Пупков К.А., Коньков В.Г. - Интеллектуальные исследования (Современнаяя теория управления) (1072100)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ПУПКОВ К.А., КОНЬКОВ В.Г.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

(Исследование и создание)

Издание первое

Москва, 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.

ЧАСТЬ I. НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИНТЕЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ

Введение.

Глава I. Модели и алгоритмы интеллектуальных систем.

1.1. Дифференциальнно-модельная концепция в систематике базы макрофизических знаний для интеллектуальных систем.

1.2. Построение структурно‑алгоритмической модели интеллектуальной системы и её использование в задачах управления.

1.3. Динамические экспертные системы в управлении.

1.4. Задача построения оптимального регулятора на основе «Четыре - Риккати подхода».

1.5. Комбинирование робастного и адаптивного управления с помощью интеллектуальных систем.

1.6. Анализ стабильно-эффективных компромиссов в сложных системах на основе метода «угроз и контругроз»

Глава II. Параллельные алгоритмы обработки информации и управления.

2.1. Синтез параллельных алгоритмов обработки информации в интеллектуальных динамических системах при внезапных возмущениях.

2.2. Параллельная реализация машинного зрения для навигации самолетов.

2.3. Динамическая нейронная сеть для распознавания речевых сигналов.

2.4. Транспьютерные технологии в задачах проектирования интеллектуальных систем.

2.5. Нейросетевые технологии в интеллектуальных системах.

Глава III. Инструментальные средства и реализация интеллектуальных систем.

3.1. Отображение интеллектуальной системы управления на архитектуру многопроцессорной вычислительной сети.

3.2. Стохастические методы решения задачи отображения алгоритмов и программ на мультитранспьютерные системы.

3.3. Стохастический метод попарной оптимизации подграфов.

3.4. Стохастический метод Монте-Карло.

3.5. Стохастический метод наискорейшего спуска.

3.6. Распараллеливание явного метода решения нелинейной динамической системы.

3.7. Программно-аппаратный комплекс для синтеза, исследования и отработки параллельных алгоритмов.

3.8. Логико-динамические модели и программно-технические средства интеллектуальной системы управления дискретными процессами.

3.9. О некоторых новых задачах теории и техники интеллектуальных систем.

ЧАСТЬ II. ФИЛОСОВСКИЙ И ДУХОВНЫЙ АСПЕКТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ.

Предисловие.

Гл. 1. Философские аспекты проблемы “Теория систем управления”

1. Изначальные основные понятия

   1. Причины неободимости управления

   2. Взгляд на управляемый процесс с позиций управляющего им

   3. Автоматическая СУ

   4. Состояние

   5. Конфликтные ситукции

2. Парадигма автоматического управления

   1. Управляющие системы

   2. Целеуказание

   3. Иерархия ИСУ

   4. Этические аспекты ИС

   5. Роль интеллектуальных систем в процессе освоения природы человеком

3. Проблематика теории СУ

   1. Свойства, которыми должна обладать СУ и должны обладать алгоритмы ее расчета

   2. Классы СУ

   3. Главные задачи теории управления

Гл.2. Субъективная философия управленца

2.1. Цели написания данной главы

2.2. Онтология

1. Гносеологические корни

   1. Пространство

   2. Континуум пространство-время

   3. Механическое движение

   4. Универсальность движения

   5. Математика – наука об оценке количества

2. Этика

   1. Логика нравственных норм

   2. Вера и доводы с позиции разума в пользу ее всеобщности и целесообразности

   3. Инструмент для объяснения необходимости существования не доступного закономерности и познанию Бога (Абсолюта) и его гносеологические свойства

   4. Редукция к абсолюту

   5. Любовь

   6. Путь Добра и путь Зла

   7. Страх Божий

   8. Счастье

2.5. Эстетика (учение о прекрасном)

1. Так как же жить?

