Направления исследований в области искусственного интеллекта

Курс лекций по Основам искусственного интеллекта

Тема 1. Основные понятия искусственного интеллекта

Искусственный интеллект как научное направление

 

Искусственный интеллект (ИИ) – область информатики, занимающаяся научными исследованиями и разработкой методов и средств имитации отдельных функций человеческого интеллекта с помощью автоматизированных систем.

Искусственный интеллект как научное направление, связан­ное с попытками формализовать мышление человека, издавна привлекал внимание ученых. Платон, Аристотель, Р. Декарт, Г.В. Лейбниц, Дж. Буль и многие другие исследователи на уровне зна­ний своего времени пытались описать мышление как совокупность некоторых эле­ментарных операций, правил и процедур. Качественно новый период развития ИИ связан с появлением ЭВМ и публикацией книги Н. Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине».

В 1950 г., т.е. в период разработки первых ЭВМ, анг­лийский математик Тьюринг опубликовал статью, касающую­ся области науки, которую впоследствии стали называть «искусственным ин­теллектом». Он поставил вопрос: «могут ли машины мыс­лить?». Ответ, предложенный Тьюрингом в статье, был следующий: «да, я думаю, что это будет возможно через пятьдесят лет». Основная идея Тьюринга заключалась в довольно простом определении искусственного интеллекта как множества научных дисциплин, которые с по­мощью ЭВМ имитируют интеллектуальные способности чело­века.

Понятие «интеллект» является сложным понятием и относитель­ным для различных наук. Причем в таких науках, как физиология, психология, психофизиология понятие интеллект относится к еще недостаточно исследованной области. Например, во многих фундаментальных учебниках по психологии красной нитью проходит мысль о том, что высшие функции человеческого мозга, такие, восприятие, мышление, сознание и интеллект, являются одной из фундаментальных тайн природы, которые далеки от решения и еще только ждут своих исследователей. В свою очередь, понятие «искусственный интеллект» его не только не уточняет понятие «интеллект», но, наоборот, только его усложняет. Поэтому сегодня все еще достаточно трудно определить область науки «искусственней интеллект».

Обычно интеллект связывают с поведением человека. Понятие «искусственный» относится к объектам, не являющимися естественными, и в этом смыс­ле оно противоположно понятию «интеллект». Рассматривать в качестве искусственного главный элемент человеческой природы – парадоксально. Само название понятия «искус­ственный интеллект» недостаточно удачно, несмотря на то, что главной целью разработки и исследования систем ИИ является имитация поведения, подобное человеку, в технических системах. Слово «интеллект» происходит от латинского слова «intelligentia», которое образовалось от глагола «intelligere», означающего способность понимать, определять смысл. А слово «искусственный» указывает на то, что производится человеком, а не при­родой.

В большинстве учебников по философии (в главах «Психология» или «Логика») понятие «интеллект» определяют как «знать», «понимать», «запоминать». Более того, некоторые из них выявляют особенно интересный ас­пект: способность познавать понятия, которые не зависят от опыта. Это предполагает наличие образа действия, который не зависит от знаний.

Способность к умозаключениям позволяет строить такие сложные операции, как абстракция (концептуали­зация рассматриваемых фактов) и обобщение (нахождение «формы» или общих свойств многих понятий с целью по­лучения более обобщенного понятия).

Первые шаги кибернетики были направлены на изучение и осмыс­ление процессов, протекающих в сложных, прежде всего живых сис­темах, включая и мыслящие. Исследования имели познавательный характер. Но уже тогда стали появляться разработ­ки, направленные на воспроизведение в ЭВМ определенных процес­сов и феноменов мышления. Позднее именно это направление работ и сформировалось в самостоятельную область, определяющую область науки «искусственный интеллект».

В ходе последующих исследований, направленных на изучение этой области информатики, т.е. по ИИ, в 60-х – 70-х гг., произошло разделение на два самостоятельных направления: машинный интеллект и искусственный разум. Это разделение сохраняется и до настоящего времени. Без четкого пони­мания различий и тенденций развития направлений не разобраться в современном состоянии проблемы.

 

Направления исследований в области искусственного интеллекта

 

Разделение работ по ИИ на два направления связано с существовани­ем двух точек зрения на построение 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 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 главных 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 компьютерной техники. Многие современные языки и среды программирования построены так, что все алгоритмические конструкции, используемые в них, как бы созданы по образу и подобию человеческого мышления. В информатике существуют понятия: удачный или неудачный язык программирования, понятный или не понятный (дружественный или недружественный) интерфейс программного средства. Язык программирования будет тем удачнее, а интерфейс тем дружественнее, чем он будет более интуитивно понятен и доступен пользователю, т.е. построен с учетом особенностей интеллекта пользователя. При разработке современных автоматизированных информационных систем программисты берут за основу сложившуюся систему бумажного документооборота, а все формы электронных документов совпадают с бумажными формами документов.

