Нейронні мережі
Нейробіонічний підхід до проблеми ШІ ґрунтується на використанні принципів роботи мозку для конструювання інтелектуальних систем. Основу нейрокомп’ютерів становлять нейронні мережі - ієрархічно організовані паралельні з'єднання адаптивних елементів - нейронів, поєднаних один з одним каналами обміну інформацією для спільної роботи, що забезпечують взаємодію з об'єктами реального світу так само, як і біологічна нервова система.
Основні відмінності нейрокомп’ютера від звичайної ЕОМ:
паралельна робота великої кількості простих обчислювальних пристроїв, що забезпечує величезну швидкодію;
здатність до навчання шляхом настроювання параметрів мережі;
висока відмовостійкість і перешкодостійкість мережі;
проста будова окремих нейронів, що дозволяє використовувати нові фізичні принципи обробки інформації для апаратної реалізації нейромереж.
Нейрон — елементарний перетворювальний елемент, складова частина нейромережі, у свою чергу, складається з елементів трьох типів - синапсів, суматора і нелінійного перетворювача.
Розв’язання задачі на нейрокомп'ютері принципово відрізняється від розв’язання тієї ж задачі на звичайній ЕОМ. Нейрокомп'ютеру «показують» вхідні дані задачі і результат, що відповідає цим даним. Нейрокомп'ютер має сам побудувати алгоритм рішення цієї задачі, щоб видати відповідь, що збігається з правильною. Природно очікувати, що чим більше різних пар “вхідні дані-результат” отримує нейрокомп'ютер, тим адекватнішу модель задачі він сформулює. Більше того, якщо після етапу навчання нейрокомп'ютеру надати вхідні дані, яких він раніш не зустрічав, то він теж має знаходити правильні результати. У цьому й полягає здатність нейрокомп'ютера до узагальнення.
Класифікація методів навчання нейронних мереж:
За способом використання вчителя:
З вчителем. Мережа отримує приклади вхідних даних і результуючі дані, що мають бути сформовані в процесі обробки вхідної інформації. Обробивши вхідні дані, мережа порівнює отриманий нею результат з бажаним. Якщо вони не збігаються, то мережа здійснює корекцію вагових коефіцієнтів.
З послідовним підкріпленням знань. У цьому разі мережу не повідомляють, які результуючі дані вона має сформувати, але виставляють оцінку тим результатам, які бути сформовані мережею в результаті обробки вхідних даних.
Без вчителя. Мережа самостійно виробляє правила навчання шляхом знаходження оціночних ознак серед вхідних даних.
За використанням елементів випадковості:
Детерміновані методи, в яких крок за кроком здійснюється процедура корекції ваг мережі, що базується на використанні поточних значень, вхідної та вихідної інформації.
Стохастичні методи, що базуються на використанні випадкових змін ваг у процесі навчання.
Формальні методи в системах штучного інтелекту
Міркування - один із найважливіших видів розумової діяльності людини, завдяки якому вона формулює на основі деяких пропозицій, висловлювань, суджень нові пропозиції, висловлювання, судження. Справжній механізм міркування людини залишається поки недостатньо дослідженим. Людським міркуванням властиві неформальність, нечіткість, нелогічність, широке використання образів, емоцій і почуттів, що робить надзвичайно складним їх дослідження і моделювання.
Загалом людині властиві такі види міркувань: від загального до окремого - дедуктивні; від окремого до загального - індуктивні; від окремого до окремого - традуктивні (за аналогією). Найбільш вивчені в даний час природа і механізми дедуктивних міркувань.
Риунок6.1. Класифікація міркувань
Логіка в найбільш загальному значенні - наука про закони мислення. Логіка вивчає побудову міркувань, що гарантують отримання правильних висновків з істинних посилок. Вона надає засоби точного формулювання думок, що підвищує ефективність будь-якої інтелектуальної діяльності.
Математична (символьна) логіка будується на основі загальнолюдської і дозволяє застосувати математичні методи до міркувань. Інтерес до логіки зростає у зв'язку зі спробами навчити машину робити логічні висновки.
У логіці виділяють такі форми мислення: поняття, висловлювання і міркування.
