Ақпараттық – коммуникациялық технологиялар факультеті

Дәріс жоспары:

• 
  Машиналық интеллект.
  
• 
  Роботтар типологиясы.
  

Роботтың неше түрі оның негізін 1 дене құрады, механикалық, электромеханикалық, пневматикалық құрылғылардың жиынтығы. Оның мықтылығын қамтамасыз етеді. Кеңістікте жүретін (дөңгелек, аяқ) өмірле объектілерге әсер ету (манипуметорлар, итергіштер) сыртқы қабығында ақпаратты қоршаған ортадан алатын құрылғы (сенсоры), басқару құрылғылары және әртүрлі қосымша (көмектегіш) құрылғылар физикалық объектілер ретінде қарастырылады. Роботтық құрылым “денесі өзгеруі мүмкін”.

Роботтың негізін оның берік қасиеттерін, механикалық, электромеханикалық, пневматикалық құрылғылар жиынын, орын ауыстыру және сыртқы орта объектілеріне әсер ететін қабілетін қамтамасыз ететін оның денесі құрайды. Шассиде ортадан ақпаратты қабылдау құрылғылары, басқару және қосымша құрылғылар орналасқан. Оның мақсатына байланысты роботтың денесінің құрамы өзгеріп отырады.

Роботтың міндетті түрдегі компоненті болып, оның “қатты” деп атайтын басқару жүйесі табылады (0 блок 6). Ол өзгермейтін программаны немесе оның жұмысын басқаратын логикалық құрылғылардан тұрады.

Қабылдау жүйесі роботтың денесін басқаратын уақыт көрсеткіштерінен және ол тұратын сыртқы оқиға параметрлерінен тұрады. Сонымен қатар мұнда оптикалық, ультрадыбыстық, телевизиялық құрылғылардан тұратын дамыған техникалық көру жүйелері де кіреді. Олар бірігіп робот сенсорының жиынын құрайды. Қабылдау жүйесі сонымен қатар сенсорлардан келетін ақпараттарды алдын-ала өңдеу құралдарын және осы ақпараттың интерпретация құралдарынан тұрады. Интерпретация ұғымымен сенсорлардың объектілерді сипаттау және сыртқы орта жағдайын сипаттау шығу сигналдарына тілді аудару түсіндіріледі. Интерпретация сыртқы орта жайлы білім және роботтың 2-ші блокта сақталған денесі көмегімен орвындалады. Интерпретацияланған хабарлаулар роботты басқарып отырған операторға (3 блокпен байланыс) немесе басқару жүйесінәің өзімен қолданылады (4 және 5 блоктарымен байланыс).

Алдын-ала өңдеу функциясы қолданылып отырған тіл жайлы білім негізінде орындалатын морфологиялық және синтаксистік анализінен тұрады. (7-ші блок).

Диалогтық процессордың келесі функциясы пікірлердің семантикалық анализімен байланысты. Анализдің жүру барысында пікірлер оның ішкі жүйелеріне түсінікті роботтың ішкі тіліне интерпретацияланады.

Семантикалық анализ екінші блокта көрсетілген білімдердің негізінде жүргізіледі. Және тек сыртқы орта жайлы және робот жайлы ғана емес, адам өмірі, оның мақсаты жайлы да білімдер қолданылуы керек.

Сипатталған функциялар толықтығы роботтың мақсаты мен қолданылып отырған тілді басқару деңгейінен тәуелді. Тағы бір диалогтық функция процессоры интерпретацияда және хабарламалар мен сұраныстарды беруден тұрады. Интерпретация хабарламаны роботтың ішкі тілінен шығару жүйесінің тіліне аударудан тұрады. Негізінен, роботты басқару жүйесі, оның ең жоғарғы деңгейі жоспарлаушымен (5-ші блок) және шешім қабылдау жүйесі немесе шешушімен (4-ші блок) көрсетілген. Жоспарлаушының міндеті сәйкес мәліметтер негізінде диалогтық процессорден түсетін формальды сипаттамасы бар есептерді автоматты шешуде болып табылады. Шешуші де жоспарлаушының қызметін атқарады. Айырмашылығы есептерді деталдаудағы деңгейлерінде ғана. Жоспарлаушының деңгейін – стратегиялық, шешушінің деңгейін – тактикалық деп атауға болады. Өзінің есептерін шешуде жоспарлаушы ортаның жалпы жағдайы жайлы ақпаратты қолданады.

