Адаптивные Адаптивные интеллектуальные интеллектуальные

системысистемы

Кузнецова А.В. , каф. ЭВМ ЮРГТУ(НПИ)2009 г.

Тема 1. Введение

• Естественный интеллект. Определения. Свойства. Функциональная структура. Способы измерения.

• Искусственный интеллект (ИИ) как направление исследований.

• Подходы к построению ИИ. Восходящий, нисходящий подходы.

• Тест Тьюринга.• Восходящий и нисходящий пути развития ИИ.• Основные теоретические направления исследований в

области ИИ.

Определение 1.• Интеллект (лат. Intellectus - ум, рассудок, разум, понимание, постижение) –

в психологии – совокупность познавательных способностей человека, определяющих уровень его мышления и способность решать сложные задачи.

Определение 2.

• Интеллект – способность индивида к осуществлению процесса познания и к эффективному решению проблем, в частности при овладении новым кругом жизненных задач.

Определение 3.• Интеллект – способность индивида познавать окружающий мир, понимать

суть вещей и соображать, что делать в той или иной ситуации.

Определение 4.

• Интеллект – весьма общая умственная способность, которая включает возможность делать заключения, планировать, решать проблемы, абстрактно мыслить, понимать сложные идеи, быстро обучаться и учиться на основании опыта.

Определение 5.• Интеллект — это результат работы поисковой системы мозга в собственном

информационном массиве.

Функциональная структура естественного интеллекта

• Сознание: понимание, вспоминание, размышление, переработка явно воспринимаемой информации; процессы С. Наиболее просто алгоритмизируются и представляются в виде программ.

• Подсознание: эмоции, постоянное запоминание информации, непроизвольное обучение, генерация творческих идей, распознавание образов, абстрагирование. Не поддаются формализации и алгоритмизации или трудноформализуемы и сложны для воспроизводства на традиционных компьютерах.

• Сверхсознание: «общественное» сознание, «ПРО-знания»; проявляются очень редко, бесконтрольно в минуты творческого озарения, вдохновения, творческой деятельности.

сознаниеподсознание

сверхсознание

Вопросы о природе интеллекта

• Является ли интеллект единым целым или он состоит из отдельных способностей, соответствующих специфическим «потенциям» (возможностям)?

• Нельзя ли определить интеллект как набор таких потенций, число и значение которых зависит от встающих перед индивидуумом задач?

• Не существуют ли различные типы интеллекта для задач разных типов и уровней сложности?

Многогранность интеллектаСТОРОНЫ ОБЩЕГО ИНТЕЛЛЕКТА - «первичные умственные потенции» по Тёрстоуну:

1. Счетная способность, т. е. способность оперировать числами и выполнять арифметические действия.

2. Вербальная (словесная) гибкость, т. е. легкость, с которой человек может объясняться, используя наиболее подходящие слова.

3. Вербальное восприятие, т. е. способность понимать устную и письменную речь.

4. Пространственная ориентация, или способность представлять себе различные предметы и формы в пространстве;

5. Память.6. Способность к рассуждению.7. Быстрота восприятия сходств или различий между предметами или

изображениями, а также их деталей.8. Адаптация к окружающему миру.

Существенные качества человеческого интеллекта

• Пытливость — стремление разносторонне познать то или иное явление в существенных отношениях. Это качество ума лежит в основе активной познавательной деятельности.

• Глубина ума заключается в способности отделять главное от второстепенного, необходимое от случайного.

• Гибкость и подвижность ума — способность человека широко использовать имеющийся опыт, оперативно исследовать предметы в новых связях и отношениях, преодолевать шаблонность мышления.

• Логичность мышления характеризуется строгой последовательностью рассуждений, учётом всех существенных сторон в исследуемом объекте, всех возможных его взаимосвязей.

• Доказательственность мышления характеризуется способностью использовать в нужный момент такие факты, закономерности, которые убеждают в правильности суждений и выводов.

• Критичность мышления предполагает умение строго оценивать результаты мыслительной деятельности, подвергать их критической оценке, отбрасывать неправильное решение, отказываться от начатых действий, если они противоречат требованиям задачи.

• Широта мышления — способность охватить вопрос в целом, не теряя из виду исходных данных соответствующей задачи, видеть многовариантность в решении проблемы.

Типы интеллекта (по Йенсену)

первый уровень интеллекта• Конкретный, или практический интеллект помогает решать

повседневные проблемы и ориентироваться в наших взаимоотношениях с различными предметами. Включает т. н. ассоциативные способности, позволяющие использовать определенные навыки или знания и вообще информацию, хранящуюся в памяти.

