WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«СиСтемы иСкуССтвенного интеллекта ДопущеноУМОвузов поуниверситетскомуполитехническомуобразованию вкачествеучебного пособия длястудентоввысшихучебныхзаведений, ...»

И.Г.Сидоркина

СиСтемы

иСкуССтвенного

интеллекта

ДопущеноУМОвузов

поуниверситетскомуполитехническомуобразованию

вкачествеучебного пособия

длястудентоввысшихучебныхзаведений,

обучающихсяпонаправлению230100

«Информатикаивычислительнаятехника»

УДК 004.8(075.8)

ББК 32.813я73

С34

Рецензенты:

Е. К. Пугачёв, доц. кафедры «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н. Э. Бау­

мана, канд. техн. наук,

В. В. Кошкин, доц. кафедры «Проектирование и производство электронно­вычис­ лительных систем» МарГТУ, канд. техн. наук, Ю. А. Гатчин, заведующий кафедрой СпбГУ ИТМО, д­р техн. наук, проф.

Сидоркина И. Г.

С34 Системы искусственного интеллекта : учебное пособие / И. Г. Сидорки­ на. — М. : КНОРУС, 2011. — 248 с.

ISBN 9785406004494 Рассмотрены теоретические аспекты проектирования систем искусственного интеллекта, даны модели представления знаний, изложены материалы информа­ ционного, справочного, консультирующего характера по использованию инстру­ ментальных средств, а также технологическим особенностям разработки систем данного класса.

Для студентов, обучающихся по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника».

УДК 004.8(075.8) ББК 32.813я73 Сидоркина Ирина Геннадьевна

СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Санитарно­эпидемиологическое заключение № 77.99.60.953.Д.006828.04.10 от 28.04.2010 г.



Изд. № 1712. Подписано в печать 14.02.2011. Формат 6090/16.

Гарнитура «PetersburgC». Печать офсетная.

Усл. печ. л. 15,5. Уч.­изд. л. 13,0. Тираж 1000 экз. Заказ № ООО «КноРус».

129085, Москва, проспект Мира, д. 105, стр. 1.

Тел.: (495) 741­46­28.

E­mail: office@knorus.ru http://www.knorus.ru Отпечатано в ОАО «ИПК «Ульяновский Дом печати».

432980, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 14.

© Сидоркина И. Г., 2011 ISBN 9785406004494 © ООО «КноРус», 2011 Оглавление Предисловие.................................. 6 Список сокращений.............................. 8 Введение..................................... 9 1. Базы данных, ориентированные на искусственный интеллект.... 13

1.1. Экспертные системы и их особенности.................. 13

–  –  –

Развитие современных средств вычислительной техники стиму­ лирует развитие методов интеллектуальной обработки информации, проектирование систем и средств, базирующихся на технологиях ис­ кусственного интеллекта и баз знаний.

Искусственный интеллект предоставляет средства для решения за­ дач, которые сложно или нерационально решать с помощью других методов. Эти задачи включают в себя эвристический поиск в локаль­ ной и распределенной средах (семантические Web), планирование, си­ стемы распознавания, робототехнику и др. Особую значимость приоб­ ретает создание экспертных систем, производство которых уже вышло на промышленный и коммерческий уровень.

В настоящем издании внимание сконцентрировано на тех концеп­ циях искусственного интеллекта, которые положены в основу техно­ логии проектирования экспертных систем.

Острая нехватка методической и специальной литературы по тео­ рии и практике проектирования различных классов систем искус­ ственного интеллекта, недостаток квалифицированных специалистов в области инженерии знаний, незаполненный отечественный рынок программных продуктов для разработчиков экспертных систем за­ трудняют развитие и эффективное внедрение в сферу профессиональ­ ной деятельности общества разработок в области искусственного ин­ теллекта.





В результате на современном рынке программных продуктов и в учебно­методической литературе представлены многочисленные диалоговые пакеты и интерактивные инструментальные средства, ко­ торые не могут претендовать на вхождение в класс экспертных систем (в классическом понимании этого понятия).

По определению, предметом интереса в области искусственного интеллекта являются информационные проблемы, которые не могут быть решены с помощью традиционных технологий. Думаю, что дан­ ная тенденция сохранится и в обозримом будущем.

Процесс разработки экспертной системы имеет существенные от­ личия от разработки традиционных программных продуктов и требует участия высококвалифицированных специалистов в инженерии зна­ ний. Одной из основных целей издания настоящего учебного пособия является некоторое восполнение недостатка литературы и учебно­ методических разработок по вопросам создания систем искусственно­ •7 Предисловие го интеллекта, которые сейчас также называют системами, основан­ ными на знаниях.