Егер орындау сәтсіздікке әкелсе, мысалы, робот анықталмаған, күтпеген кедергіге келсе, шешуші оны қабылдау жүйесінің мәліметтері бойынша немесе қатты деңгейден келген сигналдар арқылы табады және жоспарлаушыға осы туралы хабарлама жібереді. Жоспарлаушы жаңа жоспар құру арқылы есепті қайта шешеді, немесе диалогтық процессор арқылы операторға хабарлама жібереді де келесі сигналды тосады.

Қарастырылған блоктардың әрқайсысы өте қиын функциялар комплексін қарастырады, осы лайықты өз есептеулерін жүргізеді. Теориялық принциптерді өңдеу және техникалық құралдарды құрумен байланысты проблемалар роботтық техниканың негізгі проблемалары болып табылады. Олардың бәрі жасанды интеллект әдістерімен және идеяларымен тығыз байланысты.

Роботтар типологиясы. Роботтар – бұл адам еңбегін автоматизациялауға негізделген электромеханикалық құрылғы. Робот сөзінің өзі 20-жылдары пайда болды. Оның авторы –чехтың жазушысы Карел Чапек. Сол уақыттан бері роботтардың сан –алуан түрлері құрастырылды, бірақ олар әлі өндіріске қолданылмады.

Роботтар қатаң басқару схемасымен. Қазіргі кездегі өндіріс роботтарының барлығы дерлік бірінші кезеңге (ұрпаққа, к первому поколению) жасады. Адаптивті роботтар сенсорлық құрылығылармен. Бұл роботтардың үлгілері бар, бірақ олар өндірісте әлі қолданылмайды.

Өздігінен әзірленетін интеллектуалды роботтар. Бұл робот жасау техникасын дамытудың ақырғы мақсаты. Интеллектуалды роботтарды жасау басты проблемасы-машинаның көру проблемасында. Қазіргі таңдағы әлемде жылына 60 мыңнан астам робот құрастырылды.

Қазіргі кездегі бар роботтар бір-бірінен құрылымы бойынша және функционалды мүмкіндіктері бойынша әртүрлі болып табылады. Роботтардың 3 буыны бар.

6-шы –7-ші блоктар енген роботтар бірінші құрылған.

Олар бірінші роботтар буынына жатады. Оларға қазіргі кездегі белгілі ойдан шыққан роботтардың бәрі жатады. Екінші буын роботтары немесе жандандырылған роботтар 1,4,6,7 блоктарын кіргізеді. Мысалы, “көз-қол” жүйесі. Осы буынның роботтары бұрын тез сенсорлармен, ал олардың шешім қабылдау жүйесі “қатты” программалардың автоматты қосылуын қарастырған. Кейіннен олар күрт күрделеніп кетті, бірақ бұл кластың өте дамыған роботтары тек лабараторияларда ғана бар.

Үшінші буын роботтары немесе жасанды интеллект роботтары (1-7 блоктар), қазіргі кезде өңдеу деңгейінде болып табылады. Оларды құрудың негізгі проблемасы болып, білім проблемасы табылады.

Әртүрлі типтегі роботтардың компоненттері кіретін дамыған, функционалды аяқталған жүйелер бес топқа бөлінеді:

В тобы – сыртқы орта жайлы көзбен көру, есту, тактильді және т.б басқа да түрдегі ақпараттарды қабылдау жүйесі;

М тобы – сыртқы орта объектілеріне әсер ететін жүйелер - әртүрлі манипуляторлар, талқылаушылар;

Т тобы – роботтың орын ауыстыруын жүзеге асыратын жүйелер;

П тобы – роботтың әрекетін жоспарлау жүйесі, есептерді шешу жүйесі;

Р тобы – оператормен және басқа да роботтармен әртүрлі деңгейдегі қатынасы тілдерінде роботпен коммуникационды жұмысты қамтамасыз ететін жүйелер.

