Учебное пособие: Теория искусственного интеллекта

Наиболее важные причины, объясняющие вклад человечества в развитие ИИ:

1 – Создание ЭВМ новых поколений, максимально приближенных к пользователю, освобождение его от программирования решения задач. (Сложность общения с ЭВМ не должна превосходить сложности общения с современными бытовыми средствами, доведение «интеллектуального» уровня ЭВМ до способности выполнения профессиональных задач программиста.) Обладание большой суммой знаний о способах решения задач, специальных процедурах автоматического синтеза программ; максимальное приближение к общению людей.

2 – Бум информационных технологий, проникновение ЭВМ во все сферы человеческой жизни, создание локальных, глобальных и международных сетей передачи и обработки данных. Следствие – изменение стиля и, возможно, содержания человеческого общения в деловой и бытовой сферах.

3 – Коренное изменение роли человека в технологии производства (все области), замещение его функций физического, интеллектуального труда и управления автоматическими системами с т.н. «интеллектуальным управлением».

4 – ИС становятся инструментом проектирования новых, в т.ч. сверхсложных изделий, разработки технологий, изобретательства, прогнозирования и диагностирования.

Последние 2 пункта особенно важны для понимания сути мехатроники.

Таким образом, диапазон вопросов, охватываемый ИИ – от общих теоретических принципов науки ИИ до инженерных приемов создания аппаратных и программных средств решения интеллектуальных задач.

Еще некоторые определения:

Решение задачи – любая деятельность (человека или машины), связанная со следующим:

(1)  выработкой планов и действий, необходимых для достижения определенной цели;

(2)  выводами новых закономерностей;

(3)  формированием фраз на естественном или близком ему (но понятном) языке и др.

Конкретная интеллектуальная деятельность базируется на знаниях предметной области, в которой ставятся и решаются задачи. Предметной (проблемной) областью знаний называется совокупность взаимосвязанных сведений, необходимых для решения определенной задачи или совокупности задач. Эти знания включают описания (представления) объектов, их элементов и связей между ними, явлений, фактов и закономерностей.

Основные направления работ в сфере ИИ:

Робототехника и мехатроника.

Символьная обработка.

Игровые программы.

Обучающие системы.

Разработка и создание экспертных систем.

Доказательство теорем.

Машинный перевод.

Распознавание изображений.

Машинное творчество.

Структура и функции интеллектуальной системы управления

Основной функцией ИС является целенаправленное поведение в сложном плохо организованном внешнем мире. Целенаправленное поведение можно организовать путем преобразования знаний о текущем состоянии мира, полученных с помощью сенсорных систем, в последовательность действий, направленных на достижение заданной цели. Такие преобразования должны опираться на априорные знания о мире и способах его преобразования. Следовательно, центральными звеньсями ИС являются система представления знаний и развитая система планирования действий. Особенность ИС – процессы сбора и преобразования информации должны протекать в реальном режиме времени.

Обобщенная функциональная структура ИС показана на рис. . и включает три основные взаимосвязанные системы: восприятия, представления знаний, планирования и исполнения действий.

Рис.

Одной из основных является система представления знаний, две других в значительной степени опираются на нее. Представление знаний (т.е. форма их выражения) должно быть выбрано с учетом конкретного класса задач, на решение которых спроектирована ИС. Система представления знаний представляет совокупность четырех блоков: абстрактные знания; знания о целях; модель мира ИС; накопления и корректировки знаний.

Абстрактные знания – сведения об общих закономерностях, действующих как во внешнем, так и во внутреннем мире ИС, которые считают условно постоянными. Например, физические закономерности.

Знания о целях – информация о глобальных целях, которые ИС должна достигнуть в процессе функционирования, а также о способах их декомпозиции, разделения на промежуточные этапы.

Модель мира ИС – формальное описание знаний о среде, в которой функционирует система. Сведения сформированы и сообщены системе заранее.

Для повышения точности и расширения знаний о мире используется блок накопления и корректировки знаний. В нем производится накопление новых фактов о внешнем мире и их анализ на непротиворечивость с другими фактами, хранящимися в системе представления знаний. Если новый факт не противоречив, он включается в модель мира. В некоторых случаях предварительно осуществляется проверка его достоверности.

Однако, непротиворечивость не является обязательным требованием, т.к. дает возможность устойчиво функционировать в малоизученном мире.

Специфическими требованиями к системе представления знаний являются:

- «терпимость» к неполноте и противоречиям. СПЗ должна быть построена так, чтобы ИС функционировала при обнаружении неполноты или неточности в знаниях;

- критичность к новой информации - способность проверить согласованность новой информации с имеющейся и принять решение о ее достоверности;

- обучаемость и способность к корректировке знаний.

