Системы с интеллектуальным интерфейсом

Системы с интеллектуальным интерфейсом

Применение ИИ для усиления коммуникативных  способностей информационных систем привело  к появлению систем с интеллектуальным интерфейсом, среди которых можно  выделить следующие типы.

1. Интеллектуальные базы данных. Позволяют в отличие от традиционных БД обеспечивать выборку необходимой информации, не присутствующей в явном виде, а выводимой из совокупности хранимых данных.
2. Естественно-языковой интерфейс. Применяется для доступа к интеллектуальным базам данных, контекстного поиска документальной текстовой информации, голосового ввода команд в системах управления, машинного перевода с иностранных языков. Для реализации ЕЯ-интерфейса необходимо решить проблемы морфологического, синтаксического и семантического анализа, а также задачу синтеза высказываний на естественном языке. При морфологическом анализе осуществляются распознавание и проверка правильности написания слов в словаре. Синтак-сический контроль предполагает разложение входных сообщений на отдельные компоненты, проверку соответствия грамматическим правилам внутреннего представления знаний и выявление недостающих частей. Семантический анализ обеспечивает установление смысловой правильности синтаксических конструкций. В отличие от анализа синтез высказываний заключается в преобразовании цифрового представления информации в представление на естественном языке.
3. Гипертекстовые системы. Используются для реализации поиска по ключевым словам в базах данных с текстовой информацией. Для более полного отражения различных смысловых от-ношений терминов требуется сложная семантическая организация ключевых слов. Решение этих задач осуществляется с помощью интеллектуальных гипертекстовых систем, в которых механизм поиска сначала работает с базой знаний ключевых слов, а затем - с самим текстом. Аналогичным образом проводится поиск мультимедийной информации, включающей кроме текста графическую информацию, аудио- и видеообразы.
4. Системы контекстной помощи. Относятся к классу систем распространения знаний. Такие системы являются, как правило, приложениями к документации. Системы контекстной помощи - частный случай гипертекстовых и ЕЯ-систем. В них пользователь описывает проблему, а система на основе дополнительного диалога конкретизирует ее и выполняет поиск относящихся к ситуации рекомендаций. В обычных гипертекстовых системах, наоборот, компьютерные приложения навязывают пользователю схему поиска требуемой информации.
5. Системы когнитивной графики. Ориентированы на общение с пользователем ИИС посредством графических образов, которые генерируются в соответствии с изменениями параметров моделируемых или наблюдаемых процессов. Когнитивная графика позволяет в наглядном и выразительном виде представить множество параметров, характеризующих изучаемое явление, освобождает пользователя от анализа тривиальных ситуаций, способствует быстрому освоению программных средств и повышению конкурентоспособности разрабатываемых ИИС. Применение когнитивной графики особенно актуально в системах мониторинга и оперативного управления, в обучающих и тренажерных системах, в оперативных системах принятия решений, работающих в режиме реального времени.

В 1936 году философ Альфред Айер рассмотрел обычный для философии вопрос касательно других разумов: как узнать, что другие люди имеют тот же сознательный опыт, что и мы? В своей книге «Язык, истина и логика» Айер предложил алгоритм распознавания осознающего человека и не осознающей машины: «Единственным основанием, на котором я могу утверждать, что объект, который кажется разумным, на самом деле не разумное существо, а просто глупая машина, является то, что он не может пройти один из эмпирических тестов, согласно которым определяется наличие или отсутствие сознания». Это высказывание очень похоже на тест Тьюринга, однако точно неизвестно, была ли известна Тьюрингу популярная философская классика Айера.

[править] Алан Тьюринг

К 1956 году британские учёные уже на протяжении 10 лет исследовали «машинный интеллект». Этот вопрос был обычным предметом для обсуждения среди членов «Ratio Club» — неформальной группы британских кибернетиков и исследователей в области электроники, в которой состоял и Алан Тьюринг, в честь которого был назван тест.

Тьюринг в особенности занимался проблемой  машинного интеллекта, по меньшей  мере, с 1941 года. Одно из самых первых его упоминаний о «компьютерном  интеллекте» было сделано в 1947 году. В докладе «Интеллектуальные  машины» Тьюринг исследовал вопрос, может ли машина обнаруживать разумное поведение, и в рамках этого исследования предложил то, что может считаться  предтечей его дальнейших исследований: «Нетрудно разработать машину, которая  будет неплохо играть в шахматы. Теперь возьмем трех человек — субъектов эксперимента. А, В и С. Пусть А и С неважно играют в шахматы, а В — оператор машины. […] Используются две комнаты, а также некоторый механизм для передачи сообщений о ходах. Участник С играет или с А, или с машиной. Участник С может затрудниться ответить с кем он играет».