Қазіргі уақыттағы роботтардың структура жағынан және функцияналдық атқару жағынан айырмашылығы бар. Структура жағынан роботтарды 3 ғасырға бөлуге болады: Бұл классификация структуралық айырмашылықтарға ғана емес, техникалық роботтың даму хронологиясына да негізделген. Ең бірінші 6-7 блоктарды қосқанда жүретін роботтар шықты. Оны бір ғасырға жатқызады. Оған атақты біздегі уақыттағы өнеркәсіптік роботтар жатады.

Екінші ғасырға жататын роботтар 1,4,6,7 блоктар қосылады. Мысалы, “қол –көз” жүйесі.

Үшінші ғасырға жататын роботтар немесе роботтар жасанды интеллект (блок 1-7). Оның негізі құрудағы проблемасы –білім проблемасы болып отыр. Роботтың техника үшін теориялық дамуы және техниканың автоматты түрде теорияның дәлелденуі басты роль атқарады.

1. Машиналық интеллект ұғымын қалай түсінесіз? Мысал келтіріңіз.

2. Робот деген не?

3. Роботтардың қандай типтері болады?

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. Лорьер Ж.Л. Системы исскуственного интеллекта. М.:Мир.1991.

2. Умнстон П. Искусственный интеллект. М.:Мир. 1980.

13-15 дәріс. Логикалық программалау.

Дәріс жоспары:

• 
  Логикалық программалардың түрлері. Олардың тарихы.
  
• 
  Пролог тілінің ерекшелігі.
  
• 
  Проглог тіліндегі негізгі ұғымдар.
  
• 
  Пролог тіліндегі негізгі операциялар.
  

ЖИ идеялары адамның жұмысын жеңілдетуге арналған электр-механикалық құрылғылар - зерделі роботтар жұмысы негізіне салынған. ЖИ программалары көбінесе ПРОЛОГ, ЛИСП.

Лисп тілі 1965 жылы американдық профессор Джон Маккарти «жасанды интеллект» пролемалары бойынша зерттеу үшін ойлап тапты. Бұл тілдің ерекшілігі оның негізі болып алгоритмдердің математикалық теориясы және рекурсивті функциялар болуында. Лисп тілінде рекурсивті анықтайтын функциялар ұғымдары негізгі болып табылады. Осы себептен Лисп тілі әмбебап тіл болып есептеледі, себебі кез-келген алгоритм бірнеше рекурсивті функциялардың жинағы ретінде сипатталуы мүмкін. Бұл жағдай ЭЕМ күрделі алгоритмдерді, мәліметтерді өңдеуге, сонымен қатар адамдардың интеллектуальдық қызметерін модельдеуге модельдеуге мүмкіндік береді.

Пролог – логикалық программалау тілі (logic programming language), XX ғасырдың 70 – жылдары компьютерде жасанды интеллект жүйесін, яғни, сарапшылық жүйе, аудармашы – программа, интеллектуалдық ойындар тағы сол сияқты құруға арналған. Дәлдеп айтқанда Пролог 1972 жылы Францияда «жасанды интеллект» проблемаларын зерттеу бойынша құрылды. Осы тілдің ұғымдары мен принциптері математикалық логика ұғымдарына және «жасанды интеллектіні» зерттеу бойынша жасалған теоремаларды автоматты түрде дәлелдеу аппаратына негізделген. Сондықтан да Пролог тілі формальды түрде әртүрлі бекітілімдерді, ойқорыту ережелерін сипаттауға мүмкіндік береді және ЭЕМ-ді ойқорытуға және берілген сұрақтарға жауап беруге көндіреді.

