Системы искусственного интеллекта. Понятие моделей искусственного интеллекта Учитель информатики Смирнова А.В

Понятие искусственного интеллекта Интеллект (intelligence) от лат. intellectus –ум, рассудок, разум; мыслительные способности человека. Искусственный интеллект (artificial intelligence) – ИИ (AI) воспроизведение отдельных умственных действий компьютерными средствами. Системы искусственного интеллекта – технические системы, воспроизводящие отдельные аспекты человеческого интеллекта, реализованные в компьютерных программах посредством специальных логических систем.

В замечательной книге «Маленькая энциклопедия о большой кибернетике» В. Пекелис, описывая исследования в области бионики, задает вопрос: мог ли человек пройти мимо заманчивой идеи создать своими руками то, что уже создала природа? Тем более, что он подмечает много преимуществ в творениях природы перед своими собственными созданиями. При этом ученые стремятся не к слепому подражанию, не к заимствованию всех характеристик биологических объектов, а к критическому, строгому отбору только полезных для техники свойств. Моделировать деятельность живых организмов интересно и нужно, особенно те функции, которые повышают гибкость, надежность, экономичность системы или процесса. Пример

Подходы к изучению Существуют различные подходы к построению систем ИИ. На данный момент можно выделить 4 достаточно различных подхода: 1. Механический Механический 2. Электронный Электронный 3. Кибернетический Кибернетический 4.Нейронный Нейронный

Механический подход Рассматривает продукт интеллектуальной деятельности человека, изучает его структуру и стремится воспроизвести этот продукт средствами вычислительной техники. Успехи этого направления тесно связаны с развитием компьютеров и искусством программирования.

Примеры механического подхода В1736 г. Жак де Вокансон изготовил механического флейтиста в человеческий рост. В середине 1750-х годов Фридрих фон Кнаус сконструировал серию машин, которые умели держать перо и могли писать довольно длинные тексты. Пьер Жак Дроз построил пару механических кукол размером с ребенка: мальчика, пишущего письма и девушку, играющую на клавесине. В 1914 г. Леонардо Торрес-и-Кеведо изготовил электромеханическое устройство, способное разыгрывать простейшие шахматные партии.

Электронный подход Созданием мыслящих машин, обеспечивающий возможность экспериментальной проверки теорий процессов мышления, расширение сфер применения компьютеров и облегчение пользования ими. Системы программирования, текстовые редакторы и программы распознавания образов, рассматриваются на работах по ИИ.

Построение машин, способных к разумному поведению. Норберт Винер и Джулиан Бигело разработали принцип «обратной связи», который был успешно применен при разработке нового оружия с радиолокационным наведением. Принцип обратной связи заключается в использовании информации, поступающей из окружающего мира, для изменения поведения машины. Созданной им науке Винер дает название кибернетика, что в переводе с греческого означает рулевой. Кибернетический подход

Нейронный подход Маккаллох c Уолтером Питтсом разработал теорию деятельности головного мозга. Она стала основой, на которой сформировалось мнение, что функции компьютера и мозга в значительной мере сходны. Они выдвинули гипотезу, что нейроны можно упрощенно рассматривать как устройства, оперирующие двоичными числами. Маккалох и Питтс предложили конструкцию сети из электронных «нейронов» и показали, что подобная сеть может выполнять практически любые вообразимые числовые или логические операции. Далее они предположили, что такая сеть в состоянии также обучаться, распознавать образы, обобщать, т.е. она обладает всеми чертами интеллекта.

Основные направления исследований в области ИИ: Робототехника; Экспертные системы; Создание универсальных решателей задач; Перевод с одного языка на другой, реферирование текстов; Перевод с одного языка на другой, реферирование текстов; Создание интеллектуального интерфейса. 10

Основные задачи, решаемые системами ИИ: Распознавание текста документов. Распознавание текста документов. Распознавание штрих-кодов.Распознавание штрих-кодов. Распознавание лиц.Распознавание лиц. Распознавание автомобильных номеров.Распознавание автомобильных номеров. Распознавание речи.Распознавание речи. Распознавание изображений.Распознавание изображений. Распознавание локальных участков земной коры, в которых находятся месторождения полезных ископаемых.Распознавание локальных участков земной коры, в которых находятся месторождения полезных ископаемых.

