14

Комп’ютерні системи штучного інтелекту

Лекція № 01

Базові поняття штучного інтелекту

1. Ціль викладання дисципліни.

2. Термінологія.

3. Історія розвитку систем ШІ.

4 Архітектура й основні складові частини систем ШІ.

1. Ціль викладання дисципліни

У сучасному світі прогрес продуктивності програміста практично досягається тільки в тих випадках, коли частина інтелектуального навантаження беруть на себе комп'ютери. Одним зі способів досягти максимального прогресу в цій області, є "штучний інтелект", коли комп'ютер бере на себе не тільки однотипні, багаторазово повторювані операції, але й сам зможе навчатися. Крім того, створення повноцінного "штучного інтелекту" відкриває перед людством нові обрії розвитку.

Метою вивчення дисципліни є підготовка фахівців в області автоматизації завдань що складно формалізуються, які дотепер уважаються прерогативою людини. Завданням вивчення дисципліни є придбання знань про способи мислення людини, а так само про методи їхньої реалізації на комп'ютері.

Основним предметом вивчення дисципліни є розумові здібності людини й способи їхньої реалізації технічними засобами.

Навчальна дисципліна «Комп’ютерні системи штучного інтелекту» (скорочено ксші) вивчається студентами впродовж одного семестру.

№ з/п	Вид роботи	магістри	спеціалісти
1	Бюджет дисципліни	180 годин	144 години
2	Кредитів	5 кредитів	4 кредити
3	Аудиторні заняття (у тому числі:)	60 годин	60 годин
	– лекції	32 годин	32 години
	– лабораторні роботи	28 годин	28 годин
4	Індивідуальна робота (у тому числі:)	120 годин	84 години
	– самостійна робота	40 годин	42 години
	– індивідуальна робота	80 годин	42 години
	– розрахунково-графічна робота	+	–

(можна пояснити розподіл по навчальним тижням: начитка – 1, а потім 3 години на тиждень, що складає: 2л.+4л.р. за 2 тижні)

2. Термінологія

Термін інтелект (intelligence) походить від латинського intellectus – що означає розум, розум, розум; розумові здібності людини. Відповідно штучний інтелект (artificial intelligence) – ШІ (AI) звичайно тлумачиться як властивість автоматичних систем брати на себе окремі функції інтелекту людини, наприклад, вибирати й приймати оптимальні рішення на основі раніше отриманого досвіду й раціонального аналізу зовнішніх впливів.

Ми, у нашому курсі, інтелектом будемо називати здатність мозку вирішувати (інтелектуальні) завдання шляхом придбання, запам'ятовування й цілеспрямованого перетворення знань у процесі навчання на досвіді й адаптації до різноманітних обставин.

У цьому визначенні під терміном "знання" мається на увазі не тільки та інформація, що надходить у мозок через органи почуттів. Такого типу знання надзвичайно важливі, але недостатні для інтелектуальної діяльності. Справа в тому, що об'єкти навколишнього нас середовища мають властивість не тільки впливати на органи почуттів, але й перебувати один з одним у певних відносинах. Ясно, що для того, щоб здійснювати в навколишнім середовищі інтелектуальну діяльність (або хоча б просто існувати), необхідно мати в системі знань модель цього миру. У цій інформаційній моделі навколишнього середовища реальні об'єкти, їхньої властивості й відносини між ними не тільки відображаються й запам'ятовуються, але й, як це відзначено в даному визначенні інтелекту, можуть подумки "цілеспрямовано перетворювати". При цьому істотно те, що формування моделі зовнішнього середовища відбувається "у процесі навчання на досвіді й адаптації до різноманітних обставин".

Ми вжили термін інтелектуальне завдання. Для того, щоб пояснити, чим відрізняється інтелектуальне завдання від просто завдання, необхідно ввести термін "алгоритм" – один з наріжних термінів кібернетики.

Під алгоритмом розуміють точне приписання про виконання в певному порядку системи операцій для рішення будь-якого завдання з деякого даного класу (безлічі) завдань. Термін "алгоритм" походить від імені узбецького математика Аль-Хорезмі, що ще в IX столітті запропонував найпростіші арифметичні алгоритми. У математиці й кібернетиці клас завдань певного типу вважається вирішеним, коли для її рішення встановлений алгоритм. Знаходження алгоритмів є природною метою людини при рішенні їм різноманітних класів завдань. Відшукання алгоритму для завдань деякого даного типу пов'язане з тонкими й складними міркуваннями, що вимагають великій винахідливості й високій кваліфікації. Прийнято вважати, що подібного роду діяльність вимагає участі інтелекту людини. Завдання, пов'язані з відшуканням алгоритму рішення класу завдань певного типу, будемо називати інтелектуальними.

