Основные направления исследований в области ИИ

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

 В ОБЛАСТИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Интеллектуальные информационные системы проникают во все сферы нашей жизни, поэтому трудно провести строгую клас­сификацию направлений, по которым ведутся активные и много­численные исследования в области ИИ. Рассмотрим кратко не­которые из них.

Разработка интеллектуальных информационных систем или сис­тем, основанных на знаниях. Это одно из главных направлений ИИ. Основной целью построения таких систем являются выявление, исследование и применение знаний высококвалифицированных экспертов для решения сложных задач, возникающих на практи­ке. При построении систем, основанных на знаниях (СОЗ), ис­пользуются знания, накопленные экспертами в виде конкретных правил решения тех или иных задач. Это направление преследует цель имитации человеческого искусства анализа неструктуриро­ванных и слабоструктурированных проблем. В данной облас­ти исследований осуществляется разработка моделей представле­ния, извлечения и структурирования знаний, а также изучаются проблемы создания баз знаний (БЗ), образующих ядро СОЗ. Ча­стным случаем СОЗ являются экспертные системы (ЭС).

Разработка естественно-языковых интерфейсов и машинный перевод. Проблемы компьютерной лингвистики и машинного пе­ревода разрабатываются в ИИ с 1950-х гг. Системы машинного перевода с одного естественного языка на другой обеспечивают быстроту и систематичность доступа к информации, оператив­ность и единообразие перевода больших потоков, как правило, научно-технических текстов [1]. Системы машинного перевода строятся как интеллектуальные системы, поскольку в их основе лежат БЗ в определенной предметной области и сложные модели, обеспечивающие дополнительную трансляцию «исходный язык оригинала — язык смысла — язык перевода». Они базируются на структурно-логическом подходе, включающем последователь­ный анализ и синтез естественно-языковых сообщений. Кроме того, в них осуществляется ассоциативный поиск аналогичных фрагментов текста и их переводов в специальных базах данных (БД). Данное направление охватывает также исследования мето­дов и разработку систем, обеспечивающих реализацию процесса общения человека с компьютером на естественном языке (так на­зываемые системы ЕЯ-общения) [1].

Генерация и распознавание речи. Системы речевого общения создаются в целях повышения скорости ввода информации в ЭВМ, разгрузки зрения и рук, а также для реализации речевого общения на значительном расстоянии. В таких системах под тек­стом понимают фонемный текст (как слышится).

Обработка визуальной информации. В этом научном направле­нии решаются задачи обработки, анализа и синтеза изображений [1]. Задача обработки изображений связана с трансформировани­ем графических образов, результатом которого являются новые изображения. В задаче анализа исходные изображения преобра­зуются в данные другого типа, например в текстовые описания. При синтезе изображений на вход системы поступает алгоритм построения изображения, а выходными данными являются гра­фические объекты (системы машинной графики).

Обучение и самообучение. Эта актуальная область ИИ включа­ет модели, методы и алгоритмы, ориентированные на автомати­ческое накопление и формирование знаний с использованием процедур анализа и обобщения данных [4]. К данному на­правлению относятся не так давно появившиеся системы добычи данных (Data-mining) и системы поиска закономерностей в ком­пьютерных базах данных (Knowledge Discovery).

Распознавание образов. Это одно из самых ранних направле­ний ИИ, в котором распознавание объектов осуществляется на основании применения специального математического аппара­та, обеспечивающего отнесение объектов к классам [2], а клас­сы описываются совокупностями определенных значений при­знаков.

Рекомендуемые материалы

Игры и машинное творчество. Машинное творчество охваты­вает сочинение компьютерной музыки, стихов, интеллек­туальные системы для изобретения новых объектов. Со­здание интеллектуальных компьютерных игр является одним из самых развитых коммерческих направлений в сфере разработки программного обеспечения. Кроме того, компьютерные игры предоставляют мощный арсенал разнообразных средств, исполь­зуемых для обучения.

  Многие ранние исследования в области поиска в пространстве состояний совершались на основе таких игр, как шашки, шахматы и пятнашки.

  Большинство игр ведутся с использованием определенного набора правил: это позволяет легко строить пространство поиска. Игры могут порождать необычайно большие пространства состояний. Для поиска в них требуются мощные методики, определяющие, какие альтернативы следует рассматривать. Такие методики называются эвристиками и составляют значительную область исследований ИИ. Эвристика — это стратегия полезная, но потенциально способная упустить правильное решение.

  Программы ведения игр ставят новые вопросы, включая вариант, при котором ходы противника невозможно предугадать. Наличие противника усложняет структуру программы, добавляя  элемент непредсказуемости.

Автаматические рассуждения и доказательства теорем — это одна из старейших частей ИИ. Благодаря исследованиям в этой области были формализованы алгоритмы поиска и разработаны языки формальных представлений, такие как исчисления предикатов и логический язык программирования PROLOG.

Программное обеспечение систем ИИ. Инструментальные средства для разработки интеллектуальных систем включают специальные языки программирования, ориентированные на обработку символьной информации (LISP, SMALLTALK, РЕФАЛ), языки логического программирования (PROLOG), языки пред­ставления знаний (ОРS 5, KRL, FRL), интегрированные про­граммные среды, содержащие арсенал инструментальных средств для создания систем ИИ (КЕ, ARTS, GURU, G2), а так­же оболочки экспертных систем (BULD, EMYCIN, EXSYS Professional, ЭКСПЕРТ), которые позволяют создавать приклад­ные ЭС,  не прибегая к программированию [3].

 Новые архитектуры компьютеров. Это направление связано с созданием компьютеров не фон-неймановской архитектуры, ори­ентированных на обработку символьной информации. Известны удачные промышленные решения параллельных и векторных ком­пьютеров [3], однако в настоящее время они имеют весьма вы­сокую стоимость, а также недостаточную совместимость с сущест­вующими вычислительными средствами.

Интеллектуальные роботы. Создание интеллектуальных ро­ботов составляет конечную цель робототехники. В настоящее время в основном используются программируемые манипулято­ры с жесткой схемой управления, названные роботами первого поколения. Несмотря на очевидные успехи отдельных разрабо­ток, эра интеллектуальных автономных роботов пока не наступи­ла. Основными сдерживающими факторами в разработке авто­номных роботов являются нерешенные проблемы в области ин­терпретации знаний, машинного зрения, адекватного хранения и обработки трехмерной визуальной информации.

Обратите внимание на лекцию "Лекция 17 - Особенности вынужденных процессов".

Контрольные вопросы и задания

1.   Охарактеризуйте основные направления исследований, прово­димые в области искусственного интеллекта.

2. Приведите известные вам примеры интеллектуальных систем.

3. Назовите основные функции, присущие ИИС. На чем основана их реализация?

4. Какие инструментальные средства составляют программное обеспечение ИИ.

5. Подготовить реферат на тему «История развития ИИ».