Распознавание текста документов

Распознавание автомобильных номеров

Распознавание лиц

Распознавание речи процесс преобразования речевого сигнала в цифровую информацию (напр., текстовые данные). Обратной задачей является синтез речи. Распознавание речи Голосовой поиск от Google

Автоматическая система распознавания изображения Источник

Распознавание штрих-кодов Источник

Геодезическое оборудование Источник

Экспертные системы Эксперт человек, который за годы обучения и практи­ки научился чрезвычайно эффективно решать задачи, отно­сящиеся к конкретной предметной области. Экспертная система (expert system) система искусст­ венного интеллекта, основанная на знаниях. Она в пределах данной предметной области способна принимать решения, качество которых соответствует решениям, принимаемым экспертами-людьми. В разработке ЭС принимают участие эксперты и инжене­ры по представлению знаний (инженеры по знаниям). Примеры экспертных систем Примеры экспертных систем

Универсальный решатель задач General Problem Solver (GPS, буквально Общий Решатель задач) компьютерная программа, предназначена для работы в качестве универсальной машины для решения задач. С помощью GPS можно решить любую символически формализованную задачу. 20 Пример: ««Универсальный математический решатель»_ 7.5»

Реферативный перевод Реферативный перевод разновидность перевода, при которой происходит сжатие основного содержания исходного текста на одном языке средствами другого, переводящего языка. ESHRE consensus on the definition of poor response' to ovarian stimulation for in vitro fertilization: the Bologna criteria The definition presented here represents the first realistic attempt by the scientific community to standardize the definition of poor ovarian response (POR) in a simple and reproducible manner. Консенсус ESHRE по определению «бедного» ответа на стимуляцию яичников в циклах ЭКО: Болонские критерии Представленное определение это первая реалистичная попытка научного сообщества стандартизировать данное понятие наиболее простым образом, удобным для применения. Пример. В приведённом примере компрессия текста произведена путём замены повторного употребления определения «the definition of poor ovarian response» выражением «данное понятие», что не привело к уменьшению передаваемой информации. Источник

22 Интеллектуальный интерфейс информационной системы Анализ развития средств вычислительной техники позволяет утверждать, что она постоянно эволюционирует в двух направлениях. развитие по горизонтали развитие по вертикали модификация программных средств, ориентированная на повышение эффективности выполнения ими своих функций. появление новых типов компьютеров и качественно новых программных средств, дополняющих уже существующие.

23 Интеллектуальный интерфейс информационной системы Для обеспечения наибольшей дружественности интерфейса программного средства с пользователем первый должен стать интеллектуальным.

24 Функции интеллектуального интерфейса обеспечение для пользователя возможности постановки задачи для ЭВМ путем сообщения только ее условия (без задания программы решения); обеспечение для пользователя возможности формирования сред решения задачи с использованием только терминов и понятий из области профессиональной деятельности пользователя, естественных форм представления информации; обеспечение гибкого диалога с использованием разнообразных средств, в том числе не регламентируемых заранее, с коррекцией возможных ошибок пользователя.

База знаний – это особого рода база данных, разработанная для оперирования знаниями (метаданными). База знаний – это особого рода база данных, разработанная для оперирования знаниями (метаданными). Исполнительная система - совокупность средств, обеспечивающих выполнение программ. Интеллектуальный интерфейс – интерфейс, обеспечивающий взаимодействие пользователя с ЭВМ на естественном языке. Интеллектуальный интерфейс – интерфейс, обеспечивающий взаимодействие пользователя с ЭВМ на естественном языке. Структура интеллектуальной системы включает три основных блока:

Компоненты базы знаний факты (данные) из предмет­ной области специальные эвристики или правила, которые позволяют получать новые факты при решении проблемы метаправила (правила о правилах) для решения проблем и получения выводов

Структура современной системы решения прикладных задач

Знания декларативные процедурные описывают объект (отвечают на вопросы типа: «Что есть X?», «Как связаны X и Y?», «Почему X?»). описывают последовательность действий, которые могут использоваться при решении задач (отвечают на вопросы типа: «Как сделать X?»)

Основные модели представления знаний Логическая (на основе использования математической логики. Декларативные знания представляются в виде формул, а использование логических операций позволяет записать процедурные знания); Логическая Сетевая (семантические сети); Сетевая Продукционная (на основе правил вывода и условий их применений). Продукционная

Логическая модель. Пример Суждение «Я обязательно поеду на матч, если достану билет или меня пригласит товарищ и если не будет дождя» можно записать следующим образом: (A v В) л чС => D. Здесь: А «Я достану билет»; В = «Меня пригласит товарищ»; С = «Будет дождь»; D = «Я поеду на матч»; v логическая операция «или»; л логическая операция «И»; -1 логическая операция «НЕ»; => логическая операция «ЕСЛИ..., ТО...». Возможна и такая форма записи: ( ИМЕТЬ (я, билет) v ПРИГЛАСИТЬ (товарищ, я) ) л -, ИМЕТЬ МЕСТО (дождь) => ПОЙТИ (я, матч).

