РОБОТЫ И ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

Елена Алексеевна Стручок, аспирант кафедры сетевых информационных систем УГППУ-СИПИ


Предыстория


 

Существует средневековая легенда. Кельн середины XIII столетия. Увлечение алхимией и астрологией. В одном из центров по изучению теологии работают монах Фома Аквинский и его учитель Альберт фон Больштедт, прозванный еще при жизни Великим за свою ученость. Альберт часто работал в мастерской, создавая хитроумные устройства и механизмы. Однажды, придя к нему в гости, Фома увидел женщину, тело которой светилось каким-то неземным светом. Она подняла руку, повернула к нему голову и вежливо поздоровалась. Но было в ней что-то страшное и неживое. Воспитанный в благочестии и почитании бога, Фома сразу же понял, что это дьявольское наваждение. В мгновении ока разбил он тростью лучшее инженерное творение того времени – человекоподобную куклу, которая умела ходить, двигать руками и говорить.

Подобные сказки, предания, мифы никогда не возникают на пустом месте. В основе их лежат какие-то реалии, и лишь фантастическое преломление этих реалий, может быть, просто не понятых современниками, придает легендам оттенок необычности и сказочности.

Идеи гомункулусов – существ, подобных человеку, которых якобы можно было получить искусственно в XVI веке, андроидов – механических людей XVIII века (известны творения французского механика Жака де Вокансона и швейцарских часовщиков Пьера-Жака Дро и его сына Анри Дро – "флейтист", "писец", "рисовальщик" и т.д.), роботов XX века – вытеснивших название "андроиды" и представлявших собой так же механические куклы, не отличающиеся внешне от человека, но превосходящие его как физически так и интеллектуально – были попытками внешнего моделирования человеческого поведения и человеческих возможностей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wpe34.jpg (10142 bytes)

 

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

Усилия, потраченные на создание андроидов и роботов первой половины нашего века – не напрасны. Был положительно решен вопрос о возможности механической имитации антропоморфных движений. Следствием стало развитие науки биомеханики, что позволило в наше время создавать протезы для людей.

Параллельно попыткам внешнего моделирования человеческих возможностей все время шли поиск и развитие методов, позволяющих имитировать внутренние процессы, протекающие в человеке. В первую очередь процесс мышления. Этим занимались: Сократ (сократические беседы), Аристотель (теория силлогизмов), Гиллель (герменевтика), Ф. Бэкон (индукция), Д. Буль (математическая логика) и т.д. Благодаря им к середине XX века уже существовало сформировавшееся здание теории логических рассуждений. Немало внимания уделялось и моделированию коммуникационных возможностей человека.

 

 

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

Недостатки естественных человеческих языков, связанные с их многозначностью и неточностью, обращали на себя внимание еще в Древней Греции. В XVII веке идея создания точного "философского" языка для описания знаний об окружающем мире нашла многочисленных сторонников. Попытки Декарта, Тирояна, Лейбница не увенчались успехом, Но усилия, потраченные на создание философского языка, не пропали даром. Например, классификация Карла Линнея – первая строго научная классификация в естествознании – возникла на основе идей философского языка. Современные исследования в области интеллектуальных систем также активно используют те идеи о строгом языке знаний, которые были сформулированы еще 350 лет назад.

Таковы были некоторые идеи, связанные с имитацией внешних форм поведения человека, его способностей к рассуждениям и коммуникациям. К началу XX века многие из этих идей принесли богатые плоды, как, например, идея формализации рассуждений. Другие остались на уровне начальных догадок. Однако все они оказались нужными и полезными когда появились технические устройства, названные электронными вычислительными машинами, способные имитировать многие специфические особенности мышления и жизнедеятельности человека. Все это непосредственно предшествовало появлению науки "Искусственный интеллект".

Переход atvbull1.gif (147 bytes) Переход atvbull1.gif (147 bytes)

Могут ли компьютеры мыслить?
Искусственный интеллект - это попытка ответить на данный вопрос



Рождение.

