1. Искусственный интеллект

1.1. История развития искусственного интеллекта

В последнее время в самых различных публикациях по вычислительной технике все чаще встречаются термины: "ЭВМ пятого поколения", "искусственный интеллект", "экспертные системы", а также названия пока мало распространенных в кругу программистов языков Лисп и Пролог. Раньше с понятием искусственного интеллекта (ИИ) связывали надежды на создание мыслящей машины, способной соперничать с человеческим мозгом и, возможно, превзойти его. Эти надежды, на долгое время захватившие воображение многих энтузиастов, так и остались несбывшимися. И хотя фантастические литературные прообразы "умных машин" создавались еще за сотни лет до наших дней, лишь с середины тридцатых годов, с момента публикации работ А. Тьюринга, в которых обсуждалась реальность создания таких устройств, к проблеме ИИ стали относиться серьезно. Для того чтобы ответить на вопрос, какую машину считать "думающей", Тьюринг предложил использовать следующий тест: испытатель через посредника общается с невидимым для него собеседником - человеком или машиной. "Интеллектуальной"у может считаться та машина, которую испытатель в процессе такого общения не сможет отличить от человека.

Если испытатель при проверке компьютера на "интеллектуальность" будет придерживаться достаточно жестких ограничений в выборе темы и формы диалога, этот тест выдержит даже самый маломощный современный бытовой компьютер. Можно было бы считать признаком интеллектуальности умение поддерживать беседу, но, как было показано, эта человеческая способность легко моделируется на ЭВМ.

Признаком интеллектуальности может служить способность к обучению. В 1961 г. профессор Д. Мичи, один из ведущих английских специалистов по ИИ, описал механизм, состоящий из 300 спичечных коробков, который мог "научиться" играть в "крестики и нолики". Мичи назвал это устройство MENACE (Matchbox Educable Naugts and Crocces Engine). В названии ("menace" в переводе на русский означает "угроза") заключается, очевидно, доля иронии, вызванной предубеждениями перед "думающими машинами".

До настоящего времени единого и признанного всеми определения ИИ не существует, и это не удивительно. Достаточно вспомнить, что универсального определения человеческого интеллекта также нет. Дискуссии о том, что можно считать признаком ИИ, а что - нет, напоминают споры средневековых философов, которых интересовало, сколько ангелов смогут разместиться на кончике иглы. Сейчас к ИИ принято относить ряд алгоритмов и программных систем, отличительным свойством которых является то, что они могут решать некоторые задачи так, как это делал бы размышляющий над их решением человек. В предлагаемой книге мы не будем касаться вопросов, связанных с программированием сложных вычислительных задач. Нас будут больше интересовать процедуры решения, в которых используются такие свойства человеческого разума, как способность к абстрагированию и обобщению, как умение изобретать, обучаться и запоминать. Мы не собираемся искать определение ИИ. Вместо этого в книге рассматриваются основные алгоритмы, применяемые в настоящее время в системах ИИ.

Термин "пятое поколение" используется в японском долгосрочном проекте построения ЭВМ совершенно нового типа. В этих вычислительных машинах, кроме использования новой элементной базы и архитектуры, планируется применять нетрадиционный подход к решению задач с помощью новых языков программирования. Чтобы показать, почему именно сейчас понадобились ЭВМ нового типа, сделаем небольшой обзор истории развития аппаратного и программного обеспечения, начиная со времени появления первых вычислительных машин и до наших дней.

При изготовлении ЭВМ первого поколения использовались электровакуумные лампы. Эти компьютеры появились в 50-х годах и были созданы на основе специальных вычислительных устройств, использовавшихся во второй мировой войне в армиях Англии и США. Основное назначение этих устройств заключалось в расшифровке закодированных сообщений противника. ЭВМ этого поколения занимали очень много места - их часто приходилось размещать в специальных зданиях. Разработка, монтаж и эксплуатация таких машин требовали больших затрат. Кроме того, ЭВМ первого поколения потребляли огромное количество электроэнергии, и поэтому возникало множество проблем с охлаждением их отдельных узлов. По современным стандартам эти машины обладали довольно низкой производительностью, т. е. малым быстродействием, и к тому же были ненадежны. Программирование для таких компьютеров осуществлялось на самом низком уровне - в кодах, а подготовка программистов для каждой модели ЭВМ требовала большого труда.