2.6.1. Вера – кардинальная причина, определяющая качество личности

2.6.2. О религии

2.6.3. О христианстве

1. Диалог Разума и Сердца.

   1. Всемилостивейший Бог

   2. Выбор истинной веры

   3. Троичное представление Бога

   4. Национальный вопрос

   5. Трагедия закона и учение Христа

2.8. Назначение учения Христа

Заключение. Синтез научного, философского и религиозного подходов для реализации интеллектуальных систем управления.

Литература

ПРЕДИСЛОВИЕ

Научное и практическое направление исследований и разработки интеллектуальных систем было сформировано в конце 1989 года и нашло свое отражение в виде научно-технической программы фундаментальных и прикладных исследований «Интеллектуальные системы», утвержденной приказом Государственного Комитета СССР по народному образованию 30 августа 1989 года № 701.

В соответствии с этой программой впервые в мире было дано определение интеллектуальной системы как объединенной информационным процессом совокупности технических средств и программного обеспечения, работающего во взаимосвязи с человеком (коллективом людей) или автономно, способную на основе использования сведений и знаний при наличии мотивации синтезировать цель, вырабатывать решение о действии и находить рациональные способы, её реализации.

Целью этой программы являлось создание научных основ и разработка опытных образцов интеллектуальных систем на базе достижений нейрофизиологии, теории управления, информационных технологий, мехатроники и микропроцессорных вычислительных средств.

В разработке программы принимали участие научные коллективы практически всех крупных университетов и институтов страны. Научным руководителем программы был определен автор настоящей книги. Срок выполнения программы был ограничен 1989-1991 годами. В процессе разработки программы были получены оригинальные и весьма полезные результаты в связи, в том числе, с новизной поставленной проблемы.

В основу концепции и структуры интеллектуальной системы были положены результаты, полученные академиком Анохиным П.К. по исследованию приспособительной деятельности живого организма при достижении цели.

Несмотря на крупные политические изменения, произошедшие в нашей стране исследования по проблеме «Интеллектуальные системы» были продолжены в рамках научно-технической программы с тем же названием, но уже в соответствии с федеральной программой «Университеты России» в период с 1992 по 1998 год, работы продолжаются и в настоящее время по программе «Университеты России - фундаментальные исследования».

В процессе исследований были получены крупные научные результаты. Они нашли отражение в различных публикациях в виде монографий, статей в научных журналах.

В зарубежных изданиях практически нет данных по разработке интеллектуальных систем в той постановке, как это показано в данной книге. В монографии М.М.Гупты и Н.К.Синха, носящей название «Интеллектуальные системы управления» (Intelligent Control System, IEEE, Press, 1996) рассматриваются лишь традиционные задачи адаптации и обучаемости и другие проблемы теории систем и управления.

Материал первой части данной монографии составлен на основе публикаций материалов в различных изданиях, полученных разработчиками научно-технической программы «Интеллектуальные системы».

Во второй части рассматривается филосовский и духовные аспекты интеллектуальных систем.

Книга не претендует на полный охват и анализ полученных результатов, а лишь отмечает важные фрагменты в теории и практике систем нового поколения - интеллектуальных.

К.А.Пупков

ЧАСТЬ I. НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ.

ВВЕДЕНИЕ

Достижения в области нейрофизиологии, микроэлектроники, информационной технологии, теории и техники обработки информации и управления привели к возможности создания нового поколения систем - интеллектуальных. В основу концепции таких систем положена теория функциональной системы, описывающая системную приспособительную реакцию живого организма.

