Определение интеллектуальной системы.

Стр 1 из 10Следующая ⇒

В 1950 году британский математик Алан Тьюринг опубликовал в журнале «Mind» свою работу «Вычислительная машина и интеллект», в которой описал тест для проверки программы на интеллектуальность. Он предложил поместить исследователя и программу в разные комнаты и до тех пор, пока исследователь не определит, кто за стеной - человек или программа, считать поведение программы разумным. Это было одно из первых определений интеллектуальности, то есть А. Тьюринг предложил называть интеллектуальным такое поведение программы, которое будет моделировать разумное поведение человека.

С тех пор появилось много определений интеллектуальных систем (ИС) искусственного интеллекта (ИИ). Сам термин ИИ (AI - Artificial Intelligence)был предложен в 1956 году на семинаре в Дартсмутском колледже (США). Приведем некоторые из этих определений. Д. Люгер в своей книге определяет « ИИ как область компьютерных наук, занимающуюся исследованием и автоматизацией разумного поведения».

ИС - это одно из направлений области информационных технологий, целью которого является разработка аппаратно-программных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту ставить и решать свои, традиционно считающиеся интеллектуальными задачи, общаясь с ЭВМ на ограниченном подмножестве естественного языка. Предметом ИС является изучение интеллектуальной деятельности человека, подчиняющейся заранее неизвестным законам. ИИ это все то, что не может быть обработано с помощью алгоритмических методов. Логический вывод в ИС.

Основные виды ИС:

экспертные системы (динамические и статические экспертные системы, системы извлечения знаний и построения онтологий, базы знаний и системы временных (темпоральных) рассуждений и т.д.)
компьютерные системы с обработкой естественного языка (системы рубрикации текстов и сообщений, системы выделения тематики текстов, системы автоматического аннотирования и реферирования, системы машинного перевода, поисковые системы (с лингвистической обработкой), системы автоматического извлечения знаний из текстов, лингвистические онтологии, электронные словари, электронные корректоры текста (орфокорректоры, грамматические и стилистические корректоры), тезаурусы по областям и т.д.)
компьютерные системы интеллектуального анализа данных (системы, основанные на автоматическом порождении гипотез (ДСМ), системы, основанные на анализе формальных понятий (Формальный концептуальный анализ), системы, основанные на нейросетевых технологиях, системы рассуждений на основе аналогичных случаев (на основе аналогий), системы, основанные на методе «Деревья решений», эволюционное моделирование (генетические алгоритмы, эволюционное программирование), системы, основанные на алгоритмах ограниченного перебора, системы для визуализации многомерных данных, системы распознавания закономерностей в визуальных образах данных и знаний, системы когнитивной графики и т.д.
обучающие системы (машинное обучение, дистанционное обучение, самообучающиеся системы, тренажеры, системы контроля знаний)
распознавание, анализ и синтез изображений (образов)
системы поддержки принятия решений
машинное творчество (литература, живопись, игры, доказательство теорем и т.д.)

Адаптивная система - это система, которая сохраняет работоспособность при непредвиденных изменениях свойств управляемого объекта, целей управления или окружающей среды путем смены алгоритма функционирования, программы поведения или поиска оптимальных, в некоторых случаях просто эффективных, решений и состояний. Традиционно, по способу адаптации различают самонастраивающиеся, самообучающиеся и самоорганизующиеся системы.

Алгоритм - это последовательность заданных действий, которые однозначно определены и выполнимы на современных ЭВМ за приемлемое время для решаемой задачи.

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

К сфере решаемых ИС задач относятся задачи, обладающие, как правило, следующими особенностями:

в них неизвестен алгоритм решения задач (интеллектуальные задачи);
в них используется помимо традиционных данных в числовом формате информация в виде изображений, рисунков, знаков, букв, слов, звуков;
в них предполагается наличие выбора (не существует алгоритма - это значит, что нужно сделать выбор между многими вариантами в условиях неопределенности). Свобода действий является существенной составляющей интеллектуальных задач.

