Номера журнала "Новости ИИ"за 2001 год

"Новости Искусственного Интеллекта", №5-6, 2001

Научные обзоры

Трахтенгерц Э.А.. Неопределенность в моделях компьютерных систем поддержки принятия решений.

Информационные технологии в образовании

Таран Т.А., Ривкинд А.И. Аргументационная система контроля знаний.

Информатика в социальной сфере

Саламатов В.. Методика выявления конфликтных взаимодействий в социально-политических системах.

Электронный бизнес

Терзиян В.Я., Витько А.В. Интеллектуальное управление информацией в мобильной электронной коммерции.

Информационные технологии в медицине

А.Е.Янковская, О.Г.Берестнева, Е.А.Муратова. Формирование и оптимизация базы знаний в интеллектуальной системе ИМСЛОГ.

Право&high-tech

Дашян М.. Правовые акты в сфере регулирования деятельности в сети Интернет.

Хроника

• Российско-украинский семинар "Интеллектуальный анализ информации" (ИАИ-2001).
• Съезд Российской Ассоциации искусственного интеллекта.
• Наши - впереди.

Объявления

• Второй российско-украинский семинар "Интеллектуальный анализ информации" (ИАИ-2002).
• Восьмая национальная конференция по искусственному интеллекту (КИИ-2002).
• План мероприятий Российской Ассоциации искусственного интеллекта в 2002г.
• Европейские конференции в 2002г.

"Новости Искусственного Интеллекта", №4, 2001

Информационные технологии в образовании

• В.В.Голенков, В.В.Емельянов, В.Б.Тарасов. Виртуальные кафедры и интеллектуальные обучающие системы.
• Специальность "Искусственный интеллект": опыт белорусских коллег.

Информационные технологии в медицине

Кобринский Б.А. Искусственный интеллект и медицина: возможности и перспективы систем, основанных на знаниях.

Дискуссионная трибуна

Чайлахян Л.М. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И МОЗГ (Можно ли моделировать мозг средствами искусственного интеллекта?)

Научные обзоры

Батыршин И.З. Основные операции нечеткой логики

Из неопубликованных книг

Н.Г.Ярушкина. Нечеткие нейронные сети (часть 2).

Право&high-tech

М.Дашян Правовое регулирование ЭЦП.

Хроника

IX международная конференция "Знания-Диалог-Решение".

Новые книги

Abstracts

"Новости Искусственного Интеллекта", №2-3(44-45), 2001

К юбилею Лофти Заде

• Лофти Заде - 80 Лет
• Заде Л.А. РОЛЬ МЯГКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ В ПОНИМАНИИ, КОНСТРУИРОВАНИИ И РАЗВИТИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ / ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ
• Заде Л.А. Задача о Роберте
• Турксен И.Б.. О вкладе Лотфи Заде в современную науку и научное мировоззрение.
• Аверкин А.Н., Батыршин И.З., Тарасов В.Б. Лофти Заде и Россия
• ЭТОТ НЕЧЕТКИЙ, НЕЧЕТКИЙ, НЕЧЕТКИЙ МИР (из стенограммы передачи "Цивилизация" Общественного российского телевидения, посвященной развитию нечеткой логики Л.Заде и ее приложениям, 2 июля 1999 года, 14.00)
• Биографические заметки о Л.ЗАДЕ
• Батыршин И.З. Общий взгляд на основные черты и направления развития нечеткой логики Л.Заде

Из истории ИИ

Дискуссионная трибуна

Редько В.Г. Моделирование когнитивной эволюции - естественный путь к искусственному интеллекту

Хроника

• В.В.Емельянов, В.Б.Тарасов. Международный научно-практический семинар "Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте" .
• ПЕРВАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО МЯГКИМ ВЫЧИСЛЕНИЯМ И ВЫЧИСЛЕНИЯМ СО СЛОВАМИ В СИСТЕМНОМ АНАЛИЗЕ, ПРИНЯТИИ РЕШЕНИЙ И УПРАВЛЕНИИ
• Турксен И.Б. О ВКЛАДЕ ЛОТФИ ЗАДЕ В СОВРЕМЕННУЮ НАУКУ И НАУЧНОЕ МИРОВОЗЗРЕНИЕ.

Из неопубликованных книг

Н.Г.Ярушкина. Нечеткие нейронные сети (часть 1).

Новые книги

"Новости Искусственного Интеллекта", №1(43), 2001

Научные обзоры

• Осипов Г.С. Искусственный интеллект: состояние исследований и взгляд в будущее.

• Э.В.Попов. Корпоративные системы управлениями знаниями.

Применение ИИ

• О.И.Ларичев. Новое направление в теории принятия решений: вербальный анализ решений.

Учебная кафедра

• В.Н.Вагин, В.В.Емельянов, А.П.Еремеев, Г.В.Рыбина, Э.В.Попов, Ю.Ф.Тельнов, И.Б.Фоминых. Использование методов и средств искусственного интеллекта в учебном процессе.