Данное учебное пособие, подготовленное в соответствии с требо­ ваниями государственного образовательного стандарта по направле­ нию 230100 «Информатика и вычислительная техника», продолжает серию учебно­методической литературы, предназначенной для тео­ ретической проработки и практической поддержки образовательных программ, ориентированных на подготовку специалистов по програм­ мированию и информационным технологиям, в рамках которых чита­ ются курсы «Системы искусственного интеллекта», «Новые информа­ ционные технологии».

Задачей курсов является разработка студентами под руководством преподавателя демонстрационного прототипа системы, содержащей базы знаний по соответствующей заданию проблемной области. Реа­ лизация системы осуществляется на основе изученных методов, техно­ логий искусственного интеллекта и инструментальных средств за счет времени, отведенного на лабораторные занятия (частично) и само­ стоятельную работу.

Настоящее учебное пособие, на мой взгляд, дает достаточное пред­ ставление о теоретических аспектах проектирования систем, осно­ ванных на знаниях, и о материалах информационного, справочного, консультирующего характера, необходимых при выполнении лабора­ торных и расчетно­графических работ.

Автор выражает благодарность за оказанную помощь в подготовке данного издания проф. К. С. Хомякову (МГТУ им. Н. Э. Баумана).

Автор выражает глубокую признательность рецензентам — проф.

кафедры компьютерных систем СПбГУИТМО А. Г. Коробейникову и доц. кафедры «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н. Э. Бау­ мана Е. К. Пугачёву.

Автор будет признателен всем читателям за замечания по содер­ жанию учебного пособия, которые можно направить по адресам:

igs@marstu.mari.ru и igs592000@mail.ru.

сПисОк сОкращений БД — база данных БЗ — база знаний БПР — бизнес­процесс реинжиниринга ГА — генетические алгоритмы ЗУ — запоминающее устройство ИАС — интеллектуальная автоматизированная система ИИ — искусственный интеллект ИнС — интеллектуальные системы ИО — инструментальная оболочка ИП — информационное приложение ИС — инструментальная среда НС — нейронная сеть ООП — объектно­ориентированное программирование ОС — операционная система ПО — предметная область СБИС — сверхбольшая интегральная микросхема СОЗ — система, основанная на знаниях ТС — техническое состояние ЭВ — эволюционные вычисления ЭВМ — электронно­вычислительная машина ЭвС — эволюционные стратегии ЭП — эволюционное программирование ЭО — экспертные оболочки ЭС — экспертная система BC — Borland C GUI — Graphical User Interface (графический интерфейс пользователя) NP — неопределенные полиномиальные задачи и алгоритмы RDF — Resource Description Framework SW — Semantic Web введение Спектр исследований в области искусственного интеллекта опреде­ лился в США на знаменитом Дармутском семинаре 1956 г., положив­ шем начало дисциплине ИИ. Практически одновременно зародились и два полярных подхода к данной проблеме: нейробионический и ло­ гический (символьный).

С первым подходом связаны имена У. МакКаллока, В. Питтса, Д. Хебба, Ф. Розенблата [17] — ученых, заложивших принципы «восхо­ дящего проектирования» и локальной самоорганизации в искусствен­ ном интеллекте (ИИ). В СССР развитие этого подхода в 1960—1970­е гг.

было отражено в первую очередь в работах И. А. Амосова и его школы.

Символьный подход предполагает моделирование мышления в виде операций над символами (сравнение, поиск, модификация).

Исходными элементами являются вербализуемые понятия предмет­ ной области, а направлением исследований — движение внутрь чело­ веческой психики с выделением глубинных (подсознательных, интуи­ тивных и неявных) структур опыта и мышления. Согласно гипотезе А. Ньюэлла [32] необходимое и достаточное условие, для того чтобы некоторая физическая система могла проявлять интеллектуальность, состоит в том, чтобы она являлась универсальной системой формаль­ ных манипуляций над конкретными символами.

В логическом подходе традиционно выделяют три направления [17].

Часть специалистов считает, что нужно найти свой способ решения задач на ЭВМ, который даст либо результат, подобный человеческому, либо даже лучше него. Специалисты такого типа неоднократно демон­ стрировали свое искусство по созданию программ такого рода.

Другие специалисты полагают, что поскольку естественный интел­ лект человека определяется главным образом его способностью обучать­ ся при необходимости тому или иному виду творческой деятельности, то и искусственный интеллект должен не просто имитировать решение отдельных (пусть и творческих) задач, а ориентироваться на автомати­ ческое создание программ для решения задач подобного рода.

Третья часть специалистов — это программисты, чьими руками реа­ лизуются программы решения задач ИИ. Они склонны рассматривать свою деятельность как новый виток в развитии программирования.

