
211c86b3e600b49912faca22c6a907a9.ppt
- Количество слайдов: 20
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:
Пример общения двух экземпляров A. L. I. C. E. (Сказано человеком для инициации диалога) - Hi! - Hello there! - Salutation, unknown person. - Hello there! - Hello unknown person. - Greetings, Human. - Hi there! - Hello unknown person. - Hello there. Sometimes I don't know a client's real name so I make one up based on their DNS. - Would you like to know? Are you telling the truth? - Like George Washington, I can never tell a lie. - Interesting comparison. - I thought so too. - What made it so obvious? - It's all part of God's mysterious plans. - Which part?
Китайская комната - эксперимент, предложенный в 1980 г. Джоном Серлем как критика теста Тьюринга. Берется некоторый неизвестный испытуемому язык например, китайский. Испытуемый помещается в комнату, где расставлены корзинки, наполненные китайскими иероглифами. Также ему выдается учебник (на известном языке), где приведены правила сочетания этих иероглифов, причем для их применения достаточно только знать форму иероглифов, не зная их значения, например: «Возьмите определенный иероглиф из корзинки 1 и поместите его рядом с определенным иероглифом из корзинки 2» . Пусть за дверью комнаты находятся люди, знающие китайский язык, они передают испытуемому наборы символов, в ответ на что он, согласно правилам, составляет новые наборы символов и передает их обратно. В данном случае книга правил - «компьютерная программа» , люди, написавшие ее, — «программисты» , а испытуемый - «компьютер» . Корзинки с символами — «база данных» ; наборы символов, передаваемые в комнату - «вопросы» , а наборы, передаваемые обратно - «ответы» .
Китайская комната (2) Пусть книга правил написана так, что «ответы» испытуемого не отличаются от ответов человека, владеющего китайским языком. Например, испытуемый может получить вопрос «Ваш любимый цвет? » В ответ, действуя в соответствии с правилами, он может составить из непонятных ему символов непонятный ему ответ, означающий, что его любимый цвет синий, но также ему нравится зелёный. Таким образом, испытуемый может пройти тест Тьюринга, абсолютно не зная китайский и не имея возможности научится ему в представленной системе. В 1984 году Серль формулирует свою идею более формализовано. Он рассматривает следующие предпосылки: Предпосылка 1: Мозг порождает разум. Предпосылка 2: Синтаксиса недостаточно для существования семантики. Предпосылка 3: Компьютерная программа полностью определяется своей синтаксической структурой. Предпосылка 4: Человеческий разум оперирует смысловым содержанием (семантикой).
Китайская комната (3) Из этого он делает следующие заключения: Заключение 1: Программы не являются сущностью разума и их наличия недостаточно для наличия разума. Заключение 2: Тот способ, посредством которого человеческий мозг на самом деле порождает ментальные явления, не может сводиться лишь к выполнению компьютерной программы. Заключение 3: То, что порождает разум, должно обладать по крайней мере причинно-следственными свойствами, эквивалентными соответствующим свойствам мозга. Критики заявили, что тест Тьюринга прошел в данном случае не только человек, а система, состоящая из комнаты, книги правил и человека. Эксперимент же уделяет внимание одному из компонентов системы, выполняющем механическую работу. А вот система из книги правил, человека и комнаты, по их мнению, является разумной и понимает китайский язык. Другое мнение состоит в том, что никакой семантики не существует в принципе и все, что происходит в мозгу, является всего лишь манипулирование синтаксисом, которое осуществляется и в компьютерах
Обратный тест Тьюринга CAPTCHA - аббревиатура от «Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart» ( «Полностью автоматизированный публичный тест Тьюринга для различия компьютеров и людей» ). Это торговая марка университета Карнеги-Мелона – автоматизированная процедура проверки того, используется ли система человеком. Термин введен в 2000 году. Наиболее часто используется вариант, когда от пользователя требуется ввести символы, изображенные в искажённом виде на показанном изображении, иногда с добавлением шума или полупрозрачности. Иногда используются разновидности, основанные на распозновании речи. Используется для предотвращения доступа к интернет-сервисам программами-ботами, например для предотвращения автоматической регистрации, скачивания файлов, массовых рассылок и т. п.