Курсовая работа: Применение систем искусственного интеллекта в прогнозировании

Введение

Актуальность. В XXI веке интеллектуальные системы активно, динамично входят в жизнь человека. Интеллектуальные системы применяются человеком во всех сферах его жизнедеятельности, при этом существенно изменяя его жизненные условия. Человека невозможно сегодня представить вне техносферы, решающим фактором которой выступает деятельность человека, а созданный человеком мир техники – необходимое условие жизни.

Если в 30-е годы XX в. А. Тьюрингом была представлена миру абстрактная вычислительная машина для формализации понятия алгоритма, то спустя несколько десятилетий интеллектуальные системы стали неотъемлемой частью жизни большинства людей. Интеллектуальные системы, основанные на современных технологиях (сенсорных, информационных, генные, нано-, биотехнологиях) не только изменяют мир вокруг человека, но и вносят коррекции в природу человеку, обеспечивая развитие его адаптивных способностей к изменяющимся условиям проживания, открывают новые возможности полноценного, комфортного проживания человеком собственной жизни.

Интеллектуальные системы относится к разряду информационно-вычислительных систем с необходимой базой знаний, алгоритмом действий, интеллектуальной поддержкой (программное и инструментальное обеспечение, алгоритмическая и математическая поддержка), в результате чего система способна работать без помощи специалиста-оператора, ответственного за принятие решения по поводу действия. Отличительной особенностью интеллектуальных систем является наличие базы данных, необходимой для решения задач разного рода сложности – выбора, принятия, исполнения решения.

В настоящее время группой В. Бейнбриджа (США) обоснована необходимость междисциплинарности исследований, интеграции технологий – NBIC конвергенция, задающая новый вектор научно-технического развития общества. Однако многие исследователи – психологи, педагоги – отмечают, что внедрение интеллектуальных систем имеет и негативные характеристики (пример, киберзависимость), под воздействием интеллектуальных систем формируется иной тип личности – человек кибермира, человек сетевого сообщества, отчужденный от реального мира, живущий в мире виртуальном.

Интеллектуальные системы породили и такие проблемы, как проблема безопасности частной жизни человека, проблема обеспечения его информационной безопасности. На основании вышеизложенного можно заключить об актуальности исследования теоретических и технологических аспектов интеллектуальных систем.

Искусственный интеллект исследовался в работах Н. М. Амосова, Г. С. Поспелова, Д. А. Поспелова, В. М. Глушкова, А. П. Назаретяна, И. М. Макарова, А. Тьюринга, Р. Ковальски, Л. Стерлинга и др.

Интеллектуальные системы, проблемы и перспективы их внедрения находятся в исследовательском поле таких ученых, как Д. Белл, М. Винер, А. Тьюринг, В. М. Иванов, Д. Марселлус, Д. Нейсбит, М. Кастельс и др.

Цель работы – применение систем искусственного интеллекта в прогнозировании.

Достижение указанной цели определило постановку и решение следующих задач:

• исследовать теоретические основы интеллектуальных систем;
• рассмотреть искусственный интеллект как интеллектуальную систему;
• изучить систему отношений «человек – интеллектуальная система» в аспекте прогнозирования.

Предметом исследования можно назвать теоретические и технологические аспекты интеллектуальных систем.

Объектом исследования является искусственный интеллект.

Теоретико-методологическую основу исследования составили научные труды, посвященные анализу интеллектуальных систем. При разработке и решении поставленных задач использовались методы сравнительного анализа, а также группировки.

Структура работы. Работа включает введение, три главы, заключение и список литературы. В первой главе рассматриваются общие сведения об интеллектуальных систем. Во второй главе рассматривается искусственный интеллект как интеллектуальная система. В третьей главе изучается система отношений «человек – интеллектуальная система» в аспекте прогнозирования.

Научно-методической основой работы служат труды отечественных и зарубежных ученых в области интеллектуальных систем. При выполнении работы использовалась научно-методическая литература, публикации в периодической печати и научных изданиях, материалы Интернет-порталов.

Глава 1. Теоретические основы интеллектуальных систем

1.1. Интеллектуальные системы: структурные и функциональные компоненты

Исследования в области «Интеллектуальные системы» получили государственную поддержку (приказ № 701 ГК СССР по народному образованию от 30.08.1989 г.). Была утверждена программа исследований «Интеллектуальные системы», в соответствии с которой перед учеными НИИ и университетов страны была поставлена задача спроектировать, опираясь на достижения в области теории систем, нейрофизиологии, компьютерных технологий, вычислительной техники, интеллектуальную систему (опытный образец)^[1].

Вклад в становление научной области «Интеллектуальные системы» был сделан в свое время еще И. П. Павловым, русским физиологом, исследователем механизмов высшей нервной деятельности. И. П. Павлов пришел к выводу, что высшая нервная деятельность есть проявление способности организма приспосабливаться к условиям окружающей среды. В «Лекциях о работе больших полушарий головного мозга» И. П. Павлов сделал интересное предположение относительно того, что в недалеком будущем математика обхватит многие области знания, переведя данные естественных наук на язык математики^[2].

Интеллектуальные системы начала XXI века спроектированы, построены на цифровых технологиях с цифровым кодированием с использованием знаков «0» и «1». Нейроинформатика, опираясь на теорию нейронных сетей, занимается изучением способов описания работы мозга математическими средствами, разработка таких математических моделей, которые адекватны природе человека^[3].