Пролог тілінің негізі білімнің логикалық моделіне негізделген, өзі логикалық программалау тілдерінің тобына жатады және де дәстүрлі программалау тілдерімен салыстырғанда, атап айтқанда Бейсик, Фортран, Паскаль, Си, біраз ерекшеліктерімен оқшауланады:

• 
  Пролог тілінде программа алгоритм болмайды, ол есеп шарттарын формальды логика тілінде жазады.
  
• 
  Пролог тілі есептеуге немесе графикалық есептерді шығаруға арналған, ол логикалық есептерді шығаруға, адамның логикалық ойлау процесін модельдеуге арналған; Пролог тілінде есептеулер және де графиктік салулар логикалық қорытындылаудың туынды өнімі ретінде орындалады.
  
• 
  Пролог тілі программисттің ойлау қабілетінің ерекше түрін қажет етеді. Сондықтан процедуралық программалауды үйренген программист оқып – үйренуде қиындықтарға ұшырайды, программистер бұл тілге ауысуға асықпайды, осыған байланысты Пролог тілі кең тарай алмай отыр, алайда көп елдерде ( Япония, Англия, Франция, Германия, Израиль) білім беру саласында Пролог тілін іс – тәжірибеде программалаудың бірінші оқып – үйрену тілі ретінде пайдалану кеңінен тарап келеді және де ол Паскаль сияқты процедуралық тілдерге ауысуда қиындықтар туғызбайды.
  

Пролог тілін оқып – үйренуде математикалық логиканы және де онда пайдаланылатын ұғымдық жүйені алдын – ала оқып – үйрену көп септігін тигізеді.

Пролог тілінде программалау төмендегі кезеңдерді қамтиды:

1. 
   объектілер және де олардың арасындағы қатынастар туралы дәйектерді хабарлау.
   
2. 
   объектілер және де олардың арасындағы қатынастардың өзара байланысу ережелерін анықтау.
   
3. 
   объектілер және де олардың арасындағы қатынастар туралы сұрақтарды тұжырымдау.
   

4. Пролог тіліндегі негізгі ұғымдар:

Құрылым – құрылым есімінен және де жақшаға алынған аргументтер тізімінен тұратын жүйе, мысалы, киеді (айгүл, көйлек), str (А, В, С). Құрылым элементтері сандар, атомдар, айнымалылар басқа құрылымдар болуы мүмкін.

Тағы бір мысал, ұнайды (назия, рэп), яғни бұл дәйектен ұғатынымыз: « Назияға рэп ұнайды».

Дәйектер әрқашанда ақиқат болып саналады сондықтан программаны орындау жағдайында дәлелдеудің негізі болып табылады.

Ереже – тақырыбы және де бір – екі предикаты бар сөйлем. Ереженің жазылу түрі төмендегідей:

< ереже тақырыбы >: - < предикаттар тізімі>, мұндағы: - белгісі «егер» деп оқылады, ал предикаттар тізімі – үтірмен жеке – жеке предикаттар жиынтығы, мұндағы үтірлер «және» деп оқылады.

Ережелер дәйектер арқылы объектілердің арасындағы белгілі қатынастар негізінде жаңа қатынастар анықтауға мүмкіндік береді. Мысалы, әдемі қыз (Х): - ұнайды (Х, рэп), киеді (Х, көйлек), бұл ережені оқығанда « кез – келген Х - әдемі қыз, егер Х рэп ұнаса және де Х көйлек кисе» сөйлемі шығады.

ұнайды (назия, рэп)

ұнайды (айжан, джаз)

киеді (назия, көйлек)

киеді (айжан, жейде)

әдемі қыз (Х): - ұнайды (Х, рэп), киеді (Х, жейде)

Енді сұрақ қояйық:

? - әдемі қыз (Айжан)

Компьютер бізге «жоқ» деп жауап береді. Себебі ереже бойынша Айжанға ұнау керек болатын рэп, алайда Айжан джазды ұнатады.

Егерде сұрақ былай қойылса!

? - әдемі қыз (Назия), онда жауап «иә» болады, себебі дәйектемеде қайшылық жоқ.

