--PAGE_BREAK--1 ПОНЯТИЕ «СИСТЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА»
Существует много различных подходов к классификации информационных систем:
– по степени структурированности решаемых задач;
– по автоматизируемым функциям;
– по степени автоматизации реализуемых функций;
– по сфере применения и характеру использования информации, в частности, по уровням управления.
Известно, что при обучении людей существуют различные уровни предметной обученности: воспроизведение (память); решение стандартных задач (умения, навыки); решение нестандартных, творческих задач (знания, активное интеллектуальное понимание).
Интеллект может проявляется в различных областях, но мы рассмотрим его возможности в решении задач, т.к. эта область проявления является типичной для интеллекта. Задачи бывают стандартные и нестандартные. Для стандартных задач известны алгоритмы решения. Для нестандартных они неизвестны. Поэтому решение нестандартной задачи представляет собой проблему.
Само понятие «стандартности» задачи относительно, относительна сама «неизвестность»: т.е. алгоритм может быть известен одним и неизвестен другим, или информация о нем может быть недоступной в определенный момент или период времени, и доступной – в другой. Поэтому для одних задача может быть стандартной, а для других нет. Нахождение или разработка алгоритма решения переводит задачу из разряда нестандартных в стандартные.
В математике и кибернетике задача считается решенной, если известен алгоритм ее решения.
Разработка алгоритма решения задачи связано с тонкими и сложными рассуждениями, требующими изобретательности, опыта, высокой квалификации.
Считается, что эта работа является творческой, существенно неформализуемой и требует участия человека с его «естественным» опытом и интеллектом. Здесь необходимо отметить, что существует технология решения изобретательских задач (ТРИЗ), в которой сделана попытка, по мнению многих специалистов, довольно успешная, позволяющая в какой-то степени формализовать процедуру решения творческих задач.
Интеллектуальными считаются задачи, связанные с разработкой алгоритмов решения ранее нерешенных задач определенного типа.
Отличительной особенностью и одним из основных источников эффективности алгоритмов является то, что они сводят решение сложной задачи к определенной последовательности достаточно простых или даже элементарных для решения задач. В результате нерешаемая задача становится решаемой. Исходная информация поступает на вход алгоритма, на каждом шаге она преобразуется и в таком виде передается на следующий шаг, в результате чего на выходе алгоритма получается информация, представляющая собой решение задачи. Алгоритм может быть исполнен такой системой, которая способна реализовать элементарные операции на различных шагах этого алгоритма.
Существует ряд задач, таких, как распознавание образов и идентификация, прогнозирование, принятие решений по управлению, для которых разбиение процесса поиска решения на отдельные элементарные шаги, а значит и разработка алгоритма, весьма затруднительны. Из этих рассуждений вытекает следующее определение интеллекта: интеллект представляет собой универсальный алгоритма, способный разрабатывать алгоритмы решения конкретных задач.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что в нашем случае наиболее подходит классификацией ИС, основанная на критерии, позволяющем оценить «степень интеллектуальности ИС», т.е. на критерии «степени структурированности решаемых задач» (рисунок 1).
Рисунок 1. Классификация информационных систем по степени структурированности решаемых задач
1.1 Понятие и классификация систем искусственного интеллекта
Существуют следующие классы систем искусственного интеллекта:
1. Системы с интеллектуальной обратной связью и интеллектуальными интерфейсами.
2. Автоматизированные системы распознавания образов.
3. Автоматизированные системы поддержки принятия решений.
4. Экспертные системы (ЭС).
5. Генетические алгоритмы и моделирование эволюции.
6. Когнитивное моделирование.
7. Выявление знаний из опыта (эмпирических фактов) и интеллектуальный анализ данных (data mining).
8. Нейронные сети.
Системы с интеллектуальной обратной связью и интеллектуальными интерфейсами:
Интеллектуальный интерфейс (Intelligent interface) — интерфейс непосредственного взаимодействия ресурсов информационного комплекса и пользователя посредством программ обработки текстовых запросов пользователя.
