Курсовая работа: Применение систем искусственного интеллекта в прогнозировании

Рассматривая структуру системы надо исходить из того, что структура есть устойчивое множество неизменных, сохраняющихся некоторое время (например, во временном интервале наблюдения) отношений. Описывая структуру интеллектуальной системы, необходимо опираться на данное выше определение структуры. Исходя из него, структура интеллектуальной системы состоит из таких элементов, как цель знания, динамические экспертные системы и акцептор, действия, объект управления, механизм обратной связи (см. рисунок 2).

Следует обратить внимание на инвариантный характер цели, так как применительно к интеллектуальной системе речь идти может только о синтезе цели на основе имеющейся памяти, мотивации, информации о собственном и среды состоянии. Цель как компонент системы взаимосвязана с динамической экспертной системой, функция которой заключается в экспертном оценивании, являющимся основанием решения о необходимом действии и прогнозе по поводу планируемого результата (см. рисунок 2). Решение принимается, затем разрабатывается алгоритм управления объектом.

Рисунок 2. Структура интеллектуальной системы

В исследовательской области «Интеллектуальные системы» проблемой является классификация интеллектуальных систем, выбор оснований классификации, выявление общего и особенного.

Общим, по нашему мнению, для всех интеллектуальных систем является:

- адаптивность (в условиях объективных изменений способность системы к развитию, конфигурации программного обеспечения);

- развитость коммуникативная (владение способами диалогового взаимодействия пользователя с системой);

- способность решать класс трудно формализуемых задач (задачи с динамичными, неопределенными данными, оригинальным алгоритмом);

- самообучаемость (способность извлекать из опыта действования знания).

Если данные характеристики взять в качестве основания классификации интеллектуальных систем, то можно выделить:

- адаптивные интеллектуальные системы;

- интеллектуальные системы с интеллектуальным интерфейсом;

- интеллектуальные системы для решения класса трудно формализуемых задач, иначе экспертные системы;

- самообучающиеся интеллектуальные системы.

По критерию «методы» классификация интеллектуальных систем (ИС) будет выглядеть следующим образом: ИС самоорганизующиеся, ИС общения, ИС, разработанные с применением технологий эвристического программирования. Есть интеллектуальные системы общего (решают задачи по алгоритму, генерируют новые процедуры с целью решения новых задач) и специального (решение заданных при проектировании задач) назначения

Другим основанием классификации интеллектуальных систем может служить решаемая задача, тогда можно выделить интеллектуальные системы (ИС): игровые ИС, ИС управления, ИС с задачами справочного характера, ИС компьютерной лингвистики, ИС с задачами на распознавание, ИС по решению задач создания интеллектуальных информационных систем.

1.2. Интеллектуальные системы: технологический аспект

Интеллектуальные системы в настоящее время становятся неотъемлемой частью жизни современного человека. Главным признаком интеллектуальных систем общепринято считаются не столько просто знания, сколько знания, необходимые для того, чтобы решать определенные задачи. Интеллектуальные системы способны выдавать решение, а также сами решение исполнять, вносить коррекцию в спроектированную модель. Благодаря быстрому развитию вычислительной техники интенсивно развивается такое направление в интеллектуальных системах, как интеллектуальный анализ данных на основе математических методов, разработанных алгоритмов прогнозирования, типологизации, создания кластеров и др.

Интеллектуальные системы управления – это системы, снабженные механизмом системной обработки базы знаний, архитектурная особенность таких систем состоит в совокупности механизмов получения знаний, их хранения и переработки в ходе реализации функций. Интеллектуальные системы управления создаются с учетом традиционных и современных – экспертные системы, нечеткая логика, нейронные сети, генетические алгоритмы - информационных технологий обработки базы данных с учетом теории управления. Интеллектуальные системы управления характеризуются обучаемостью, устойчивостью, адаптивностью, наличием дружественного по отношению к пользователю интерфейса «человек-машина», способностью к принятию решений.

Интеллектуальные системы управления характеризуются:

- полнотой интеллектуальных функций, процедурами оценивания информации, планирование (тактическое, стратегическое, координационное);

- способностью к расширению информации на основе процедур оценивания состояний объекта, процесса, результата и факторов внешней среды;

- на основе экспертной оценки способность синтезировать образы состояний системы; и способность формировать предположения на основе опыта;

- направленность действий – от контроля достижения цели до поиска способов ее достижения;

- подчиненность, иерархичность задач (планирования, регулирования), решений, стратегий поведения;

- открытость – повышение интеллектуальности и качества функционирования (самообучение и самоорганизации);

- устойчивость способов и автономности функционирования.

Рассмотрим интеллектуальные системы на некоторых примерах. В середине XX века начались разработки по созданию навигационных систем (США), причем технология GPS (Global Positioning System), относилась к разряду военного проекта (в 80-е годы начались разработки по внедрению интеллектуальных навигационных систем в гражданские проекты). Исходная идея состояла в следующем: если есть координаты объекта, то можно установить местоположение других объектов и скорость передвижения. Наблюдения показали, что частота этого сигнала увеличивается при приближении спутника, при отдалении – снижается. Nissan Connect – интеллектуальная навигационная система, основанная на технологиях мультимедиа, беспроводной связи и спутниковой навигации.