Исследования по искусственному интеллекту принадлежат к числу тех немногих научных и научно-технических дисциплин, дата рождения которых может быть указана чуть ли не с точностью до дня. И в то же время, такая дата у искусственного интеллекта была не одна, а как минимум две, что нередко случается в истории науки.

Действительно, впервые термин "искусственный интеллект" был введен в научную практику летом 1956 года, когда в г. Дартмусе (США) по инициативе известного американского специалиста по теории и практике ЭВМ Джона Маккартни собрались многие "крестные отцы" кибернетики – К. Шеннон, М. Минский, Г. Саймон, А. Ньюэлл и другие – с целью обсудить возможность реализации проекта создания искусственного интеллекта. Термин "искусственный интеллект" был введен даже в название конференции – Dartmouth Summer Research Project on Artificial intelligence, и очень скоро вошел в научный обиход.

Участники дартмусской конференции 1956 года не могли обойти вниманием одну более раннюю работу, прямо относящуюся к проблематике искусственного интеллекта (хотя этот термин в ней не использовался) – статью видного английского математика Алана Тьюринга "Computing machinary and intelligence", опубликованную в октябрьском номере журнала "Mind" в 1950 году. Октябрь 1950 года – это вторая (а исторически первая) дата возникновения исследований по искусственному интеллекту. В этой статье А. Тьюринг сформулировал свой знаменитый тест, согласно которому компьютер демонстрирует интеллектуальное поведение в том случае, если он способен действовать так, что наблюдатель не в состоянии решить, имеет ли он дело с компьютером или с человеком.

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

Определение.
В качестве определения, как правило, формулируется основная цель исследований ("программа максимум") – создание искусственных интеллектуальных систем, способных выполнять не хуже (а возможно и лучше) человека ту работу, которую люди традиционно относят к сфере интеллектуального труда. Однако необходимо, прежде всего, разделить множество интеллектуальных задач на два класса: творческие задачи (в момент выдвижения которых отсутствует метод их решения) и рутинные задачи (решение таких задач известно, требуется лишь повторно найти такое решение).

Но современный компьютер обречен действовать по инструкциям, составленным в виде программы. В силу этого он прекрасно справляется с рутинными интеллектуальными процессами (нередко лучше человека), но он не способен найти решение задачи, не предусмотренное заранее в его программе. Поэтому любая задача, с которой компьютер не может справиться в данный момент, выступает как, по сути своей, действительно интеллектуальная творческая задача, но как только способ ее решения формализован в виде программы, она переходит в разряд рутинных задач.

Таким образом, искусственный интеллект оказывается искусственным, но не интеллектом. Подобное самоотрицание частично снимается переопределением искусственного интеллекта ("программа минимум") как области исследований, направленных на то, чтобы компьютеры могли выполнять функции, которые в настоящее время для них трудны, и особенно такие которые способны выполнять только люди.

 

wpe36.jpg (2885 bytes)

 

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

Настоящее.
Искусственный интеллект является сейчас "горячей точкой" научных исследований. В этой точке, как в фокусе, сконцентрированы наибольшие усилия программистов, лингвистов, психологов, математиков, инженеров. В список можно включить представителей практически всех научных специальностей. Именно здесь решаются многие коренные вопросы, связанные с путями развития научной мысли, с воздействием достижений в области вычислительной техники на жизнь будущих поколений людей. Исследования в области искусственного интеллекта идут в двух направлениях теоретическом и практическом.

Переход atvbull1.gif (147 bytes) Переход atvbull1.gif (147 bytes)

Практика искусственного интеллекта


 

Искусственный интеллект – реальность сегодняшнего дня, как правило, неосознанная. С уверенностью можно говорить, что каждый, кто пользовался компьютером с современным программным обеспечением, работал с интеллектуальными программами.

Графический интерфейс, позволяющий "мыслить образами", поддерживается большинством таких программ. Графический интерфейс это часть "интеллектуального интерфейса" – комплекса средств для постановки задачи не выходя за рамки естественного языка, которым обычно пользуются специалисты в той или иной области. Подобные системы осуществляют перевод информации о задаче, описанной текстами или графикой, в машинный код, далее планируют решение задачи, включая определение и формирование целей, и создание стратегии для их достижения.