Примерно в конце 50-х годов появились ЭВМ второго поколения, построенные преимущественно на полупроводниковых приборах. Эти машины были уже меньше по размерам, но для их работы требовалось все еще довольно большое количество электроэнергии и во время эксплуатации они выделяли много тепла. Появление более производительных и сложных ЭВМ стало возможным во многом благодаря развитию технологии печатных схем, обеспечившему массовое производство сложных электронных блоков, которые в случае их порчи могли легко заменяться на исправные. В это же время для программирования начинают применять языки высокого уровня - ФОРТРАН, АЛГОЛ и КОБОЛ. Эти языки были еще довольно сложны для начинающих программистов, но для их использования уже ненужны детальные знания об устройстве и функционировании ЭВМ. Для начинающих программистов был создан язык Бейсик, и многие из программистов тех лет знакомились со своей профессией с его помощью.

ЭВМ третьего поколения стали создаваться в 60-х годах. В этих машинах использовались уже интегральные схемы (ИС). По внешнему виду, а также по функциональным принципам такие ЭВМ похожи на современные. Возросла производительность вычислительных машин - возросла и потребность в памяти, которая, в основном, была удовлетворена, когда появились быстродействующие запоминающие устройства на полупроводниках, заменившие устаревшие, громоздкие и низкоскоростные устройства на магнитных сердечниках. Плотность размещения элементов на ИС первых выпусков была невелика - не более десяти на каждой ИС. Однако вскоре начали выпускать так называемые СИС и БИС - интегральные схемы со средним и большим уровнями интеграции. На одной СИС могли разместиться до 100 элементов, тогда как на БИС их число достигало 1000. Размеры ЭВМ заметно уменьшились, а надежность, быстродействие и разрядность процесса увеличились. Производство ЭВМ стало автоматизированным, поэтому их стоимость упала настолько, что даже небольшие фирмы смогли заняться проектированием и выпуском собственных машин.

Для ЭВМ четвертого поколения понадобились уже сверхбольшие ИС (СБИС) с плотностью размещения, превышающей 10 000 элементов на схему. Появление СБИС дало импульс к развитию сразу нескольких направлений вычислительной техники. Число команд процессоров современных ЭВМ увеличилось, а их команды стали разнообразнее. Одновременно появились ЭВМ, имеющие процессоры с упрощенной архитектурой и с уменьшенным набором команд. Это так называемые РИСК-процессоры (RISC - Reduced Instruction Set Computer).

ЭВМ последнего типа играют сейчас важную роль в развитии вычислительной техники. Большие объемы недорогой оперативной памяти ЭВМ четвертого поколения позволили более эффективно использовать языки высокого уровня, а также устанавливать на указанных машинах мощные операционные системы. Функции управления и обработки, прежде выполнявшиеся различными блоками ЭВМ, в настоящее время реализуются одним устройством - центральным процессором (ЦП), что позволило обойтись без теперь уже лишних транзисторов и ИС более низких уровней интеграции, которые использовались в машинах предыдущих поколений. Появились комплекты функциональных блоков ЭВМ на интегральных схемах, позволяющие создавать различные варианты микро- и мини-ЭВМ.

Вычислительная техника перестала быть замкнутой областью, доступной лишь специалистам,- компьютеры вошли почти во все сферы жизни человека. В создании ЭВМ четвертого поколения большую роль сыграло развитие МОП-технологии (технологии производства полупроводниковых приборов типа металл - окисел - полупроводник), позволяющей создавать электронные устройства с элементами, практически невидимыми без микроскопа. Устройства, созданные по такой технологии, для своей работы требуют ничтожных энергетических затрат. В этой книге технические детали построения ЭВМ не обсуждаются, но следует помнить следующий принцип: чем меньше по размерам электронное устройство, тем оно может работать быстрее. Скорость работы сейчас особенно важна, поскольку очень часто для решения задач на ЭВМ требуется обрабатывать огромные совокупности данных в режиме реального времени, когда каждая отдельная операция должна выполняться с максимальным быстродействием.

Многие специалисты в настоящее время придерживаются мнения, что для дальнейшего развития вычислительной техники нужны радикальные изменения архитектуры ЭВМ, так как для машин с обычной архитектурой предел возможностей достигнут. Поскольку требования к вычислительной технике постоянно растут, многие страны вкладывают значительные средства в исследовательскую работу по созданию ЭВМ нового поколения. Отметим, что машины пятого поколения, по-видимому, будут существенно отличаться от распространенных в настоящее время ЭВМ.