Система Nissan Connect имеет программное обеспечение Bosch, карты и базовые точки Navteq. Системой Nissan Connect оборудованы автомобили производителя Nissan: Pathfinder, X-Trail, Patrol, Navara. Кнопки управления системой расположены на руле автомобиля, что дает возможность контролировать работу MP3, USB-плееров с внешнего USB-устройства, регулировать громкость звучания, выбор треков и др. (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Интеллектуальная навигационная система Nissan Connect

GPS – Global Positioning System – еще один вариант интеллектуальной навигационной системы, основанная как Nissan Connect на технологиях мультимедиа, беспроводной связи и спутниковой навигации. Благодаря технологии спутниковой навигации определяется местоположение (3–4-х мерные координаты), скорость объекта, расстояние от объекта и спутника по времени сигнала, поступающего от спутника к антенне GPS-навигатора. В настоящее время область применения GPS обширна, они используется в автомобилях, на самолетах и кораблях, в картографии, тектонике, мониторинге транспорта, геотегинге, в быту – смартфон с модулем GPS, мобильные телефоны, часы, ошейники для собак. Многие люди рассматривают GPS навигацию как необходимое условие жизнедеятельности, обеспечивающее новое качество жизни.

У GPS как системы навигации есть аналоги: ГЛОНАСС (Россия), Galileo (ЕС), чипы навигации, которые поддерживают все три системы – GPS, Galileo и ГЛОНАСС.

Интеллектуальная система смартфон (англ. smartphone – умный телефон) представляет собой мобильный телефон с функциями персонального компьютера. Мобильные телефоны изначально были оснащены функциями калькулятора и определения времени и даты. Интеллектуальные системы с возросшей функциональностью, множеством дополнительных приложений (электронная почта, HTML-браузер и др.) получили название «смартфон».

Смартфон – как интеллектуальная система – многофункциональное устройство, с развитой операционной системой, открытой для разработки программного обеспечения. Разрабатывается новая платформа для смартфонов – интеллектуальная платформа (Russian Intellectual Platform – RIP или Russian universal system – RUS), суть которой состоит в том, чтобы пользователь мог настраивать функционал гаджета, исходя из своих потребностей.

Интеллектуальная система Siri (англ. Speech Interpretation and Recognition Interface) является разработкой Международного центра искусственного интеллекта SRI, представляет собой сегодня самый значительный проект искусственного интеллекта. Интеллектуальная система Siri – это результат работы ученых-исследователей из ряда университетов (Карнеги, Массачусет, Рочестер, Стэнфорд и др.), Института познания Разработкой Siri занимались Д. Китлаусс, А. Чейер, Т. Грюбер, Н. Винарский (начало – 2007 год). Интеллектуальная технология Siri основана на технологиях распознавания естественного языка, рассуждения, планирования, управления, машинного обучения и др. Интеллектуальная система Siri как персональный помощник представляет собой вопросно-ответную систему для операционной системы iOS (iPhone OS). Операционная система iOS предназначена для iPhone и iPod touch, iPad и Apple TV, разработанная компанией Apple (США, 2007). В операционной системе iOS используется ядро XNU, основанное на микроядре Mach с программным кодом, разработанным компанией Apple. Операционная система iOS работает в устройствах с процессорами архитектуры ARM.

ABS – антиблокировочная система (англ. Anti-lock braking system) также относится к типу интеллектуальных систем. ABS – это достаточно сложная электронная система торможения, предотвращает блокировку колес автомобиля при торможении, отсюда основная функция системы состоит в сохранении устойчивости и управляемости автомобиля, оказании помощи при резком торможении автомобиля.

Впервые компания Bosch (1936) получила патент на изобретение, но внедрение технологии стало возможным при развитии цифровой электроники. Инженер Г. Либер разработал фундаментальные основы ABS. ABS состоит из датчиков скорости/ускорения, управляющих клапанов, блока управления.

В современные ABS входит эффективная, система самодиагностики, контролирующая работу всех компонентов системы по их физическим параметрам. Пример функциональной схемы ABS Bosch 2S приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Функциональная схема ABS Bosch 2S

Компоненты функциональной схемы ABS Bosch 2S: блок управления (1); модулятор (2); главный тормозной цилиндр (3); бачок (4); электрогидронасос (5); колесный цилиндр (6); ротор колесного датчика (7); колесный индуктивный датчик (8); сигнальная лампа (9); регулятор тормозных сил (10)^[8].

Таким образом, интеллектуальные системы, активно вошедшие в жизнь современного человека, становятся неотъемлемой ее частью. Интеллектуальные системы моделируют потребности человека, вступают с ним в коммуникации, обеспечивают удобство, комфорт, ощущение безопасности.

Глава 2. Искусственный интеллект как интеллектуальная система

2.1. Искусственный интеллект: понятие, сущность, направления исследования

Идея искусственного интеллекта зародилась и нашла свое отражение в трудах древнегреческих философов. Аристотель определил законы неопровержимых рассуждений: закон (запрещения) противоречия, закон исключенного третьего. Закон [запрещения] противоречия звучит так: «вместе существовать и не существовать нельзя», или «нельзя говорить верно, вместе утверждая и отрицая что-нибудь»^[9]. Аристотель сформулировал законы, определяющие рациональную часть мышления, также разработал неформализованную систему силлогизмов для проверки правильности рассуждений. Система позволяла приходить к логическим заключениям механически, при наличии изначально имеющихся предпосылок.

В 1956 г. в Дартсмутском колледже (США), где проходил семинар по логике, впервые было употреблено слово «искусственный интеллект» (англ. artificial intelligence). Кроме того, на этом мероприятии было предложено и новое направление исследований в области вычислительных технологий.