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! |
Мы поможем в написании ваших работ!