Связь с внешним миром в ИС осуществляется через систему восприятия. Система восприятия формирует ситуационные знания ИС, т.е. знания о текущей ситуации. Первичными источниками информации являются различные сенсоры. Информация от сенсоров преобразуется, обрабатывается и представляется в виде, удобном для дальнейших преобразований.

Дальнейшее преобразование связано с синтаксической и семантической интерпретацией. При синтаксической интерпретации формируется представление воспринимаемого мира на некотором внутреннем языке ИС, при этом смысл воспринимаемых явлений остается не раскрытым. Семантическая интерпретация связана с выявлением смысла воспринимаемой информации. Завершающая процедура – построение модели текущего состояния мира.

Система планирования и исполнения действий формирует и реализует программы воздействий на внешний мир, что ведет к достижению поставленной цели. Планирование действий ИС представляется как процесс решения задачи. Решение задачи – это последовательность действий, переводящая текущее состояние мира в желаемое. Для выполнения действий их необходимо расчленить на необходимые движения.

Дополнения.

Интеллектуальные роботы часто называют интегральными. Сейчас для понятия «интегральный робот» используется классификация робототехнических устройств, в основу которой положены пять групп функционально завершенных систем.:

- группа В – системы восприятия звуковой, тактильной и других видов информации о внешней среде;

- группа М – системы воздействия на объекты внешнего мира (манипуляторы);

- группа Т – системы, обеспечивающие перемещение робота;

- группа П – системы планирования действий и решения задач;

- группа Р – системы, обеспечивающие связь робота с оператором и/или другими роботами.

Любой конкретный робот может быть образован сочетанием всех или части перечисленных систем, например, ВМП – очувствленные роботы с системой планирования действий.

Научные школы в области ИИ

Тьюринг Алан (1912 - 1954) – английский математик, сформировавший основные принципы работы современных ЭВМ. В 36-37 гг. задолго предсказал возможность диалогового общения человека с компьютером, использование последнего как партнера в игровых ситуациях и пр.

Минский М. – проф. Массачусетского технологического института; исследования по моделированию головного мозга.

Ньюэелл – создатель компьютерной программы простых выводов.

Маккарти Дж. – инициатор образования научного кружка по ИИ в 1956 г.; вошли: Минский, Ньювел, Моншенон, Саймон и др. Введены понятия ИИ, распознавания образов и пр.

В середине 60-х г. создаются НИИ лаборатории по ИИ в Массачусетском технологическом институте, Стенфордском ун-те, ун-те Карнеги-Меллона. Исследования по РТС + информатике + выч.техн. + ИИ.

Российская школа – Совет по ИИ отделения информатики, выч.техники и автоматизации АН при Институте проблем управления РАН : акад. Поспелов Гермоген Сергеевич, Поспелов Д.А., Попов Э.В.,Захаров В.Н., Хорошевский и др.

История развития систем ИИ

Исторически сложились три основных направления в ИИ. В рамках первого подхода объектом исследований являются структура и механизмы работы мозга человека, а конечная цель заключается в раскрытии тайн мышления. Необходимыми этапами исследований в этом направлении являются построение моделей на основе психофизиологических данных, проведение экспериментов с ними, выдвижение новых гипотез относительно механизмов интеллектуальной деятельности, совершенствование моделей и т. д.

Второй подход в качестве объекта исследования рассматривает ИИ. Здесь речь идет о моделировании интеллектуальной деятельности с помощью вычислительных машин. Целью работ в этом направлении является создание алгоритмического и программного обеспечения вычислительных машин, позволяющего решать интеллектуальные задачи не хуже человека.

Наконец, третий подход ориентирован на создание смешанных человеко-машинных, или, как еще говорят, интерактивных интеллектуальных систем, на симбиоз возможностей естественного и искусственного интеллекта. Важнейшими проблемами в этих исследованиях является оптимальное распределение функций между естественным и искусственным интеллектом и организация диалога между человеком и машиной.

Самыми первыми интеллектуальными задачами, которые стали решаться при помощи ЭВМ были логические игры (шашки, шахматы), доказательство теорем. Хотя, правда здесь надо отметить еще кибернетические игрушки типа "электронной мыши" Клода Шеннона, которая управлялась сложной релейной схемой. Эта мышка могла "исследовать" лабиринт, и находить выход из него. А кроме того, помещенная в уже известный ей лабиринт, она не искала выход, а сразу же, не заглядывая в тупиковые ходы, выходила из лабиринта.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17