Таким образом, к моменту публикации в 1950 году статьи «Вычислительные машины и разум», Тьюринг уже на протяжении многих лет рассматривал возможность существования искусственного интеллекта. Тем не менее, данная статья стала первой статьёй Тьюринга, в которой рассматривалось исключительно это понятие.

Тьюринг начинает свою статью утверждением: «Я предлагаю рассмотреть вопрос „Могут ли машины думать?“». Он подчёркивает, что традиционный подход к этому вопросу состоит в том, чтобы сначала определить понятия «машина» и «интеллект». Тьюринг, однако, выбрал другой путь; вместо этого он заменил исходный вопрос другим, «который тесно связан с исходным и формулируется относительно недвусмысленно». По существу, он предлагает заменить вопрос «Думают ли машины?» вопросом «Могут ли машины делать то, что можем делать мы (как мыслящие создания)?». Преимуществом нового вопроса, как утверждает Тьюринг, является то, что он проводит «чёткую границу между физическими и интеллектуальными возможностями человека».

Чтобы продемонстрировать этот подход, Тьюринг  предлагает тест, придуманный по аналогии с игрой для вечеринок «Imitation game» — имитационная игра. В этой игре мужчина и женщина направляются в разные комнаты, а гости пытаются различить их, задавая им серию письменных вопросов и читая напечатанные на машинке ответы на них. По правилам игры и мужчина, и женщина пытаются убедить гостей, что все наоборот. Тьюринг предлагает переделать игру следующим образом: "Теперь зададим вопрос, что случится, если в этой игре роль А будет исполнять машина? Будет ли задающий вопросы ошибаться так же часто, как если бы он играл с мужчиной и женщиной? Эти вопросы заменяют собой исходный «Может ли машина думать?».

В том же докладе Тьюринг позднее  предлагает «эквивалентную» альтернативную формулировку, включающую судью, который  беседует только с компьютером и  человеком. Наряду с тем, что ни одна из этих формулировок точно не соответствует той версии теста Тьюринга, которая наиболее известна сегодня, в 1952 учёный предложил третью. В этой версии теста, которую Тьюринг обсудил в эфире радио Би-Би-Си, жюри задает вопросы компьютеру, а роль компьютера состоит в том, чтобы заставить значительную часть членов жюри поверить, что он на самом деле человек.

В статье Тьюринга учтены 9 предполагаемых вопросов, которые включают все основные возражения против искусственного интеллекта, поднятые после того, как статья была впервые опубликована.

[править] Элиза и PARRY

Блей  Витби указывает на 4 основные поворотные точки в истории теста Тьюринга — публикация статьи «Вычислительные машины и разум» в 1950, сообщение о создании Джозефом Уайзенбаумом программы Элиза в 1966, создание Кеннетом Колби программы PARRY, которая была впервые описана в 1972 году, и Коллоквиум Тьюринга в 1990.

Принцип работы Элизы заключается в исследовании введенных пользователем комментариев на наличие ключевых слов. Если найдено ключевое слово, то применяется правило, по которому комментарий пользователя преобразуется и возвращается предложение-результат. Если же ключевое слово не найдено, Элиза либо возвращает пользователю общий ответ, либо повторяет один из предыдущих комментариев. Вдобавок Вейзенбаум запрограммировал Элизу на имитацию поведения психотерапевта, работающего по клиент-центрированной методике . Это позволяет Элизе «притвориться, что она не знает почти ничего о реальном мире». Применяя эти способы, программа Вейзенбаума могла вводить в заблуждение некоторых людей, которые думали, что они разговаривают с реально существующим человеком, а некоторых было «очень трудно убедить, что Элиза […] не человек». На этом основании некоторые утверждают, что Элиза — одна из программ (возможно первая), которые смогли пройти тест Тьюринга. Однако это утверждение очень спорно, так как людей, «задающих вопросы», инструктировали так, чтобы они думали, что с ними будет разговаривать настоящий психотерапевт, и не подозревали о том, что они могут разговаривать с компьютером.

