10.4. Технологии искусственного интеллекта (ии)

Интеллект (intelligence) происходит от латинского intellectus, что означает ум, рассудок, разум; мыслительные способности человека. Интеллектом человека называют способность мозга решать интеллектуальные задачи путем приобретения, запоминания и целенаправленного преобразования знаний в процессе обучения на опыте и адаптации к разнообразным обстоятельствам.

Под термином "знания" подразумевается характеризующий предметную область набор понятий и связей между ними, законы, связывающие между собой объекты предметной области, процессы, события. Для преобразования знаний в форму, необходимую для работы с ИС, существуют модели представления знаний: логическая, сетевая, продукционная и фреймовая [7, 30, 40].

Соответственно искусственный интеллект (AI – artificial intelligence) обычно толкуется как свойство автоматических систем брать на себя отдельные функции интеллекта человека, например, выбирать и принимать оптимальные решения на основе ранее полученного опыта и рационального анализа внешних воздействий.

В настоящее время искусственный интеллект (ИИ) – целое научное направление, связанное с попыткой формализовать мышление человека. Оно имеет длительную историю, связанную с попытками многих ученых описать мышление в виде совокупности операций, правил и процедур (Платон, Аристотель, Декарт, Лейбниц, Буль). Но качественный скачок в развитии ИИ произошел при возникновении и развитии кибернетики.

Исследования по ИИ в 60–70-х годах привели к возникновению двух самостоятельных научных направлений: моделирование результатов интеллектуальной деятельности (машинный интеллект), моделирование биологических систем (искусственный разум).

В первом направлении ИИ рассматривается как продукт интеллектуальной деятельности человека и его стремятся воспроизвести средствами современной техники, т. е. ЭВМ. Таким образом, происходит автоматизация конкретной задачи или вида интеллектуальной деятельности (машинный интеллект). Примером использования машинного интеллекта является современная робототехника.

Во втором направлении рассматриваются нейрофизиологические и психологические механизмы интеллектуальной деятельности (разумного поведения человека). Эти механизмы воспроизводятся с помощью технических средств с целью максимального совпадения работы устройств с поведением человека в определенных установленных пределах (искусственный разум). В сравнении с машинным интеллектом искусственный разум стремится воспроизвести более широкий спектр проявлений разумной деятельности человека. Реализация искусственного разума осуществляется по двум направлениям: моделирование биологических систем и эвристическое программирование и моделирование.

При моделировании биологических систем объектом моделирования являются структуры и процессы в нервной системе – это нервные клетки (нейроны) и их взаимосвязанные структуры (нейронные сети). Нейрон – это клетка, имеющая отростки: дендриты и аксоны. Дендриты обеспечивают поступление входных воздействий, а аксоны отводят выходные реакции. С помощью данных отростков образуется множество переплетенных связей.

Так как принципы функционирования нейрона сложны и детально не изучены, то в качестве моделей используются упрощенные описания нейрона, позволяющие создавать нейроноподобные сети.

Существует два подхода к созданию нейроноподобных сетей. В первом случае в качестве узлов сети выступают отдельные нейроны, во втором случае узлами сети являются не отдельные нейроны, а нейронные ансамбли. При этом полагают, что выходная реакция отдельного нейрона осуществляется дискретно в соответствии с логикой «да – нет». Выходное возбуждение ансамбля изменяется непрерывно, что соответствует нелинейному преобразователю аналоговой информации, поэтому ансамблю может быть поставлен в соответствие содержательный элемент (понятие, образ). Таким образом, нейроноподобная сеть, имеющая узлы – ансамбли, является семантической сетью (обладает семантикой – смысловым наполнением).

Эвристическое программирование исследует уровень организации поведения, называемый операционным, когда поведение рассматривается как последовательность мыслительных операций, выполнение которых дает положительный результат решения задачи. В данном случае моделью вида поведения является программа, составленная по протоколу поведения объекта исследования.

В основе эвристического моделирования лежит совокупность поведенческих актов – функций поведения (поведенческих функций), на основании которой строится гипотетическая модель нейронных механизмов, ответственных за ее формирование. Для модели нейронных механизмов строится путем эвристического программирования гипотеза процессов. Путем экспериментального исследования выявляются отклонения в поведении модели и реального объекта, далее производится последовательная корректировка модели до получения требуемого сходства исходной и получаемой функций поведения [30].

