Современные технологии искусственного интеллекта

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………...…3

1. История развития искусственного интеллекта……………………………..4-6

2. Основные направления исследований в области искусственного интеллекта…………………………………………………………………...…7-10

3. Современные технологии искусственного интеллекта…………………11-14

Заключение……………………………………………………………………….15

Список использованной литературы……………………………..…………….16

 

Введение

Искусственный интеллект сегодня одна из передовых областей исследований ученых. Причем рассматриваются как системы, созданные с его частичным использованием: например распознавание текстов, бытовые роботы, до возможности замены творческого труда человека искусственным. Данная область образовалась на стыке целого ряда дисциплин: информатики, философии, кибернетики, математики, психологии, физики, химии и др.

В настоящее время известны различные, порой даже противоречивые, толкования понятия: "искусственный интеллект". Приведем некоторые из них. Итак, искусственный интеллект - это создание таких программ для вычислительных машин, поведение которых назвали "разумным", если бы обнаружили его у людей.

Искусственный интеллект будет реализован лишь тогда, когда неодушевленная машина сможет решить задачи, которые до сих пор не удавалось решить человеку, - не вследствие большей скорости и точности машины, а в результате ее способности найти новые методы для решения имеющейся задачи.

Искусственный интеллект как наука существует около полувека. Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. 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 искусственного интеллекта разработано великое множество компьютерных систем, которые принято называть интеллектуальными. Области их применения охватывают практически все сферы человеческой деятельности, связанные с обработкой информации.

 

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 Р. 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. Г. Лейбниц (1646- 1716) и Р.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. [9,63]

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

Термин искусственный интеллект (artificial intelligence) предложен в 1956 г. на семинаре с аналогичным названием в Станфордском университете (США). Семинар был посвящен разработке логических, а не вычислительных задач. 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.[6,113]

Основную идею нейрокибернетики можно сформулировать следующим образом: единственный объект, способный мыслить, - это человеческий мозг. Поэтому любое "мыслящее" устройство должно каким-то образом воспроизводить его структуру.

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.

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. [7,81]

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

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. [2,85]

Среди наиболее значимых результатов, полученных отечественными учеными, следует отметить алгоритм "Кора" М. Бонгарда, моделирующий деятельность человеческого мозга при распознавании образов (60-е гг.).

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.

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

 

2. Основные направления исследований в области искусственного интеллекта

Интеллектуальные информационные системы проникают во все сферы нашей жизни, поэтому трудно провести строгую классификацию направлений, по которым ведутся активные и многочисленные исследования в области искусственного интеллекта. Рассмотрим кратко некоторые из них.

Разработка интеллектуальных информационных систем или систем, основанных на знаниях. Это одно из главных направлений искусственного интеллекта. Основной целью построения таких систем являются выявление, исследование и применение знаний высококвалифицированных экспертов для решения сложных задач, возникающих на практике. При построении систем, основанных на знаниях, используются знания, накопленные экспертами в виде конкретных правил решения тех или иных задач. Это направление преследует цель имитации человеческого искусства анализа неструктурированных и слабоструктурированных проблем. В данной области исследований осуществляется разработка моделей представления, извлечения и структурирования знаний, а также изучаются проблемы создания баз знаний, образующих ядро систем, основанных на знаниях. Частным случаем систем, основанных на знаниях являются экспертные системы. [8,95]

Разработка естественно-языковых интерфейсов и машинный перевод. Проблемы компьютерной лингвистики и машинного перевода разрабатываются в искусственном интеллекте с 1950-х гг. Системы машинного перевода с одного естественного языка на другой обеспечивают быстроту и систематичность доступа к информации, оперативность и единообразие перевода больших потоков, как правило, научно-технических текстов. Системы машинного перевода строятся как интеллектуальные системы, поскольку в их основе лежат базы знаний в определенной предметной области и сложные модели, обеспечивающие дополнительную трансляцию "исходный язык оригинала - язык смысла - язык перевода". Они базируются на структурно-логическом подходе, включающем последовательный анализ и синтез естественно-языковых сообщений. Кроме того, в них осуществляется ассоциативный поиск аналогичных фрагментов текста и их переводов в специальных базах данных. Данное направление охватывает также исследования методов и разработку систем, обеспечивающих реализацию процесса общения человека с компьютером на естественном языке (так называемые системы ЕЯ-общения).[4,162]

Генерация и распознавание речи. Системы речевого общения создаются в целях повышения скорости ввода информации в ЭВМ, разгрузки зрения и рук, а также для реализации речевого общения на значительном расстоянии. В таких системах под текстом понимают фонемный текст (как слышится).