Примером может служить программа идентификация и аутентификация личности по почерку. Аутентификация – это проверка, действительно ли пользователь является тем, за кого себя выдает. При этом пользователь должен предварительно сообщить о себе идентификационную информацию: свое имя и пароль, соответствующий названному имени.
Идентификация – это установление его личности.
И идентификация, и аутентификация являются типичными задачами распознавания образов, которое может проводиться по заранее определенной или произвольной последовательности нажатий клавиш.
Системы с биологической обратной связью (БОС). Это системы, поведение которых зависит от психофизиологического (биологического) состояния пользователя:
Мониторинг состояния сотрудников на конвейере с целью
обеспечения высокого качества продукции.
Компьютерные тренажеры для обучения больных с функциональными нарушениями управлению своим состоянием.
Компьютерные игры с БОС.
Системы с семантическим резонансом. системы, поведение которых зависит от состояния сознания пользователя и его психологической реакции на смысловые стимулы.
Системы виртуальной реальности.
Виртуальная реальность (ВР) –модельная трехмерная (3D) окружающая среда, создаваемая компьютерными средствами и реалистично реагирующая на взаимодействие с пользователями.
Технической базой систем виртуальной реальности являются современные мощные персональные компьютеры и программное обеспечение высококачественной трехмерной визуализации и анимации. В качестве устройств ввода-вывода информации в системах ВР применяются виртуальные шлемы с дисплеями, в частности шлемы со стереоскопическими очками, и устройства 3D-ввода, например, мышь с пространственно управляемым курсором или «цифровые перчатки», которые обеспечивают тактильную обратную связь с пользователем.
Автоматизированные системы распознавания образов:
Система распознавания образов— это класс систем искусственного интеллекта, обеспечивающих:
– формирование конкретных образов объектов и обобщенных образов классов;
– обучение, т.е. формирование обобщенных образов классов на основе ряда примеров объектов, классифицированных (т.е. отнесенных к тем или иным категориям – классам) учителем и составляющих обучающую выборку;
– самообучение, т.е. формирование кластеров объектов на основе анализа неклассифицированной обучающей выборки;
– распознавание, т.е. идентификацию (и прогнозирование) состояний объектов, описанных признаками, друг с другом и с обобщенными образами классов;
– измерение степени адекватности модели;
решение обратной задачи идентификации и прогнозирования (обеспечивается не всеми моделями).
Автоматизированные системы поддержки принятия решений:
Системы поддержки принятия решений (СППР) – это компьютерные системы, почти всегда интерактивные, разработанные, чтобы помочь менеджеру (или руководителю) в принятии решений управления, объединяя данные, сложные аналитические модели и удобное для пользователя программное обеспечение в единую мощную систему, которая может поддерживать слабоструктурированное и неструктурированное принятие решения. СППР находиться под управлением пользователя от начала до реализации и используется ежедневно. Предназначена для автоматизации выбора рационального варианта из исходного множества альтернативных в условиях многокритериальности и неопределенности исходной информации.
Экспертные системы:
Экспертная система (ЭС) – это программа,которая в определенных отношениях заменяет эксперта или группу экспертов в той или иной предметной области. ЭС предназначены для решения практических задач, возникающих в слабо структурированных и трудно формализуемых предметных областях.
Исторически, ЭС были первыми системами искусственного интеллекта, которые привлекли внимание потребителей. Экспертные системы используются в маркетинге для сегментации рынка и выработке маркетинговых программ, а также в банковском деле для определения тенденции рынка, трейдинг для программирования котировок акций и валют, в аудите для подготовки заключений о финансовом состоянии предприятий.
Генетические алгоритмы и моделирование эволюции:
Генетические Алгоритмы (ГА) – это адаптивныеметоды функциональной оптимизации, основанные на компьютерном имитационном моделировании биологической эволюции. Генетический алгоритм — новейший способ решения задач оптимизации в экономике (см. Приложение А).
Когнитивное моделирование:
Это способ анализа, обеспечивающий определение силы и направления влияния факторов на перевод объекта управленияв целевое состояние с учетом сходства и различия в влиянии различных факторов на объект управления.
