Дипломная (вкр): Разработка интеллектуальной системы

Разработка интеллектуальной системы

Оглавление

Введение

Глава 1. Интеллектуальные системы и их применение

.1 Понятие и технологии искусственного интеллекта

.2 Искусственный интеллект в медицине и психологии

.3 Определение предрасположенности к наркомании с помощью нейронных сетей

.3.1 Социальные факторы

.3.2 Психологические факторы

.3.3 Биологические факторы

.3.4 Сбор данных

Глава 2. Проектирование нейронной сети

.1 Выбор оптимальной структуры нейронной сети

.2 Анализ входных параметров

.3 Проектирование нейронной сети в «Нейросимулятор 5»

.4 Проектирование нейронной сети в «Statistica 10»

.5 Прогнозирование

Глава 3. Разработка интеллектуальной системы

.1 Подготовка нейронной сети

.2 Проектирование интерфейса

.3 Разработка

.4 Тестирование

Заключение

Библиографический список

Приложения

Введение

Перечень социально значимых заболеваний, утвержденный постановлением Правительства РФ от 1 декабря 2004 г. N 715, включает девять различных заболеваний: туберкулез, инфекции, передающиеся преимущественно половым путем, гепатит В и гепатит С, болезнь, вызванная вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), злокачественные новообразования, сахарный диабет, психические расстройства и расстройства поведения, а также болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением. В данной работе рассмотрены психические расстройства, а именно зависимое поведение.

За последнее время число людей, у которых есть такая форма зависимого поведения как химическая зависимость (курение, токсикомания, наркозависимость, лекарственная зависимость, алкогольная зависимость) возросло. Объяснением причин, условий и факторов определяющих этого социального явления занимаются специалисты различных сфер. Зачастую род занятий исследователя влияет на результаты исследований, поэтому большинство исследований по определению причин и факторов аддиктивного поведения раскрывают только одну сторону проблемы, то есть рассматриваются только психологические факторы, биологические или социальные [1].

Математическая модель, учитывающая максимальное количество факторов, поможет выявить закономерности и определить причины, а также факторы развития химических зависимостей. Для создания математических моделей в плохо формализуемых предметных областях лучше всего подходят технологии искусственного интеллекта.

Существует два основных подхода для создания интеллектуальных систем: технологии экспертных систем и нейросетевые технологии. В ходе анализа предметной области, исследований по теме будет выбрана наиболее подходящая технология.

Целью настоящей работы является создание и исследование математической модели, определяющей предрасположенность к химическим зависимостям. Для достижение данной цели были поставлены следующие задачи: химический интеллектуальный зависимость предрасположенность

Анализ исследований на тему предрасположенности человека к химических зависимостям.

Создание опроса, на основе проанализированной литературы.

Анализ предметной области.

Анализ и выбор технологии для создания интеллектуальной системы.

Проектирование интеллектуальной системы.

Исследование полученной математической модели.

Проектирование интерфейса интеллектуальной системы.

Разработка приложения.

Таким образом, объектом исследования является диагностика и прогнозирование развития зависимого поведения с помощью технологий искусственного интеллекта. Предмет исследования: математическая модель для определения предрасположенности людей к химическим зависимостям.

В первой главе будет приведен обзор и анализ подходов для создания интеллектуальных системы, будет выбран оптимальный подход для предметной области исследования, а также будет приведен анализ исследований по теме и составлен перечень входных данных для дальнейшего создания интеллектуальной системы. Вторая глава будет включать описание проектирования интеллектуальной системы и результаты исследования получившейся математической модели. Третья глава будет содержать описание этапов разработки приложения, определяющего предрасположенность к наркотической аддикции.

Глава 1. Интеллектуальные системы и их применение

В данной главе проведен обзор существующих методов искусственного интеллекта. Был выбран оптимальный метод для анализируемой предметной области. Также рассмотрены основные причины наркомании с трех точек зрения: психология, социология и биология.

.1 Понятие и технологии искусственного интеллекта

Искусственный интеллект - это раздел информатики, посвященный моделированию интеллектуальной деятельности человека [2], например, выбор и принятие решения на основе ранее полученного опыта и анализа внешних факторов.

Выделяют два основных стратегических направления создания интеллектуальных систем:

. Технологии экспертных систем.

. Нейросетевые технологии.

Экспертная система (ЭС) - компьютерная программа, способная заменить специалиста-эксперта в решении проблемной ситуации или консультации менее квалифицированных пользователей. ЭС начали разрабатываться исследователями искусственного интеллекта в 1970-х годах, а в 1980-х получили коммерческое подкрепление.

Экспертная система работает в двух режимах: приобретение знаний и решение задач. В режиме приобретения знаний происходит формирование базы знаний. В режиме решения задач общение с экспертной системой осуществляет конечный пользователь.