Хроники ИИ

• А.А.Кузьмицкий, А.А.Штрик. Мировая информатизация на CeBIT 2001

• В.М.Курейчик, Л.А.Зинченко. XV международная научно-техническая конференция "Интеллектуальные САПР" (ИСАПР 2000).

Анонс событий

Abstracts

Обращение к читателям

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ: СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ

Геннадий ОСИПОВ

Президент Российской ассоциации искусственного интеллекта, постоянный член Европейского координационного комитета по искусственному интеллекту (ECCAI), д.ф.-м.н., профессор.

Что такое ИИ

 Наука под названием «искусственный интеллект» входит в комплекс компьютерных наук, а создаваемые на ее основе технологии относятся к информационным технологиям.

Задачей этой науки является обеспечение разумных рассуждений и действий с помощью вычислительных систем и иных искусственных устройств.

На этом пути возникают следующие главные трудности:

а) в большинстве случаев до получения результата не известен алгоритм решения задачи. Например, точно неизвестно, как происходит понимание текста, поиск доказательства теоремы, построение плана действий, узнавание изображения.

б) искусственные устройства (например, компьютеры) не обладают достаточным уровнем начальной компетентности. Специалист же добивается результата, используя свою компетентность (в частности, знания и опыт).

Это означает, что искусственный интеллект представляет собой экспериментальную науку. Экспериментальность искусственного интеллекта состоит в том, что создавая те или иные компьютерные представления и модели, исследователь сравнивает их поведение между собой и с примерами решения тех же задач специалистом, модифицирует их на основе этого сравнения, пытаясь добиться лучшего соответствия результатов.

Чтобы модификация программ «монотонным» образом улучшала результаты, надо иметь разумные исходные представления и модели. Их доставляют психологические исследования сознания, в частности, когнитивная психология.

Важная характеристика методов искусственного интеллекта – он имеет дело только с теми механизмами компетентности, которые носят вербальный характер (допускают символьное представление). Далеко не все механизмы, которые использует для решения задач человек, таковы.

Истоки (с чего все начиналось)

Первые исследования, относимые к искусственному интеллекту были предприняты почти сразу же после появления первых вычислительных машин.

В 1954 году американский исследователь А.Ньюэлл (A.Newel) решил написать программу для игры в шахматы. Этой идеей он поделился с аналитиками корпорации «РЭНД» (RAND Corporation, www.rand.org ) Дж. Шоу (J.Show) и Г.Саймоном (H.Simon), которые предложили Ньюэллу свою помощь. В качестве теоретической основы такой программы было решено использовать метод, предложенный в 1950 году Клодом Шенноном (C.E. Shannon), основателем теории информации. Точная формализация этого метода была выполнена Аланом Тьюрингом (Alan Turing). Он же промоделировал его вручную.

К работе была привлечена группа голландских психологов под руководством А. Де Гроота (A. de Groot), изучавших стили игры выдающихся шахматистов. Через два года совместной работы этим коллективом был создан язык программирования ИПЛ1 - по-видимому первый символьный язык обработки списков. Вскоре была написана и первая программа, которую можно отнести к достижениям в области искусственного интеллекта. Эта была программа "Логик-Теоретик" (1956 г.), предназначенная для автоматического доказательства теорем в исчислении высказываний.

Собственно же программа для игры в шахматы, NSS, была завершена в 1957 г. В основе ее работы лежали так называемые эвристики (правила, которые позволяют сделать выбор при отсутствии точных теоретических оснований) и описания целей. Управляющий алгоритм пытался уменьшить различия между оценками текущей ситуации и оценками цели или одной из подцелей.

В 1960 г. той же группой, на основе принципов, использованных в NSS, была написана программа, которую ее создатели назвали GPS (General Problem Solver )- универсальный решатель задач. GPS могла справляться с рядом головоломок , вычислять неопределенные интегралы, решать некоторые другие задачи. Эти результаты привлекли внимание специалистов в области вычислений. Появились программы автоматического доказательства теорем из планиметрии и решения алгебраических задач (сформулированных на английском языке).

Джона Маккарти (J.McCarty) из Стэнфорда заинтересовали математические основы этих результатов и вообще символьных вычислений. В результате в 1963 г. им был разработан язык ЛИСП (LISP, от List Processing ), основу которого составило использование единого спискового представления для программ и данных, применение выражений для определения функций, скобочный синтаксис.

В это же время в СССР, в основном, в Московском университете и Академии наук был выполнен ряд пионерских исследований , возглавленных Вениамином Пушкиным и Дмитрием Поспеловым, целью которых было выяснение, как же, в действительности, человек решает переборные задачи?

В качестве полигона для этих исследований были выбраны различные математические игры, в частности, игра "15" и игра "5",а в качестве инструментального метода исследования -- регистрация движения глаз или гностическая динамика. Основными методами регистрации движения глаз были электроокулограмма и использование присоски, помещаемой на роговицу.