Семантическая сеть Семантическая сеть - представление знаний посредством графа (сети), вершины (узлы) которого соответствуют понятиям, действиям или объектам предметной области, а соединяющие их дуги отражают отношения между узлами. В качестве примера может быть приведена часть семантической сети, относящейся к понятию «фрукты».примера

Семантическая сеть (пример)

Фреймы Слово «фрейм» с англ. - «рамка». Фрейм описание свойств вершин (узлов) семантической сети. Фрейм минимально возможное описание всех основных свойств объекта, соответствующего вершине сети. Свойства описываются атрибутами (слотами) и их значениями.

Фреймы (пример) Описание фрейма«Заполненный» фрейм (фрейм-прототип)(фрейм-экземпляр) Битва = <ког-Битва 1 = да?> Битва 2 = Книга = <назва-Книга 1 = ние> <Москва: Дет- ская литература>

Продукционная модель Основана на представлении знаний в форме правил, структурированных в соответствии с образцом «ЕСЛИ - ТО». Часть правила «ЕСЛИ» называется посылкой, а «ТО» - выводом или действием. Правило в общем виде записывается так: ЕСЛИ A1, A2,...,An, ТО В. Такая запись означает, что «если все условия от A1 до Аn являются истинными, то В также истинно» или «когда все условия от А1 до Аn выполняются, то следует выполнить действие В». Рассмотрим правило ЕСЛИ (1) у является отцом х (2) z является братом у ТО z является дядей х

Моделирование рассуждений Рассуждение - один из важнейших видов мыслительной деятельности человека, в результате которого он формулирует на основе некоторых предложений, высказываний, суждений новые предложения, высказывания, суждения.

Моделирование рассуждений Человеческим рассуждениям присущи: неформальность, нечеткость, нелогичность, широкое использование образов, эмоций и чувств, что делает чрезвычайно трудными их исследование и моделирование.

Перспективы искусственного интеллекта решение проблем, связанных с приближением специализированных систем ИИ к возможностям человека, и их интеграции, которая реализована природой человека; создание искусственного разума, представляющего интеграцию уже созданных систем ИИ в единую систему, способную решать проблемы человечества

Задания Задание 1 Приведите пример декларативных и процедурных знаний, кото­рыми вы обладаете в областях, относящихся: а)к квадратным уравнениям; б)к законам Ньютона. Подсказка: декларативные знания: «Квадратное уравнение это многочлен...»; процедурное знание: «Чтобы определить кор­ни квадратного уравнения...»

Задания Задание 2 а)Создайте фрейм-экземпляр текущего занятия по следующему фрейму-прототипу: Урок =. б)Определите слоты фрейма (разработайте фрейм- прототип), описывающего учебник.

Задания Задание 3 Подготовьте реферат на тему «Использование экспертных систем в...». В качестве предметных областей можно выбрать: военное дело, геологию, инженерное дело, информатику, компьютерные системы, космическую технику, лингвистику, математику, ме­дицину, метеорология, промышленность, сельское хозяйство, управление производством, физику, химию, электронику, юрисп­руденцию. Примечание. В списке перечислены те области знания, для кото­рых существуют реально функционирующие ЭС.

Задания Задание 4 Поясните, как вы понимаете фразу, высказанную известным ис­следователем в области информатики Д. А. Поспеловым: «рань­ше ЭВМ «понимали», как надо выполнить введенную в них про­грамму, но «не понимали», что они при этом делают, а с появлением интеллектуальных систем ЭВМ научились «пони­мать», как построить нужную для решения поставленной задачи программу и что эта программа делает».

Список литературы Бешенков С. А. Б 57Информатика. Систематический курс. Учебник для 11 класса гуманитарного профиля / С. А. Бешенков, Н. В. Кузьмина, Е. А, Ракитина. М.: Бином. Лабора­тория Знаний, с: ил. ISBN Информатика и ИКТ: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений : базовый и профил. уровни / [А.Г.Гейн, А.Б.Ливчак, А.И.Сенокосов, Н.А.Юнерман]. – М.: Просвещение, – 272 с.: ил. Ссылки на дополнительные источники указаны на слайдах.