Таким образом, идея использования технологии экспертных систем заключается в получении знаний от эксперта и их последующем использовании.

Нейронная сеть - это распределенный параллельный процессор, состоящий из элементарных единиц обработки информации, накапливающих экспериментальные знания и предоставляющих их для последующей обработки. Название стратегии нейронных сетей обусловлено тем, что в ее основе лежит нейробиология человеческого мозга: человеческий мозг представляет достаточно сложную структуру, элементарной единицей этой структуры является нейрон [3]. Нейронные сети являются эффективным инструментом интеллектуального анализа данных, то есть они позволяют извлекать знания из данных.

Нейронные сети особенно хорошо зарекомендовали себя при решении задач классификации, прогнозирования, кодирования и декодирования информации и по сравнению с классическими математическими моделями имеют ряд преимуществ:

Универсальность. Нейронные сети не зависят от свойств входных данных и степени их формализации.

Простота. Использование нейронных сети не требует специальной подготовки, в отличие от статистических методов, требующих фундаментальных знаний из области теории вероятностей и математической статистики.

Способность обрабатывать большие объемы данных.

В данной работе интеллектуальная система создавалась методом нейронных сетей, т.к. одним из ее главных преимуществ является сравнительно низкая трудоемкость создания при высоких показателях прогнозирования и тестирования. В то время как для создания экспертной системы требуются годы работы коллектива узкопрофильных специалистов, эффективная нейронная сеть может быть сгенерирована и обучена с нескольких попыток пользователем нейропакета. Также к преимуществу можно отнести возможность выявления новых, еще неизвестных экспертам знаний и зависимостей.

1.2 Искусственный интеллект в медицине и психологии

Методы искусственного интеллекта позволили создать эффективные информационные интеллектуальные системы в областях деятельности, которые не доступны для формализации и алгоритмизации, таких как, медицина, психология, социология, бизнес, политология и экономика.

Любая зависимость, в том числе и наркотическая, является болезнью. Как известно, для продуктивного лечения любой болезни необходимо выяснить причины ее возникновения. Причины наркомании будут описаны в следующей главе, на данном этапе достаточной информацией является о том, что на появление и развитие наркотической зависимости влияет множество факторов. Более того, у людей с одинаковыми характеристиками предрасположенность к наркотической аддикции может кардинально отличаться.

Существует ряд признаков задач, при которых применение нейронных сетей в решении будет оправдано и уместно. Первым признаком является отсутствие алгоритма или принципа решения задачи, но накоплено достаточно примеров таких задач. Вторым признаком является большой объем входных данных (в данном случае - причин наркомании). Последний признак - это избыточность, неполнота, противоречивость или зашумлённость данных [5].

Сопоставив признаки задачи с проблемой выяснения причин наркомании, можно сделать вывод, что данная задача может быть решена методом нейронных сетей.

В психологии методы искусственного интеллекта широко применяются для психодиагностики и выяснения причин психических расстройств. В Германии разрабатывались системы, предназначенные для проведения диагностики при наборе новобранцев в армию. Примером такой является Expert System for the Support of Psychological Diagnostics for the Suitability Examination and Suitability Determination of Conscripts for Basic Military Service, разработанная для военного ведомства Германии [6]. Интеллектуальная система DYSLEXPERT, разработанная в США, выясняет причины, которые препятствуют успешной учебе в школе [7].

Примером успешного применения методов искусственного интеллекта для диагностики психических расстройств является система FEARDEX (Fear Diagnostic Expert System), предназначенная для диагностики фобий. По данным разработчиков системы, результаты, полученные с помощью системы FEARDEX, и диагнозы психологов различаются только в случае невыраженных и редких случаев, для более выраженных фобий результаты не разнятся [8].

На сайте Пермского отделения Научного совета РАН по методологии искусственного интеллекта [9] представлены программы, позволяющие выявлять способность людей к научной деятельности; предрасположенность человека к анорексии, суициду, наркозависимости, насилию и т.д. В основе всех программ лежат нейронные сети.

.3 Определение предрасположенности к наркомании с помощью нейронных сетей

Наркомания - состояние хронической или периодической интоксикации синтетическими или природными веществами, которое характеризуется повышенной толерантностью, неудержимым влечением, психическими или физическими нарушениями [10].

Наркотические вещества могут вызвать как психологическую, так и физическую зависимости в разной степени. Употребление наркотиков пагубно сказывается на деятельности всех органов и систем человека, первую очередь таких жизненно необходимых как сердечно-сосудистая система, печень, почки, легкие, желудок. У наркозависимых людей стремительно падает уровень интеллекта, исчезают интересы и хобби, слабеет память. В состоянии опьянения наркоман может совершать действия опасные для себя и окружающих. Для того, чтобы достать наркотики, он способен совершить любое преступление. Нередки случаи, когда под воздействием наркотика совершаются самоубийства или от приема чрезмерной дозы наступает смерть. Борьба с наркоманией ведется во всем мире на различных уровнях: от профилактического до законодательного.

