52.3 Системы искусственного интеллекта. Методы представлениязнаний. Рассужденияизадачи.

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ(БЭС) - раздел информатики, включающий разработку методов моделирования и воспроизведения с помощью ЭВМ отдельных функций творческой деятельности человека, решение проблемы представления знаний в ЭВМ и построение баз знаний, создание экспертных систем, разработку т. н. интеллектуальных роботов.

Интеллектуальными системами называют такие автоматизированные системы, которые предназначены для реализации интеллектуальных задач, решаемых людьми.

На основе исследований в области искусственного интеллекта сформировалась новая область индустрии – производство интеллектуальных систем.

Интеллектуальными системами называют такие автоматизированные системы, которые предназначены для реализации интеллектуальных задач, решаемых людьми.

К системам искусственного интеллекта относятся следующие типы автоматизированных систем:

1.Естественно- языковые системы;

2.Системы речевого общения;

3.Системы обработки визуальной информации;

4.Системы машинного перевода;

5.Экспертные системы и оболочки экспертных систем;

Все существующие интеллектуальные системы делятся на два класса:

1.Системы общего назначения;

2.Специализированные системы.

Системы общего назначения содержат метапроцедуры поиска, при помощи которых они генерируют и исполняют процедуры решения новых конкретных задач.

К специализированным относятся системы, которые выполняют решение фиксированного набора задач, предопределенного при проектировании интеллектуальной системы.

Основной проблемой, решаемой в СИИ всех типов, является проблема представления знаний.

Основные характеристики знаний:

• Внутренняя интерпретируемость;

• Структурированность;

• Связность;

• Семантическая метрика;

• Активность.

В интеллектуальных системах используются четыре основных типа моделей знаний:

Жёсткие модели	Продукции · Семантические сети · Фреймы · Логическая модель
Мягкие методы	Нейросети · Эволюционное моделирование · Нечёткая логика

Анализируя историю ИИ, можно выделить такое обширное направление как моделирование рассуждений. Долгие годы развитие этой науки двигалось именно по этому пути, и теперь это одна из самых развитых областей в современном ИИ. Моделирование рассуждений подразумевает создание символьных систем, на входе которых поставлена некая задача, а на выходе требуется её решение. Как правило, предлагаемая задача уже формализована, то есть переведена в математическую форму, но либо не имеет алгоритма решения, либо он слишком сложен, трудоёмок и т. п. В это направление входят: доказательство теорем, принятие решений и теория игр, планирование и диспетчеризация, прогнозирование.

53.1 Выполнение операции алгебраического сложения с плавающей запятой

Сложение (вычитание) двоичных чисел с плавающей запятой

При вычислительных операциях с плавающей запятой двоичные числа представляются в виде мантиссы с ее знаком, которая по модулю строго меньше единицы, и порядка с его знаком, который может быть равен нулю или любому (в пределах отведенного числа разрядов) целому числу, т.е. .

Операция сложения (вычитания) чисел с плавающей запятой производится следующим образом.

Первоначально уравнивают порядки слагаемых, для того чтобы привести в соответствие весовые коэффициенты одноименных разрядов мантисс слагаемых. Для этого меньший порядок слагаемого увеличивают до значения, равного большему порядку, а мантиссу этого слагаемого денормализуют, т.е. сдвигают вправо на число разрядов, равное разности между большим и меньшим порядками слагаемых.

Затем мантиссы обоих слагаемых переводят в модифицированный обратный или в модифицированный дополнительный код с учетом их знаков и складывают в соответствующем коде по рассмотренным выше правилам сложения чисел с фиксированной запятой. При этом возможны три случая.

Первый случай. Сложение мантисс слагаемых произошло без переполнения разрядной сетки и нарушения нормализации.

В этом случае результат сложения мантисс переводится из модифицированного обратного (дополнительного) кода в прямой код и представляется как мантисса суммы. Порядком суммы при этом является общий после уравнивания порядок слагаемых.

Второй случай. Сложение мантисс слагаемых произошло без переполнения разрядной сетки, но результат после перевода мантиссы суммы в прямой код оказался ненормализованным.