Цель каждой такой игры заключается в переходе от некоторой исходной ситуации к конечной. Переходы осуществляются путем последовательного перемещения фишек по горизонталям и вертикалям на свободное поле.

Возьмем, например, игру "5", исходная и конечная ситуации в которой выглядят, соответственно, следующим образом:

и

Оптимальным образом задача решается за шесть ходов, которые соответствуют перемещениям фишек 1, 4, 5, 3, 2, 1. Решение было бы намного сложнее, если бы на первом ходу двигалась бы, например, фишка 2, или на втором ходу - фишка 3. Понятно, что задача может быть представлена в виде дерева (или лабиринта), корнем которого является исходная ситуация, а перемещение каждой фишки приводит в новую вершину. Все ситуации являются при таком подходе вершинами графа или точками на дереве игры и именно они являются теми элементами, из которых строится "модель мира". Два элемента связывает ход - преобразование одной ситуации в другую.

Такая модель игры приводит, вообще говоря, к полному перебору или "лабиринту" вариантов и составляет основу лабиринтной гипотезы мышления.

            C другой стороны, анализ экспериментальных данных позволил вычленить два вида изменений параметров гностической динамики в процессе обучения решению задачи. А именно, изменения ряда параметров уже при решении второй или третьей из множества однотипных задач у одной из групп испытуемых характеризуется появлением точки излома.

К числу этих параметров относятся время решения задачи, количество осмотров условий, количество осмотров цели, общее количество осмотров, плотность осмотра и отношение числа осмотров условий к числу осмотров цели. У другой же группы испытуемых таких изменений не происходит.

            Так, например, отношение числа осмотров условий задачи к числу осмотров цели у первой группы испытуемых претерпевает излом после решения второй задачи и продолжает уменьшаться при решении числа последующих задач. У второй группы испытуемых уменьшения этого отношения не происходит. То же относится и к времени решения задач.

Анализ и других экспериментальных данных подтвердил существование некоторых общих тенденций в динамике обучения решению задач.

Есть все основания полагать, что основным фактором, влияющим на временные характеристики этого процесса у первой группы испытуемых, является момент понимания эквивалентности задач или транспозиции (переноса) отношений, сформированных в ходе решения первых задач.

Изучение всей совокупности данных позволяет связать формирование подобной системы отношений со временем решения второй и последующих задач - именно тогда формируется то общее, что связывает первую и вторую задачи. Осознание общности и, следовательно, "открытие" эквивалентности происходит при столкновении с третьей задачей.

Сопоставление экспериментальных данных свидетельствует также о том, что соотнесение различных ситуаций связано между собой посредством такого когнитивного компонента, как анализ цели. Иначе говоря, анализ исходной ситуации управляется анализом цели и процессом соотнесения исходной и конечной ситуаций. Таким образом, моделирование исходной ситуации является управляемым компонентом, а установленные в конечной ситуации отношения являются регулятором этого моделирующего процесса. Сама же модель исходной ситуации рассматривается с точки зрения ситуации конечной.

 Эту модель можно также изобразить в виде графа, но вершинами этого графа будут не ситуации, как при использовании "лабиринта" вариантов, а элементы ситуаций. Ребрами, соединяющими вершины, будут не переходы из одной ситуации в другую, а те отношения, которые были выявлены на множестве этих элементов с помощью гностической динамики. Эти соображения и составляют основу модельной гипотезы мышления и привели к появлению в 1964 г. языка (и метода) ситуационного управления.

К исследованиям в области искусственного интеллекта стали проявлять интерес и логики. В том же 1964 году была опубликована работа ленинградского логика Сергея Маслова "Обратный метод установления выводимости в классическом исчислении предикатов", в которой впервые предлагался метод автоматического поиска доказательства теорем в исчислении предикатов.

На год позже (в 1965 г.) в США появляется работа Дж.А.Робинсона (J.A.Pobinson) , посвященная несколько иному методу автоматического поиска доказательства теорем в исчислении предикатов первого порядка. Этот метод был назван методом резолюций и послужил отправной точкой для создания нового языка программирования со встроенной процедурой логического вывода - языка Пролог (PROLOG) в 1971.

В 1966 году в СССР Валентином Турчиным был разработан язык рекурсивных функций Рефал, предназначенный для описания языков и разных видов их обработки. Хотя он и был задуман как алгоритмический метаязык, но для пользователя это был, подобно ЛИСПу и Прологу, язык обработки символьной информации.