Наркомания является одной из сложнейших для лечения болезнью. Чтобы бороться и эффективно лечить данную болезнь, необходимо выяснить наркотической аддикции. Изучая и анализируя различные исследования о причинах наркомании, все факторы, условия и причины, влияющие на появление и развитие наркотической зависимости, можно условно разделить на три группы: социальные, психологические и биологические.

.3.1 Социальные факторы

Поскольку возраст большинства наркоманов от 13 до 25 [11], то семья и родители имеют огромное влияние на наркозависимых. Существует распространённое в обществе мнение, что подростки из неблагополучных семей, где о них не заботятся и не уделяют внимания, находятся в группе риска употребления наркотиков.

Анализ литературы подтвердил это, но только отчасти. Безусловно, такие социальные явления как «семейный дефицит», «социальный голод» и отсутствие гармонии в семье, подталкивают ребенка искать понимание и душевное тепло вне доме, в результате ребенок может оказаться не в «той» компании. Если родители не разговаривают с детьми, не знают об их интересах и хобби, не обеспечивают досуг, то ребенку станет не интересно дома, и он уходит из-под влияния семьи. Насилие как физическое так психологическое над детьми либо между родителями тоже является причиной ухода от семьи. Свеженцева Ю. А. пыталась определить характерные особенности детства и юности людей с наркотической зависимостью [12, 13]. Она выявила, что эффективный контроль со стороны родителей является важным фактором, препятствующим употреблению наркотиков.

В то время как гиперопека и сверхзабота также могут стать причиной отдаления от семьи. Ребенок, который является «кумиром семьи», и в обществе хочет чувствовать тоже самое, нередко для демонстрации своей уникальности, либо для привлечения внимания, подростки совершают шокирующие и эксцентричные поступки, какими вполне могут являться употребление алкоголя или наркотиков.

Комер Р. [11] утверждает, что степень религиозности семьи есть основа для этических и моральных ценностях. Немалое значение имеет авторитет родителей и старшего поколения, а также доверительные отношения с ними, поскольку даже если ребенку говорят о вреде и последствиях употребления наркотических средств, у него в сознании не сформируется антинаркотическая установка.

Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что употребление наркотиков не всегда результат депрессивного состояния или глубокого переживания.

Помимо семьи на любого человека влияет и общество в целом. Нестабильная экономическая ситуация в стране, как следствие снижения уровня жизни и уменьшение деловой активности приводят к социальной депрессии и отсутствию чувства собственной значимости и перспективы .

Более того, средства массовой информации, киноиндустрия демонстрируют красивую и богатую жизнь, которая зачастую связана с употреблением таких наркотиков как ЛСД и экстази.

Специфическими причинами употребления наркотиков в России стали развал системы детский организаций и секций, резкое расслоение общества, а также влияние запада и пропаганда западного образа жизни.

.3.2 Психологические факторы

М.Е. Позднякова [14] считает основным мотивом употребления наркотиков стремление получить удовольствие, не предпринимая усилий в реализации жизненных потребностей. Действительно, к наркомании наиболее склонны люди, которые живут одним днем и стремятся только к удовольствию и развлечениям.

Депрессии, эмоциональные расстройства, личные переживания, а также потребность выровнять настроение присущи наркоманам. Наркозависимые часто чувствительны и асоциальны, то есть такие люди неуютно чувствуют себя в обществе других, а также тяжело переживают жизненные трудности. Однако, существует такой тип наркозависимых людей, которые объявляют протест обществу, часто сравнивая общество со стадом.

Бабаян Э.А. и Гонопольский М.Х. [15,16] составили психологический портрет наркомана:

Нравственная незрелость личности.

Отрицательное отношение к учебе и низкий уровень образования.

Отсутствие общественно-политической активности.

Узкий и неустойчивый круг интересов и увлечений.

Неопределенность в вопросах профессиональной деятельности.

Уход от ответственных ситуаций и серьёзных решений.

Утрата перспектив и целей.

.3.3 Биологические факторы

Люди разных рас и национальностей реагируют по-разному на наркотические вещества. Некоторые люди из-за низкого содержания эндорфинов постоянно испытывают чувства дискомфорта. Эти люди сильно подвержены депрессии и очень тяжело переносят разнообразные жизненные трудности. Алкогольные напитки, а также наркотические средства позволяют улучшить и выровнять состояние, но только на время приема наркотических средств, затем их эмоциональное состояние ухудшается в разы, что заставляет употреблять наркотики вновь. Предрасположенные к наркозависимости люди отличаются повышенной чувствительностью к боли, выраженной реакцией на боль с учащением сердцебиения.