второй уровень интеллекта• Абстрактный интеллект позволяет оперировать словами и

понятиями - уровень когнитивных (мыслительных) способностей.

Соотношение между этими двумя уровнями у каждого человека определяется

наследственными факторами.

Оценка интеллекта

• Коэффициент интеллекта (англ. IQ — intelligence quotient) — количественная оценка уровня интеллекта человека: уровень интеллекта относительно уровня интеллекта среднестатистического человека такого же возраста. Определяется с помощью специальных тестов.

• Тесты IQ рассчитаны на оценку мыслительных способностей, а не уровня знаний (эрудированности).

IQ-тесты специально разработаны для получения нормального распределения результатов: средним значением IQ , равным 100 и таким разбросом, чтобы 50 % людей имели IQ между 90 и 110 и по 25 % — ниже 90 и выше 110.

Выводы относительно сути интеллекта

Интеллект человека представляет собой чрезвычайно многофакторную совокупность свойств, определяющих

индивидуальные особенности индивида.

По сути, интеллект - это то, что выделяет нас из мира животных, что придает особую значимость человеку, что позволяет ему не

только приспосабливаться к условиям быстро меняющейся действительности, но и динамически изменять окружающий

мир, перестраивая среду под себя.

Самое существенное для человеческого интеллекта состоит в том, что он позволяет отражать (выявлять) закономерные связи и

отношения предметов и явлений окружающего мира, тем самым дает возможность творчески преобразовывать

действительность.

Искусственный интеллект

• Искусственный интеллект (англ. Artificial Intelligence, ИИ) – метафорическое понятие для обозначения системы созданных людьми средств, воспроизводящих определенные функции человеческого мышления.

• Искусственный интеллект – раздел информатики, изучающий возможность обеспечения разумных рассуждений и действий с помощью вычислительных систем и иных искусственных устройств. При этом алгоритм решения задачи в большинстве случаев заранее неизвестен.

Цели и задачи ИИ(как научного направления)

• Основной целью ИИ является моделирование человеческих способов рассуждения и решения задач.

• Прикладной аспект ИИ включает решение компьютером задач, не имеющих явного алгоритмического решения, зачастую с нечёткими целями. При этом часто используются «человеческие» способы решения таких задач.

• Научный аспект ИИ касается объяснения работы естественного интеллекта и имитации решения задач человеком.

Теоретическая платформа ИИ

Искусственный интеллект как одно из новых научных направлений появился во второй половине ХХ века на базе вычислительной техники, математической логики, программирования, психологии, лингвистики, психологии, нейрофизиологии, теории систем, теории управления, теории принятия решений и других отраслей знаний.

Это образец междисциплинарных исследований, объединяющий профессиональные интересы специалистов разного профиля, поскольку само понятие "интеллект" достаточно неоднозначно.

Тест Тьюринга

Позволяет оценить «интеллектуальность» компьютера по его способности к осмысленному диалогу с человеком.

Был разработан в качестве удовлетворительного функционального определения ИИ (вместо обширного списка требований).

Основан на том, что поведение объекта, обладающего искусственным интеллектом, нельзя будет отличить от поведения человека (бесспорно интеллектуального существа).

тест, предложенный Аланом Тьюрингом в 1950 году в статье «Вычислительные машины и разум» (англ. Computing Machinery and Intelligence) для проверки, является ли компьютер разумным в человеческом смысле слова.

Возможности компьютера, для прохождения теста Тьюринга

• Средства обработки текста на естественных языках (Natural Language Processing), позволяющие успешно общаться с компьютером, допустим на … английском … языке.

• Средства представления знаний, с помощью которых компьютер запишет в память то, что он узнает или прочтет.

• Средства автоматического формирования логических выводов, необходимые для поиска ответов на вопросы и вывода новых заключений на базе хранимых знаний.

• Средства машинного обучения, которые позволяют накапливать полученный опыт, приспосабливаться к новым обстоятельствам, а также обнаруживать признаки различных ситуаций.

Для полного теста Тьюринга:• Машинное зрение для восприятия объектов.• Средства робототехники для манипулирования объектами и

перемещения в пространстве.

Основные теоретические направления ИИ

•Представление знаний•получение знаний от специалистов предметной области;•представление полученных знаний в форме, удобной для последующей обработки на ЭВМ;•сохранение полноты и непротиворечивости знаний при их объединении из различных источников;•классификация знаний;•обобщение знаний и их использование при решении различных задач (вывод на знаниях).