Исторические предпосылки. В 1935 г. П.К.Анохин применил разработанный им системный подход к изучению и пониманию функций живого организма, опираясь на предложенную им же оригинальную теорию функциональной системы [1]. Используя тончайшие методы аналитического исследования нервной системы, П.К.Анохин находит место любому микрофизиологическому процессу в архитектуре целостной приспособительной реакции организма. В этой работе функциональная система впервые была определена как замкнутое физиологическое образование с наличием обратной информационной связи о результатах действия. Каждая функциональная система, обеспечивающая тот или иной приспособительный эффект, имеет многочисленные каналы, по которым информация с периферии достигает соответствующих нервных центров. Полезный приспособительный эффект является определяющим в любой функциональной системе, поскольку способствует достижению цели, которая выступает в том числе как системообразующий фактор. Отличительная черта любого, даже самого маленького результата, способствующего достижению цели, - то, что он непременно получается на основе принципа саморегуляции и независимо от уровня и сложности обладает одними и теми же узловыми механизмами, такими, как афферентный синтез цели; принятие решения к действию; эфферентная программа действия; акцептор действия, предсказывающий параметры результата; обратная афферентация о параметрах результата и, наконец, сличение параметров полученного результата с параметрами, предсказанными или прогнозированными акцептором действия.

Афферентный синтез является исходным для построения любой целенаправленной деятельности. Четыре ведущих его компонента - исходная доминирующая мотивация, обстановочная и пусковая афферентация и, наконец, память позволяют представить механизм афферентного синтеза следующим образом: на основе исходной доминирующей мотивации, возникающей в результате той или иной внутренней потребности организма и памяти, организм, стимулируемый различными пусковыми сигналами, активно оценивает раздражители внешней среды, вырабатывает цель и принимает соответствующее решение к действию. В соответствии с целью все компоненты системы взаимодействуют так, чтобы выполнялась эфферентная программа действия. Аппарат акцептора результатов действия, формирующийся на основе определенной потребности, памяти, обстановки и специальных сигналов, заключает в себе все свойства будущего результата и поэтому служит для сопоставления предсказанного и реально полученного результатов. Обратная афферентация о параметрах результата есть не что иное, как обратная связь. Поэтому функциональная система Анохина является фундаментальным результатом, наиболее полно и просто объясняющим характер происходящих процессов. Норберт Винер в 1960 г. признал, что рассмотренный в плоскости физиологической кибернетики этот результат намного опередил рождение кибернетического направления в целом, а Гардон Паск в 1963 г. отметил, что, вероятно, наиболее ценная кибернетическая модель предложена П.К.Анохиным.

Структурная схема функциональной системы приведена на рис. 1.

В реализации поведенческого акта, если действия достигают результата, параметры которого соответствуют свойствам акцептора действия, приспособительный акт заканчивается. В противном случае за счет ориентировочной реакции перестраивается афферентный синтез, реорганизуется программа действия и таким образом, действие происходит до тех пор, пока результаты не будут соответствовать ранее сформированным параметрам акцептора действия. Механизм сопоставления интегрированных признаков акцептора действия с реально полученной сигнализацией о параметрах достигнутых результатов дополнен еще одним важным звеном - эмоциональным компонентом удовлетворяемости или неудовлетворяемости. Этот фактор является дополнительным стимулом к поиску новых программ, обеспечивающих удовлетворение поставленной цели. Как правило, полное совпадение свойств акцептора действия с информацией, идущей по цепи обратной афферентации о результате действия, всегда сопровождается положительными, приятными эмоциями, санкционирующими успех совершенного действия.

Рис. 1

Наоборот, любое «рассогласование» - источник неприятных, биологически отрицательных эмоций, способствующих действиям по быстрейшему удовлетворению возникших потребностей.