В конце 60-х годов появились первые игровые программы, системы для элементарного анализа текста и решения некоторых математических задач (геометрии, интегрального исчисления). В возникавших при этом сложных переборных проблемах количество перебираемых вариантов резко снижалось применением всевозможных эвристик и «здравого смысла». Такой подход стали называть эвристическим программированием. Дальнейшее развитие эвристического программирования шло по пути усложнения алгоритмов и улучшения эвристик. Однако вскоре стало ясно, что существует некоторый предел, за которым никакие улучшения эвристик и усложнения алгоритма не повысят качества работы системы и, главное, не расширят ее возможностей. Программа, которая играет в шахматы, никогда не будет играть в шашки или карточные игры.

Постепенно исследователи стали понимать, что всем ранее созданным программам недостает самого важного - знаний в соответствующей области. Специалисты, решая задачи, достигают высоких результатов, благодаря своим знаниям и опыту; если программы будут обращаться к знаниям и применять их, то они тоже достигнут высокого качества работы.

Это понимание, возникшее в начале 70-х годов, по существу, означало качественный скачок в работах по искусственному интеллекту.

Основополагающие соображения на этот счет высказал в 1977 году на 5-й Объединенной конференции по искусственному интеллекту американский ученый Э.Фейгенбаум (E.Feigenbaum).

Уже к середине 70-х годов появляются первые прикладные интеллектуальные системы, использующие различные способы представления знаний для решения задач - экспертные системы. Одной из первых была экспертная система DENDRAL, разработанная в Станфордском университете и предназначенная для порождения формул химических соединений на основе спектрального анализа. В настоящее время DENDRAL ( http://www.eas.asu.edu/~drapkin/556/dendral.html) поставляется покупателям вместе со спектрометром. Система MYCIN http://www.yandex.ru/redir?dtype=web&url=http://astu.secna.ru/russian/students/personal/22usv/mycin.htm) предназначена для диагностики и лечения инфекционных заболеваний крови. Система PROSPECTOR прогнозирует залежи полезных ископаемых. Имеются сведения о том, что с ее помощью были открыты залежи молибдена, ценность которых превосходит 100 миллионов долларов. Система оценки качества воды, реализованная на основе российской технологии SIMER + MIR (http://www.botik.ru:8101/PSI/AIReC/AIReC.ru.html) несколько лет назад причины превышения предельно допустимых концентрациий загрязняющих веществ в Москве-реке в районе Серебрянного Бора. Система CASNET (http://penguin.photon.ru/doc/ai.shtml) предназначена для диагностики и выбора стратегии лечения глаукомы и т.д.

В настоящее время разработка и реализация экспертных систем выделилась в самостоятельную инженерную область. Научные же исследования сосредоточены в ряде направлений, некоторые из которых перечислены ниже.

Основные направления исследований в ИИ

1. Представление знаний и моделирование рассуждений.

Представление знаний (knowledge representation) - одно из наиболее сформировавшихся направлений искусственного интеллекта. Традиционно к нему относилась разработка формальных языков и программных средств для отображения и описания так называемых когнитивных структур [1] . Сегодня к представлению знаний причисляют также исследования по дескриптивной логике, логикам пространства и времени, онтологиям.

Пространственные логики позволяют описывать конфигурацию пространственных областей, объектов в пространстве; изучаются также семейства пространственных отношений. В последнее время эта область, из-за тесной связи с прикладными задачами, становится доминирующей в исследованиях по представлению знаний. Например, для задач роботики важно уметь по изображению некоторой сцены восстановить ее вербальное (формальное) описание, с тем чтобы далее это описание использовать, например, для планирования действий робота.

Объектами дескриптивной логики являются так называемые концепты, (базовые структуры для описания объектов в экспертных системах) и связанные в единое целое множества концептов (агрегированные объекты). Дескриптивная логика вырабатывает методы работы с такими сложными концептами, рассуждений об их свойствах и выводимости на них. Дескриптивная логика может быть использована, кроме того, для построения объяснительной компоненты базы знаний.

Наконец, онтологические исследования посвящены способам концептуализации знаний и методологическим соображениям о разработке инструментальных средств для анализа знаний.

Различные способы представления знаний лежат в основе моделирования рассуждений, куда входят: моделирование рассуждений на основе прецедентов (case-based reasoning, CBR), аргументации или ограничений, моделирование рассуждений с неопределенностью, рассуждения о действиях и изменениях, немонотонные модели рассуждений, и др. Остановимся на некоторых из них.

CBR

Здесь главные проблемы – поиск алгоритмов адаптации, "фокусировка поиска" на использовании прошлого опыта, вывод, основанный на оценке сходства и технологии визуализации.

Пусть заданы прецеденты как множество пар <СЛУЧАЙ, РЕШЕНИЕ>, множество зависимостей между различными атрибутами СЛУЧАЕВ и РЕШЕНИЙ, а также целевая проблема ЦЕЛЬ. Для возникающей новой ситуации («нового случая») требуется найти пару <НОВЫЙ СЛУЧАЙ, ИСКОМОЕ РЕШЕНИЕ>, которая решает целевую проблему.

