Введение в системы искусственного интеллекта Искусственный интеллект ИИ

Введение в системы искусственного интеллекта Искусственный интеллект (ИИ) – термин, объединяющий концепции, позволяющие компьютерам делать такие вещи, которые у людей выглядят разумными (интеллектуальными). Дать исчерпывающее определение понятию «интеллект» практически невозможно, так как человеческий разум объединяет множество навыков в области получения, обработки и представления информации. Основные задачи исследований в области ИИ состоят в том, чтобы понять принципы, лежащие в основе интеллекта естественного и расширить на основе этих принципов возможности и область применения компьютерных технологий.

Основные области применения ИИ • Доказательство теорем; • Игры; • Распознавание образов; • Принятие решений; • Адаптивное программирование; • Обработка данных на естественном языке; • Обучающиеся сети (нейронные сети); • и т. д.

Два подхода к разработке систем ИИ 1. Нисходящий (Top-Down AI), семиотический — создание экспертных систем, баз знаний и систем логического вывода, имитирующие высокоуровневые психические функции: мышление, рассуждение, речь, эмоции, творчество и т. д. 2. Восходящий (Bottom-Up AI), биологический — изучение нейронных сетей и эволюционных вычислений, моделирующих интеллектуальное поведение на основе более мелких «неинтеллектуальных» элементов.

История работ в области СИИ Начало исследований в области ИИ (середина-конец 50 -х годов XX века) связывают с работами Аллена Ньюэлла, Герберта Саймона и Клиффа Шоу (RAND Corp. ), исследовавших процессы решения различных задач. Результатами их работ явились такие программы как «ЛОГИК-ТЕОРЕТИК» , предназначенная для доказательства теорем в исчислении высказываний, и «ОБЩИЙ РЕШАТЕЛЬ ЗАДАЧ» . Эти работы положили начало первому этапу исследований в области ИИ, связанному с разработкой программ, решающих задачи на основе применения разнообразных эвристических методов. Эвристический метод решения задачи при этом рассматривался как свойственный человеческому мышлению «вообще» , для которого характерно возникновение догадок о пути решения задачи с последующей проверкой их. Ему противопоставлялся используемый в ЭВМ алгоритмический метод, который интерпретировался как механическое осуществление заданной последовательности шагов, детерминированно приводящей к правильному ответу. Трактовка эвристических методов решения задач как сугубо человеческой, интеллектуальной деятельности и обусловила появление и дальнейшее распространение термина «искусственный интеллект» .

История работ в области СИИ При описании своих программ Ньюэлл и Саймон приводили в качестве доводов, подтверждающих, что их программы моделируют человеческое мышление, результаты сравнения записей доказательств теорем в виде программ с записями рассуждения думающего вслух человека. В начале 70 -х годов XX века они опубликовали много данных подобного рода и предложили общую методику составления программ, моделирующих мышление. Примерно в то время, когда работы Ньюэлла и Саймона стали привлекать к себе внимание, в Массачусетсском технологическом институте (MIT), Стэнфордском университете и Стэнфордском исследовательском институте также сформировались исследовательские группы в области ИИ. В противоположность ранним работам Ньюэлла и Саймона эти исследования больше относились к формальным математическим представлениям. Способы решения задач в этих исследованиях развивались на основе расширения математической и символической логики. Моделированию же человеческого мышления придавалось второстепенное значение.

История работ в области СИИ На дальнейшие исследования в области ИИ большое влияние оказало появление метода резолюций Робинсона, основанного на доказательстве теорем в логике предикатов и являющегося исчерпывающим методом доказательства. При этом определение термина «ИИ» претерпело существенное изменение. Целью исследований, проводимых в направлении ИИ, стала разработка программ, способных решать «человеческие задачи» . Один из видных исследователей ИИ того времени Р. Бенерджи в 1969 году писал: «Область исследований, обычно называемую ИИ, вероятно, можно представить как совокупность методов и средств анализа и конструирования машин, способных выполнять задания, с которыми до недавнего времени мог справиться только человек. При этом по скорости и эффективности машины должны быть сравнимы с человеком. » Функциональный подход к направленности исследований по ИИ сохранился до настоящего времени, хотя и сейчас ряд ученых, особенно психологов, пытаются оценивать результаты работ по ИИ с позиций их соответствия человеческому мышлению.

История работ в области СИИ Исследовательским полигоном для развития методов ИИ на первом этапе явились игры, головоломки, математические задачи (задачи об обезьяне и бананах, миссионерах и людоедах, Ханойской башне, игра в 15 и другие). Выбор таких задач обуславливался простотой и ясностью проблемной среды (cреды, в которой разворачивается решение задачи), ее относительно малой громоздкостью, возможностью достаточно легкого подбора и даже искусственного конструирования «под метод» . Основной расцвет такого рода исследований приходится на конец 60 -х годов XX века, после чего стали делаться первые попытки применения разработанных методов для задач, решаемых не в искусственных, а в реальных проблемных средах. Необходимость исследования систем ИИ при их функционировании в реальном мире привело к постановке задачи создания интегральных роботов. Проведение таких работ можно считать вторым этапом исследований по ИИ. В Стэнфордском университете, Стэнфордском исследовательском институте и некоторых других местах были разработаны экспериментальные роботы, функционирующие в лабораторных условиях.