5. Пролог тіліндегі негізгі операция салыстыру немесе келісу операциясы, операция нәтижесі табысты немесе табысты емес болуы мүмкін. Салыстыру операциясы төмендегідей анықталады:

• 
  тұрақты шама өзіне тең тұрақтымен салыстырылады.
  
• 
  сайма сай құрылымдар бір – бірімен салыстырылады.
  
• 
  айнымалы тұрақтымен немесе бұрынғы айнымалымен салыстырылады.
  
• 
  екі бос айнымалы өзара салыстырылады.
  

Тағы бір айта кететін жайт компьютер программадағы «ұнайды», «киеді», «назия», «айжан» сияқты есімдерді «түсінбейді», сондықтан бізге оларды басқаша белгілеуге болар еді. Алайда Пролог тілінде енгізілген предикаттар бар, олар арифметикалық амалдарды графиктік салуларды, енгізу – шығару және де басқа да пайдалы операцияларды программаның туынды өнімі ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Arity – Prolog енгізілген предикаты программалау жүйесі бойынша анықтамаларда жазылған және де оны Ғ1 батырмасы арқылы шақыруға болады. Пролог тілінің басқа нұсқаларында да осы сияқты енгізген предикаттар түрлері болады.

Ғылымда объектілердің арасындағы қатынастарды анықталатын қатыстар мен анықтайтын бүтін бір сала бар. Оларды реттейтін ережені рекурсивті деп атайды. Мысалы, натурал сандардың рекурсивтік анықтамасын жазыңдар:

1. 
   1 – натурал сан
   
2. 
   натурал саннан 1 артық сан да натурал.
   

Логикалық программалау жүйесінде рекурсивтік ережелерді циклды, қайталану алгоритмдерін жазуға кеңінен пайдалануға болады, сондықтан бұл әдіс программалаудың маңызды құрал болып табылады. Мысал қарастырайық:

Натурал санның факториалын есептеу (n!), есептеу шарттарын анықтайық,

1)1!=1

Бұл есептің программасын жазу үшін екі орынды предикат пайдаланып оны сұраулар мен байланыстырайық, сонда программа төмендегі түрде жазылады:

Программа 2;
факт (1,1).

факт (N.X): - факт (N – 1, Y), Х is Y*N .

? – факт (3,А);

Бұл программада «факт» ережесі өзін - өзі анықтайды, яғни берілген мәндер бойынша санның факториалын есептейді, сондықтан ереже рекурия болады, ал is Y*N жазуы «бар» предикатына арифметикалық амалды орындау үшін сұрау жасайды. Программаның жұмыс процесін төмендегідей бейнелеуге болады.

? факт (3,АО).

Жауап: А=6

? факт (2, А1).

Х1=2*3 =6

? факт (1, А2).

Х2=1*2=2

Программаның орындалуын басқару Пролог жұмысының негізі болып табылады және де бұл арнайы енгізілген « кесу» функциясымен іске асырылады. «Кесу» функциясының белгісі «!» бұл енгізілген функция төмендегідей мақсаттарды орындауға пайдаланылады:

1. 
   Программаны орындау барысында шексіз қайталауды болдырмау.
   
2. 
   Бір – бірін қайталамайтын сөйлемдер құру.
   
3. 
   Мақсаттарды көруді шектеу.
   

Мысал 1; Шексіз қайталануды жою. Фибоначчи сандарының анықтамасын тексерейік.

Программа 3;

fib (0, ,1).

fib (1,1,1).

fib (N,G,H): - fib (N –1,F,G), H is F+G.

? – fib (0, ,F).
Бұл сұраққа Ғ=1 деген жауап алынады, сондықтан Пролог екінші дәйекті салыстыруға кіріседі, алайда бұл операция табыссыз болады, енді үшінші сөйлемге жауап іздей отырып fib (-1, ҒО, Ғ1) мақсатын дәлелдеу әрекеті орындалады және де ол fib (-2,..,..) мақсатына әкеледі, сөйтіп келесі мақсатты дәлелдеу қажет болды, яғни, шексіз қайталануды орындау қажет болады.