Що ж стосується завдань, алгоритми рішення яких уже встановлені, то, як відзначає відомий фахівець в області ШІ М. Мінський, "зайво приписувати їм таке містичне властивості, як "інтелектуальність". Справді, після того, як такий алгоритм уже знайдений, процес рішення відповідних завдань стає таким, що його можуть у точності виконати людина, обчислювальна машина (належним чином запрограмована) або робот, що не мають ні найменшого подання про сутності самого завдання. Потрібно тільки, щоб особу, що вирішує завдання, була здатна виконувати ті елементарні операції, з яких складається процес, і, крім того, щоб воно педантично й акуратно керувалося запропонованим алгоритмом. Така особа, діючи, як говорять у таких випадках, чисто машинально, може успішно вирішувати будь-яке завдання розглянутого типу.

Тому представляється зовсім природним виключити із класу інтелектуальних такі завдання, для яких існують стандартні методи рішення. Прикладами таких завдань можуть служити чисто обчислювальні завдання: рішення системи лінійних алгебраїчних рівнянь, чисельне інтегрування диференціальних рівнянь і т.д. Для рішення подібного роду завдань є стандартні алгоритми, що представляють собою певну послідовність елементарних операцій, що може бути легко реалізована у вигляді програми для обчислювальної машини. На противагу цьому для широкого класу інтелектуальних завдань, таких, як розпізнавання образів, гра в шахи, доказ теорем і т.п., навпроти ця формальна розбивка процесу пошуку рішення на окремі елементарні кроки часто виявляється досить скрутним, навіть якщо саме їхнє рішення нескладно.

Таким чином, ми можемо перефразувати визначення інтелекту як універсальний зверх алгоритм, що здатний створювати алгоритми рішення конкретних завдань.

Ще цікавим зауваженням тут є те, що професія програміста, виходячи з наших визначень, є однією із самих інтелектуальних, оскільки продуктом діяльності програміста є програми – алгоритми в чистому виді. Саме тому, створення навіть елементів ШІ повинне дуже сильно підвищити продуктивність його праці.

Діяльність мозку (що володіє інтелектом), спрямовану на рішення інтелектуальних завдань, ми будемо називати мисленням, або інтелектуальною діяльністю. Інтелект і мислення органічно пов'язані з рішенням таких завдань, як доказ теорем, логічний аналіз, розпізнавання ситуацій, планування поводження, ігри й керування в умовах невизначеності. Характерними рисами інтелекту, що проявляються в процесі рішення завдань, є здатність до навчання, узагальненню, нагромадженню досвіду (знань і навичок) і адаптації до умов, що змінюються, у процесі рішення завдань. Завдяки цим якостям інтелекту мозок може вирішувати різноманітні завдання, а також легко перебудовуватися з рішення одного завдання на іншу. Таким чином, мозок, наділений інтелектом, є універсальним засобом рішення широкого кола завдань (у тому числі неформалізованих) для яких немає стандартних, заздалегідь відомих методів рішення.

Варто мати на увазі, що існують й інші, чисто поведінкові (функціональні) визначення. Так, по А.Н. Колмогорову, будь-яка матеріальна система, з якою можна досить довго обговорювати проблеми науки, літератури й мистецтва, має інтелект. Іншим прикладом поведінкового трактування інтелекту може служити відоме визначення А. Тьюринга. Його зміст полягає в наступному. У різних кімнатах перебувають люди й машина. Вони не можуть бачити один одного, але мають можливість обмінюватися інформацією (наприклад, за допомогою електронної пошти). Якщо в процесі діалогу між учасниками гри людям не вдається встановити, що один з учасників – машина, то таку машину можна вважати такою, що володіє інтелектом.

До речі цікавий план імітації мислення, запропонований А. Тьюрингом. "Намагаючись імітувати інтелект дорослої людини, – пише Тьюринг, – ми змушені багато міркувати про той процес, у результаті якого людський мозок досяг свого дійсного стану... Чому б нам замість того, щоб намагатися створити програму, що імітує інтелект дорослої людини, не спробувати створити програму, що імітувала б інтелект дитини? Адже якщо інтелект дитини одержує відповідне виховання, він стає інтелектом дорослої людини... Наш розрахунок полягає в тому, що пристрій, йому подібний, може бути легко запрограмований... Таким чином, ми розчленуємо нашу проблему на дві частини: на завдання побудови "програми-дитини" і завдання "виховання" цієї програми".

Забігаючи вперед, можна сказати, що саме цей шлях використовують практично всі системи ШІ. Адже зрозуміло, що практично неможливо закласти всі знання в досить складну систему. Крім того, тільки на цьому шляху виявляться перераховані вище ознаки інтелектуальної діяльності (нагромадження досвіду, адаптація й т.д.).