Основана на когнитивной структуризации предметной области, т.е. на выявление будущих целевых и нежелательных состояний объекта управления и наиболее существенных (базисных) факторов управления и внешней среды, влияющих на переход объекта в эти состояния, а также установление на качественном уровне причинно-следственных связей между ними, с учетом взаимовлияния факторов друг на друга.
Результаты когнитивной структуризации отображаются с помощью когнитивной карты (модели) (см. Приложение Б).
В экономической сфере это позволяет в сжатые сроки разработать и обосновать стратегию экономического развития предприятия, банка, региона или даже целого государства с учетом влияния изменений во внешней среде; в сфере финансов и фондового рынка – учесть ожидания участников рынка.
Выявление знаний из опыта (эмпирических фактов) и интеллектуальный анализ данных (data mining):
Интеллектуальный анализ данных (ИАД или data mining) – это процесс обнаружения в «сырых» данных ранеенеизвестных, нетривиальных, практически полезных и доступных интерпретации знаний, необходимых для принятия решений в различных сферах человеческой деятельности. Достижения технологии data mining активно используются в банковском деле для решения проблем Телекоммуникации, анализа биржевого рынка и др.
Нейронные сети:
Искусственная нейронная сеть (ИНС, нейросеть) — это набор нейронов, соединенных между собой. Как правило, передаточные функции всех нейронов в сети фиксированы, а веса являются параметрами сети и могут изменяться. Некоторые входы нейронов помечены как внешние входы сети, а некоторые выходы — как внешние выходы сети. Подавая любые числа на входы сети, мы получаем какой-то набор чисел на выходах сети. Практически любую задачу можно свести к задаче, решаемой нейросетью.
Более подробно о ИНС и ее применении в экономике и финансах будет рассказано в следующей главе.
продолжение
--PAGE_BREAK--2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙРОнных СЕТЕЙ В ФИНАНСАХ И БИЗНЕСЕ
Нейронные сети появились в 40-х годах, однако в финансах и экономике использовать их начали лишь в конце 80-х, когда была доказана сходимость основных классов нейронных сетей и существенно улучшена точность распознавания.
Основные задачи применения нейронных сетей в финансовом мире — прогнозирование котировок основных инструментов (курсов валют, ценных бумаг, ГКО и др.) и распознавания определенных ситуаций (например, подозрительных операций с кредитной картой).
Получение решения с помощью сети можно разделить на следующие этапы: создание сети, ее обучение и собственно решение задачи.
Сначала сеть строится, т. е. выбирается архитектура сети, количество слоев, передаточные функции, начальные веса. Следующим этапом является обучение, при котором сети подаются на вход значения, с известными ответами, сеть принимает решение, и происходит корректировка весов в соответствии с правильностью принятого решения. Обучение продолжается до тех пор, пока результаты принятия решения сетью не станут удовлетворительными. После того, как сеть обучена, ее можно применять для решения практических задач. Важнейшая особенность человеческого мозга состоит в том, что, однажды обучившись определенному процессу, он может верно действовать и в тех ситуациях, в которых он не бывал в процессе обучения. Например, мы можем читать почти любой почерк, даже если видим его первый раз в жизни. Так же и нейросеть, грамотным образом обученная, может с большой вероятностью правильно реагировать на новые, не предъявленные ей ранее данные. Нейросетевой подход особенно эффективен в задачах экспертной оценки по той причине, что он сочетает в себе способность компьютера к обработке чисел и способность мозга к обобщению и распознаванию.
Примером сети, ориентированной на поиск зависимостей, можно привести нейросеть на основе методики МГУА (метод группового учета аргументов), которая позволяет на основе обучающей выборки построить зависимость одного параметра от других в виде полинома. Такая сеть может не только мгновенно выучить таблицу умножения, но и найти сложные скрытые зависимости в данных (например, финансовых), которые не обнаруживаются стандартными статистическими методами.
Кластеризация — это разбиение разнородного набора примеров на несколько областей (кластеров), по каким-то общим признакам, причем число кластеров заранее неизвестно. Кластеризация позволяет представить неоднородные данные в более наглядном виде и использовать далее для исследования каждого кластера различные методы. Например, таким образом можно быстро выявить фальсифицированные страховые случаи или недобросовестные предприятия.