В этом случае производится нормализация результата сложения, т.е. мантисса суммы сдвигается на соответствующее число разрядов влево, а порядок суммы уменьшается на такое же число.

Третий случай. При сложении мантисс слагаемых произошло переполнение разрядной сетки, т.е. в знаковых разрядах мантиссы суммы оказалась комбинация 01 или 10.

В этом случае цифры всех разрядов данной мантиссы суммы, включая знаковые, сдвигаются на один разряд вправо, после чего в старший знаковый разряд заносится цифра, совпадающая с цифрой, оказавшейся в младшем знаковом разряде после сдвига. Полученный таким образом результат переводится в прямой код и представляет собой мантиссу суммы. Порядок же суммы при этом следует увеличить, и он будет на единицу больше значения уравненных порядков слагаемых.

Пример (первый случай).

Слагаемые:

Требуется найти , т.е найтии.

Первый шаг.

Уравнивание порядков слагаемых, т.е. денормализация слагаемого , чтобы его порядок стал равен + 101.

После уравнивания .

Второй шаг.

Перевод мантисс обоих слагаемых в модифицированный обратный код

Третий шаг.

Сложение мантисс

-> 1 +

.

Четвертый шаг.

Перевод мантиссы суммы в прямой код .

Результат операции сложения .

Пример (второй случай).

Слагаемые:

Требуется найти , т.е найтии.

Будем производить вычисление в модифицированном обратном коде.

Уравнение порядков в данном примере не требуется.

Первый шаг.

Перевод мантисс слагаемых в модифицированный обратный код

Второй шаг.

Сложение мантисс слагаемых

Третий шаг.

Перевод мантиссы суммы в прямой код

.

Произошла денормализация вправо на три разряда.

Четвертый шаг.

Устранение денормализации путем сдвига прямого кода мантиссы суммы на три разряда влево и вычитания из первоначального порядка суммы трех единиц. Вычитание производится в модифицированном дополнительном или в модифицированном обратном коде

Результат операции сложения

Пример (третий случай).

Слагаемые:

Требуется найти , т.е найтии.

Будем производить вычисления в модифицированном обратном коде.

Первый шаг.

Уравнение порядков слагаемых

.

Второй шаг.

Перевод мантисс слагаемых в модифицированный обратный код

Третий шаг.

Сложение мантисс слагаемых

1 10,111011101

-> 1 +

10,111011110

Произошло переполнение разрядной сетки (денормализация влево), т.к. в знаковых разрядах мантиссы суммы оказались разные знаки.

Четвертый шаг.

Устранение переполнения (нормализация) путем сдвига мантиссы суммы на один разряд вправо и прибавления единицы к первоначально полученному порядку суммы в модифицированном дополнительном или в модифицированном обратном коде.

Пятый шаг.

Перевод мантиссы суммы в прямой код

Результат операции сложения

Метод ускоренного сложения двоичных чисел с запоминанием переносов

Для минимизации времени сложения при выполнении операций, требующих ряда последовательных суммирований большого количества чисел, в ряде случаев используют параллельные сумматоры с запоминанием переноса. В подобных сумматорах сложение выполняется как разрядная операция с запоминанием поразрядного значения суммы S_iп. Возникающие при этом в процессе последовательных сложений единичные сигналы переноса не распространяются по сумматору, а запоминаются в отдельном регистре переносов РП.

Процесс ускоренного сложения с запоминанием переносов группы чисел состоит из ряда циклов по числу слагаемых. В каждом цикле, за исключением последнего-го, производится поразрядное сложение и формирование переносов трех чисел: очередного слагаемого, поразрядной суммы от предшествовавших сложений и значение переноса, сформированного в предшествующем цикле сложения. Образующиеся при этом новое поразрядное значение суммы и значение переноса запоминаются и в следующем цикле сложения суммируются с очередным слагаемым аналогичным образом. Для завершения выполнения сложения и получения окончательного результата (полной суммы) необходимо в последнем цикле выполнить операцию полного сложения с учетом распространения переноса, например, по цепи сквозного переноса.