Інтелектуальні інформаційні технології та системи. Основні поняття

Інтелектуальні інформаційні технології є одним з найбільш перспективних і стрімко прогресуючих різновидів ІТ, які забезпечують підвищення рівня інтелектуальної інформаційної підтримки процесу прийняття проектних та управлінських рішень та розширюють коло задач необчислювального характеру, які розв’язуються за допомогою комп'ютерів у слабоструктурованих предметних областях. Еволюція інформаційних технологій все більшою мірою визначається їх інтелектуалізацією, яка здійснює істотний вплив на всі наукові і технологічні напрямки, пов'язані з використанням комп'ютерів. Інтелектуалізація стосується як апаратного (наприклад розробка нейрокомп’ютерів), так і програмного (створення експертних та інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень, баз знань тощо) забезпечення інформаційних технологій.

Під інтелектуальними системами будемо розуміти адаптивні системи, здатні до цілеспрямованої поведінки з вирішення поставлених перед ними задач в умовах непередбачених збурень, змін оточуючого середовища та умов роботи. Основна відмінність інтелектуальних систем – наявність механізму системної обробки знань, здатність до «спілкування», «розуміння» та «навчання». Базовим поняттям і науковим підґрунтям інтелектуальних інформаційних технологій виступає штучний інтелект (ШІ), розвиток якого як наукового і прикладного напрямку пов’язаний з іменами таких видатних вчених ХХ сторіччя, як Д.Андерсон, Н.Вінер, Л.Заде, Ж.-Л. Лор’єр, О.Ляпунов, М.Мінський, Д.Маккарті, С. Пейперт, У.Пітс, Д.Поспєлов, Ф.Розенблат, А.Сазерленд, Г.Саймон, Н.Фейгенбаум, Д.Хінтон, Д.Шоу та багатьох інших. Штучний інтелект як прикладна наукова дисципліна, метою якої є відтворення за допомогою штучних пристроїв (переважно комп’ютерів) розумових міркувань та дій, виник більше 50 років тому. Термін «штучний інтелект» (аrtificial intelligence) був запропонований Джоном Маккарті у 1956 р. Перші програми, які можна віднести до ШІ, мали логіко-теоретичний характер і стосувалися розв’язання логічних та обчислювальних задач, доведення математичних теорем, вирішення ігрових задач, зокрема, у шахах. У сучасному розумінні термін «штучний інтелект» (ШІ) тлумачать як науковий напрямок чи дисципліну, у межах яких ставляться і розв’язуються завдання апаратного і програмного моделювання тих видів людської діяльності, які традиційно вважаються інтелектуальними, тобто потребують певних розумових зусиль [92].

У ДСТУ 2938-94 «Системи оброблення інформації. Основні поняття. Терміни і визначення» штучний інтелект визначається як «здатність систем оброблення даних виконувати функції, що асоціюються з інтелектом людини, такі як логічне мислення, навчання та самовдосконалення».

У інформаційних технологіях використовують визначення інтелектуальних інформаційних автоматизованих систем (ІАС), запропоноване Д.Поспєловим [85]. Система вважається за інтелектуальну, якщо вона здатна підтримувати виконання трьох базових функцій: функції представлення і обробки знань, функції міркування та функції спілкування. Перша функція реалізується через здатність інтелектуальної системи накопичувати знання про навколишній світ, порівнювати з раніше накопиченими, класифікувати і оцінювати на корисність і несуперечність, ініціювати процеси отримання нових знань; друга – через здатність формувати нові знання за допомогою логічного виводу, узагальнення та виявлення закономірностей в накопичених знаннях; третя – через здатність спілкуватися з людиною на мові, близькій до природної, отримувати інформацію за каналами, подібними до людських (зокрема, через зір і звук), пояснювати використаний спосіб отримання результату та підтримувати розумову діяльність людини [8].