•Общение с ЭВМ на естественном языке•синтаксический анализ текстов на естественном языке, переход от языковых представлений к языку описания знаний, понимание вопросов, формирование ответов, интересующих человека, извлечение знаний из текстов на естественном языке;•компьютерное моделирование общения, моделирование структуры сюжета;•гипертекстовые технологии представления текста, компьютерная лексикография;•машинный перевод.

•Рассуждения и планирование•логический вывод, эвристический поиск, правдоподобные рассуждения: по аналогии, по ассоциации, по умолчанию, в соответствии со здравым смыслом, и др.;•нахождение и обоснования планов целесообразной деятельности: планирование в пространстве задач и пространстве состояний.

•Восприятие•представление и распознавание зрительных образов с привлечением знаний о предметной области•машинное восприятие речи;•восприятие тактильной информации.•Обучение и самообучение

•Деятельность•поиск в пространстве состояний (виды и стратегии поиска);•поиск в условиях противодействия;•решение комбинаторных задач;•игровые задачи;•эвристическое программирование;•создание комплекса средств для накопления и обобщения умений и навыков, накапливаемых в интеллектуальной системе.

Подходы к построению CИИ(первоначальное разделение)

• Восходящий (или структурный) - подразумевает попытки построения искусственного интеллекта путем воссоздания (моделирования) структуры человеческого мозга, состоящего из отдельных элементов - нейронов. Нейросетевые модули сначала обучаются на значительном количестве примеров, после чего начинают сами решать задачи подобного класса. В рамках этого подхода успешно решаются многие задачи распознавания (распознавание графических образов, символов, звуков) и классификации (фильтрация СПАМа, определение тематики текстов и др.), для которых не существует известного алгоритма решения.

• Нисходящий – подразумевает создание совокупности систем, способных демонстрировать работу отдельных составляющих интеллекта, достигая результатов сравнимых, либо превосходящих человеческие возможности. В рамках нисходящего подхода выделяются имитационный подход, использующий идею «чёрного ящика» и логический (символьный) подход, основанный на использовании законов мышления

Структурный подход

• Идея: попытки построения ИИ путем моделирования структуры человеческого мозга.

• Теоретические основы: искусственные нейроны, искусственные нейронные сети.

• Характеристики: аппроксимация любой непрерывной функции; легкое распараллеливание алгоритмов; высокая производительность параллельно работающих элементов; способность к работе при частичном выходе из строя отдельных элементов или обрыве отдельных связей; способность решать неформализованные задачи; низкая выразительность, отсутствие формализованных методик при выборе архитектуры.

Логический подход

• Идея: попытки построения ИИ путем моделирования высокоуровневых процессов и принципов мышления человека.

• Теоретические основы: булева алгебра, логика высказываний, логика предикатов I-го порядка.

• Характеристики: стройная, научно разработанная теория логического вывода; основа для построения экспертных систем I-го поколения; ограниченность логических моделей и схем вывода для построения практически значимых систем.

Имитационный подход

• Идея: не имеет значения, как устроено "мыслящее" устройство; главное, чтобы на заданные входные воздействия оно реагировало так же, как человеческий мозг.

• Теоретические основы: создание модели "чёрного ящика".

• Характеристики: воспроизведение интеллектуальных функций упрощёнными алгоритмами; низкая информационная способность большинства моделей; сложность/невозможность полного тестирования всех функций.

Эволюционный подход

• Идея: оптимизация, основанная на принципах естественного отбора и эволюции.

• Теоретические основы: использование строк фиксированной длины для представления генетической информации, работа с популяцией строк, использование генетических операторов для формирования будущих поколений (или просто – теоретические положения популяционной генетики).

• Характеристики: эффективность при решении задач с очень большими размерностями и при отсутствии упорядоченности в исходных данных; простота и прозрачность реализации; отсутствие гарантий обнаружения глобального решения за приемлемое время и гарантий достижения "наилучшего" решения.

Подход на основе нечёткой логики

• Идея: надмножество классической логики, расширяющее её с целью обработки промежуточных значений ("частичной правды") между абсолютной единицей и абсолютным нулём.

• Теоретические основы: теория нечётких множеств, FAT-теорема.

• Характеристики: создание аппарата, способного моделировать человеческие рассуждения и объяснять человеческие приемы принятия решений в ходе решения различных задач; способность к работе при условии неполной информации об объекте и окружающей среде; предполагает словесное описание и решение задачи, понятное человеку, при сохранении точности результатов.