История работ в области СИИ Проведение этих экспериментов показало необходимость решения вопросов, связанных с проблемой представления знаний о среде функционирования, и одновременно недостаточную исследованность таких проблем, как зрительное восприятие, построение сложных планов поведения в динамических средах, общение с роботами на естественном языке. Эти проблемы были более ясно сформулированы и поставлены перед исследователями в середине 70 -х годов XX века, связанных с началом третьего этапа исследований систем ИИ. Его характерной чертой явилось смещение центра внимания исследователей с создания автономно функционирующих систем, самостоятельно решающих в реальной среде поставленные перед ними задачи, к созданию человеко-машинных систем, интегрирующих в единое целое интеллект человека и способности ВМ для достижения общей цели - решение задачи, поставленной перед интегральной человеко-машинной решающей системой.

История работ в области СИИ Это привело к тому, что под интеллектуализацией компьютерных систем стало пониматься развитие их возможностей в направлении обеспечения совместного с пользователем решения задачи, упрощение процесса общения с пользователем, увеличение доли компьютера в этой совместной деятельности. При этом значительное внимание уделяется и повышению способности системы к самостоятельному решению трудноформализуемых задач.

Функциональная схема СИИ Эта структура состоит из трех комплексов вычислительных средств. Первый комплекс представляет собой совокупность средств, выполняющих программы (исполнительную систему). Второй комплекс - совокупность средств интеллектуального интерфейса, имеющих гибкую структуру, которая обеспечивает возможность адаптации к интересам конечных пользователей. Третьим комплексом средств, с помощью которых организуется взаимодействие первых двух, является база знаний, обеспечивающая использование вычислительными средствами первых двух комплексов системы знаний о проблемной среде. База знаний занимает центральное положение по отношению к остальным компонентам, через БЗ осуществляется интеграция средств ВС, участвующих в решении задач.

Общение на естественном языке Тест Тьюринга был предложен в 1950 г. Аланом Тьюрингом (английский математик и логик, ввел понятие «машины Тьюринга» разновидности конечного автомата) в статье «Вычислительные машины и разум» ( «Computing machinery and intelligence» ) для проверки, является ли компьютер разумным в человеческом смысле слова. Тьюринг предложил тест, чтобы заменить бессмысленный, по его мнению, вопрос «может ли машина мыслить? » на более определенный. Суть теста состоит в том, что судья (человек) переписывается на естественном языке с двумя собеседниками (один – человек, другой – компьютер) и на основании полученных ответов должен сделать заключение, кем является каждый из его собеседников. В 1966 г. была разработана программа Элиза (ELIZE) – виртуальный собеседник, имитирующая (а точнее, пародирующая) диалог с психотерапевтом. Ее создателем является Джозеф Вейценбаум (Jozeph Weizenbaum), работавший в лаборатории искусственного интеллекта MIT (Массачусетский технологический институт ). Она по большей части перефразировала высказывания пользователя.

Эта достаточно простая программа содержала набор из нескольких десятков ключевых слов, часто встречающихся в репликах пациентов психотерапевтических клиник, а также соответствующие им стандартные реплики из лексикона практикующих психиатров. Если в реплике живого собеседника обнаруживалось ключевое слово, «Элиза» отвечала ему соответствующей фразой; в противном случае для поддержания диалога использовались нейтральные реплики, например, "Продолжайте". Так, в ответ на фразу «Мой отец меня ненавидит» , Элиза отвечала «Кто еще из семьи вас ненавидит? » , выделив ключевое слово «отец» . Разработанная программа использовалась в ходе эксперимента с участием пациентов психотерапевтических клиник, причем результаты оказались неожиданными и для самого ее создателя – некоторое пациенты всерьез утверждали, что общение с Элизой пошло им на пользу. Понятно, что подобные программы до сих пор не способны пройти тест Тьюринга, когда известно, что один из собеседников человеком не является и активно пытается определить, кто именно. Однако, при отсутствии информации о природе собеседника, современные аналоги Элизы могут ввести партнера в заблуждение.

Достаточное распространение получили так называемые «Программы-собеседники» (Chat-bots), например, в некоторых чатах, когда сам характер общения не предполагает большой осмысленности диалога. В настоящее время учреждена премия Лебнера ($2000), которая присуждается наиболее «человекоподобной» программе-собеседнику. Первой программе, которая пройдёт стандартный (текстовый) тест Тьюринга будет вручена серебряная медаль и вознаграждение в $25000. Первой программе, которая пройдёт этот тест с использованием текстового, визуального и звукового подтверждения будет вручена золотая медаль и приз в $100000. После вручения золотой медали конкурс будет закрыт. Одной из наиболее известных программ в данной области является A. L. I. C. E. , получавшая премию Лебнера в 2000, 2001 и 2004 годах. A. L. I. C. E. является аббревиатурой от «Artificial Linguistic Internet Computer Entity» . Разработка этой программы была начата в 1995 г. Официальный сайт - http: //www. alicebot. org

A. L. IC. E. A. L. I. C. E. написана на Java с использованием AIML (Artificial Intelligence Markup Language) – подмножества XML для систем искусственного интеллекта. AIML-программа описывает «мозг» чат-бота в виде множества «условных рефлексов» , т. е. стандартных реакций на языковые конструкции, содержащиеся в анализируемом тексте. Каждая распознаваемая конструкция называется «образцом» (pattern).

Наиболее важные теги AIML: - обозначает начало и конец AIML-документа. - обозначает определенный блок в базе знаний. - содержит образец распознаваемой конструкции из фраз пользователя.