Интеллектуальные робототехнические системы (ИРС) содержат переменную, настраиваемую модель внешнего мира и реальной исполнительной системы с объектом управления. Цель и управляющие воздействия формируются в ИРС на основе знаний о внешней среде, объекте управления и на основе моделирования ситуаций в реальной системе.

О каких признаках интеллекта уместно говорить применительно к интеллектуальным системам? ИС должна уметь в наборе фактов распознать существенные, ИС способны из имеющихся фактов и знаний сделать выводы не только с использованием дедукции, но и с помощью аналогии, индукции и т. д. Кроме того, ИС должны быть способны к самооценке - обладать рефлексией, то есть средствами для оценки результатов собственной работы. С помощью подсистем объяснения ИС может ответить на вопрос, почему получен тот или иной результат. Наконец, ИС должна уметь обобщать, улавливая сходство между имеющимися фактами.

Можно ли считать шахматную программу интеллектуальной системой? Если шахматная программа при повторной игре делает одну и ту же ошибку - то нельзя. Обучаемость, адаптивность, накопление опыта и знаний - важнейшие свойства интеллекта. Если шахматная программа реализована на компьютере с бесконечно-высоким быстродействием и обыгрывает человека за счет просчета всех возможных вариантов игры по жестким алгоритмам - то такую программу мы также не назовем интеллектуальной. Но если шахматная программа осуществляет выбор и принятие решений в условиях неопределенности на основе эффективных методов принятия решений и эвристик, корректируя свою игру от партии к партии в лучшую сторону, то такую программу можно считать достаточно интеллектуальной.

Следует определить также понятие знания - центрального понятия в ИС. Рассмотрим несколько определений.

Знания есть результат, полученный познанием окружающего мира и его объектов.
Знания - система суждений с принципиальной и единой организацией, основанная на объективной закономерности.
Знания - это формализованная информация, на которую ссылаются или которую используют в процессе логического вывода.
Под знаниями будем понимать совокупность фактов и правил. Понятие правила, представляющего фрагмент знаний, имеет вид:

если < условие> то < действие>

Например, если X истинно и Y истинно, то Z истинно с достоверностью P (рис.1)

Рис. 1 Процесс логического вывода в ИС

Под статическими знаниями будем понимать знания, введенные в ИС на этапе проектирования. Под динамическими знаниями (опытом) будем понимать знания, полученные ИС в процессе функционирования или эксплуатации в реальном масштабе времени.

Знания можно разделить на факты и правила. Под фактами подразумеваются знания типа «A это A», они характерны для баз данных. Под правилами (продукциями) понимаются знания вида «ЕСЛИ-ТО». Кроме этих знаний существуют так называемые метазнания (знания о знаниях). Создание продукционных систем для представления знаний позволило разделить знания и управление в компьютерной программе, обеспечить модульность продукционных правил, т. е. отсутствие синтаксического взаимодействия между правилами. При создании моделей представления знаний следует учитывать такие факторы, как однородность представления и простота понимания. Выполнить это требование в равной степени для простых и сложных задач довольно сложно.

Рассмотрим подробнее систему управления ИС. На структурной схеме (рис.2) стрелками обозначено направление движения информации, двунаправленными стрелками обозначено взаимодействие типа «запрос-ответ» и «действие-подтверждение», весьма распространенное в информационных системах. Входом системы является Блок ввода информации, предназначенный для ввода числовых данных, текста, речи, распознавания изображений. Информация на вход системы может поступать (в зависимости от решаемой задачи) от пользователя, внешней среды, объекта управления. Далее входная информация поступает в Блок логического вывода, либо сразу в базу данных (БД) - совокупность таблиц, хранящих, как правило, символьную и числовую информацию об объектах предметной области.

Блок логического вывода (БЛВ) и формирования управляющей информации обеспечивает нахождение решений для нечетко формализованных задач ИС, осуществляет планирование действий и формирование управляющей информации для пользователя или объекта управления на основе Базы Знаний (БЗ), БД, Базы Целей (БЦ) и Блока Алгоритмических Методов Решений (БАМР).