Алгоритмы для таких задач основаны обычно на сравнении прецедентов с новым случаем (в какой-либо метрике), с использованием зависимостей между атрибутами случаев и атрибутами решения. Такие зависимости могут задаваться человеком при построении базы случаев, или обнаруживаться в базе случаев автоматически. При поиске решения для целевой проблемы выполняется адаптация уже имеющегося в базе прецедентов решения. Для этой адаптации и используются означенные зависимости.

Важной проблемой CBR является проблема выбора подходящего прецедента. Естественно искать подходящий прецедент в той области пространства поиска, где находятся решения сходных проблем. Но как определить, какие именно решения надо считать сходными?

Существуют гипотезы, что сходство проблем налагает ограничения на сходство соответствующих гипотез в форме слабой связи между ними. Это обстоятельство и используется для ограничения области поиска решений.

Пусть, например, речь идет о некотором клиенте, который (с супругой) желает две недели провести на Канарах и хочет заплатить за это не более полутора тысяч долларов.

Первый вариант диалога с системой не обладающей способностями к рассуждениям ( и на основе прецедентов тоже):

Клиент: здравствуйте, я бы хотел слетать в отпуск на две недели в июле на Канарские острова. Я бы хотел поехать со своей женой, но не могу заплатить более полутора тысяч долларов.

Система: извините, но такой возможности у нас нет.

Клиент: хорошо, но может быть у вас найдется что-нибудь похожее в близком регионе.

Система: не могли бы Вы уточнить, что Вы имеете ввиду, говоря о близком регионе.

Клиент: я имею ввиду побережье Испании.

Система: извините, но это не близкий регион. Это более тысячи километров от Канарских островов!

Клиент: но климат там похожий…

Система: извините, что Вы имеете ввиду, говоря о климате...

Скорее всего, клиент обратится в другое турагентство

Второй вариант диалога:

Клиент: здравствуйте, я бы хотел слетать в отпуск на две недели в июле на Канарские острова. Я бы хотел поехать со своей женой, но не могу заплатить более полутора тысяч долларов.

Система: извините, такой возможности сейчас нет. Но может быть, Вас устроит побережье Испании?

Клиент: а как насчет климата, он похож на Канарский?

Система: да и, кроме того, билеты дешевле!

Клиент: отлично, забронируйте, пожалуйста.

Из этого, может быть, не очень серьезного примера видно, что, а) во втором случае клиент имеет дело с системой, которая понимает, что хоть регион и не близок Канарам, но более близок клиенту, во всяком случае, билет дешевле и б) так как клиент хочет поехать в июле, видимо, его интересуют морские купания и пляжи, а это есть как на Канарах, так и на побережье Испании. Из этого система делает вывод о сходстве ситуаций (описанной клиентом и имеющейся вакансии в ее базе) и на основании этого полагает, что решение «отдых в Испании» является близким решению «отдых на Канарах».

Методы CBR уже применяются в множестве прикладных задач – в медицине, управлении проектами, для анализа и реорганизации среды, для разработки товаров массового спроса с учетом предпочтений разных групп потребителей, и т.д. Следует ожидать приложений методов CBR для задач интеллектуального поиска информации, электронной коммерции (предложение товаров, создание виртуальных торговых агентств), планирования поведения в динамических средах, компоновки, конструирования, синтеза программ.

Моделирование рассуждений на основе ограничений

Наиболее интересны здесь задачи моделирования рассуждений, основанных на процедурных динамических ограничениях. Они мотивированы сложными актуальными задачами – например, планированием в реальной обстановке.

Под задачей удовлетворения ограничений понимается четверка множеств: множество переменных, множество соответствующих областей переменных, множество ограничений на переменные и множество отношений над областями. Решением проблемы удовлетворения ограничений называется набор значений переменных, удовлетворяющих ограничениям на переменные, такой, что при этом области, которым принадлежат эти значения, удовлетворяют отношениям над областями.

Задача удовлетворения динамических ограничений есть последовательность задач удовлетворения ограничений, в которой каждая последующая задача есть ограничение предыдущей. Эти задачи по смыслу близки задачам динамического программирования. Они связаны также с интервальной алгеброй.

Немонотонные модели рассуждений

Сюда относятся исследования по логике умолчаний (default logic), по логике "отменяемых" (Defeasible) рассуждений, логике программ, теоретико - аргументационой характеризации логик с отменами, характеризации логик с отношениями предпочтения, построению эквивалентных множеств формул для логик с очерчиванием (circumscription) и некоторые другие. Такого рода модели возникают при реализации индуктивных рассуждений, например, по примерам; связаны они также с задачами машинного обучения и некоторыми иными задачами. В частности, в задачах моделирования рассуждений на основе индукции источником первоначальных гипотез служат примеры. Если некоторая гипотеза Н возникла на основе N положительных примеров (например, экспериментального характера), то никто не может дать гарантии, что в базе данных или в поле зрения алгоритма не окажется N+1 - й пример, опровергающий гипотезу (или меняющий степень ее истинности). Это означает, что ревизии должны быть подвержены и все следствия гипотезы H.

