Различные подходы построения систем искусственного интеллекта

Существует 4 основных подхода:

1. Логический подход – основой для него является булевая алгебра, которая дальнейшие развития получила исчисление предикатов. Она расширена за счет введения предметных символов, кванторов общности и существования.

Добиться большей выразительности к логическому подходу позволяет нечеткая логика. Основным ее отличием является, что правдивость высказывания кроме «да», «нет», которым соответствует «1», «0» может принимать еще и  промежуточные значения. Для большинства логических методов характерна большая трудоемкость, поскольку во время поиска решения возможен полный перебор вариантов, поэтому данный подход требует эффективной реализации вычислительных процессов, при небольших размерах БД.

2. Структурный подход – это попытка моделирования структуры человеческого мозга. Одной из таких попыток было устройство персептрон. Основной моделируемой структурной единицей персептрона, как и в большинстве других вариантов моделирования мозга является нейрон. Позднее возникли и другие модели, которые носят название нейронные сети. Эти модели различаются по строению отдельных нейронов по топологии связи между ними и по алгоритмам обучения. Среди наиболее известных нейроновых сетей можно назвать сети с прямым и обратным распространением ошибки стохастические нейронные сети Хопфилда. Нейронные сети наиболее успешно применяются в распознавании образа, а также в задачах прогнозирования, экспертных системах и т.д. Для структурных моделей характерно не слишком большая выразительность, небольшое распараллеливание алгоритмов и связанная с этим высокая производительность. Одним из самых важных свойств модели – это способность работы при условии не полной информации.

3. Эволюционный подход – при построении систем искусственного интеллекта по данному подходу основное внимание уделяется построению начальной модели, а также правилам, по которым она будет изменяться (эволюционировать). Исходная модель может быть составлена по самым различным методам, что может быть и нейронная сеть и наоборот логических правил и т.д.

4. Имитационный подход – данный подход является классическим для кибернетики, в его реализацию часто используют устройство, которое называется «Черный ящик».

«Черный ящик» - это устройство, программный модуль или набор данных, информация о внутренней структуре и содержание которого отсутствует полностью, но известно спецификации входных и выходных данных. Объект, поведение которого имитируется как раз и представляет собой этот «Черный ящик».

Основным недостатком имитационного подхода является низкая информационная способность большинства моделей.

 

 

Логический подход

В логическом подходе оперирует название неформальной процедуры. Неформальные процедуры – это один из способов приблизиться к человеческому способу представлению человеком функции.

Пример:

Описать неформальную процедуру, реализующую преобразование из именительного падежа в родительный для следующих существительных:

Дом, мама, вилка, кино, ночь, токарь, киль.

 

 

С точки зрения программирования не вызывает никаких затруднений перевести блок-схему в текст программы. Однако, составление подобных блок-схем, при появлении существительных новых типов становится сложно выполнимой задачей, поэтому на практике вместо указанных алгоритмов применяют так называемые продукционные модели.

Введем дополнительную задачу.

Расширить предыдущий алгоритм на 4 слова: Задача, акция, время, Вася.

Ситуация	Действие	Ситуация	Действие
КИНО	КИНО	-Ь	-И
-ча	-чи	-ие	-ия
-КА	-КИ	-мя	-мени
-А	-Ы	-я	-и
-АРЬ	-АРЯ	-	-А
-Ь & М:хЬ	-Я

 

 

В таблице решений слева приведена ситуация (условие), а справа соответственно действие, если условие выполняется.

Теперь значительно упрощается расширение на новые классы слов - необходимо лишь обеспечить внесение вставок на нужное место в таблице решений.

Таблицы решений представляют собой частный случай так называемых продукционных систем. В этих системах правила вычислений представляются в виде продукций. Продукции представляют собой операторы специального вида и состоят из двух основных частей, для краткости называемых обычно "ситуация - действие".

"Ситуация" содержит описание ситуации, в которой применима продукция. Это описание задается в виде условий, называемых посылками продукции. "Действие" - это набор инструкций, подлежащих выполнению в случае применимости продукции.

Приведенная таблица решений иллюстрирует безвозвратную процедуру. В общем случае неформальные процедуры являются многозначными, а правильность конкретного выбора, сделанного на некотором шаге проверяется на следующих шагах, при этом используется режим возвратов.

а.) МАТЬ                               ЛЮБИТ                                 ?

                                                                

                                                      

б.) МАТЬ                               ЛЮБИТ                                ?

 

Лингвистический разбор предложения начинается со слов «мать любит», проанализировав эти слова в первоначальном предложении именительного падежа для слова «мать» система в праве построить структуру в случае а.

Если следующее слово после «любит» представить слово в винительном падеже (например, мать любит сына), то эта структура является окончательной. Если фраза имеет вид «мать любит сын», то возникает противоречие или сигнал неуспеха. Очередное слово «сын» противоречит ожиданию прямого дополнения. В этом случае система должна вернуться на ближайший из предыдущих шагов, где можно принять другую альтернативу анализа. Далее будет построена структура в случае б.

 

Логический вывод

Логический вывод позволяет расширять возможности продукционных систем и позволяет объяснить полученные решения. Для того, чтобы построить продукционную систему, определяющую родственные отношения достаточно будет сообщить системе три правила, содержащие понятия:

ДЕД, РОДИТЕЛЬ, ВНУК

1.) x – ДЕД – y если x – ОТЕЦ a и a – РОДИТЕЛЬ y

2.) x – РОДИТЕЛЬ y если x – ОТЕЦ y или x – МАТЬ y

3.) x – ВНУК y если y – ДЕД  x

Продукционные системы содержащие аппарат логического вывода, отличает высокая степень общности правил обработки данных. Однако эта общность приводит к ухудшению динамических свойств соответствующих  продукционных программ к трудностям их модификации и развития.

Практически при программировании неформальных процедур подобные таблицы можно вручную создавать и сопровождать максимально до 100-200 продукций.

Дальнейшее развитие продукционных систем лежит в автоматизированной функции распознавания, интерпретации, вставки новой продукции.