Работа  Колби — PARRY — была описана, как «Элиза с мнениями»: программа пыталась моделировать поведение параноидального шизофреника, используя схожий (если не более продвинутый) с Элизой подход, примененный Вейзенбаумом. Для того чтобы проверить программу, PARRY тестировали в начале 70-х, используя модификацию теста Тьюринга. Команда опытных психиатров анализировала группу, составленную из настоящих пациентов и компьютеров под управлением PARRY, используя телетайп. Другой команде из 33 психиатров позже показали стенограммы бесед. Затем обе команды попросили определить, кто из «пациентов» — человек, а кто — компьютерная программа. Психиатры лишь в 48 % случаев смогли вынести верное решение. Эта цифра согласуется с вероятностью случайного выбора. Заметьте, что эти эксперименты не являлись тестами Тьюринга в полном смысле, так как для вынесения решения данный тест требует, чтобы вопросы можно было задавать в интерактивном режиме, вместо чтения стенограммы прошедшей беседы.

Пока  что ни одна программа и близко не подошла к прохождению теста. Хотя такие программы, как Элиза (ELIZA), иногда заставляли людей верить, что они говорят с человеком, как, например, в неформальном эксперименте, названном AOLiza, но эти случаи нельзя считать корректным прохождением теста Тьюринга по целому ряду причин:

• Человек в таких беседах не имел никаких оснований считать, что он говорит с программой, в то время как в настоящем тесте Тьюринга человек активно пытается определить, с кем он беседует.
• Документированные случаи обычно относятся к таким чатам, как IRC, где многие беседы отрывочны и бессмысленны.
• Многие пользователи Интернета используют английский как второй или третий язык, так что бессмысленный ответ программы легко может быть списан на языковой барьер.
• Многие просто ничего не знают об Элизе и ей подобных программах, и поэтому не сочтут собеседника программой даже в случае совершенно нечеловеческих ошибок, которые эти программы допускают

Самообучающиеся системы

Самообучающиеся интеллектуальные системы  основаны на методах автоматической классификации ситуаций из реальной практики, или на методах обучения на примерах. Примеры реальных ситуаций составляют так называемую обучающую выборку, которая формируется в течение определенного исторического периода. Элементы обучающей выборки описываются множеством классификационных признаков.

Стратегия "обучения с учителем" предполагает задание специалистом для каждого примера значений признаков, показывающих его принадлежность к определенному классу ситуаций. При обучении "без учителя" система должна самостоятельно выделять классы ситуаций по степени близости значений классификационных признаков.

В процессе обучения проводится автоматическое построение обобщающих правил или функций, описывающих принадлежность ситуаций к классам, которыми система впоследствии будет пользоваться при интерпретации незнакомых ситуаций. Из обобщающих правил, в свою очередь, автоматически формируется база знаний, которая периодически корректируется по мере накоп-ления информации об анализируемых ситуациях.

Построенные в соответствии с этими  принципами самообучающиеся системы  имеют следующие недостатки:

• относительно низкую адекватность баз знаний возникающим реальным проблемам из-за неполноты и/или зашумленности обучающей выборки;
• низкую степень объяснимости полученных результатов;
• поверхностное описание проблемной области и узкую направленность применения из-за ограничений в размерности признакового пространства.

Индуктивные системы позволяют  обобщать примеры на основе принципа индукции "от частного к общему". Процедура обобщения сводится к  классификации примеров по значимым признакам. Алгоритм классификации  примеров включает следующие основные шаги.

1. Выбор классификационного признака из множества заданных.
2. Разбиение множества примеров на подмножества по значению выбранного признака.
3. Проверка принадлежности каждого подмножества примеров одному из классов.
4. Проверка окончания процесса классификации. Если какое-то подмножество примеров принадлежит одному подклассу, т.е. у всех примеров этого подмножества совпадает значение классификационного признака, то процесс классификации заканчивается.
5. Для подмножеств примеров с несовпадающими значениями классификационных признаков процесс распознавания продолжается, начиная с первого шага. При этом каждое подмножество примеров становится классифицируемым множеством.

Нейронные сети представляют собой  классический пример технологии, основанной на примерах. Нейронные сети - обобщенное название группы математических алгоритмов, обладающих способностью обучаться  на примерах, "узнавая" впоследствии черты встреченных образцов и ситуаций. Благодаря этой способности нейронные сети используются при решении задач обработки сигналов и изображений, распознавания образов, а также для прогнозирования.

Нейронная сеть - это кибернетическая  модель нервной системы, которая  представляет собой совокупность большого числа сравнительно простых элементов - нейронов, топология соединения которых  зависит от типа сети. Чтобы создать  нейронную сеть для решения какой-либо конкретной задачи, следует выбрать  способ соединения нейронов друг с  другом и подобрать значения параметров межнейронных соединений.