Intelligens rendszerek elmélete

Átírás

1 Intelligens rendszerek elmélete Dr. Kutor László Ami a tárgyalásból kimaradt Login név: ire jelszó: IRE07 IRE 11/1 Ami a tárgyalásból kimaradt Az információ feldolgozó paradigmák csoportosítása Koncentrált (MI) Elosztott (EMI) - Holland-féle osztályozó rendszer - Tábla paradigma - Ambiens (Ambient) intelligencia Nyelvtechnológia: - Beszéd generálás - Beszéd felismerés - Gépi fordítás Gépi látás (képfeldolgozás, alakfelismerés, képfelismerés) Robotok (intelligens?) : inkrementálisan létrehozott intelligencia Ágens paradigma IRE 11/2

2 Az elosztott (MI) rendszerekben megoldandó problémák Hogyan írjuk le, bontsuk fel és rendeljük hozzá a problémákat a feladat megoldására szerveződő külön-külön intelligens alrendszerek között, valamint a részeredményeket hogyan szintetizáljuk? Hogyan biztosítsuk az alrendszerek kommunikációját és interakcióját? Milyen nyelvet protokollt használjanak és mikor kommunikáljanak? Hogyan biztosítsuk az alrendszerek koherens viselkedését, és hogyan kerüljük el az esetlegesen káros összeütközéseket? Hogyan jön létre az alrendszerek működésének ütemezése? Milyen technikai megoldásokat használjunk az elosztott mesterséges intelligencia rendszerek tervezésére és építésére, optimalizálására? IRE 11/3 Elosztott rendszerek optimalizálása (Siker büntetés- elosztása) Visszacsatolás!! Credit assignment bemenetek kimenetek Főbb elvek: 1. siker elosztás a közreműködés arányában (globális) 2. Adaptálás a helyi információk alapján (lokális) IRE 11/4

3 A Holland-féle osztályozó rendszer hierarchikus szerkezete L.B.Booker, D.E. Goldberg, J.H. Holland, (1982) Szabálykereső rendszer (GA) Súlyozó (tanító) rendszer Bemeneti intefész Osztályozó rendszer Kimeneti intefész IRE 11/5 Az osztályozó rendszer részei osztályozók tárolója feltétel válasz korábbi sikeresség Bemenet Bemeneti intefész Üzenetlista Kimeneti intefész Válasz Bemeneti interfész: a környezet aktuális állapotát szabványos üzenetté alakítja át. Az osztályozók tárolója: a rendszer információ feldolgozó eljárásait leíró szabályokat tartalmazza. Üzenet lista: egyrészt a bemeneti interfésztől, másrészt az aktivizált és engedélyezett szabályoktól érkező üzeneteket tartalmazza. Kimeneti interfész: alakítja át az üzenetek egy részét olyan rendszer-válaszokká, melyek módosítják a környezet állapotát. IRE 11/6

4 A tűzoltóbrigád algoritmus (Bucket brigade) Célja : elosztott, inkrementális tanulás Az osztályozó (szabály) felépítése: Ha (feltétel) akkor (következmény,hatás,üzenet) erősség(s(t)) A szabály aktivizálásában szerepet játszó tényezők: feltétel megfelelés (relevance) R(c) korábbi sikeresség (strength) S(c,t) A szabályok az aktivizálásukért versenyeznek. A verseny a felajánlás (bid) alapján dőlel B(c) B(c,t)=k*R(c)*S(c,t) A győztes a felajánlást átadja annak a szabálynak, ahonnan az üzenet kapta. IRE 11/7 A Holland-féle osztályozó rendszer főbb jelemzői Párhuzamos rendszer. Üzenet-továbbításos rendszer. Szabály alapú tudásábrázolás. Adaptív, a tanulás az un. Bucket brigade algoritmusra épül. Folyamatos szabálykereső mechanizmussal rendelkezik, mely a genetikus algoritmusokra épül. IRE 11/8

5 A tábla (Blackboard) paradigma Newel (1963), Simon (1975) Elosztott inkrementális problémamegoldó rendszer Szakértők (tudásforrások) Tábla Ütemező IRE 11/9 A tábla paradigma komponensei Komponensei: Tudás források független alrendszer belső tudásábrázolása és következtető mechanizmusa rejtett minden kommunikáció csak táblán keresztül jöhet létre Tábla kommunikációs interfész általános hozzáférhető adatbázis (kollektív emlékezet) átmeneti tároló és indító (trigger) mechanizmus Ütemező mint felügyelő és ütemező irányítja a problémamegoldás menetét figyelembe véve az egyes tudás források közreműködéséből eredő várható hasznot nyomon követi a problémamegoldás menetét IRE 11/10