Функціональна модель інтелектуальної інформаційної системи (рис. 9.1) складається з двох основних підсистем – бази знань з системою управління нею, які забезпечують зберігання і доступ до використовуваних інтелектуальною системою знань, та підсистеми функціональних механізмів у складі: інтелектуального інтерфейсу (забезпечує спілкування із зовнішнім середовищем і перетворення представлень інформації із зовнішнього у внутрішнє і навпаки); підсистеми логічного виводу (формулює постановку задачі на основі аналізу семантики вхідних повідомлень і наявних знань та здійснює пошук та відбір (за певними критеріями) найкращих її рішень); генератора програм (на основі знань про методи розв’язання задач формує програму пошуку рішення) та інтерпретатора задач, який забезпечує виконання згенерованих програм.

До сфери штучного інтелекту може бути віднесена будь-яка задача, алгоритм розв’язання якої не існує або точно невідомий. До компетенції штучного інтелекту належать різноманітні області діяльності, у яких людина діє, не маючи точного методу розв’язання задач. Ці області характеризуються двома характерними відмінностями, які стосуються способу представлення інформації і способу знаходження рішення. По-перше, у них використовується символьна форма представлення інформації (літери, знаки, слова, малюнки, образи тощо), на відміну від традиційних сфер застосування комп’ютерів, у яких використовується чисельна форма. По-друге, у цих областях передбачається можливість вибору на множині варіантів рішення в умовах неповної визначеності.

Рис. 9.1. Функціональна модель інтелектуальної інформаційної системи [39]

Сучасні дослідження у сфері штучного інтелекту охоплюють різноманітні напрямки і класи завдань. Традиційно всі ці дослідження вважають приналежними до одного з двох базових напрямів [17]: біонічне, яке займається проблемами штучного відтворення структур і процесів, притаманних мозку людини, які застосовуються нею при розв'язанні задач, та програмно-прагматичне, яке зосереджується на створенні програм розв'язання задач, що вважаються за прерогативу людського інтелекту (пошук, класифікація, навчання, прийняття рішень, розпізнавання образів, міркування тощо). У межах першого напрямку значних успіхів досягнуто у побудові програмного забезпечення штучних нейронних мереж; другий охоплює такі дослідницькі і прикладні області, як [8]: програми вирішення окремих інтелектуальних задач (програми комп'ютерного доведення теорем, ігрові програми; програми розпізнання зображень; програми для семантичного аналізу і обробки природно-мовної інформації, включаючи машинний пошук, переклад, реферування, класифікацію документів, генерацію (синтез) тексту і мови; програми, що моделюють поведінку; програми для аналізу і синтезу музичних творів); представлення (моделювання), видобування і обробку знань; інтелектуальне програмування; інтелектуальні автоматизовані системи (штучні нейронні мережі, інтелектуальні інформаційні та експертні системи, інтелектуальні АСУ та САПР, інтелектуальні роботи, системи управління знаннями тощо).

Дослідження в області штучного інтелекту супроводжуються розробкою мов програмування нового покоління та нових технологій програмування, які дають змогу використовувати при розробці комп’ютерних програм звичні для людини методи міркування та словниковий запас [61]. Зокрема, технологія концептуального програмування [8], першим успішним продуктом якої була мова ПРОЛОГ, дають змогу за допомогою концепції цілі та твердження моделювати і формалізувати логічне виведення в процесі розв’язання задач, проводити формальні маніпуляції з математичними виразами за об’єктами певної окресленої предметної області, проводити верифікацію відомостей на несуперечливість.

Застосування інтелектуальних інформаційних технологій у бізнесі переважно пов’язане з інформаційно-комп’ютерними системами, що базуються на знаннях (knowledge-based systems), у яких для розв’язання проблем використовуються людські знання. Найпоширенішими категоріями таких систем є інтелектуальні системи підтримки прийняття рішень (СППР) типу експертних і суто інтелектуальних систем ППР, у яких знання людини-експерта подають у вигляді евристик, тобто рекомендацій з вирішення задач, які з високою ймовірністю можна застосувати внаслідок накопиченого досвіду успішного використання у випадку аналогічних задач; системи оброблення природної чи близькою до неї мовами; системи візуалізації (розпізнання образів); нейромережі тощо.