Всем известно, что текстовые редакторы проверяют орфографию. Возможно, это не достаточно интеллектуальная работа. Но вот сообщение о том, что в этом году в США сочинения абитуриентов будут проверять компьютеры удивительно. Ведь оцениваться будет не только орфография, но и пунктуация, семантика, словарный запас. Все это результаты исследований в области естественно-языковых систем искусственного интеллекта. Другими результатами являются электронные переводчики и пакеты символьных вычислений.

Практически для всех первое знакомство с компьютером начиналось с игр. Крестики-нолики, шахматы, шашки и т.д. Алгоритмы таких игр, как правило, очевидны и сводятся к перебору и оценке всевозможных вариантов из пространства решений. Однако затруднения возникали при реализации – не хватало ресурсов (времени, памяти) по причине неэффективности простого перебора. В основу же искусственного интеллекта положено понятие эвристики – это любая процедура уменьшающая пространство поиска. Именно эвристики реализованы в алгоритмах подобных игр. И теперь компьютер обыграл Каспарова.

Отдельно хотелось бы сказать о виртуальной реальности. Элементы виртуальной реальности используются не только в играх с целью достижения большей зрелищности, но и для создания виртуальных тренажеров для профессиональной подготовки. В западных университетах исследуются возможности применения виртуальной реальности для построения обучающих программ.

Одним из движущих мотивов исследований в области искусственного интеллекта является возможность приложения новых методов к решению практических задач.

Пожалуй, наиболее известным и наиболее интересным направлением искусственного интеллекта являются поисковые системы, в частности экспертные.
Цель исследований по экспертным системам состоит в разработке

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

интеллектуальных программ, которые при решении задач, трудных для человека не эксперта, получают результаты не уступающие по качеству и эффективности решениям эксперта. Основным элементом экспертной системы является база знаний, составленная экспертами в той или иной предметной области. Пользователь задает вопросы экспертной системе, которая, используя поисковый механизм, отвечает на них, объясняя процесс нахождения результата.

Подобные системы нашли применение в различных областях знаний. Классическими являются системы MYCIN для диагностики и лечения заболеваний крови, PROSPECTOR для анализа месторождений полезных ископаемых (с помощью этой программы было найдено месторождение молибдена стоимостью 1 млрд долларов), VAX для подбора конфигурации (данная система экономила 18 млн долларов ежегодно) и другие. Интернет предоставляет огромное количество информации о различного рода экспертных системах: для эффективного построения сети, для конфигурирования средств мультимедиа и даже для предотвращения военных конфликтов.

Еще одной из областей исследования является роботика. Любой из нас может назвать не один десяток применений, которые возможно найти роботам. Исследования в труднодоступных местах (на иных планетах или дне океана), работа в опасной для человека среде (пожар, высокая радиоактивность и др.), выполнение рутинной неинтеллектуальной деятельности.

Цель работ по промышленным роботам состоит в том, чтобы создать машины, не уступающие по гибкости людям. Методы анализа сцен и распознавания образов, представляющие еще одно направление искусственного интеллекта, позволяют конструировать роботоподобные устройства, способные собирать механизмы из деталей, лежащих кучей где-нибудь на лавке, подобно тому, как это делал бы сборщик человек.

Однако и здесь, несмотря на известные достижения, скорее больше вопросов, чем ответов. Многое из того, что человек делает с легкостью, для роботов оказывается очень трудным. Так пересечь без неприятностей улицу, не слишком загруженную транспортом или взять в руки

 

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

хрупкий предмет, например, яйцо, не ломая его, для человека – сущий пустяк, но этот "пустяк" вычислительная компонента робота пока не в состоянии сделать без посторонней помощи.

Многие из тех полезных функций, которые легко осуществляет мозг, но которые достаточно трудны для вычислительной машины, попадают в категорию распознавания образов (зрительных, слуховых, тактильных). Искусственное распознавание образов и роботика вводят вычислительную машину в тесный контакт с реальным миром. Эти два направления придают искусственному интеллекту особый характер, весьма отличный от всего ранее достигнутого.