6 A tábla paradigma jellemzői INKREMENTÁLIS PROBLÉMAMEGOLDÁS TUDÁSFORRÁSOK (szakértők) FÜGGETLENSÉGE Moduláris rendszer, az újabb szakértők adhatók a rendszerhez a korábbiak módosítása nélkül. A gyengén szereplő szakértők munkája javítható, vagy eltávolíthatók a rendszerből. KÜLÖNBÖZŐ PROBLÉMA-MEGOLDÓ TECHNIKÁK EGYIDE-JŰLEG ALKAZMAZHATÓK Minden szakértő fekete doboznak tekinthetők, csak a kommunikációs nyelvük közös. FLEXIBILIS TUDÁS ÁBRÁZOLÁS Nincsenek korlátozások, hogy milyen információk kerülhetnek a táblára KÖZÖS INTERAKCIÓS NYELV A szintakszis és a szemantika előre meghatározott ESEMÉNY ALAPÚ AKTIVÁCIÓ Célvezérelt aktivitás. Minden szakértő keresi a lehetőséget, hogy közreműködjön a feladat megoldásában A VEZÉRLÉS SZÜKSÉGESSÉGE Ki írhat a táblára? Mi a közreműködés ára? IRE 11/11 A nyevtechnológia területei 1. Beszéd előállítás Tárolt mintákból építkező Szintetizált beszéd kötött-szavas kötetlen szótáras (Text To Speech) 2. Beszéd felismerés Személyfüggő Személyfüggetlen Izolált szavakat felismerő: 1 2 Folyamatos beszédet felismerő: Gépi fordítás IRE 11/12

7 Gépi fordítással kapcsolatos oldalak Gépi fordít tás tudás központ Google keresési példa Tőrvényi szabályozás Fejlesztési tanácsok többnyelvű oldakhoz KANT Honlap Translator s Workbench ( Gépi fordítással kapcsolatos szabadalmak: 5,677,835 Integrated authoring and translation system 5,995,920 Computer-based method and system for monolingual document development U.S. Patent and Trademark Office IRE 11/13 A gépi látás területei, megoldandó feladatai és jellemzői Képfeldolgozás: digitális kép létrehozása, a leképezési hibák kijavítása, jellemző tulajdonságok kiemelése, kép átalakítása (kép-kép leképzés) Alakfelismerés: a képen előforduló alakzatok, képet jellemző sajátságok felismerése (jellemzők meghatározása, azonosítás) Képfelismerés: a képen rögzített objektumok felismerése adatbázis alapján (leírás, értelmezés, azonosítás) IRE 11/14

8 Beágyazott (ambiens) információs rendszerek: a befogadó fizikai/kémiai/biológiai környezetükkel intenzív, valós idejű információs kapcsolatban álló, autonóm működésű, szolgáltatás-biztos (dependable), láthatatlan számítógépes rendszerek, melyek lokálisan (általában) korlátozott, globálisan (általában) bőséges erőforrásokkal (idő, adat, tápellátás, memória,...) rendelkeznek. Dr. Péceli Gábor BME MIT Megoszlás: 10% PC 90% beágyazott rendszer! IRE 11/15 Beágyazott rendszerek meghatározásai Beágyazott rendszereknek nevezzük azokat a processzoralapú eszközöket, ill. az ezekből alkotott rendszereket, amelyek a befogadó fizikai / kémiai / biológiai környezetüket autonóm módon képesek érzékelők segítségével megfigyelni és beavatkozók segítségével befolyásolni. Olyan informatikai alkalmazások ezek, amelyek rendeltetésüknél fogva nagyfokú szolgáltatásbiztonsággal jellemezhetők. Egyéb meghatározások: An embedded system is a special-purpose computer-controlled electromechanical system in which is completely encapsulated by the device it controls. An embedded system has specific requirements and performs predefined tasks, unlike a general-purpose personal computer. Wikipedia Embedded systems are specialised computers used in larger systems or machines to control equipment such as automobiles, home appliances, communication, control and office machines. ARTEMIS Strategic Research Agenda IRE 11/16

9 Az európai populáció megoszlása 30 év múlva A sötét sáv a segítségre szorultak arányát mutatja VDE/VDE AAL Ambient Assiste living IRE 11/17 Ambient Assisted Living (AAL) Informatikával támogatott életvitel? Risto Karlsson Carolien Koning, Eeva Päivärinta, Niilo Saranummi, IRE 11/18

10 Ambiens rendszerek értelmezése Ambiens rendszereknek nevezzük azokat a beágyazott rendszereket, amelyek az emberi (pl. otthoni vagy munkahelyi) környezet részévé válva elsősorban az életvitel és az életminőség szolgálatában állnak. Ennek megfelelően az ambiens rendszerek legfőbb tulajdonsága az emberközpontúság, mégpedig úgy, hogy a működésük a lehető legkevesebb terhet jelentse azoknak, akiknek az érdekében létrehozták őket. IRE 11/19 Intelligens robotok A mesterséges intelligencia kutatás szerelemgyerekei Mozgásképes önműködő berendezések (Vámos Tibor) Első generáció: kizárólag vezérléssel működtethetők, a környezet változásait nem érzékelik. A második generáció: környezetüket szenzorokkal vizsgálják, az így szerzett és a saját működésükről nyert információk alapján a számítógép bármikor képes módosítani a robot mozgását, például kikerüli a váratlanul útjába került akadályokat. Feladataikat magas szintű programnyelven határozzák meg. A harmadik generáció: alkalmazkodnak a környezet változásaihoz, alakokat és helyzeteket ismernek fel, hanggal is vezérelhetők, esetenként hanggal tudnak válaszolni, önálló döntéseket hoznak, bonyolult feladatokat oldanak meg, tanuló mechanizmusokkal is rendelkeznek. IRE 11/20

