Учебное пособие: Теория искусственного интеллекта

ИИ – область компьютерных наук, занимающаяся исследованием и автоматизацией разумного поведения.

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

Дополнения:

1. к сфере решаемых ИС задач относятся задачи, обладающие, как правило, следующими особенностями:

- в них заранее неизвестен алгоритм решения задач;

- в них используется информация помимо традиционных данных в числовой форме в виде изображений, рисунков, знаков, букв, слов, звуков;

- в них предполагается наличие выбора, т.е. необходимо сделать выбор между многими вариантами в условиях неопределенности.

2. Системы ИИ отличаются от других искусственных систем, включая традиционные компьютерные программы тем, что они используют знания, а также рядом других признаков:

- способностью достигать целей, меняющихся во времени;

- способностью сопоставлять, использовать и преобразовывать знания;

- способностью ориентироваться в многообразии специальных подсистем, варьируя их методы;

- способностью самостоятельно планировать ресурсы и концентрировать их в нужном направлении;

- возможностью обеспечения интеллектуального интерфейса с пользователем и другими системами.

ИС должна в наборе фактов распознать существенные, ИС способны из имеющихся знаний и фактов сделать выводы не только с использованием дедукции, но и с помощью аналогии, индукции и т.п. Кроме того, ИС должны быть способны к самооценке - обладать рефлексией, т.е. средствами для оценки результатов собственной работы. ИС также должны улавливать сходство между имеющимися фактами.

Потенциальные возможности ИС безграничны, однако пока общей теории интеллектуальности не существует и не найдено общих методов решения проблем.

Проблемы ИИ в робототехнике и мехатронике

1 – Представление знаний. Направление связано с формализацией и представлением знаний различными моделями, языками и делением знаний по типам, а также создание программных средств для их преобразования (пополнения, обработки и т.п.). Здесь рассматриваются вопросы приобретения знаний – их источники, процедуры и приемы. Базой служат знания о проблемной области, хранящиеся в памяти интеллектуальной системы (ИС).

2 – Оперирование, манипулирование знаниями. Направление включает: построение способов пополнения знаний на основе их неполных описаний, системы классификации знаний, хранящихся в памяти ИС; обобщение знаний и формулирование на их основе абстрактных понятий; методы достоверного и правдоподобного вывода на основе имеющихся знаний, модели рассуждений. (1и 2 объединяет теория баз знаний (БЗ)).

3 – Общение. Проблема охватывает: понимание связных текстов на естественном языке, синтез связных текстов, понимание речи и ее синтез; модели коммуникаций между пользователями и ИС; формирование объяснений действий ИС; формирование методов построения лингвистических процессоров, осуществляющих перевод текстовой информации во внутреннее машинное представление, диалоговых систем и пр.

4 – Восприятие. В проблему входят: анализ зрительной, слуховой и др. видов информации, методы ее обработки и внутреннего машинного представления, распознавание образов и формирование ответных реакций на воздействие внешней среды и способов адаптации искусственных систем к среде путем обучения

5 – Обучение (воспитание)– до решения ИС новых задач, с которыми ранее не встречались. Проблема включает: методы формирования условий задачи по информации о проблемной ситуации; обучение переходу от известных решений частных задач – к решению общей; формирование модели процесса обучения. Мало пока сделано. В этом плане интересен подход к имитации мышления, предложенный А. Тьюрингом. "Пытаясь имитировать интеллект взрослого человека, — пишет Тьюринг, — мы вынуждены много размышлять о том процессе, в результате которого человеческий мозг достиг своего настоящего состояния. Почему бы нам вместо того, чтобы пытаться создать программу, имитирующую интеллект взрослого человека, не попытаться создать программу, которая имитировала бы интеллект ребенка? Ведь если интеллект ребенка получает соответствующее воспитание, он становится интеллектом взрослого человека… Наш расчет состоит в том, что устройство, ему подобное, может быть легко запрограммировано… Таким образом, мы расчленим нашу проблему на две части: на задачу построения "программы-ребенка" и задачу "воспитания" этой программы".

6 – Поведение – поведенческие процедуры адекватного взаимодействия со средой, человеком, другими ИС; функции управления действиями, в т.ч. модели целесообразного поведения, нормативного поведения; методы многоуровневого планирования и коррекции планов в динамических ситуациях при решении конкретных задач автоматического устройства, функционирующего в сложной внешней среде.

Наиболее важные причины, объясняющие вклад человечества в развитие ИИ:

1 – Создание ЭВМ новых поколений, максимально приближенных к пользователю, освобождение его от программирования решения задач. (Сложность общения с ЭВМ не должна превосходить сложности общения с современными бытовыми средствами, доведение «интеллектуального» уровня ЭВМ до способности выполнения профессиональных задач программиста. ) Обладание большой суммой знаний о способах решения задач, специальных процедурах автоматического синтеза программ; максимальное приближение к общению людей.

2 – Бум информационных технологий, проникновение ЭВМ во все сферы человеческой жизни, создание локальных, глобальных и международных сетей передачи и обработки данных. Следствие – изменение стиля и, возможно, содержания человеческого общения в деловой и бытовой сферах.

3 – Коренное изменение роли человека в технологии производства (все области), замещение его функций физического, интеллектуального труда и управления автоматическими системами с т.н. «интеллектуальным управлением».

4 – ИС становятся инструментом проектирования новых, в т.ч. сверхсложных изделий, разработки технологий, изобретательства, прогнозирования и диагностирования.

Последние 2 пункта особенно важны для понимания сути мехатроники.

Таким образом, диапазон вопросов, охватываемый ИИ – от общих теоретических принципов науки ИИ до инженерных приемов создания аппаратных и программных средств решения интеллектуальных задач.