Структура мозга и процессы, в нем происходящие явились прототипами нейронных сетей. С помощью нейронных сетей можно, например, предсказывать показатели биржевого рынка, выполнять распознавание оптических или звуковых сигналов, создавать самообучающиеся системы, способные управлять автомашиной при парковке или синтезировать речь по тексту. В то время как на западе применение нейронных сетей уже достаточно обширно, у нас это еще в некоторой степени экзотика - российские фирмы, использующие нейронные сети в практических целях, наперечет.

Широкий круг задач, решаемый нейронными сетями, не позволяет в настоящее время создавать универсальные, мощные сети, вынуждая разрабатывать специализированные нейронные сети, функционирующие по различным алгоритмам.

Вычислительные машины находят разнообразные применения в области искусства. В большинстве случаев они являются всего лишь инструментом творца. Однако искусственный интеллект уделяет внимание составлению программ, которые позволили бы создавать с помощью компьютера оригинальные произведения изобразительного искусства, поэтического творчества, музыки. Так в рамках одного достаточно поверхностного исследования поэтических возможностей компьютера два студента применили метод псевдослучайного генерирования грамматических предложений при словаре не более чем из 100 слов. Некоторыми из сочиненных машиной фраз мог бы гордиться и иной поэт:


Вялая мысль взывает к луне.
Камень зовет любовь, тогда как вялое сильное желание становится странным, но ледяное дерево отталкивается с отчаянием.
Яркость становится нечеткой.
Камень стоит шелковый как сильный шелк и остается ярким в шелково-зеленой солнечной ночи.


Машинную поэзию вполне можно называть современной, поскольку она, во-первых, загадочна и, во-вторых, не прибегает к рифме.

Предпринимались попытки моделировать прозу. В частности была создана программа, сочиняющая волшебные сказки.

Переход atvbull1.gif (147 bytes) Переход atvbull1.gif (147 bytes)

Теория искусственного интеллекта



Практически все интеллектуальные системы имеют достаточно простое строение: база знаний о предметной области и механизм интерпретации этих знаний к условиям конкретной задачи. Наиболее интеллектуально сложным и трудоемким считается создание базы знаний. Данные должны иметь определенную структуру, удобную как для кодирования, так и для дальнейшей поисковой работы. Вопросами извлечения знаний и их формализации занимается "инженерия знаний".

Человек является источником идей для реализации механизмов интерпретации и применения знаний. Особенности мышления отражены в так называемых машинах прямого и обратного вывода, используемых для построения экспертных систем.

Философские аспекты искусственного интеллекта. Основная философская проблема в области искусственного интеллекта – возможность или не возможность моделирования мышления человека. В случае если когда-либо будет получен отрицательный ответ на этот вопрос, то все остальные вопросы не будут иметь не малейшего смысла. Как правило, исследователи в области искусственного интеллекта по роду своей деятельности являются оптимистами и не только дают положительный ответ, но и приводят некоторые доводы.

1. Первое доказательство является схоластическим, и доказывает непротиворечивость искусственного интеллекта и Библии. По-видимому, даже люди далекие от религии, знают слова священного писания: "И создал Господь человека по образу и подобию своему …". Исходя из этих слов, мы можем заключить, что, поскольку Господь, во-первых, создал нас, а во-вторых, мы по своей сути подобны ему, то мы вполне можем создать кого-то по образу и подобию человека.

2. Создание нового разума биологическим путем для человека дело вполне привычное. Наблюдая за детьми, мы видим, что большую часть знаний они приобретают путем обучения, а не как заложенную в них заранее. Данное утверждение на современном уровне не доказано, но по внешним признакам все выглядит именно так.

3. То, что раньше казалось вершиной человеческого творчества – игра в шахматы, шашки, распознавание зрительных и звуковых образов, синтез новых технических решений, на практике оказалось не таким уж сложным делом (теперь работа сводится не к исследованию уровня возможности или невозможности реализации перечисленного, а к нахождению наиболее оптимального алгоритма). Есть надежда, что и полное моделирование мышления человека окажется не таким уж и сложным делом.