Поняття про предмет надає можливий варіант відповіді на питання “Що це?”. З поняттям пов'язуються найбільш істотні ознаки предмета. Основними типами визначення понять є:
порівняння - встановлення подібності або різниці між поняттями;
аналіз - поділ цілого на складові частини;
синтез - створення цілого зі складових частин (ознак, властивостей, відношень тощо);
абстрагування - виділення в якомусь понятті певних ознак при відволіканні від інших;
узагальнення - об'єднання різноманітних об'єктів в однорідні групи на підставі загальних ознак;
індукція - правило породження з окремих прикладів нових об’єктів.
Усі поняття поділяються на ряд класів:
залежно від відображення виду або роду об’єктів – на видові і родові;
залежно від кількості відображуваних об’єктів – на одиничні і загальні;
залежно від відображення об’єктів або властивості, що абстрагується від об’єктів , – на конкретні й абстрактні.
Інтенсіональне визначення - це визначення поняття через більш загальне поняття (більш високого рівня абстракції) з наведенням специфічних видових властивостей.
Екстенсіональне визначення - це визначення поняття через поняття нижчого рівня ієрархії або через факти та дані, що належать до цього поняття.
Кожне поняття має зміст і обсяг. Зміст – це комплекс ознак предмета в даному понятті, а обсяг – це сукупність об'єктів, що входять у дане поняття. Зміст поняття визначається в результаті логічної операції визначення поняття.
Класифікація – це розподіл об’єктів на класи за найістотнішими ознаками, що властиві цим об’єктам та відрізняють їх від об’єктів інших класів, при цьому кожен клас може поділятися на підкласи.
Поняття
– це матеріал для побудови висловлень.
З граматичної точки зору висловлення
– це просте речення. У висловленнях
міститься інформація про предмети,
явища, процеси тощо. Висловлення можуть
бути істинними
або хибними.
Елементарне висловлення складається
із суб'єкта А (логічний підмет - те, про
що йдеться у висловленні), предиката Р
(логічний присудок - те, що затверджується
або заперечується у висловленні про
суб'єкт), і квантора (“усі” -
або “існує” -
).
Логічний зв'язок між суб'єктом і предикатом
висловлення - це зв’язок “є” або “не
є”, який у самому реченні може міститися
неявно. Відповідність або невідповідність
цього зв'язку реальності визначає
істинність або хибність судження.
Приклад істинного висловлювання:
“Штрих-код використовують для маркування
товарів”, хибного – “Усі ІС використовують
одну ОС”.
Найпростішим видом міркувань є отримання з одного або кількох висловлень нового висловлення.
З висловлень А1, А2,... , Аn випливає висловлення В, якщо В істинно завжди, якщо істинні А1, А2,... , Аn.
Похідні висловлення - посилки, а нове висловлення В - висновок (наслідок). Можливість виведення висновку з посилок забезпечується логічним зв'язком між ними. Перевірити слушність виведення з посилок можна логічними засобами, не звертаючись до безпосереднього досвіду.
Істинні з погляду логіки висновки будуються за допомогою правил логічного виведення.
Логічне виведення - це багатоетапний процес переходу від посилок до висновку.
Залежно від наявності проміжних кроків міркування поділяються на безпосередні й опосередковані.
Нові знання можуть бути отримані різними способами. Можна вивести їх як логічний наслідок з уже існуючих знань, вивести загальне правило з наявних фактів або перенести факти та знання, істинні для одних об’єктів, на інші об’єкти на підставі їх подібності.
З цієї точки зору міркування поділяють на:
• дедуктивні (від загального до часткового);
• індуктивні (від часткового до загального);
• за аналогією (від часткового до часткового).
Якщо процес міркування йде від одиничних чи окремих фактів до загального правила, що поширюється на ці одиничні чи окремі факти, то має місце індуктивний умовивід.
У дедуктивному умовиводі процес міркування йде від загального правила до знання про одиничний, окремий або менш загальний факт, на який поширюється загальне правило.
На відміну від індукції і дедукції в традуктивному умовиводі посилка і висновок є судженнями однакового рівня узагальнення, тобто процес виведення йде від знання певного ступеня узагальнення до нового знання того ж ступеня узагальнення.
Дедуктивні міркування мають найбільшу доказовість, а міркування за аналогією - найменшу.