Основные определения

Цель и задачи дисциплины

Лекция 1

Создание высокоавтоматизированных производств предполагает автоматизацию не только физического, но и умственного труда человека. В последние десятилетия складывается ситуация, в которой человек уже не в состоянии воспринять и переработать весь объем информации, необходимый для принятия решений и поэтому зачастую из носителя прогресса человек превращается в фактор, сдерживающий его.

Автоматизация интеллектуальной деятельности потребовала решения новых задач, не возникавших ранее в теории автоматического управления. К их числу относится описание и представление в ЭВМ сложной внешней среды, автоматическое планирование и выполнение комплекса разнообразных действий технических устройств, направленных на достижение заданной цели, организация общения человека с ЭВМ на языке, близком к естественному, и ряд других.

Прогресс в области информатизации практически всех сфер деятельности человека, в том числе в мехатронике и робототехнике связан с тем, что часть интеллектуальной нагрузки берут на себя компьютеры. Одним из способов достигнуть максимального прогресса в этой области, является "искусственный интеллект", когда компьютер выполняет не только однотипные, многократно повторяющиеся операции, но и сам сможет обучаться. Кроме того, создание полноценного "искусственного интеллекта" открывает перед человечеством новые горизонты развития производства, транспорта, летательных аппаратов, медицинской и бытовой техники.

Научное направление, в рамках которого решаются данные задачи, называют искусственным интеллектом.

Цель – изучение общих понятий и терминологии искусственного интеллекта (ИИ) как прикладной науки, архитектуры систем ИИ в современном производстве, инструментальных средств реализации принципов ИИ в мехатронных и робототехнических системах, а также приобретение элементарных навыков в области автоматизации решения сложноформализуемых задач, которые до сих пор считаются прерогативой человека, в том числе при проектировании интеллектуальных систем (ИС) производственного назначения.

Задачи дисциплины.

ЗНАТЬ:

- основные понятия ИИ;

- принципы построения систем ИИ в технике;

- модели и методы представления знаний в ИС;

- моделирование нечетких множеств, нечеткая логика;

- методы поиска решений и соответствующие им реализации механизма вывода как основы машинного мышления;

- принципы построения и функционирования экспертных систем (ЭС);

- алгоритмы распознавания образов и ситуаций;

- системы машинного зрения;

- нейросистемы

- применение систем ИИ в мехатронике.

УМЕТЬ:

- построить структуру системы ИИ для решаемой технической задачи;

- сформировать базу знаний на основе различных типов представления знаний;

- пользоваться методом поиска в пространстве состояний и сведения задач к подзадачам при планировании движения робота;

- построить элементарную ЭС для определенной предметной области.

2.Учебный план. Лек. – 30 ч., лаб. – 16 ч., экз.

3.Литература. Основная:

1 – Тугенгольд А.К., Рубанчик В.Б. Искусственный интеллект в машиностроительных технологических системах: Учеб. пособие. Ростов-на-Дону, Изд. центр ДГТУ, 1996. – 140 с.

2 – Базы знаний интеллектуальных систем/ Т.А. Гаврилова, В.Ф. Хорошевский – СПб. Питер, 2000. – 384 с.

3 – Статические и динамические экспертные системы: Учеб. Пособие / Э.В. Попов и др. – М.: Финансы и статистика, 1996. – 320 с.

4 - Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника. – М.: Мир, 1989. – 624 с.

5 – Накано Э. Введение в робототехнику. - М.: Мир, 1988. – 334 с.

6. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. Кн. 6. Техническая имитация интеллекта. Назаретов В.М., Ким Д.П. Высшая школа, 1986. – 144 с.

7. Интеллектуальные робототехнические системы. Уч. пособие. В.Л. Афонин, В.А. Макушин. Москва, 2005. Интернет университет информационных технологий. – 208 с.

8. Введение в мехатронику. Кн.2.

Дополнительная – см. программу.

Под интеллектом будем понимать способность мозга решать задачи путем приобретения, запоминания и целенаправленного преобразования знаний в процессе обучения на опыте и адаптации к разнообразным обстоятельствам для выполнения функции деятельности.

Интеллект –intelligence - (лат. Intellektus – познание, понимание, рассудок) –способность мышления, рационального познания, ум. Иначе – мыслительная способность, умственное начало у человека.

Рациональное познание – отражение объективной действительности в представлениях, суждениях, понятиях.

Мыслительная способность – способность, связанная с поиском решений, действий или закономерностей в нестандартных условиях, если методы, алгоритмы решения или действия априори не известны. В нашем курсе под интеллектом будем понимать способность мозга решать задачи путем приобретения, запоминания и целенаправленного преобразования знаний в процессе обучения на опыте и адаптации к разнообразным обстоятельствам для выполнения функций деятельности.