Рассуждения о действиях и изменениях

Большая часть работ в этой области посвящена применениям ситуационного исчисления - формализма, предложенного Джоном Маккарти в 1968 году для описания действий, рассуждений о них и эффектов действий. Для преобразования плана поведения робота в исполняемую программу, достигающую с некоторой вероятностью фиксированной цели, вводится специальное логическое исчисление, основанное на ситуационной логике. Для этой логики предложены варианты реализации на языке pGOLOG - версии языка GOLOG, содержащей средства для введения вероятностей.

Активно исследуются логики действий, применение модальных логик для рассуждений о знаниях и действиях.

Рассуждения с неопределенностью

Сюда относится использование байесовского формализма в системах правил и сетевых моделях. Байесовские сети – это статистический метод обнаружения закономерностей в данных. Для этого используется первичная информация, содержащаяся либо в сетевых структурах либо в базах данных. Под сетевыми структурами понимается в этом случае множество вершин и отношений на них, задаваемое с помощью ребер. Содержательно, ребра интерпретируются как причинные связи. Всякое множество вершин Z, представляющее все пути между некоторыми двуми иными вершинами X и Y соответствует условной зависимости между этими двуми последними вершинами.

Далее задается некоторое распределение вероятностей на множестве переменных, соответствующих вершинам этого графа и полученная, но минимизированная (в некотором смысле) сеть называется байсовской сетью.

На такой сети можно использовать, так называемый байесовский вывод, т.е. для вычисления вероятностей следствий событий можно использовать (с некоторой натяжкой) формулы теории вероятностей.

Иногда рассматриваются так называемые гибридные байесовские сети, с вершинами которых связаны как дискретные, так и непрерывные переменные. Байесовские сети часто применяются для моделирования технических систем.

2. Приобретение знаний, машинное обучение и автоматическое порождение гипотез.

Работы в области приобретения знаний интеллектуальными системами были и остаются важнейшим направлением теории и практики искусственного интеллекта. Целью этих работ является создание методологий, технологий и программных средств переноса знаний (или, как иногда говорят, компетентности), в базу знаний системы. При этом в качестве источников знаний выступают эксперты (т.е. высококвалифицированные специалисты предметных областей), тексты и данные, например, хранимые в базах данных.

Соответственно, развиваются различные методы приобретения знаний

Машинному обучению в мире уделяется большое внимание. Существует множество алгоритмов машинного обучения, среди самых распространенных – алгоритмы класса C4. Один из алгоритмов этого класса С4.5, является, по существу, алгоритмом декомпозиции и строит дерево решений. Исходной информацией для построения этого дерева является множество примеров. С каждой вершиной дерева ассоциируется наиболее (на текущем шаге) частотный класс примеров. На следующем шаге этот принцип рекурсивно применяется к текущей вершине, т.е. множество примеров, связанных с текущей вершиной также разбивается на подклассы. Алгоритм завершает свою работу либо при удовлетворении некоторого критерия либо при исчерпании подклассов (если они заданы).

Активно исследуются методы обучения причинам действий. Иногда говорят о так называемой теории действий, имея в виду ситуационное исчисление в духе Джона МакКарти. В этой теории причины действий и сами действия описываются в виде клаузальных структур (один из видов таких структур представляет собой импликацию, левая часть которой есть конъюнкция атомарных формул, а правая состоит из одной атомарной формулы).

Далее, методы индуктивного логического программирования модифицируются таким образом, чтобы быть применимыми к поиску таких структур. Когда такие структуры найдены, их можно использовать в языках логического программирования для рассуждений о действиях и их причинах.

Многие работы этого направления посвящены "нейронной парадигме". Нейросетевой подход используется в огромном количестве задач - для кластеризации информации из Интернета, автоматической генерации локальных каталогов, представления образов (в рекурсивных нейронных сетях). Среди активно изучаемых в последнее время тем - неоднородные нейронные модели с отношениями сходства. (Heterogeneous Neural Networks with similarity relation).

Это отношение сходства определяется на множестве входов и множестве состояний сети, а мерой сходства является скалярное произведение векторов либо эвклидово расстояние (где один вектор-вектор входов, а другой распределение весов нейронов, описывающих текущую ситуацию).

Работы по автоматическому порождению гипотез связаны, главным образом, с формализацией правдоподобных рассуждений, поиском зависимостей причинно-следственного типа между некоторыми сущностями. В качестве примеров можно привести порождение гипотез о свойствах химических соединений (прогноз биологических активностей), о возможных причинах дефектов (диагностика) и т.п.

3. Интеллектуальный анализ данных и обработка образной информации.

