Історія розвитку штучного інтелекту

Тепер, коли нагромаджено досвід в організації технологій переробки інформації, відбувається перехід до створення інформаційних технологій з використанням штучного інтелекту. Вважається, що основні напрями в галузі створення інформаційних технологій і штучного інтелекту пов’язані з винайденням ефективних систем подання знань і організацією процесу комунікації користувачів з ЕОМ, а також з плануванням доцільної діяльності та формуванням глобальної структури нормативної поведінки.

Вважається, що розвиток сучасних систем штучного інтелекту розпочався з 50-х років ХХ століття. Цьому сприяла програма, що була розроблена А.Ньюеллом і призначена для доведення теорем в численні під назвою “Логіг-Теоретик”. Деякі автори називають цю систему експертною. Ця робота поклала початок першого етапу досліджень в галузі штучного інтелекту, пов’язаного з розробкою програм, які розв’язують задачі на основі використання різноманітних евристичних методів. Цей етап обумовив появу і розповсюдження терміну штучний інтелект.

Спеціалісти в галузі штучного інтелекту завжди прагнули розробити такі програми, які могли б в деякому розумінні “думати“, тобто розв’язувати задачі таким чином, який би вважався розумним при вирішенні цієї проблеми людиною. Проблема вважається інтелектуальною, якщо алгоритм її розв’язування апріорі не відомий. На початку розвитку штучного інтелекту були спроби моделювати процес мислення людини, але ці спроби зазнали краху. Розробити універсальні програми, як стало зрозуміло, є безперспективною справою. В зв’язку з тим, що важко забезпечити універсальність програми, зосередження розробок перейшло на загальні методи і прийоми спеціальних програм.

З 70-х років зусилля вчених концентрувалися на таких напрямках:

розробка методів представлення, тобто способів формулювання проблем таким чином, щоб їх можна було легко вирішити; розробка методів пошуку, тобто доцільних способів управління ходом рішення завдання, щоб воно вирішувалося протягом реального часу за допомогою реальних засобів.

На початку 80-х років було зроблено наступний висновок: ”ефективність програми вирішення задач залежить від знань, якими вона володіє, а не тільки від формул і схем висновків, які вона використовує”. Сьогодні розвиток фундаментальних досліджень в галузі штучного інтелекту передбачає вирішення зокрема таких проблем:

автоматизоване створення програмного продукту;

автоматизований переклад, інформаційний пошук, генерація документів, організація природного діалогу між користувачем і комп’ютером;

обробка та сприйняття природної мови та тексту;

системи технічного зору та розпізнавання образів;

створення баз знань;

створення експертних систем.

Вже кілька десятиліть дослідники сперечаються щодо визначення області знань, яка зветься штучним інтелектом. Проте глобальною метою досліджень та розробок тут визнано створення штучних систем, що виявляють інтелектуальну поведінку. Дослідницький інтерес стосується розробок як теоретичних положень і формального апарату побудови моделей інтелектуальної діяльності людини, так і штучних систем, у яких реалізуються та перевіряються теоретичні моделі. Це породжує багато локальних цілей моделювання інтелектуальної поведінки людини, що найчастіше формулюються у термінах інтелектуальних задач. Якщо ж розглядати розвиток штучного інтелекту за останнє 50-річчя, а також на близьку перспективу, то можна виділити головні цілі за періодами:

- до 1970р. - підтвердження можливостей виявлення інтелектуальної поведінки обчислювальних машин;

- до 1990р. - створення спеціалізованих засобів штучного інтелекту, до складу яких неодмінно входять комп'ютери (спеціалізація стосується імітації поведінки людини при розв'язанні складних прикладних задач);

- до 2010р. - побудова інтелектуальних комп'ютерних систем з інтегральною інтелектуальною поведінкою, важливою властивістю яких є пристосованість до змін навколишнього середовища.

Сучасні дослідження з штучного інтелекту розвиваються, головним чином, у таких напрямах:

1) створення теорії проектування кібернетичних та обчислювальних систем, у тому числі систем штучного інтелекту;

2) створення моделей розуму;

3) створення сучасних програмних систем для імітації інтелектуальної діяльності людини;

4) розробка традиційних засобів штучного інтелекту (розпізнавання зображень, мовних конструкцій, прийняття рішень, моделювання інтелектуальних функцій поведінки, обробка нечислових конструктивів, тощо);

5) розробка інтелектуальних систем та технологій керування. У деяких з цих напрямків отримані важливі наукові результати.

Період до 1970р. визначається появою в Україні потужних на той час аналогових і електронних обчислювальних машин, а також кібернетичних пристроїв, за допомогою яких можна було довести, що немає такого типу інформації або алгоритму поведінки, які неможливо було б відобразити в ЕОМ. Багато уваги приділялося накопиченню досвіду у розв'язанні складних математичних задач на ЕОМ.

Формувалася система понять штучного інтелекту, усвідомлювалося поняття дискретної "розумної" системи і досліджувалися можливості розробки якісно нового інструментарію, що розширює коло застосування штучного інтелекту в інтелектуальній сфері.

Штучний інтелект пов'язувався із застосуванням роботів у керуванні виробничими технологічними процесами й створенням програм для підтримки людини у виконанні нею складних умоглядних робіт, таких, наприклад, як гра в шахи, прийняття рішень, вивчення мов.

В.М.Глушков здійснив філософський аналіз предмета і методів кібернетики, виділив основні напрямки досліджень з штучного інтелекту і одним із перших сформулював у термінах теорії автоматів основні поняття штучного інтелекту, такі як "адаптація", "самоорганізація", "самовдосконалення", та ввів їх відносну міру

У той же період М.М.Амосов висунув інформаційну гіпотезу про програми психічної діяльності людини. Разом зі своїми учнями він зайнявся моделюванням інтелектуальних функцій мережами автоматів, створив транспортний інтелектуальний робот ТАІР, систему "Соціум".

О.Г.Івахненко розпочав роботу над розпізнавальною самонавчальною системою на базі дворядного персептрона "Альфа". Прихильник біонічного підходу та використання самоорганізації у створенні кібернетичних систем, він розробив метод групового врахування аргументів для розв'язання задач технічної кібернетики, визначив термін "еврістична самоорганізація".

Працюючи в Київському університеті та Інституті кібернетики, Л.А.Калужнін багато уваги приділяв формальним системам, які б давали можливість формувати моделі інтелектуальних об'єктів як складні математичні конструкції. Він розробив метод граф-схем для подання програм, фактично започаткував наукові дослідження з математичної лінгвістики, а разом з Е.Ф.Скороходьком і Ф.О.Нікітіною провів цикл досліджень з формалізації природної мови для опису ситуацій.

О.І.Кухтенко проаналізував предмет кібернетики з точки зору використання при побудові складних систем керування засобів алгебраїчних перетворень, ідей ієрархічних структур та еврістичних процедур. Під його керівництвом було розроблено кілька систем керування рухом літака та електронних тренажерів для цієї мети.

В цей час розроблено ряд програм для розв'язання задач штучного інтелекту: "Еволютор" (А.О.Дородніцина, О.А.Летичевський), розпізнавання змісту фраз (А.О.Стогній, Н.М.Грищенко), перекладу з російської на українську мову, автоматизації доведення математичних теорем, обчислення представлень скінченних груп (Н.Н.Айзенберг, О.А.Летичевський), розпізнавання ізоморфізму скінченних автоматів (Ю.В.Капітонова), класифікації задач і об'єктів різної природи.

Донині розроблено десятки методів розпізнавання образів та класифікації об'єктів, але ефективність цих методів не була розглянута. Виконано цикл робіт, в яких вперше досліджено складність задач та ефективність методів розпізнавання. Показано, що класична байєсівська процедура виявляється субоптимальною з точністю до константи, а в булевому випадку вона еквівалентна процедурі, заснованій на використанні відокремлюючої гіперплощини. Застосування розробленої теорії складності задач розпізнавання образів дає можливість відмовитись від використання на практиці неперспективних алгоритмів, вказати ті класи задач, для яких відомі методи є субоптимальними, а також побудувати нові субоптимальні методи розпізнавання.

Створено комп'ютерну систему прогнозування характеристик об'єктів (що описуються таблицями даних), яка дає можливість за частково заданою інформацією про досліджувані об'єкти дати комплексний прогноз відносно невідомих їх параметрів. Джерелом інформації мають виступати дані, підготовлені користувачем у вигляді таблиць в СУБД. Можливі галузі застосування системи - прогнозування економічної та фінансової діяльності, процес створення нових матеріалів та хімічних речовин з заданими властивостями, медицина, комп'ютерна селекція тощо.

Період від 1970 до 1990 р. характеризується теоретичними дослідженнями з штучного інтелекту на досить високому математичному рівні. Відзначимо роботи в галузі побудови загальної теорії керування, математичної теорії проектування обчислювальних систем, розробки і обгрунтування алгоритмів та еврістичних процедур розв'язання складних прикладних задач, використання ідей штучного інтелекту для формалізації реальних об'єктів і ситуацій в біології, медицині, економіці, лінгвістиці, підготовки бази для сприйняття ідей колективної обробки інформації й гуманізації комп'ютерного середовища.

З.Л. Рабиновичу вдалося опрацювати ідею підвищення машинного інтелекту. Ним же розроблено системно-біонічний підхід до побудови інтелектуальних ЕОМ на базі концептуального моделювання механізмів мислення. Його учні - В.М.Коваль та В.П.Гладун теж зробили значний внесок у розвиток проблематики штучного інтелекту. Перший разом зі своїми співробітниками розвинув ідею інтелектуальних розв'язувачів, запропонував математичний апарат аналізу багатовимірних процесів для розпізнавання динамічних обстановок та прийняв участь у створенні перших в світі цифрових інтелектуальних гідроакустичних комплексів. Другий розробив апарат обробки пірамідальних мереж як один із альтернативних засобів подання знань у штучних системах, він же плідно працював над плануванням рішень для експертних, систем.

У цей же час запропоновано динамічні моделі розпізнавання мови, створено систему "Речь" мовного спілкування людини з ЕОМ із словником до 1000 слів, яка настроювалася на голос користувача. Розроблено теорію розпізнавання стереозображень та автоматизовану програмну систему обробки й аналізу багатозональних зображень КРОКІС.

Розроблено теорію сприйняття та побудови моделі навколишнього середовища для систем типу "Око - рука" та виконано кілька проектів таких програмно-апаратних систем. Створено та запроваджено в виробництво систему "Міотон" відновлення моторних функцій людини за допомогою програмного керування м'язовою активністю. Здійснено дослідження моделей нейрона і нейронних мереж, що дозволило сформулювати моделі нейрофізіологічної та нейропсихічної діяльності мозку. Запроваджено новий підхід до побудови моделей пам'яті й проведена розробка приладів, що допомагають роботі операторів у складних системах керування. Розроблено та введено в експлуатацію одну з перших автоматизованих систем обробки медичної інформації.

Можна відзначити плідну працю вчених над рядом проблемно-орієнтованих інтелектуальних систем штучного інтелекту, серед яких - експертні та навчальні системи, мовні процесори. Тривала розробка прототипів програмних систем, що моделювали вплив властивостей особистості на вибір поведінки у проблемному середовищі.

З початку 80-х років у Інституті кібернетики було започатковано роботи з інтелектуальної робототехніки, теоретично обгрунтовано методи реалізації інтелектуальних інформаційних технологій, що забезпечують автономне функціонування роботів та інших виконавчих механізмів. Розроблено методи розпізнавання об'ємних тіл та просторових сцен і побудови моделі навколишнього середовища, методи самопрограмування цілеспрямованих дій виконавчих механізмів в оточенні з перешкодами, методи діалогового спілкування людини з технічними системами засобами образного подання результатів обчислень у вигляді синтезованих зображень та відеофільмів. На основі теоретичних розробок створено ряд прикладних систем: технічного зору різного призначення (в тому числі для автоматичного управління електронно-променевим зварюванням), моделювання процесів використання керованих на відстані агрегатів для ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, програмно-технічних засобів побудови геометричної моделі середовища в підземних приміщеннях 4-го енергоблоку ЧАЕС, моделювання взаємодії оператора в скафандрі з роботом під час монтажу космічних об'єктів на орбіті.

Для сучасного періоду характерні такі напрямки досліджень: розвиток математичної теорії проектування кібернетичних систем, особливо розподілених, багатопроцесорних і неоднорідних; розробка алгоритмів обробки алгебро-логічних структур даних; створення нової генерації моделей розуму та розумових функцій, на базі яких розроблено інтелектуальні комплекси та програмні системи; розробка кількох зразків інтелектуальних машин та програмних прототипів для розв'язання складних інтелектуальних задач (доведення теорем, аналітичних перетворень, перекладу з натуральних мов, розпізнавання зображень та мовних конструкцій тощо). Відзначимо також інструментальний програмно-інформаційний комплекс для вивчення властивостей патогенезу ВІЛ-інфекції, в якому реалізовано ідею агрегації структур знань з різних джерел з метою формування бази даних для діагностування та прогнозу (прямого й зворотного) розвитку ВІЛ-інфекції; систему "Рада" для колективного прийняття рішень; ситуаційні центри при Президентові та Міністерстві оборони України, систему автоматизації законотворчого процесу в комісіях Верховної Ради України; систему алгебраїчного програмування для розв'язання задач на алгебро-логічних моделях предметних областей; експертні системи для прогнозування економічних явищ; бази даних та знань у різних предметних областях.

В 90-х роках було розроблено нейромережні модулі обробки інформації, що дають можливість поліпшити характеристики систем розпізнавання образів і систем пошуку інформації у відповідності з інтересами користувача. Створено також апаратні засоби підтримки нейромережних модулів - нейрокомп'ютери. Два типи нейрокомп'ютерів розроблені спільно з японською фірмою "Ваком". Досліджені принципи побудови адаптивних систем управління мікромеханічним обладнанням з використанням нейромережних модулів.

Розроблені нейромережні модулі використані для створення системи пошуку інформації, яка самостійно будує модель інтересів користувача і з поточної інформації вибирає таку, що найбільше його цікавить. Модулі, що містять нейромережні класифікатори, були використані для створення систем розпізнавання рукописних слів та в інших сферах.

Відбувається нове підвищення складності об'єктів обробки інформації, упоратися з яким людина може лише шляхом підвищення рівня інтелектуалізаціі технічних засобів. Це спричиняє необхідність розвитку таких кібернетичних понять, як самоорганізація, самокерування, розумна, адаптивна поведінка, самовдосконалювальні та генераційні системи. В центрі досліджень перебувають питання розробки людино-орієнтованих інформаційних технологій в різних видах професійної діяльності й засобів їх реалізації. Ефективність їх істотно залежить від зміни технології обігу інформації у суспільстві. Дедалі більшого значення набувають методи й інструментарій системного аналізу.