Начиная с 80­х гг. ХХ в., на основе исследований в области ИИ была сформирована новая отрасль компьютерной индустрии — разработка интеллектуальных систем (ИнС), областью применения которых яв­

•Введение ляются сложные из области NP [15] задачи, где логическая обработка информации превалирует над вычислительной. Это и задачи, решае­ мые в агрессивных средах, где необходимо принятие компетентного решения иногда в ограниченном временном диапазоне.

«Искусственный интеллект — это область информатики, которая занимается разработкой интеллектуальных компьютерных систем, т.е.

систем, обладающих возможностями, которые мы традиционно свя­ зываем с человеческим разумом, — понимание языка, обучение, спо­ собность рассуждать, решать проблемы и т.д.» [19]. Данное определе­ ние продолжает оставаться актуальным и в настоящее время. При этом разработка программ, реализующих сложную статистическую обра­ ботку данных, не будет относиться к исследованиям в области искус­ ственного интеллекта, какие бы сложные алгоритмы в них ни исполь­ зовались. А вот создание программы порождения и проверки гипотез относится именно к этой области.

Современные ИнС подразделяются на два класса [4]: системы обще­ го назначения и специализированные. Технология использования си­ стем общего назначения состоит в следующем. Пользователь (эксперт) формирует знания (данные и правила), описывающие выбранную про­ блемную область. Далее на основе этих знаний, заданной цели, исходных данных и метапроцедур система генерирует и исполняет решение задачи.

Данную технологию называют технологией систем, основанных на зна­ ниях, или технологией инженерии знаний. Она позволяет специалисту, не обладающему профессиональными знаниями в области программи­ рования, разрабатывать информационные прикладные приложения.

В настоящее время инструментальными средствами общего назначения являются экспертные оболочки [12] и языки обработки знаний [2].

До недавнего времени при разработке специализированных ИнС использовалась технология традиционного процедурного программи­ рования. Это позволяло обеспечивать их достаточно высокую эффек­ тивность. Однако использование традиционных программных средств разработки ИнС ограничивает их способность к изменению поведения при изменяющихся условиях, что достаточно важно при решении ин­ теллектуальных задач. Использование технологии инженерии знаний при разработке интеллектуальных приложений позволило устранить данный недостаток.

А наиболее распространенным классом ИнС как специализирован­ ных, так и общего назначения, являются экспертные системы (ЭС).

Экспертные системы — это класс компьютерных систем, ориен­ тированных на тиражирование опыта высококвалифицированных •11 Введение специалистов­экспертов в таких слабоформализованных областях, где качество принятия решений традиционно зависит от уровня экс­ пертизы (например, медицина, экономика, юриспруденция, геология, военное дело и т.д.). Напомним, что частным случаем понятия ЭС яв­ ляется понятие «система, основанная на знаниях» (СОЗ) как наиболее часто употребляемый в зарубежной литературе термин [7, 15].

Одним из направлений исследований в области ИИ является ин­ теллектуальное программирование. Выбор инструментария разработ­ ки или инструментальной среды определяет успех создания проекта в целом.

Предметом рассмотрения в настоящем учебном пособии являют­ ся инструментальные средства создания ИнС и технологии работы с ними. Описываются язык и методология использования языка ло­ гического программирования Пролог и инструментальных оболочек различного назначения в рамках задач ИИ.

Экспертные оболочки KAPPA и CLIPS предназначены для по­ строения СОЗ, иногда называемых базами знаний. Они могут служить иллюстрацией базовых концепций ИИ, используемых при создании СОЗ. При создании баз знаний (БЗ) в их среде происходит построение модели реальной системы. Студенты, только приступающие к освое­ нию материала об экспертных системах и СОЗ, найдут в описании этих компьютерных программ все необходимое для разработки про­ грамм в более современных системах.

Иногда  оболочки ЭС могут быть ориентированы (как следует из их описания) на работу с пользователями, не являющимися про­ фессионалами в области программирования. Основным свойством таких оболочек является то, что они содержат все компоненты ЭС в готовом виде, и их использование не предполагает программирова­ ния, а сводится лишь к вводу формализованных знаний о проблемной области. Каждая оболочка характеризуется фиксированным способом представления знаний, организации вывода и функционирования компонентов, которые будут использоваться во всех приложениях, где она будет применяться.

Желание предоставить разработчику ЭС разнообразные средства для учета особенностей приложения привело к объединению в рам­ ках одной компьютерной системы различных методов решения задач, представления и интерпретации знаний. В их состав могут входить средства модификации функционирования оболочки, набор компо­ нентов, позволяющих конструировать собственные оболочки, сред­ ства комплексирования компонентов в виде встроенного языка, раз­

•Введение витый интерфейс пользователя. Подобные средства называют сред­ ствами автоматизации разработки (проектирования) ЭС. Они обычно позволяют представлять предметную область в виде сложной структу­ ры, состоящей из произвольного числа понятий.