В семидесятые годы нашего столетия наметилась тенденция развития технической кибернетики на основе системных взглядов Берталанфи, Богданова, Винера, Эшби, Месаровича и других ученых. Были получены полезные результаты по теории систем [2]. Однако слабое развитие информационной технологии и техники не смогли вызвать к жизни фундаментальные результаты П.К.Анохина по системной организации функций живого организма. Поэтому системы управления в этот период строились в основном с использованием априорных сведений об окружающей среде, понятие цели вырождалось в решение задачи отработки некоторого программного сигнала системой и лишь иногда вводились некоторые элементы адаптации систем к тем или иным изменяющимся условиям. Практически всю интеллектуальную часть работы выполнял человек, сводя функционирование системы управления к реализации фиксированных алгоритмов, выработанных им. Реальная ситуация требует других подходов к созданию систем. В действительности изменяется окружающая среда, изменяются характеристики собственного состояния системы. Учесть эти изменения априори практически невозможно. Поэтому хотелось бы построить такие системы, которые при наличии мотивации, учитывая предшествующий опыт, на основе текущих сведений об окружающей среде и собственном состоянии могли бы решать задачу достижения цели при взаимодействии всех компонентов.

Рис. 2

Концепция и определение понятия интеллектуальной системы. Появление микропроцессоров высокой производительности и с большой емкостью памяти, возможность организации мультитранспьютерных сетей для реализации параллельных вычислений, с одной стороны, и необходимость обработки значительных массивов информации, применения базы знаний для формирования целенаправленной деятельности - с другой, привели к созданию интеллектуальных систем. Под интеллектуальной системой будем понимать объединенную информационным процессом совокупность технических средств и программного обеспечения, работающую во взаимосвязи с человеком (коллективом людей) или автономно, способную на основе сведений и знаний при наличии мотивации синтезировать цель, вырабатывать решение о действии и находить рациональные способы достижения цели.

Рассмотрим структуру интеллектуальной системы (рис.2). На основании сведений об окружающей среде и собственном состоянии системы при наличии памяти и мотивации синтезируется цель, которая наряду с другими данными воспринимается динамической экспертной системой. Последняя с использованием базы знаний производит экспертную оценку, на основании которой принимается решение о действии и прогнозируются результаты действия (акцептор действия). В соответствии с принятым решением вырабатывается управление, т.е. синтезируется тот или иной алгоритм или закон управления, который реализуется с помощью различных исполнительных органов и воздействует непосредственно на объект управления. Результаты этого воздействия сравниваются с прогнозируемыми (механизм обратной связи, акцептор действия). При несоответствии результатов на базе новой экспертной оценки принимается решение, вырабатывается и реализуется управление, устраняющее это несоответствие. При соответствии результатов подкрепляется предшествующее управление. Если соответствие недостижимо, то уточняется цель. Данная структура инвариантна к объекту управления и носит универсальный характер.

Проблемы теории и практики. Решение задачи синтеза цели требует разработки методов и средств получения информации об окружающей среде и эффективной идентификации собственного состояния, как объекта управления, так и самой системы. При формировании цели возникает проблема достаточности базы знаний, а следовательно, и памяти, возможности их реализации как на содержательном, так и на конструктивном уровне. Динамическая экспертная система выполняет расчет, оптимизацию, прогноз и моделирование результатов, поэтому должна обладать высоким быстродействием. Потенциал, накопленный при разработке алгоритмов принятия решений и выработки управления, может успешно использоваться в интеллектуальных системах, однако потребуется распараллеливание алгоритмов и их мультитранспьютерная реализация и, конечно, не исключается синтез новых, эффективных параллельных алгоритмов. Источником возмущающего воздействия для интеллектуальной системы является окружающая среда, а функционирование системы должно обеспечить в конечном итоге компенсацию этого воздействия. И.П.Павлов писал: «Вся жизнь - от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд все усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний внешней среды. Придет время, пусть отдаленное, когда математический анализ, опираясь на естественнонаучный, осветит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них и самого себя» (Павлов И.П. Полн. собр. соч. Т.3. С. 124-125).

Поэтому одной из фундаментальных проблем теории интеллектуальных систем является разработка адекватных живой природе математических моделей.

Представляет значительный интерес построение модели афферентного синтеза цели. Действительно, такие компоненты, как мотивация, обстановочная и пусковая афферентация, память, находясь во взаимодействии, приводят к появлению цели и принятию решения к действию.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги