Логикалық амалдар. Логика, логикалық байланыстар және ақиқаттылық кестелер негіздері

Қазақстан Республикасының  Бiлiм және ғылым министрлiгi

Әл-Фараби атындағы Қазақ  Ұлттық университеті

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Логикалық амалдар. Логика, логикалық байланыстар және ақиқаттылық кестелер негіздері. Логикалық  тұжырымдау принциптері. Логикалық  амалдармен жұмыс істеу. Санау жүйелеріне амалдар қолдану.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Орындаған: Мадиярова А.

Тексерген:Хакимова Т.

 

 

 

 

 

 

Алматы, 2012

Логикалық амалдар. Логика, логикалық байланыстар және ақиқаттылық кестелер негіздері. Логикалық  тұжырымдау принциптері. Логикалық  амалдармен жұмыс істеу. Санау жүйелеріне амалдар қолдану. 

 

1. Жасанды интеллектің даму тарихы.
2. Жасанды интеллектің негізгі анықтамалары және түсініктері.
3. Сараптық жүйелердің құрамы және сипаты.
4. Санды екілік жүйеден ондық санау жүйесіне қалай ауыстырамыз?
5. Ондық он бөлшек екілік санау жүйесіне қалай ауыстырылады?
6. Санау жүйесі деп нені айтады?
7. Позициялық санау жүйесінің позициялық емес санау жүйесінен айырмашылығы неде?
8. Разряд дегеніміз не?

Жасанды интеллектің негізгі  ұғымдары.  Жасанды интеллектің  даму

тарихы

Қазіргі кезде программистің  жұмыс істеу сапасы дəрежесі интеллектуалдық жүктеудің көп бөлігін компьютерлер орындағанда ғана    жоғары болады.  Бұл аймақта максималды прогресске қол жеткізу үшін  “Жасанды интеллект”  əдісі қолданылады,  мұнда компьютер бір типті жəне қайта-қайта жасала беретін операцияларды ғана орыдамайды,  сонымен    қатар өзі де үйренеді.  Бұған қоса толық қанағаттандыратын “жасанды интеллектіні” құру адамзатқа дамудың жаңа деңгейлері ашады. 

Адамдарды олардың өздерінің  ойлау механизмі əрқашан қызықтырған.  Адамды ақыл иесі ретінде ерекшелендіріп тұратын олардың интеллектісінің бар болуы.  Адам интеллектісі көптеген компоненттерде тұрады, оның ішінде сыртқы ортамен байланысты болатын сезім мүшелері,  үйренуге икемдігі,  бағалауға келмейтін білімдер жиынтығы. Есептерді шешу барысында байқалатын интеллектінің өзіндік белгілері болып үйренуге икемділік,  жалпылау,  тəжірибені  (білімді)  жинау жəне өзгерістерге бейімделу болып табылады. Интеллектінің осы қасиеттерінің арқасында ми əртүрлі есептерді шеше алады, сонымен қатар бір есептен екіншісін шешуге оп-оңай ауыса алды. Осылай, интеллектісі бар ми алуан түрлі есептерді шығаруға арналған əмбебап құрал болып табылады,  оның ішінде формалданбаған, стандартты, алдын ала шешу əдістері жоқ есептер. 

Интеллект  (intelligence) терминінің өзі латынның  intellectus – білім, ойлау, адамның ойлау мүмккіндігі деген сөздерінен шыққан.  40-жылдары есептеуіш машиналардың жəне кибернетикадағы зерттеулер пайда болысымен адамның ойлау табиғаты туралы сұрақ кибернетикалық аспектіге ие болды.

Адамда интеллектуалды деп  атайтын іс-əрекеттерді машинада құруға ғалымдар барлық күштерін салды. Бұл зерттеу бағыты  «жасанды интеллект» деген атауға ие болды. 

Жасанды интеллект  (artificial intelligence) – ЖИ  (AI)  автоматты жүйелердің адам интеллектісінің бөлек бір функцияларын атқаруын айтады.  Мысалы,  ертерек алынған тəжірибе жəне сыртқы əсерлерді рационалды талдау негізінде  тиімді шешімдерді таңдау жəне қабылдау. 

ЖИ өзінің пайда болуы  жəне дамуымен есептеуіш машиналарға  тəуелді, əдетте бұл бағытты информатика жəне есептеуіш техника аймақтарына жатқызады.  Бұның бəрі

Екінші дүниежүзілік соғыс аяқталған соң барлық ойын есептерді жəне жұмбақтарды компьютер көмегімен шешуден басталды.  Осы алғашқы тəжірибелер негізінде туған фундаменталды идея күйлер кеңістігінде іздеу деген атқа ие.  Сонымен,  интеллект деп мидың қабылдау,  еске сақтау жəне бағытталған түрде білімді оқу барысында түрлендіруді пайдалана отырып тəжірибе жəне түрлі жағдайларға байланысты адаптациялану негізінде    интеллектуалды есептерді шешу мүмкіндігін атайтын боламыз. 

Бұл анықтамада  «білім»  деп миға сезім мүшелері арқылы түсетін ақпаратты ғана атамаймыз.  Бұндай типті білім,  əрине,  өте маңызды,  алайда интеллектуалды іс-əрекет үшін жеткіліксіз.  Қоршаған орта объектілері сезім мүшелеріне тек əсер етіп қана қоймайды,  сонымен өзара белгілі бір қатынастарда болады.  Қоршаған ортада интеллектуалды əс-əрекетті іске асыру үшін,  білім жүйесінде сол ортаның моделіне ие болу керек. Қоршаған ортаның бұл ақпараттық моделінде реалды объектілер орналасқан, олардың қасиеттері жəне қатынастары тек көрсетіліп жəне есте сақталып қоймайды, сонымен қатар ойша  «бағытталған түрде түрлендіріледі».  Бұнымен қоса,  маңыздысы – сыртқы орта моделін құру  «тəжірибе жəне түрлі жағдайларға бейімделу негізіндегі үйрену» арқылы іске асады.  Біз интеллектуалды есеп терминін қолданған болатынбыз. Интеллектуалды есеп жай есептен несімен ерекшелетінін түсіндіру үшін кибернетиканың негізгі терминдерінің бірі - «алгоритм» терминін енгізу керек.

Алгоритм деп кез-келген есепті шешу үшін арналған операциялар жүйесінің белгілі бір ретпен орындау туралы ереже. «Алгоритм»  термині IX  ғасырдың өзінде қарапайым арифметикалық алгоритмдерді берген өзбек математигі əл-Хорезми атынан шыққан. Математикада жəне кибернетикада есептер класы шығарылған болып есептеледі,  егер олар үшін алгоритмдері белгіленген болса.   

Есептердің түрлі кластарын  шешу кезінде адамның негізгі  мақсаты – алгоритмдерді табу.  Белгілі бір есептердің алгоритмдерін табу жоғары квалификация жəне біліктілікті талап ететін күрделі біліммен байланысты. Мұнда адам интеллектісінің іс-əрекеті қажет. Белгілі бір түрдегі есептер класының алгоритмін табу есептерін интеллектуалды деп атайық.  Алгоритмдері белгіленген есептерге келетін болсақ, ЖИ облысында белгілі маман М. Минский байқағандай,  оларды интеллектуалды деп атау артық. Шынында,  алгоритм белгіленген соң, сəйкес есептерді шешу процесі оны тура солай есептің мəнінде хабарсыз адам да,  есептеуіш машина да немесе робот та орындай алады.  Жалғыз талап,  есепті шешуші поцесс құрылатын элементарлы операцияларды орындай алатын жағдайда болуы керек жəне берілген алгоритмді ұқыпты түрде басшылыққа алуы керек. 

Интеллект анықтамасын белгілі есептерді шешуге арналған алгоритмдерді құратын универсалды жоғары дəрежелі алгоритм.  Тағы бір қызығы,  программист мамандығы біздің анықтамаларымыздан ең интеллектуалды мамандық болып тұр,  себебі программист жұмысының өнімі – программалар – таза алгоритмдер. 

Интеллектуалды есептерді  шешуге бағытталған интеллектісі бар  мидың іс-əрекетін ойлау немесе интеллектуалды іс-əрекет деп атайық. Интеллект жəне ойлау теоремаларды дəлелдеу,  логикалық талдау,  жағдайларды ажырату,  іс-əрекетті,  ойынды жобалау жəне белгісіздік жағдайында басқару сияқты есептерді шешумен органикалық түрде байланысты. 

Есепті шешу барысында  байқалатын интеллектуалдың өзіндік  белгілері –  оқуға, жалпылауға,  тəжірибе жинауға жəне есепті шешу барысында өзгерістерге адаптациялануға бейімділік.  Интеллектінің осы қасиеттерінің арқасында ми түрлі есептерді шеше алады,  сонымен қатар бір есептің шешуінен екіншісіне оңай ауысады.  Осылай интеллектісі бар ми көптеген алдын-ала шығарылу əдістері,  стандарты шығарылуы жоқ есептерді шеше алатын əмбебап құрал.  Басқа да анықтамалар да бар.  Колмогоров бойынша ғылым,  əдебиет,  мəдениет мəселелерін талқылауға болатын кез-келген материалды жүйе интелектіге ие.   Тьюринг  былай түсіндірген:  əр түрлі бөлмелерде машина жəне адамдар бар.  Олар бір-бірін көрмейді,  бірақ ақпарат алмаса алады(мысалы,  электронды пошта арқылы). Егер диалог барысында адамдар машиналармен сөйлесіп отырғандарын байқамаса,  онда машинаны интеллектіге ие деп айтуға болады. 

ЖИ əр жағынан зерттеу тарихи түрде қалыптасты,  олар бір бірінен тəуелсіз түрде дамыды, тек ақырғы кезде ғана олардың жақындасуына жол ашылды: 

• құрылымдық, 

• имитациалық,  

• логикалық, 

• эволюциалық.

ЖИ жүйелеріндегі барлық нейрондық зерттеулер спектрі құрылымдық деп аталды. Құрылымдық деп ЖИ-ні адам миының құрылымын модельдеу арқылы құру. Бейнелерді  ажырату есептерінде көп қолданылады.  Адам миы негізінде құрылған модельдер үшін айқындылық қасиеті тəн емес.  Бұл желілерді адам миымен жақындастыратын тағы бір қасиеті –нейронды желілер қоршаған орта туралы толық мəліметсіз болса да жұмыс істей береді,  яғни адам тəрізді, қойылған сұрақтарға тек «иə», «жоқтан» басқа, «нақты білмеймін, бірақ иə сияқты» деген жауаптар бере алады. 

Келесі зерттеу жанды  мидың құрылымдық жəне функционады  ерекшеліктерін имитационды модельдеумен байланысты, яғни нəтижесі бойынша.   Бұл зерттеулерді тағы  «қара жəшік»  немесе  «нəтижесі бойынша сəйкес келу» деп атайды.   Оның мəні келесіде:  зерттеуші интеллектінің құрылу жəне жұмыс істеу принциптерін білмейді,  яғни оны  «қара жəшік»  ретінде қарастырады.  Бұл зерттеудің жақтаушыларының негізгі мақсаты адам интеллектісінің жұмысын ақырғы нəтиже бойынша имитациялайтын кейбір эвристикалық компьютерлік программаларды құру болып табылады.  Мұнда ададмдар қандай əдістерді қолданатыны ескерілмейді.  ЖИ жүйелерін құрудың мұндай түрі имитациялық деп аталады.  Жəне кибернетика үшін классикаалық зерттеу болып табылады.  Осылай, мұнда адамның басқа қасиеті моделденеді – басқалар не істейді, соны ол не үшін керектігіне назар аудармай көшіру.  Көп жағдайда бұл мүмкіндік көп уақытты үнемдейді, өмірінің басында–ақ. 

Эвристикалық программалау Карнеги университетінің А.Ньюэлл жəне Г.Саймон аттарымен байланысты,   жəне келесі принципке негізделген, адам миы нəтиже бойынша символдарды басқару туралы қарапайым есептер жиынтығына келуі мүмкін,  яғни компьютер орындай алатын операциялар.  Есептердің шешімі мүмкін болатын шешімдер жиыны кеңістігінен эвристикалық ережелер бойынша іздестіріледі,  олар іздестіруді, белгілі бір бағыт бойынша жүруді тездетеді.   Эвристикалық іздестіру көлемінде шығарылған типтік есептерге теоремаларды дəлелдеу,  түрлі ойындар,  жұмбақтарды шешу, геометриялық жəне шахматтық есептер, əуендерді құру, химиялық құрылымдарды анықтау, т.б.

Саймон компьютерлер 90 жылдан соң əлем чемпионы болады деген болжам жасаған болатын, иə ол толығымен орындалды. Эвристикалық іздестіру көлемінде машиналар тек примитивті шектелген есептерді шеше алатын.

ЖИ имитациялық программаларының келесі қол жеткізулері, атап айтсақ шахматтық компьютер Deep Blue 1997 жылы  əлем чемпионы Г.Каспаровты жеңуі, тек эвристикалық іздестірумен ғана байланысты емес,  ЖИ-нің басқа синтетикалық салаларының пайда болуымен де.  Оларға мықты көппроцессорлы паралелльді жүйелерге жəне нейронды акселераторларға негізделген эвристикалық программаларды қолдайтын аппараты жабдықтау жатады. Мысалы, аталған компьютерде жүрістер генераторы 256 паралелльді процессорлар негізінде жүзеге асырылған. 

ЖИ толық көрсету үшін алгебраның мүмкіндіктері жеткіліксіз, осында ЭЕМ-лардың негізі бит-0 жəне1 мəндерін қабылдайтын  жады ұяшығы екенін еске түсірейік. Осылай, компьютерде жасауға болатынның бəрін предикаттар логгикасында жүзеге асыруға болады деген болжам жасауға болады. 

Логикалық зерттеу нақтырақ болуы үшін нақты емес логика көмектеседі.  Оның негізгі ерекшелігі  «иə», «жоқтан» (1/0)  басқа  «білмеймін» (0.5)  сияқты аралық мəндерді қабылдауға болады.  Бұл зерттеу адам ойлауына көбірек ұқсайды,  себебі иə,  жоққа қарағанда білмеймін деген жауап жиі қолданылады.  Көптеген логикалық əдістер үшін зор еңбек керек, дəлелдеуді іздестіру кезінде нұсқалар бəрі толық қарастырылады. Сондықтан бұл зерттеу есептеу процесінің эффективті жүзеге асырылуын қажет ететді, жəне жұмыс спасының жоғары болуына деректер қорының көлемі үлкен болмаса кепіл беріледі. 

Эволюциялық жағынан зерттеу  үлкен қарқын алды.  Бұл зерттеу  бойынша ЖИ жүйелерін құрғанда,  бастапқы моделді құруға жəне қандай ережелер бойынша өзгеретініне аса назар аударылады. Модель əр түрлі əдістер арқылы құрылуы мүмкін.  Эволюциалық модельдер жоқ деп те айтуға болады, тек эволюциалық алгориттмдер ғана бар,  бірақ эволюциалық зерттеулер кезінде алынған модельдер өзіне ғана тəн ерекшеліктерге ие, бұл оларды басқа класқа бөлуге мүмкіндік береді.  Барлық аталған зерттеулер бір-бірінен тəуелсіз дамыған,  тек ақырғы кезде ған  олардың жақындасуына дол ашылғандай.  Өте жиі аралас жүйелер кездеседі,  мұнда жұмыстың бір бөлігі бір тип бойынша, екіншісі басқа тип бойынша орындалады.

Білімді машиналар эрасы алғашқы компьютерлер пайда болысымен басталды. Копьютерлердің көпшілігі немістің шифрларын Екінші Дүние Жүзілік соғыс кезінде шешу үшін арналған. 1940  жылы алғашқы электромагнитті реле негізіндегі    жұмыс компьютері Робинсон (Robinson)  жасалды.  Ол Энигма (Enigma)  машинасы арқылы шифрланған неміс сөздерін анықтау үшін арналған.  Энигма мультипликациалық  трюктардың атасы Хит Робинсон  (Heath Robinson) атына байланысты қойылған. Жылдар өте келе вакуумдық түтікшелерді электромагниттік релеге ауыстыру Колоссты құруға алып келді. Бұл одан да тез компьютер. 

Кері байланысты нейронды желілер Вальтер Питтс (Walter Pitts) жəне Уоррен Мак Куллочпен (Warren McCulloch)  1945  ж.  құрылған болатын,  олардың мүмкіндіктерін есептеулер кезінде көрсеті үшін. Бұл ертедегі желілер электронды болды. Шамамен осы кезде  Норберт Винер (Norbert Wiener) биологиялық жəне инженерлік жүйелер үшін кері байланыстың математикалық теориясын қосатын кибернетика бөлімін қосатын.  Бұл ашылыстың басты аспектісі келесі концепция болды, білім – белгілі мақсатқа жету үшін ақпаратты алу жəне өңдеу.