Обработка визуальной информации. В этом научном направлении решаются задачи обработки, анализа и синтеза изображений. Задача обработки изображений связана с трансформированием графических образов, результатом которого являются новые изображения. В задаче анализа исходные изображения преобразуются в данные другого типа, например в текстовые описания. При синтезе изображений на вход системы поступает алгоритм построения изображения, а выходными данными являются графические объекты (системы машинной графики).[7,92]

Обучение и самообучение. Эта актуальная область искусственного интеллекта включает модели, методы и алгоритмы, ориентированные на автоматическое накопление и формирование знаний с использованием процедур анализа и обобщения данных. К данному направлению относятся не так давно появившиеся системы добычи данных (Data-mining) и системы поиска закономерностей в компьютерных базах данных (Knowledge Discovery).

Распознавание образов. Это одно из самых ранних направлений искусственного интеллекта, в котором распознавание объектов осуществляется на основании применения специального математического аппарата, обеспечивающего отнесение объектов к классам, а классы описываются совокупностями определенных значений признаков.

Игры и машинное творчество. Машинное творчество охватывает сочинение компьютерной музыки, стихов, интеллектуальные системы для изобретения новых объектов. Создание интеллектуальных компьютерных игр является одним из самых развитых коммерческих направлений в сфере разработки программного обеспечения. Кроме того, компьютерные игры предоставляют мощный арсенал разнообразных средств, используемых для обучения.[5,80]

Программное обеспечение систем искусственного интеллекта. Инструментальные средства для разработки интеллектуальных систем включают специальные языки программирования, ориентированные на обработку символьной информации (LISP, SMALLTALK, РЕФАЛ), языки логического программирования (PROLOG), языки представления знаний (OPS 5, KRL, FRL), интегрированные про-граммные среды, содержащие арсенал инструментальных средств для создания систем ИИ (КЕ, ARTS, GURU, G2), а также оболочки экспертных систем (BUILD, EMYCIN, EXSYS Professional, ЭКСПЕРТ), которые позволяют создавать прикладные ЭС, не прибегая к программированию.[8,27]

Новые архитектуры компьютеров. Это направление связано с созданием компьютеров не фон-неймановской архитектуры, ориентированных на обработку символьной информации. Известны удачные промышленные решения параллельных и векторных компьютеров, однако в настоящее время они имеют весьма высокую стоимость, а также недостаточную совместимость с существующими вычислительными средствами.

Интеллектуальные роботы. Создание интеллектуальных роботов составляет конечную цель робототехники. В настоящее время в основном используются программируемые манипуляторы с жесткой схемой управления, названные роботами первого поколения. Несмотря на очевидные успехи отдельных разработок, эра интеллектуальных автономных роботов пока не наступила. Основными сдерживающими факторами в разработке автономных роботов являются нерешенные проблемы в области интерпретации знаний, машинного зрения, адекватного хранения и обработки трехмерной визуальной информации.

 

3. Современные технологии искусственного интеллекта

 

Искусственный интеллект как научное направление возник и начал активно развиваться после Второй мировой войны. С тех пор в этой области разрабатываются модели и методы решения задач, традиционно считавшихся интеллектуальными и не поддававшихся формализации (строгому математическому описанию) и автоматизации.[5,285]

Само направление определено как "искусственный интеллект" в силу того, что основой всех его методов являются попытки копирования и моделирования существующих в природе интеллектуальных механизмов, таких как работа центральной нервной системы позвоночных, иммунитет, поведенческие реакции и т.д.

Далее представлен обзор современных направлений, методологий и подходов, которые могут быть отнесены к технологиям искусственного интеллекта.[7,112]

Нейронные сети и их вариации. Представляют собой сеть взаимосвязанных элементов, которые являются математической моделью нейронов мозга. Используются для определения априорно неизвестных сложных функциональных зависимостей на основании статистических данных.

Байесовы (вероятностные) сети. Моделируют вероятностные причинно-следственные связи. Позволяют рассчитывать вероятность наступления того или иного события при известной априорной вероятности причин. Позволяют строить модели в режиме реального времени с учетом неполноты данных и возможностью корректировки результата при появлении дополнительной информации. Могут использоваться для совместной обработки данных количественного и качественного характера.

Методы эвристической самоорганизации. Методы данной группы исследуют функциональные и вероятностные взаимосвязи "входов" и "выходов" некоторой системы, т.е. позволяют моделировать сложные нелинейные процессы и системы при отсутствии априорных знаний о структуре модели. Метод группового учета аргументов (МГУА), например, позволяет моделировать неизвестные закономерности функционирования исследуемого процесса или системы по информации, неявно присутствующей в выборке "входных" и "выходных" данных.[4,271]