Алайда, мұндай жағдайды болдырмау үшін кесуді пайдаланып, біз Прологқа шешім іздеу барысында алғашқы табысты шешімнен басқа келісімнің болмайтындығын көрсетеміз және де программаның орындалуы төмендегідей болады:

Программа 3А;

fib (0, ,1): - !

fib (1,1,1): -!

fib (N, G, H): - fib (N – 1, F,G), H is F+G

Сондықтан, ? – fib (0, ,Ғ) жауап F=1 болады және де басқа шешім болмайды.

Мысал 2; бір – бірін қайталамайтын сөйлемдер құру. «Екі санның үлкенін табу» ережесінің орындалуын қарастырайық. Бұл қатынас төмендегідей жасалады max (X,Y,M), сондықтан сәйкес ережелер төмендегі түрде жазылады:

«Егер x>=Y, онда М=X және де егер X

Прологта бұл ережені max (X,Y,X): - X>=y;

max (X,Y,Y): -X=Y, онда M=X әйтпесе M=Y, бұл ереже әрі ұғымды, әрі ықшамды және де Пролог тілінде кесуді пайдаланып төмендегідей программа жазуға болады.
max ( X,Y,X) : - >=Y,1.

max (X,Y,Y).

Программа 4;

b.

d.

A: -B,C. (1)

E: -F, S, H. (3)

? A.
Бұл программаның орындалу барысында бірінші ережеден (1) екінші ереже (2) туындайды, себебі С айнымалысы екі сөйлемде де кездеседі және де бірінші сөйлемдегі С орнына мәндері қойылуы қажет. Осы тәртіппен екінші ережеден (2) үшінші ереже (3) туындайды және де егерде үшінші ереже табыссыз болса, онда екінші ережеде кесу операциясы орындалады, сөйтіп программадағы сұраққа шешім ізделінеді.

Қорыта келе, «кесу» функциясы Пролог тілінде программаны орындау процесін басқарып, шешімдерін анықтауда өте пайдалы құрал екендігіне көзіміз жетті.

1. Логикалық программалау тілдеріне қандай программалар жатады?

2. Лисп тілі нешінші жылы, қай елде және не мақсатта пайда болды?

3. Пролог тілі нешінші жылы, қай елде және не мақсатта пайда болды?

4. Лисп тілі неліктен әмбебап тіл қатарына жатады?

5. Пролог тілінің қандай ерекшеліктерін білесіз?

6. Пролог тіліндегі негізгі операцияларды атаңыз.

7. Прлогог тіліндегі қандай ұғымдарды білесіз?

1. Стерлинг Л., Шапиро Э. Искусство программирования на языке Пролог.- М.: Мир, 1990.

2. Братко И. Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта. – М.: Мир, 1990.

3. Сырецкий Г.А. Информатика, Основы логического программиро­вания на PDC prolog: Учеб.пособие. - Новосибирск: НГТУ.- 1994. Ч.3.

4. Хоггер К. Введение в логическое программирование М: Мир, 1988.

3. Машықтану сабақтарының

1-тақырып. Жасанды интеллектінің даму тарихы.

Мақсаты: ЖИ ұғымымен, оның зерттеу бағыттарымен толық танысу. ЖИ даму тарихын толық білу.

Сұрақтар:

1. ЖИ шет елдерде дамуы.

2. ЖИ ТМД дамуы.
2-тақырып. Білімді модельдеу.

Мақсаты: Білім базасы және білім моделі ұғымдарымен толық танысу. Білімдердің түрлерін мысалдар арқылы түсіну.

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Білім моделі және білім базасы ұғымдары.

2. Ұғымдық, конструктивтік, процедуралық және фактографиялық білімдер.

Семантикалық желі – граф формуласындағы білім моделі. Мұндай модельдер негізінде кез-келген білімді объектілер (ұғымдар) және байланыстар (қатынастар) түрінде арақатынасы түрінде көрсетуге болады.

Екінші сөйлем үшін граф:

Үшеуінен бір граф: