Типова схема функціонування ІС

Функціонування ІС можна описати як постійне прийняття рішень на основі аналізу поточних ситуацій для досягнення певних цілей. Природно виділити окремі етапи, які утворять типову схему функціонування ІС:

1. Безпосереднє сприйняття зовнішньої ситуації; результатом є формування первинного опису ситуації.

2. Зіставлення первинного опису зі знаннями системи й поповнення цього опису; результатом є формування вторинного опису ситуації в термінах знань системи. Цей процес можна розглядати як процес розуміння ситуації, або як процес перекладу первинного опису на внутрішню мову системи. При цьому можуть змінюватися внутрішній стан системи і її знання. Вторинний опис може бути не єдиним, і система може вибирати між різними вторинними описами. Крім того, система в процесі роботи може переходити від одного вторинного опису до іншого. Якщо ми можемо формально задати форми внутрішнього подання описів ситуацій й операції над ними, ми можемо сподіватися на певний автоматизований аналіз цих описів.

3. Планування цілеспрямованих дій і прийняття рішень, тобто аналіз можливих дій й їхніх наслідків і вибір тої дії, що найкраще сполучається з метою системи. Це рішення, загалом кажучи, формулюється деякою внутрішньою мовою (свідомо або підсвідомо).

4. Зворотна інтерпретація прийнятого рішення, тобто формування робочого алгоритму для здійснення реакції системи.

5. Реалізація реакції системи; наслідком є зміна зовнішньої ситуації й внутрішнього стану системи, і т.д..

Дуже важливим є наступне міркування.Не слід вважати, що зазначені етапи є повністю розділеними в тому розумінні, що наступний етап починається лише після закінчення попереднього. Навпаки, для функціонування ІС характерно взаємне проникнення цих етапів. Наприклад, ті або інші рішення можуть прийматись вже на етапі безпосереднього сприйняття ситуації. Насамперед, це рішення про те, на які зовнішні подразники варто звертати увагу, а на які не обов'язково. Зовнішніх подразників так багато, що їхнє сприйняття повинне бути вибірковим.

Два важливих доповнення.

1. До сфери розв'язуваних ІС задач належать задачі, що, як правило, мають особливості:

§ у них невідомий алгоритм рішення (такі задачі будемо називати інтелектуальними задачами);

§ у них, окрім традиційних даних у числовому форматі, використається інформація у вигляді зображень, малюнків, знаків, букв, слів, звуків;

§ у них передбачається наявність вибору (не існує алгоритму - це значить, що потрібно зробити вибір між багатьма варіантами в умовах невизначеності). Свобода дій є істотною складовою інтелектуальних задач.

2. Інтелектуальні робототехнічні системи (ІРС) містять змінну, настроювану модель зовнішнього миру й реальної виконавчої системи з об'єктом керування. Мета й керуючі впливи формуються в ІРС на основі знань про зовнішнє середовище, об'єкт керування і на основі моделювання ситуацій у реальній системі.

Про які ознаки інтелекту доречно говорити стосовно до інтелектуальних систем? ІС повинна вміти в наборі фактів розпізнати суттєві, ІС здатні з наявних фактів і знань зробити висновки не тільки з використанням дедукції, але й за допомогою аналогії, індукції й т.д. Крім того, ІС повинні бути здатні до самооцінки - мати рефлексію, тобто засобами для оцінки результатів власної роботи. За допомогою підсистем пояснення ІС може відповістити на запитання, чому отриманий той або інший результат. Нарешті, ІС повинна вміти узагальнювати, уловлюючи подібність між наявними фактами.

Чи можна вважати шахову програму інтелектуальною системою? Якщо шахова програма при повторній грі робить ту саму помилку - то не можна. Навчаємість, адаптовність, накопичення досвіду й знань - найважливіші властивості інтелекту. Якщо шахова програма реалізована на комп'ютері з нескінченно-високою швидкодією й обіграє людину за рахунок прорахунку всіх можливих варіантів гри по жорстких алгоритмах - то таку програму ми також не назвемо інтелектуальною. Але якщо шахова програма здійснює вибір і прийняття рішень в умовах невизначеності на основі ефективних методів прийняття рішень й евристик, коректуючи свою гру від партії до партії в кращу сторону, то таку програму можна вважати досить інтелектуальною.

Щораз, як тільки виникають сумніви в інтелектуальності деякої системи, доцільно згадувати тест Алана Тьюринга на інтелектуальність. Після цього сумніви й подальші суперечки, як правило, припиняються.

Розглянемо докладніше систему керування ІРС, структурна схема якої представлена на рис. 1.2. На цьому малюнку стрілками позначено напрямок руху інформації, двоспрямованими стрілками позначена взаємодія типу "запит-відповідь" і "дія-підтвердження", досить розповсюджена в інформаційних системах. Входом системи є Блок уведення інформації, призначений для уведення числових даних, тексту, мови, розпізнавання зображень. Інформація на вхід системи може надходити (залежно від розв'язуваного завдання) від користувача, зовнішнього середовища, об'єкта керування. Далі вхідна інформація надходить у Блок логічного виводу (БЛВ), або відразу в базу даних (БД) - сукупність таблиць, що зберігають, як правило, символьну й числову інформацію про об'єкти предметної області (зокрема, про об'єкти робототехніки).

Рис. 1.2. Структурна схема інтелектуальної робототехнической системи

БЛВ і формування керуючої інформації забезпечує знаходження рішень для нечітко формалізованих задач ІС, здійснює планування дій і формування керуючої інформації для користувача або об'єкта керування на основі Бази Знань (БЗ), БД, Бази Цілей (БЦ) і Блоку Алгоритмічних Методів Рішень (БАМР).

БЗ - сукупність знань, наприклад, система продукционных правил, про закономірності предметної області.

БЦ - це множина локальних цілей системи, що представляють собою сукупність знань, активізованих у конкретний момент і у конкретній ситуації для досягнення глобальної мети.

БАМР містить програмні модулі рішення задач предметної області по жорстких алгоритмах.

Блок засвоєння знань (БЗЗ) здійснює аналіз динамічних знань із метою їхнього засвоєння й збереження в БЗ.

Блок пояснення рішень (БПР) інтерпретує користувачеві послідовність логічного виводу, виконану для досягнення поточного результату.

На виході системи Блок виводу інформації забезпечує вивід даних, тексту, мови, зображень й інші результати логічного виводу користувачеві й/або Об'єкту Керування (ОК).

Контур зворотного зв'язку дозволяє реалізувати властивості адаптивності й навчання ІС. На етапі проектування експерти й інженери по знаннях наповнюють базу знань і базу цілей, а програмісти розробляють програми алгоритмічних методів рішень. База даних створюється й поповнюється, як правило, у процесі експлуатації ІС.

Динаміка роботи ІРС може бути описана в такий спосіб. При надходженні зовнішньою мовою системи інформації на вхід БВИ виробляється її інтерпретація у внутрішнє подання для роботи із символьною моделлю системи. БЛВ вибирає із БЗ множину правил, активізованих вхідною інформацією, і поміщає ці правила в БЦ як поточні цілі системи. Далі БЛВ згідно заданій стратегії, наприклад, стратегії максимальної вірогідності, вибирає правило із БЦ і намагається довизначити змінні моделі зовнішнього миру й виконавчої системи з об'єктом керування. На основі цього активізуються нові правила БЗ і починається логічний вивід у системі продукций (правил). Ця процедура закінчується, як тільки рішення буде знайдено, або коли буде вичерпана БЦ. Знайдене рішення із внутрішнього подання інтерпретується Блоком Виводу інформації в зовнішню мову підсистеми керування нижчого рівня й об'єкта керування.