Это сравнительно новое направление, основу которого составляют две процедуры: обнаружение закономерностей в исходной информации и использование обнаруженных закономерностей для предсказания (прогнозирования). Сюда относят задачи выбора информативных данных из большой их совокупности, выбора информативных характеристик некоторого объекта из более широкого множества его характеристик, задачи построения модели, позволяющие вычислять значения выбранных информативных характеристик по значениям других характеристик, и т.п.

Значительную часть этого направления составляют исследования по различным аспектам распознавания изображений, в частности, с помощью нейросетей (включая псевдооптические нейросети). Изучаются методы распознавания последовательностей видеообразов на основе декларативного подхода и извлечения семантически значимой информации. К этому же направлению принадлежат исследования по графической технологии программирования в Интернете.

4. Многоагентные системы, динамические интеллектуальные системы и планирование.

Это новое (впрочем, в теоретических, поведенческих аспектах – скорее хорошо забытое старое) направление, изучающее интеллектуальные программные агенты и их коллективы

Интеллектуальный агент это программная система, обладающая

-автономностью: агенты действуют без непосредственного участия человека и могут в некоторых пределах сами управлять своими действиями;

-социальными чертами: агенты взаимодействуют с другими агентами (и, возможно, человеком) посредством некоторого языка коммуникации;

-реактивностью: агенты воспринимают окружающую среду, которая может быть физическим миром, множеством других агентов, сетью Интернет или комбинацией всего этого, и реагируют на ее изменения;

-активностью: агенты могут демонстрировать целенаправленное поведение, проявляя при этом инициативу.

Основные задачи в этой области таковы: реализация переговоров интеллектуальных агентов и разработка языков для этой цели, координация поведения агентов, разработка архитектуры языка программирования агентов.

Следует подчеркнуть, что агентские технологии появились примерно 6-7 лет назад. За это время интерес к этим технологиям переместился из сферы академических исследований в сферу коммерческих и промышленных приложений, а идеи и методы агентских технологий весьма быстро мигрировали из искусственного интеллекта в практику разработки программного обеспечения и другие вычислительные дисциплины.

Планирование поведения, или ИИ - планирование – это способность интеллектуальной системы синтезировать последовательность действий для достижения желаемого целевого состояния. Работы по созданию эффективных методов такого синтеза востребованы и активно ведутся уже около 30 лет. Планирование является основой интеллектуального управления, т. е. автоматического управления автономным целенаправленным поведением программно-технических систем.

Среди методов ИИ–планирования сегодня выделяют классическое планирование, т.е. планирование в условиях статической среды, динамическое планирование, т.е. планирование в условиях изменения среды и, главное, учета такого изменения, иерархическое планирование, т.е.. когда действия абстрактного плана высокого уровня конкретизируются более детальными планами нижнего уровня , частично - упорядоченное (или монотонное ) планирование, когда план строится на основе частично упорядоченного множества подпланов. При этом , общий план (элементами которого являются подпланы), обязан быть монотонным, а каждый из подпланов может быть немонотонным. Добавлю, что монотонность это такое свойство плана, когда каждое его действие уменьшает различия между текущим состоянием и целью поведения. Например, если план движения робота к цели таков, что каждый его шаг приближает к цели, то план монотонен, но если он наткнулся при этом на препятствие и требуется его обойти, то монотонность плана нарушится. Однако, если план обхода препятствия выделить в отдельный подплан и рассматривать оный как элемент исходного плана, то монотонность последнего восстановится.

Активно ведутся работы и в области распознавания планов, построения планировщиков и расширения их возможностей, эвристического планирования с ресурсными ограничениями, управления планированием посредством временной логики, планирования с использованием графов.

Рассматриваются подходы к планированию, при которых построение текущих планов выполняется непрерывно для каждого состояния системы в реальном времени. Для этого предусмотрен непрерывный мониторинг объекта управления.

Задачи планирования относятся в наше время к наиболее важным и перспективным направлениям в ИИ.

Динамические интеллектуальные системы - результат интеграции экспертных систем с системами имитационного моделирования. Это двухкомпонентные динамические модели, где один из компонентов – база знаний, а другой компонент имеет континуальный характер. Разрабатываются методы выбора логик для описания временных зависимостей при построении динамических интеллектуальных систем.

Работы в области систем поддержки принятия решений посвящены моделированию сложных технологических и технических систем, поиску решений в условиях чрезвычайных ситуаций, задачам проектирования систем управления техническими объектами, использованию вероятностных подходов и сценариев при принятии решений, ряду других проблем.

5. Обработка естественного языка, пользовательский интерфейс и модели пользователя.

Это направление связано с разработкой систем поддержки речевого общения, c решением проблем уточнения запроса в информационных системах, с задачами сегментации текстов по тематическим топикам, с задачами управления диалогом, с задачами анализа естественного языка с использованием различных эвристик. Сюда же включаются проблемы дискурса (иногда под дискурсом понимают совокупность речевых актов вместе с их результатами).