2.1 Прогнозирование на основе нейросетей
Прогнозирование — это ключевой момент при принятии решений в управлении. Конечная эффективность любого решения зависит от последовательности событий, возникающих уже после принятия решения. Возможность предсказать неуправляемые аспекты этих событий перед принятием решения позволяет сделать наилучший выбор, который, в противном случае, мог бы быть не таким удачным. Поэтому системы планирования и управления, обычно, реализуют функцию прогноза. Далее перечислены примеры ситуаций, в которых полезно прогнозирование.
Управление материально-производственными запасами. В управлении запасами запасных частей на предприятии по ремонту самолетов совершенно необходимо оценить степень используемости каждой детали. На основе этой информации определяется необходимое количество запасных частей. Кроме того, необходимо оценить ошибку прогнозирования. Эта ошибка может быть оценена, например, на основе данных о времени, которое понадобилось для доставки деталей, которых не было на складе.
Планирование производства. Для того, чтобы планировать производство семейства продуктов, возможно, необходимо спрогнозировать продажу для каждого наименования продукта, с учетом времени доставки, на несколько месяцев вперед. Эти прогнозы для конечных продуктов могут быть потом преобразованы в требования к полуфабрикатам, компонентам, материалам, рабочим и т.д. Таким образом, на основании прогноза может быть построен график работы целой группы предприятий.
Финансовое планирование. Финансового менеджера интересует, как будет изменяться денежный оборот компании с течением времени.
Менеджер может пожелать узнать, в какой период времени в будущем оборот компании начнет падать, с тем, чтобы принять соответствующее решение уже сейчас.
Разработка расписания персонала. Менеджер почтовой компании должен знать прогноз количества обрабатываемых писем, с тем, чтобы обработка производилась в соответствии с расписанием персонала и производительностью оборудования.
Планирование нового продукта. Решение о разработке нового продукта обычно требует долговременного прогноза того, каким спросом он будет пользоваться. Этот прогноз не менее важен, чем определение инвестиций необходимых для его производства.
Управление технологическим процессом. Прогнозирование также может быть важной частью систем управления технологическими процессами. Наблюдая ключевые переменные процесса и используя их для предсказания будущего поведения процесса, можно определить оптимальное время и длительность управляющего воздействия. Например, некоторое воздействие в течение часа может повышать эффективность химического процесса, а потом оно может снижать эффективность процесса. Прогнозирование производительности процесса может быть полезно при планировании времени окончания процесса и общего расписания производства.
2.2 Преимущества и недостатки прогнозирования на нейросетях
Прогнозирование на НС обладает рядом недостатков. Даже при прогнозировании требования на достаточно стабильный продукт на основе информации о ежемесячных продажах, возможно мы не сможем накопить историю за период от 50 до 100 месяцев. Для сезонных процессов проблема еще более сложна. Каждый сезон истории фактически представляет собой одно наблюдение. То есть, в ежемесячных наблюдениях за пять лет будет только пять наблюдений за январь, пять наблюдений за февраль и т.д. Может потребоваться информация за большее число сезонов для того, чтобы построить сезонную модель. Однако, необходимо отметить, что мы можем построить удовлетворительную модель на НС даже в условиях нехватки данных. Модель может уточняться по мере того, как свежие данные становится доступными.
Другим недостатком нейронных моделей — значительные затраты по времени и другим ресурсам для построения удовлетворительной модели. Эта проблема не очень важна, если исследуется небольшое число временных последовательностей. Тем не менее, обычно прогнозирующая система в области управления производством может включать от нескольких сотен до нескольких тысяч временных последовательностей.
Однако, несмотря на перечисленные недостатки, модель обладает рядом достоинств. Существует удобный способ модифицировать модель по мере того, как появляются новые наблюдения. Модель хорошо работает с временными последовательностями, в которых мал интервал наблюдений, т.е. может быть получена относительно длительная временная последовательность. По этой причине модель может быть использована в областях, где нас интересуют ежечасовые, ежедневные или еженедельные наблюдения. Эти модели также используются в ситуациях, когда необходимо анализировать небольшое число временных последовательностей.
продолжение
--PAGE_BREAK--