Для проведения задач анализа и предпроектного исследования практическое применение получили системы поддержки принятия решений (СППР) и экспертные системы (ЭС), которые строятся на принципах искусственного интеллекта. В основе построения лежат продукционный подход, семантические сети, фреймы и языки искусственного интеллекта (например Prolog и Lisp). (Фреймы – совокупности взаимосвязанных данных, позволяющих точно определить характер объекта. СППР и экспертные системы могут включать в себя одновременно весь спектр вышеуказанных моделей и средств).

Система поддержки принятия решений (СППР) – система, обеспечивающая лицо, принимающее решение (ЛПР), необходимыми для принятия решения данными, знаниями, выводами и/или рекомендациями.

Информационно-аналитическая СППР – это класс человеко-машин-ных систем, предназначенных для оказания помощи ЛПР в их профессиональной деятельности по использованию данных, знаний и моделей при подготовке и принятии обоснованных решений.

Прикладные СППР служат для поддержки решения отдельных прикладных задач в конкретных ситуациях.

Процесс принятия решений (ППР) может протекать по двум основным схемам: интуитивно-эмпирической (основанной на сравнении проблемной ситуации с ранее встречавшимися схожими ситуациями) и формально-эвристической (основанной на построении и исследовании модели проблемной ситуации).

Главное для СППР – это то, что все решения в такой системе всегда принимаются людьми. Такие системы выступают в роли помощника, который позволяет расширить способности человека, но не заменяет его мнение или систему предпочтений, и предназначены для использования в ситуациях, когда процесс принятия решений ввиду необходимости учета субъективного мнения не может быть полностью формализован и реализован на ЭВМ. Таким образом, СППР можно определить как человеко-машинную информационную систему, используемую для поддержки действий в ситуациях выбора, когда невозможно или нежелательно иметь автоматическую систему представления и реализации всего процесса оценки и выбора альтернатив.

Наиболее широкой сферой практического применения СППР являются планирование, проектирование и прогнозирование для различных видов управленческой деятельности.

СППР используются в основном на верхнем уровне управления (руководство фирм, предприятий, организаций) при решении как стратегических, так и тактических задач. К таким задачам относятся формирование стратегических целей, планирование привлечения ресурсов, источников финансирования, выбор места размещения предприятий и т. д. Задачи тактического уровня возникают, например, при выборе поставщиков или заключении контрактов с клиентами. Задачи СППР имеют, как правило, нерегулярный характер.

Для задач СППР свойственны недостаточность имеющейся информации, ее противоречивость и нечеткость, преобладание качественных оценок целей и ограничений, слабая формализованность алгоритмов решения. В качестве инструментов обобщения чаще всего используются средства составления аналитических отчетов произвольной формы, методы статистического анализа, экспертных оценок и систем, математического и имитационного моделирования. При этом используются базы обобщенной информации, информационные хранилища, базы знаний о правилах и моделях принятия решений.

Обобщенная схема СППР приведена на рис. 10.1.

ERP–система – система планирования ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning), которая обеспечивает набор интегрированных модулей приложений, работающих с единой комплексной базой данных.

Витрины данных – это относительно небольшие функционально-ориентированные хранилища, предназначенные для решения аналитических задач отдельных подразделений компании. Витрины могут быть зависимыми (когда источником данных для них является хранилище данных) и независимыми (когда информация загружается в витрину непосредственно из оперативных и внешних систем). Независимая витрина данных часто рассматривается как тактическое средство, позволяющее за весьма короткое время и с небольшими затратами решить наиболее острые задачи, оценить получаемые преимущества и принять решение о более масштабном проекте.

Рис. 10.1

Хранилище данных – предметно ориентированные, интегрированные, неизменчивые, поддерживающие хронологию наборы данных, организованные с целью поддержки управления, призванные выступать в роли единого и единственного источника истины, обеспечивающего менеджеров и аналитиков достоверной информацией, необходимой для оперативного анализа и принятия решений [43]. Другими словами – это интегрированный накопитель информации, собранной из других систем, на основе которого строятся процессы принятия решений и анализа данных. Несмотря на то, что хранилища данных бывают различных типов и могут опираться на разные методологии, и даже философии построения, все они имеют некоторые общие признаки:

• информация в хранилище данных организовывается вокруг базовых понятий, используемых в деятельности предприятия (это, например, клиенты, продукты, продажи или поставщики), т. е. применяется методология проектирования, управляемая данными;

• "сырые" данные собираются из различных приложений, очищаются от ошибок и представляются в виде, понятном пользователям;

• на основании отзывов пользователей, а также обнаруженных закономерностей архитектура хранилища со временем претерпевает изменения.

В зависимости от наличия представленных на схеме элементов различают следующие архитектуры СППР.