Эмерджентный подход

• Идея: реализация интеллектуальных задач в результате взаимодействия большого количества неинтеллектуальных подсистем.

• Теоретические основы: теоретические направления ИИ, параллельные вычисления, распределённое решение задач.

• построен

• Характеристики: децентрализация системы; автономность отдельных подсистем; ограниченность представления о всей системе её отельными элементами; самоорганизующееся и сложное коллективное поведение, обмен знаниями между элементами, распределённое решение задач; надежность и устойчивость к сбоям.

Этапы развития ИИ• Середина 50-х, 60-е годы – создание самых разнообразных программ для

решения «нечисловых» задач. Становление искусственного интеллекта как междисциплинарной области исследований.

• В целом, в течение 1970-х годов сложились основные теоретические направления исследований в области интеллектуальных систем. Теория искусственного интеллекта окончательно была признана самостоятельной отраслью науки.

• К началу 80-х это мнение стало стремительно сменяться интересом к исследованиям в области коммерческих интеллектуальных систем. Искусственный интеллект, подобно тому, как это ранее произошло с вычислительной техникой, стал в середине 80-х годов прошлого века одним из ведущих направлений научно-технического прогресса.

• 90-е гг. и текущее десятилетие характеризуются стремительным развитием систем ИИ в различных областях человеческой деятельности: от повседневной деятельности до исследования внеземных цивилизаций, развития телекоммуникационных систем и сети Интернет.

Вопросы и задания к теме 1ЗаданияПрочитайте статью А. Тьюринга "Могут ли машины мыслить?". В этой статье он обсуждает несколько потенциальных возражений против

предложенного им подхода и теста интеллектуальности. Какие из этих возражений всё ещё остаются весомыми в определённой степени? Действительно ли приведённые им опровержения этих возражений являются правильными? Можете ли Вы выдвинуть новые возражения, которые следуют из событий, прошедших с тех пор, как Тьюринг написал статью?

Самостоятельно сформулируйте определение понятий интеллектуальность, искусственный интеллект, интеллектуальная система.Найдите в словаре (например, в Википедии) определения следующих понятий и попытайтесь составить иерархию из этих понятий:

восприятие; сознание; разум; мышление; творчество; воображение; обучение; опыт; интеллект; искусственный интеллект. Какие понятия Вы могли бы добавить в созданную иерархию? Почему?

Сформулируйте существенные признаки, отличающие интеллектуальные программные системы от других видов систем. Приведите примеры программных систем, с которыми Вы имели опыт работы. Проведите их классификацию: неинтеллектуальная – с элементами интеллекта – интеллектуальная. Поясните своё решение.

Назовите условия, без которых невозможна разработка искусственного интеллекта и оцените их собственной системой баллов. Прокомментируйте каждое условие и его оценку.

Ознакомьтесь с долгосрочными прогнозами всемирно известного футуролога Яна Пирсона (в сети Интернет) и произведите отбор элементов, напрямую связанных с тематикой дисциплины "Интеллектуальные технологии в наукоёмком производстве".

Выберите одно из утверждений, которое кажется Вам верным. Обоснуйте свой выбор: "искусственный интеллект недостижим", " искусственный интеллект не за горами", "мы живём в эпоху искусственного интеллекта", "искусственный интеллект – вопрос далёкого будущего".

Если вы владеете английским, попробуйте пообщаться с ALICE (www.alicebot.org), трёхкратным победителем в соревнованиях разговаривающих программ. Оцените степень интеллектуальности программы. Как по-Вашему, почему подобных программ на русском языке (по уровню) пока нет?

ВопросыЧто является основой для развития искусственного интеллекта?Каковы цели и задачи искусственного интеллекта?Какие современные проблемы решаются в искусственном интеллекте?Охарактеризуйте два противоположных направления исследований в области искусственного интеллекта.Что понимается под слиянием восходящего и нисходящего подходов в искусственном интеллекте?Что называют машинным интеллектом?Почему пакет программ статистического анализа нельзя считать программой искусственного интеллекта?Для чего, по-Вашему, человечество предпринимает попытки создания искусственного разума?Что Вы понимаете под интеллектуальной задачей, интеллектуальным алгоритмом, интеллектуальной технологией, интеллектуальным

производством, интеллектуальный продуктом, интеллектуальным управлением?Приведите примеры производств, развитие которых немыслимо без применения технологий искусственного интеллекта. Поясните свой

ответ.

Спасибо за внимание