11 Mobil Robot USA 2008 nov. IRE 11/21 Robotok várható fejlődése 2016-ig Forrás: Kömlődi Ferenc Mobil robotok 2006 IRE 11/22

12 A robotpiac fejlődési tendenciái Forrás: Kömlődi Ferenc Mobil robotok 2006 Japan Robot Association: IRE 11/23 A robotfejlesztés főbb területei Mozgató mechanizmusok (mi adja a mozgató energiát?) Érzékelők (a belső és külső környezet figyelésére) Energia ellátás Önálló működés Kommunikáció Együttműködő képességek (rajok?) Tanuló képesség IRE 11/24

13 Az inkrementális-, ( alulról építkező ) robotépítés célja, elvárásai és javasolt módja Cél: Olyan autonóm és intelligensnek tekinthető lény létrehozása, amely az emberekkel együtt létezik (él?). Elvárások az autonóm és intelligens viselkedésű lényekkel szemben: Megfelelően és időben reagáljon a dinamikusan változó környezeti hatásokra. Robusztus legyen : a környezet kisebb nagyobb változása ne okozhassa a viselkedés összezavarodását. Célokkal kell rendelkeznie. szerepe van a földön Megvalósítás javasolt módja: Inkrementális építkezés Minden egyes részfunkció megvalósításánál biztosítjuk a rendszer teljes működését Minden alrendszer önálló érzékelő és vonatkozó képességgel rendelkezzen Az alrendszerek üzenetekkel tartják egymással a kapcsolatot, egymást serkentik vagy gátolják. IRE 11/25 A Brooks féle magába foglaló architektúra jellemzői (Rodney Brooks, MIT) A részfunkciók önálló megvalósítása, az alrendszereknek nincs szüksége a felettük levő rendszerek kontrolljára Minden rétegnek önálló szerepe van Az összetett rendszer építése inkrementálisan, lépésről lépésre történik, a magasabb rétegek építik az alacsonyabb rétegeket A céloknak nincs központi reprezentációja, amelyek közül valamilyen központi eljárás választana. Minden alrendszer végzi a feladatát Az alrendszerek tesztelése mindig a valóságos helyzetben történik. Így elkerülhető, hogy csak leegyszerűsített un. játék problémákkal foglalkozzon A rétegek az elnyomás és a tiltás-gátló mechanizmusokon keresztül működnek együtt IRE 11/26

14 A magába foglaló architektúra vázlata és jellemzői gátlás Érzékelő időzítés gátlás Érzékelő Véges állapotú alrendszer A véges állapotú alrendszer részei: regiszterek (üzenetek fogadására, belső állapotok tárolására) véges állapotú gép egyszerű információ feldolgozó kapacitással belső időzítők Az alrendszerek jellemzői: rögzített hosszúságú üzeneteket fogad és küld aszinkron IRE 11/27 Ágens Orientált Programozás (AOP) Új programozási paradigma ( strukturált, OOP) Lehetséges tudományintegráló szerep (?) Természettudományok - Biológia - Etológia - Matematika - Fizika,. Informatika - Szoftvertechnológia - Számítógép hálózatok Társadalomtudományok - Kognitív tudomány - Pszichológia -Szociológia - Menedzsment,. Mesterséges intelligencia - Alap paradigmák - Szakértői rendszerek - Robotika (..gépi látás) - Beszédfelismerés, IRE 11/28

15 Az ágens paradigma értelmezése, tipikus ágens feladatok, alkalmazások Az ágensek esemény vagy célvezérelt autonóm programok, amelyek valaki érdekében cselekszenek. soft botok Tipikus ágens feladatok: A bejövő információk szűrése, megválaszolása Döntéstámogatás (különböző adatbázisok alapján) Ismétlődő feladatok elvégzése (pl: rendszergazdai munkák) Titkári feladatok (program szervezés) Ágens alkalmazások: szakértői ágensek, oktató ágensek, interfész ágensek bevásárló ágensek, kereskedő ágensek IRE 11/29 Ágensek tulajdonságai beágyazottság reaktivitás tudás helyzetfüggőség autonómia kezdeményező képesség célvezérelt viselkedés tanuló képesség, adaptivitás időbeni állandóság kommunikációs képesség Antropomorf tulajdonságok (mentális állapotok): racionalitás szándék megbízhatóság igazmondás vélekedés elkötelezettség érzelmek személyiség IRE 11/30

16 Ágensek részei, kapcsolatos problémák Célok illetve a felhasználói igények tárolása A feladat végrehajtásához szükséges ismeretek tárolása, kezelése A cél eléréséhez szükséges erőforrások elérhetőségének leírása Költség és időhatárok Megoldandó problémák Platform-független nyelv (JAVA, Applescript, TeleScript) számlázás (adók) információ védelem információforrás megkeresése kommunikáció felelősség IRE 11/31