В ходе исследования в рамках государственной программы «Интеллектуальные системы» (1989–1991) было уточнено понятие интеллектуальной системы. Интеллектуальная система определялась как совокупность средств (программы, технические средства), вместе с человеком включенных в информационный процесс, способных осуществлять синтез цели, действовать, находить более эффективные способы достижения цели^[4].

Понятие «интеллектуальная система» имеет множество определений, оно многоаспектно. Интеллектуальная система есть информационно-вычислительная система, имеющая необходимую базу знаний, алгоритм действий, интеллектуальную поддержку и, благодаря этому, решает задачи без помощи оператора (оператор – это специалист, ответственный за принятие решения, определяющий способ действия). Интеллектуальная поддержка понимается нами как поддержка комплексная, включающая программное и инструментальное обеспечение, алгоритмическую и математическую поддержку, что и позволяет решение задач разного рода сложности^[5].

Необходимо отметить, что интеллектуальная система устроена таким образом, что способна:

- решать задачи разного уровня сложности не хуже, чем это делает человек, а подобно, тому, как он это делает;

- обучаться; систематизировать, сравнивать, объяснять, анализировать, обобщать, приобретать опыт решений, действий.

Информационно-вычислительная система, имеющая необходимую базу знаний, алгоритм действий, интеллектуальную поддержку, но не способная решать задачи без помощи оператора, человека, ответственного за принятие решения, определяется как интеллектуализированная система.

Таким образом, отличие, интеллектуальной системы от интеллектуализированной определяется тем, включен или нет в процесс принятия решения человек, оператор-специалист.

Интеллектуализированная система как система способна работать в условиях самоорганизации, неопределенности, динамичности, ограниченности и масштабности информации, с разными объектами, разными жизненными циклами объектов. Интеллект, интеллектуальность, интеллектуальная – слова относимы к качествам, характеристикам человека, фиксируют способность человека мыслить, принимать решения на основе не только знания и опыта, но при воздействии еще ряда факторов (интуиция, воображение и др.), а интеллектуальные системы реализуют подобное посредством интерфейса системы с пользователем на языке программирования, который близок к языку естественному. В научной литературе в более узком смысле интеллектуальная система понимается как программная система, разработанная на основе технологии, определяющей базу данных, ее структуру, методы получения и обработки информации, способов действий по принятию решений^[6].

Интеллектуальная система понимается и как компьютерная система, способная решать задачи, которые под силу было решать только человеку. А. В. Остроух относит интеллектуальную систему к разряду автоматизированных систем со знаниевым компонентом^[7]. Интеллектуальная система понимается как комплекс средств (логических, математических, лингвистических, программных, диалоговых), предназначенных для работы с информацией и оказания помощи человеку в различных видах деятельности.

Исследования П. К. Анохиным, нейрофизиологом, живых организмов, приспособительной реакции и приспособительных способностей, механизмов достижения целей, теория функциональной системы, были положены в основу концепции интеллектуальной системы. П. К. Анохин в работе «Проблемы центра и периферии в физиологии нервной деятельности» разрабатывает и дает определение понятию функциональной системы. Функциональная система – это замкнутое физиологическое образование, имеющая механизмы обратной связи, обмена информацией о результатах действия.

Функциональная система обеспечивает приспособительный эффект, имея для этого множественные пути, каналы передвижения информации от периферии до центра (см. рис. 1).

Рисунок 1. Структурная схема функциональной системы

Как установил П. К. Анохин, характерная особенность любого результата, работающего на достижение цели, состоит в том, что достижение результата любого уровня и сложности возможно на основе принципа саморегуляции. При этом механизмы достижения результата одни: афферентный синтез; принятие решения; эфферентная программа и акцептор действия, обратная афферентация, операция установления сходства результата с прогнозом.

В ситуации, когда действия достигают ожидаемого результата, акт приспособления завершается. При рассогласовании модели и реальной обратной афферентации (передача нервного возбуждения от периферии к мозгу), то живой организм реагирует иначе, он совершает действия ориентировочно-исследовательского характера. В ситуации, когда действия не достигают ожидаемого результата, происходит изменение афферентного синтеза и программы действия, причем это происходит до тех пор, пока результат не придет в соответствие с параметрами акцептора действия. Достигая результата, живой организм испытывает чувство удовлетворения.

Результаты исследований П. К. Анохина о функциональной системе получили практическое применение только тогда, когда активно стали развиваться информационные, компьютерные технологии.

Создание быстродействующих, с большим объемом памяти, технологичных микропроцессоров, обеспечивающих высокую производительность, разработка сетевых технологий, потребность в получении и обработке огромного объема информации, работа с информацией и базами данных с целью выработки эффективных решений, например, управленческих, явились объективным основанием проектирования, конструирования интеллектуальных систем.

Современный уровень исследований в области интеллектуальных систем связан с проектированием таких систем, которые на основе знаний, действий, алгоритмов, актуальной информации о своем состоянии и состоянии окружающей среды могли решать задачи разного порядка сложности. Любая система как некое целое представляет собой совокупность взаимосвязанных, взаимодействующих элементов, частей с однозначно определёнными свойствами и функциями, что и обеспечивает реализацию функций системы.