческого разума выразил Раймунд Луллий в XIV веке. Развитие искусственного интеллекта стало возможным только после создания ЭВМ, а термин искусственный интеллект предложен в 1956 г. Произошло разделение на два основных направления: нейрокибернетику и кибернетику "черного ящика". В 60-х появилось эвристическое программирование, и к решению задач стали подключать методы математической логики, а в середине 70-х появились первые коммерческие системы. Области применения охватывают практически все сферы человеческой деятельности, связанные с обработкой информации.

Вопросы:

· Какие идеи легли в основу создания искусственного интеллекта?

· Когда был предложен термин искусственный интеллект и когда стало возможным его развитие как научного направления?

· Сформулируйте основную идею нейрокибернетики.

· Что такое нейрон или нейронные сети?

· Что такое перцептрон?

· Сформулируйте основную идею кибернетики "черного ящика".

· Что такое эвристическое программирование?

· Как и где может применяться искусственный интеллект?

Дополнительные ссылки:

Дата добавления: 2014-10-31