Следующим философским вопросом искусственного интеллекта является цель создания. В принципе все, что мы делаем в практической жизни, обычно направлено на то, чтобы больше ничего не делать.

 

 

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

Допустим, что человек сумел создать интеллект, превышающий свой собственный (пусть не качеством, так количеством). Что теперь будет с человечеством? Какую роль будет играть человек? Для чего он теперь нужен? И вообще, нужно ли в принципе создание ИИ?

Возможно, самым приемлемым ответом на эти вопросы является концепция "усилителя интеллекта" (УИ). Здесь уместна аналогия с президентом государства. Он не обязан знать валентности ванадия или языка программирования Java для принятия решения о развитии ванадиевой промышленности. Каждый занимается своим делом – химик описывает технологический процесс, программист пишет программу; в конце концов, экономист говорит президенту, что вложив деньги в промышленный шпионаж, страна получит 20%, а в ванадиевую промышленность – 30% годовых. В данном примере президент использует биологический УИ – группу специалистов с их белковыми мозгами. Но уже сейчас используются и неживые УИ – например мы не могли бы предсказать погоду без компьютеров, при полетах космических кораблей с самого начала использовались бортовые счетно-решающие устройства.

В тоже время, интеллектуальная система, вполне могла бы иметь свои желания, и поступать не так, как нам хотелось бы. Таким образом перед нами встает еще одна проблема – проблема безопасности.

Данная проблема будоражит умы человечества еще со времен Карела Чапека, впервые употребившего термин "робот". Большую лепту в обсуждение данной проблемы внесли и другие писатели-фантасты. Как самые известные можно упомянуть серии рассказов писателя-фантаста и ученого Айзека Азимова. Кстати именно у Айзека Азимова мы можем найти самое проработанное, и принятое большинством людей решение проблемы безопасности. Речь идет о так называемых трех законах роботехники.


1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.

alvbull1.gif (935 bytes)Переход закончен

2. Робот должен повиноваться командам, которые ему дает человек, кроме тех случаев, когда эти команды противоречат первому закону.

3. Робот должен заботиться о своей безопасности, насколько это не противоречит первому и второму закону.


На первый взгляд подобные законы, при их полном соблюдении, должны обеспечить безопасность человечества. Однако при внимательном рассмотрении возникают некоторые вопросы. Законы сформулированы на человеческом языке, который не допускает простого их перевода в алгоритмическую форму. Попробуйте, к примеру перевести на любой из известных Вам языков программирования, такой термин, как "причинить вред". Или "допустить". Далее предположим, что данные законы переформулированы на язык, который понимает автоматизированная система. Теперь интересно, что будет подразумевать система ИИ под термином "вред" после долгих логических размышлений? Не решит ли она, что все существования человека это сплошной вред? Ведь он курит, пьет, с годами стареет и теряет здоровье, страдает. Не будет ли меньшим злом быстро прекратить эту цепь страданий? Конечно можно ввести некоторые дополнения, связанные с ценностью жизни, свободой волеизъявления. Но это уже будут не те простые три закона.

Однако несмотря на перечисленные проблемы, данные законы являются довольно неплохим неформальным базисом проверки надежности системы безопасности для систем искусственного интеллекта.

Еще один вопрос – а стоит ли вообще создавать искусственный интеллект, может просто закрыть все работы в этой области? Единственное, что можно сказать по этому поводу – если искусственный интеллект можно создать, то рано или поздно он будет создан. И лучше его создавать под контролем общественности, с тщательной проработкой вопросов безопасности, чем он будет создан лет через 100–150 (если к тому времени человечество еще не уничтожит само себя) каким-нибудь программистом-механиком-самоучкой, использующим достижения современной ему техники.

 

wpe21.jpg (11045 bytes)

Переход atvbull1.gif (147 bytes) Переход atvbull1.gif (147 bytes)

 





Сайт "Искусственный интеллект" - программирование ИИ от разработчика: общение, статьи, ссылки.

Copyright "OBRAZEC.RU", 2002-2017. Последние изменения внесены October 31 2010 18:02:46.
С предложениями и замечаниями обращайтесь на форум.



         Дата предыдущего изменения 13 февраля 2007 года.