Необходимость выбора инструментальных средств, анализа их воз­ можностей, модификации их функционирования требует от пользова­ теля специальных знаний в области ИИ независимо от того, является он программистом или нет.

Среди производителей и разработчиков оболочек экспертных си­ стем в группу лидеров попадают фирмы: Gensym (G2, Rethink), Intelli­ corp (KAPPA), Exsys (Exsys Professional), Национальное аэрокосмичес­ кое Агентство США (CLIPS — C Language Integrated Production System).

В настоящее время наблюдается постоянный рост интереса к иссле­ дованиям в области искусственного интеллекта. В первую очередь это связано с увеличением объемов обрабатываемой информации в рас­ ширяющемся информационном пространстве. Получают внедрение новые методы, разработанные в области технологии символических вычислений и теории представления знаний, хорошо сочетающиеся со статистическим и вероятностным подходами.

Развитие Интернет­приложений, в частности интеллектуальных агентов, облегчает извлечение информации при работе с различными электронными проблемными областями. Результаты исследований в области ИИ сегодня в значительной степени зависят от того, как ис­ следователи преодолеют влияние традиционных концепций и сосре­ доточат усилия на задачах, решаемых в распределенной информацион­ ной среде. Например, задача многоагентной обработки информации в условиях пространственного распределения знаний о проблемной области является сложной. Использование онтологий для представле­ ния знаний позволяет установить семантические связи между элемен­ тами проблемной области и, как следствие, использовать известные методы ИИ.

Изучение инструментальной среды Protege позволяет нагляд­ но представить процесс создания онтологий. Система реализует объектно­ориентированный подход, имеет дополнительные воз­ можности экспортирования онтологии в различные форматы, такие как CLIPS, HTML и т.п. Это является важным фактором при выборе системы для построения онтологий специалистами, занимающими­ ся проблемами ИИ, семантического Web, разработкой программного обеспечения, системами разбора естественного языка, экспертными

Похожие работы:

«ОКП 945120 СТЕРИЛИЗАТОР ПАРОВОЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ С АВТОМАТИЧЕСКИМ И РУЧНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И В А К У У М Н О Й СУШКОЙ ВП 01/75 "ТЗМОИ" РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ВК 754.00.000 РЭ Библиотека Ладовед. SCAN. Юрий Войкин 2013г. Сертификат соответствия № РОСС RU.MM10.B00704 Орган по сертификац...»

«Ф Е Д Е Р А Л Ь Н О Е АГЕНТСТВО ПО ТЕ Х Н И Ч Е С КО М У РЕГУЛИРО ВАНИЮ И М ЕТРО ЛО ГИИ СВИДЕТЕЛЬСТВО об утв ер ж д е н и и типа средств изм ерений RU.С.27.007.А № 43127 Срок действия до 01 апреля 2015 г.НАИМЕНОВАНИЕ ТИПА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Автоколлиматоры унифицированные АКУ...»

«ТРИММЕР BC-28 BC-36 BC-46 СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 2 2. Технические характеристики 3 3. Графические предупреждения 4 4. Техника безопасности 5 5. Описание 9 6. Сборка 11 7. Правила безопасной эксплуатации 13 8. Работа с применением триммерной головки с нейлоновой леской 15 9. Топ...»

«УДК 004.8 ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Бикметов Р.Р.1 1 Филиал ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет" в г. Стерлитамаке, Россия (453104, Республика Башкортостан, г. Стер...»

«Нажмите, чтобы открыть документ в браузере Порядок подготовки плана-графика размещения заказов на 2016 год В соответствии с ч. 2 ст. 112 Федерального закона от 05.04.2013 № 44-ФЗ О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг в целях обеспечения го...»

«1200384 ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АСФАЛЬТОВ И БИТУМОВ АВРОРА ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕРЕНИЙ У в а ж а е м ы е специалисты! Представляем Вашему вниманию полный специализированный каталог современного оборудования для оснащения дорожно-стр...»

«Журнал "Вестник связи", №1, 2008 ТЕХНИЧЕСКИЙ УЧЕТ В ЭКСПЛУАТАЦИОННОМ УПРАВЛЕНИИ СЕТЯМИ И.Д. Бычков, технический директор ОАО "Уралсвязьинформ", Б.С. Гольдштейн, заведующий кафедрой СП6ГУТ, заместитель директора ЛОНИИС Опубликованная в прошлом году статья "Мифы и реальность в эксплуатационном управлении сетями" [1] вызвала...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.