БЗ - совокупность знаний, например, система продукционных правил, о закономерностях предметной области.

Рис. 2. Структурная схема системы управления ИС

БЗ - совокупность знаний, например, система продукционных правил, о закономерностях предметной области.

БЦ - это множество локальных целей системы, представляющих собой совокупность знаний, активизированных в конкретный момент и в конкретной ситуации для достижения глобальной цели.

БАМР содержит программные модули решения задач предметной области по жестким алгоритмам.

Блок усвоения знаний (БУЗ) осуществляет анализ динамических знаний с целью их усвоения и сохранения в БЗ.

Блок объяснения решений (БОР) интерпретирует пользователю последовательность логического вывода, примененную для достижения текущего результата.

На выходе системы Блок вывода информации обеспечивает вывод данных, текста, речи, изображений и другие результаты логического вывода пользователю и/или Объекту Управления (ОУ).

Контур обратной связи позволяет реализовать свойства адаптивности и обучения ИС. На этапе проектирования эксперты и инженеры по знаниям наполняют базу знаний и базу целей, а программисты разрабатывают программы алгоритмических методов решений. База данных создается и пополняется, как правило, в процессе эксплуатации ИС.

Динамика работы ИС может быть описана следующим образом. При поступлении информации на внешнем языке системы на вход БВИ производится ее интерпретация во внутреннее представление для работы с символьной моделью системы. БЛВ выбирает из БЗ множество правил, активизированных поступившей входной информацией, и помещает эти правила в БЦ как текущие цели системы. Далее БЛВ по заданной стратегии, например, стратегии максимальной достоверности, выбирает правило из БЦ и пытается доопределить переменные модели внешнего мира и исполнительной системы с объектом управления. На основе этого активизируются новые правила БЗ и начинается логический вывод в системе продукций (правил). Эта процедура заканчивается, как только решение будет найдено, либо когда будет исчерпана БЦ. Найденное решение из внутреннего представления интерпретируется Блоком Вывода информации во внешний язык подсистемы управления низшего уровня и объекта управления.

В зависимости от набора компонентов, реализующих рассмотренные функции, можно выделить следующие основные разновидности интеллектуальных систем:

интеллектуальные информационно-поисковые системы;
экспертные системы (ЭС);
расчетно-логические системы;
гибридные экспертные системы.

Интеллектуальные информационно-поисковые системы являются системами взаимодействия с проблемно-ориентированными (фактографическими) базами данных на естественном, точнее ограниченном как грамматически, так и лексически (профессиональной лексикой) естественном языке (языке деловой прозы). Для них характерно использование (помимо базы знаний, реализующей семантическую модель представления знаний о проблемной области) лингвистического процессора.

Экспертные системы являются одним из бурно развивающихся классов интеллектуальных систем. Данные системы в первую очередь стали создаваться в математически слабо формализованных областях науки и техники, таких как медицина, геология, биология и другие. Для них характерна аккумуляция в системе знаний и правил рассуждений опытных специалистов в данной предметной области, а также наличие специальной системы объяснений.

Расчетно-логические системы позволяют решать управленческие и проектные задачи по их постановкам (описаниям) и исходным данным вне зависимости от сложности математических моделей этих задач. При этом конечному пользователю предоставляется возможность контролировать в режиме диалога все стадии вычислительного процесса. В общем случае, по описанию проблемы на языке предметной области обеспечивается автоматическое построение математической модели и автоматический синтез рабочих программ при формулировке функциональных задач из данной предметной области. Эти свойства реализуются благодаря наличию базы знаний в виде функциональной семантической сети и компонентов дедуктивного вывода и планирования.

В последнее время в специальный класс выделяются гибридные экспертные системы. Указанные системы должны вобрать в себя лучшие черты как экспертных, так и расчетно-логических и информационно-поисковых систем. Разработки в области гибридных экспертных систем находятся на начальном этапе.

Наиболее значительные успехи в настоящее время достигнуты в таком классе интеллектуальных систем, как экспертные системы.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