Искусственный интеллект – научное направление, которое занимается проблемами имитации человеческого интеллекта в рамках которого строятся теории и модели, призванные объяснить и использовать в технических системах принципы и механизмы интеллектуальной деятельности человека. ИИ – это одно из направлений информатики, целью которого является разработка программно-аппаратных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту ставить и решать свои, традиционно считающиеся интеллектуальными задачи, общаясь с ЭВМ на ограниченном подмножестве естественного языка. Иначе и короче – ИИ это техническая (информационная и программно-аппаратная) реализация некоторых интеллектуальных способностей человека.

ИИ – область компьютерных наук, занимающаяся исследованием и автоматизацией разумного поведения.

Интеллектуальной называется система, способная целеустремленно*, в зависимости от состояния информационных входов, изменять не только параметры функционирования, но и сам способ своего поведения, причем способ поведения зависит не только от предыдущего состояния информационных входов, но также от предыдущего состояния системы.

*целенаправленные системы – выстрел из орудия, целеустремленная – самонаводящаяся ракета.

Интеллектуальной называется система, моделирующая на компьютере мышление человека.

Интеллектуальной называется система, позволяющая усилить интеллектуальную деятельность человека за счет ведения с ним осмысленного диалога.

Под ИС понимают адаптивную систему, позволяющую строить программы целесообразной деятельности по решению поставленных перед ними задач на основании конкретной ситуации, складывающейся на данный момент времени в окружающей среде.

Знания – основной термин теории ИИ. Работа программы ИИ заключается в «выводе на знаниях» или в «выводе новых знаний» (рис.1).

Рис.1. Отличия данных от знаний.

Состояние – второй важнейший термин. Каждая информационная единица может находиться в одном из состояний, как и вся система в целом.

Цель – основная характеристика системы ИИ. Система ИИ отличается от традиционных программ свойством целеустремленности. ИС в отличие от обычной алгоритма, а содержит только правила достижения цели. В качестве целей программе чаще всего задается требование перехода системы в заданное состояние, а в качестве критерия эффективности используется число шагов решения. Достижение цели не всегда возможно без указания начального состояния.

Модель представления знаний – основной тип моделей систем ИИ.

Предметная область – это область человеческой деятельности, к решению задач которой применяется теория ИИ. Предметная область может быть широкой (медицина) и узкой (робот – сверление). Мысленно предметная область представляется состоящей из реальных или абстрактных объектов, называемых сущностями.

Сущности предметной области находятся в определенных отношениях друг к другу, которые также можно рассматривать как сущности и включать в предметную область. Между сущностями наблюдаются отдельные отношения подобия. Совокупность подобных сущностей составляют класс сущностей, являющийся новой сущностью предметной области.

Отношения между сущностями выражаются с помощью суждений. Суждение – это мысленно возможная ситуация, которая может иметь место для предъявляемых сущностей или не иметь места. В языке (формальном или естественном) суждениям отвечают предложения. Суждения и предложения можно рассматривать как сущности и включать в предметную область.

Языки, предназначенные для описания предметных областей, называются языками представления знаний. Универсальным языком является естественный.

Особую роль в системах представления знаний играют стереотипные знания, описывающие известные стандартные ситуации реального мира. Такие знания позволяют восстанавливать информацию, пропущенную в описании ситуации, предсказывать появление новых фактов, которых можно ожидать в данной ситуации, устанавливать смысл происхождения ситуации с точки зрения более общего ситуативного контекста.

Для описания стереотипного знания используются различные модели. Среди них самыми распространенными являются сценарии. Сценарием называется формализованное описание стандартной последовательности взаимосвязанных фактов, определяющих типичную ситуацию предметной области.

Дополнения:

1. к сфере решаемых ИС задач относятся задачи, обладающие, как правило, следующими особенностями:

- в них заранее неизвестен алгоритм решения задач;

- в них используется информация помимо традиционных данных в числовой форме в виде изображений, рисунков, знаков, букв, слов, звуков;

- в них предполагается наличие выбора, т.е. необходимо сделать выбор между многими вариантами в условиях неопределенности.

2. Системы ИИ отличаются от других искусственных систем, включая традиционные компьютерные программы тем, что они используют знания, а также рядом других признаков:

- способностью достигать целей, меняющихся во времени;

- способностью сопоставлять, использовать и преобразовывать знания;

- способностью ориентироваться в многообразии специальных подсистем, варьируя их методы;

- способностью самостоятельно планировать ресурсы и концентрировать их в нужном направлении;

- возможностью обеспечения интеллектуального интерфейса с пользователем и другими системами.

ИС должна в наборе фактов распознать существенные, ИС способны из имеющихся знаний и фактов сделать выводы не только с использованием дедукции, но и с помощью аналогии, индукции и т.п. Кроме того, ИС должны быть способны к самооценке - обладать рефлексией, т.е. средствами для оценки результатов собственной работы. ИС также должны улавливать сходство между имеющимися фактами.

Потенциальные возможности ИС безграничны, однако пока общей теории интеллектуальности не существует и не найдено общих методов решения проблем.

Дата добавления: 2014-01-07