Лекции по интеллектуальным системам

• Базовые понятия ИИ
• Основные направления исследований ИИ
• Силлогистика Аристотеля
• Формальные системы
• Исчисления предикатов первого порядка

Фрагменты из данных лекций в формате pdf

Базовые понятия ИИ

Искусственный интеллект (ИИ) — это область информатики, которая занимается разработкой интеллектуальных компьютерных систем, т.е. систем, обладающих возможностями, которые мы традиционно связываем с человеческим разумом, — понимание языка, обучение, способность рассуждать, решать проблемы и т.д.

Таким образом, основным предметом изучения этой дисциплины являются мыслительные способности человека и способы их реализации техническими средствами.

Искусственный интеллект как научное направление ориентирован на решение определенного типа задач, которые связаны с тонкими и сложными рассуждениями, требующими большой изобретательности и высокой квалификации. Такие задачи называют интеллектуальными. Интеллектуальные задачи относятся к классу трудноформализуемых задач, т.к.:

• задачи не могут быть заданы в числовой форме;
• цели не могут быть выражены в терминах точно определенной целевой функции;
• не существует алгоритмического решения задачи;
• алгоритмическое решение существует, но его нельзя использовать из-за ограниченности ресурсов.

Поэтому представляется совершенно естественным исключить из класса интеллектуальных такие задачи, для которых существуют стандартные методы решения. Примерами таких задач могут служить чисто вычислительные задачи: решение системы линейных алгебраических уравнений, численное интегрирование дифференциальных уравнений и т. д.

Краткая история искусственного интеллекта

Окончательное рождение искусственного интеллекта как научного направления произошло после создания ЭВМ, т.е. в 40-х годах XX века. Вскоре после этого произошло разделение его на два направления: нейрокибернетика и кибернетика «черного ящика». Эти направления развиваются практически независимо, существенно различаясь как в методологии, так и в технологии. И только в настоящее время стали заметны тенденции к объединению этих частей в единое целое.

Нейрокибернетика

Основную идею этого направления можно сформулировать следующим образом: Единственный объект, способный мыслить, – это человеческий мозг. Поэтому любое «мыслящее» – устройство должно каким-то образом воспроизводить его структуру.

Таким образом, нейрокибернетика ориентирована на программно-аппаратное моделирование структур, подобных структуре мозга. Физиологами давно установлено, что основой человеческого мозга является большое количество (до 1021) связанных между собой и взаимодействующих нервных клеток — нейронов. Поэтому усилия нейрокибернетики были сосредоточены на создании элементов, аналогичных нейронам, и их объединении в функционирующие системы. Эти системы принято называть нейронными сетями, или нейросетями.

Основная область применения нейросетей сегодня — это задачи распознавания образов, например идентификация объектов по результатам аэрофотосъемки из космоса.

В основу этого подхода был положен принцип, противоположный нейрокибернетике: Не имеет значения, как устроено «мыслящее» устройство. Главное, чтобы на заданные входные воздействия оно реагировало так же, как человеческий мозг.

В рамках этого направления созданы модели и алгоритмы, которые при решении интеллектуальных задач дают результаты сравнимые с результатами, которые получает человек. При этом модели и алгоритмы могут, как воспроизводить процесс принятия решения человеком, так и совершенно отличаться от него.

...

Понятие формальной системы

Появление формальных систем было обусловлено осознанием того факта, что совершенно различные системы, будь то технические, социальные, экономические или биологические, обладают глубоким сходством.

Формальная система — это совокупность следующих компонентов:

Ф = < Т, L, Q, R>, где

• Т — множество базовых элементов (конечный алфавит), единственное требование к элементам множества Т — для всякого элемента за конечное число шагов можно узнать, принадлежит ли он Т или нет, и отличать одни элементы от других, отождествляя одинаковые элементы;
• L — множество синтаксических правил построения слов и формул;
• Q — множество выделенных синтаксически правильных образований (аксиом), т. е. Q — априорно выведенные формулы;
• R — совокупность процедур (правил) вывода одних формул из других

Формальная система обладает свойством автономности, т.е. если задать ФС, то она самостоятельно начнет генерировать множество выводимых синтаксически правильных совокупностей (теорем). Они будут порождаться в результате применения правил вывода R к совокупностям из множества Q.

...

Исчисление высказываний как формальная система

Силлогистика Аристотеля является одной из наиболее простых формальных систем, что не позволяет задавать сложные отношения предметной области. Например, в силлогистике Аристотеля отсутствуют логические операции. Исчисление высказываний является более сложной формальной системой, а следовательно позволяет задавать более сложные отношения предметной области. Определим компоненты этой формальной системы.

.. полную версию лекции см. в архиве.