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 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 наук о человеке. В данном случае характерно – стремление к воспроизведению бо­лее широкого спектра проявлений разумной деятельности человека, чем в машинном интеллекте.

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. 1.1.

Средства ИИ позволяют разрабатывать модели и про­граммы обработки задач, для которых неизвестны прямые и надежные методы решения. ИИ можно определить не только как науку, но и как техническое мастерство. Специалисты по ИИ ставят следующие научные проблемы: доказательство мате­матических теорем, диагностика заболеваний или неисправно­стей в оборудовании, финансовый анализ субъектов хозяйст­вования, синтез программ на основе спецификаций, понимание текста на естественном языке, анализ изображения и иденти­фикация его содержимого, управление роботом и др.

В настоящее время «искусственный интеллект» – мощная ветвь информатики, имеющая как фундаментальные, научные основы, так и технические, прикладные аспекты, связанные с созданием и эксплуатацией работо­способных образцов интеллектуальных систем.

 

Рис. 1.1. Основные направления исследований в области искусственного интеллекта

 

Любая задача, для которой не известен алгоритм решения, может быть отнесена к сфере искусственного интеллекта, например игра в шахматы, медицин­ская диагностика, составление резюме текста или перевода его на иностранный язык – для решения этих задач не существует четких алгоритмов. Еще две характерные особенности задач искусственного интеллекта: преобладающее использование информации в символьной (а не в числовой) форме и наличие выбора между многими вариантами в условиях неопределенности.

Перечислим отдельные направления, где применяются методы искусственного интеллекта.

1. Восприятие и распознавание образов. Теперь под этим понимаются не просто технические системы, воспринимающие визуальную и звуковую информацию, кодирующие и размещающие ее в памяти, та проблемы понимания и логического рассуждения в процессе обработки визуальной и речевой информации.

2. Математика и автоматическое доказательство теорем.

3. Игры. Как и формальные системы в математике, игры, характеризующиеся конечным числом ситуаций и четко определенными правилами, с самого начала исследований по искусственному интеллекту привлекли к себе внимание как пред­почтительные объекты исследования, полигон для применения новых методов. Интеллектуальные системы быстро достигли и превзошли уровень человека средних способностей, однако уровень лучших специалистов до сих пор не достигнут. Возникшие трудности оказались характерными и для многих других ситуаций, так как в своих «локальных» действиях человек использует весь объем знаний, который он накопил за всю свою жизнь, а также хитрость.

4. Понимание естественного языка. Здесь ставится задача анализа и генерации текстов, их внутреннего представления, выявление знаний, необходимых для понимания текстов. Трудностисвязаны, в частности с тем, что значительная часть информации в обычном диалоге не выражается определенно и ясно. Предложениям естественного языка присуща:

- неполнота;

- неточность;

- нечеткость;

- грамматическая некорректность;

- избыточность;

- зависимость от контекста;

- неоднозначность.

Однако такие свойства языка, являющегося результатом многовекового истори­ческого развития, служат условием функционирования его как универсального средства общения. Вместе с тем, понимание предложений естественного языка техническими системами с трудом поддается моделированию из-за этих особенно­стей языка (да и вопрос о том, что такое «понимание», нуждается в размышлениях). В технических системах должен использоваться формальный язык, смысл предло­жений которого однозначно определяется их формой. Перевод с естественного языка на формальный – нетривиальная задача.

5. Машинное творчество. Перечислим программы решения творческих задач:

- естественно-языковые программы генерации текстов (прозаические тексты; поэтические тексты);

- музыкальные программы (сочинение музыкальных произведений, анализ музыкальных произведений; имитация исполнительского стиля);

- программы создания произведений графики и живописи.

6. Интеллектуальные интерфейсы. Интеллектуальный интерфейс – это взаимодействие пользователя с интеллектуальной информационной системой на ограниченном естественном языке предметной области с применением множества меню.

7. Интеллектуальные роботы.

8. Обучение и самообучение.

9. Выявление и представление знаний экспертов в экспертных системах. Экс­пертные системы – интеллектуальные системы, вобравшие в себя знания специали­стов в конкретных видах деятельности, имеют большое практическое значение, с успехом применяются в таких областях, как автоматизированное проекти­рование, медицинская диагностика, химический анализ и синтез, транспорт, космос, энергетика и т.др.

Во всех этих направлениях главные трудности связаны с тем, что недостаточно изучены принципы человеческой интеллектуальной деятельности процесс принятия решений. Если в 60-х гг. широко обсуждался вопрос «может ли компьютер мыслить», то теперь вопрос ставится иначе: «достаточно ли хорошо человек понимает, как он мыслит, чтобы правильно запрограммировать компьютер»? Таким образом, работы в области искусственного интеллекта тесно соприкасаются с исследованиями по соответствующим разделам психологии, физиологии, лингвистики.

 

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1161; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!