По прежнему актуальны обучения контекстному анализу текста, задачи приобретения знаний интеллектуальными системами и извлечения информации из текстов.

Важнейшей задачей в процессе извлечения информации, как, впрочем, и в процессе приобретения знаний, является минимизация роли эксперта – участника процесса.

Важность этого направления нельзя недооценивать. Причина тому - возрастание потоков текстовой информации, существующий социальный заказ на поиск релевантной информации в Интернете, на анализ текстовой информации, на извлечение данных из текстов. Таким образом, значение методов автоматического анализа текстов будет в дальнейшем возрастать.

Предметом исследований является также динамическое моделирование пользователя, в частности, в системах электронной коммерции, развитие фреймового подхода для представления запросов пользователя, адаптивный интерфейс, мониторинг и анализ покупательского поведения в Интернете.

6. Нечеткие модели и мягкие вычисления.

Это направление представлено нечеткими схемами «вывода по аналогии», взглядом на теорию нечетких мер с вероятностных позиций, нечетким представлением аналитическими моделями для описания геометрических объектов, алгоритмами эволюционного моделирования с динамическими параметрами, такими как время жизни и размер популяции, методами решения оптимизационных задач с использованием технологий генетического поиска, гомеостатических и синергетических принципов и элементов самоорганизации.

7. Разработка инструментальных средств.

Это обширная сфера деятельности внутри ИИ, ставящая перед собой задачи:

а) создания программных средств приобретения знаний для автоматизированного переноса компетентности в базы знаний. При этом в качестве источников такой компетентности могут выступать не только «прямые» её носители – эксперты различных областей, но и текстовые материалы – от учебников до протоколов, а также, разумеется, базы данных (имплицитные источники знаний). Вербализация, то есть перевод таких источников в эксплицитную форму составляет содержание методов обнаружения знаний в данных, в том числе различных методов обучения по примерам (включая предобработку больших массивов данных для дальнейшего анализа);

б) реализации программных средств поддержки баз знаний.

в) реализации программных средств поддержки проектирования интеллектуальных систем. Набор таких средств обычно содержит редактор текстов, редактор понятий, редактор концептуальных моделей, библиотеку моделей, систему приобретения знаний от экспертов, средства обучения по примерам и ряд других модулей.

Перспективные направления искусственного интеллекта.

Сегодня можно выделить ряд направлений в искусственном интеллекте, которые во вполне обозримом будущем могут привести к качественным изменениям в технике и технологиях. Здесь я намерен изложить свой взгляд на некоторые из них.

По-видимому, рассуждения, основанные на прецедентах (CBR) - один из наиболее перспективных подходов в искусственном интеллекте, внедрение которого приведет к значительному прогрессу в ряде областей, а прорыва в этом направлении следует ожидать в ближайшие 3-5 лет. Некоторые из существующих и ожидаемых приложений CBR были перечислены выше.

Рассуждения о пространстве - не очень новая, но бурно развивающаяся сейчас область искусственого интеллекта, имеет все возрастающее прикладное значение в связи с работами по созданию автономных мобильных устройств, анализу изображений (в частности, аэрофотоснимков), задачами синтеза текстовых описаний по изображениям.

По-видимому, с помощью методов машинного обучения и автоматического формирования гипотез можно будет решить ряд полезных практических задач - от обнаружения закономерностей в данных до повышения степени адаптивности и "уровня интеллекта" различных технических устройств.

Подходы, основанные на технологии интеллектуальных агентов надо признать одними из наиболее перспективных при разработке больших программных продуктов, в том числе средств управления крупными и сложными системами (к таковым относятся телекоммуникационые системы, распределенные производства, системы управления войсками, транспортом, сетями, распределенный поиск информации). Не исключено также, что это направление исчезнет как отдельная научная дисциплина, растворившись в смежных областях, но оказав при этом на них решающее технологическое влияние.

Следует ожидать всё большего влияния идей и методов (ИИ) на машинный анализ текстов (АТ) на естественном языке. Это влияние, скорее всего, коснется семантического анализа и связанных с ним методов синтаксического анализа - в этой области оно проявится в учете модели мира на заключительных стадиях семантического анализа и использовании знаний о предметной области и ситуативной информации для уменьшения переборов на более ранних стадиях (например, при построении деревьев синтаксического разбора).

Второй «канал связи» ИИ и АТ - использование методов машинного обучения в АТ; третий «канал» - использование рассуждений на основе прецедентов и рассуждений на основе аргументации для решения некоторых задач АТ, например задач уменьшения шума и повышения степени релевантности поиска.

К одному из наиболее важных и перспективных направлений в искусственном интеллекте следует сегодня отнести задачи автоматического планирования поведения. Область применения методов автоматического планирования - самые различные устройства с высокой степенью автономности и целенаправленным поведением, от бытовой техники до беспилотных космических кораблей для исследования глубокого космоса.

[1] Структур человеческого сознания, отражающих представление личности о действительности