Том 33. Разум, машины и математика. Искусственный интеллект и его задачи - Игнаси Белда

Если мы хотим получить данные о продажах в отдельные месяцы, нужно добавить к таблице третье измерение, в котором для каждого региона и типа продукции представленные данные будут разбиты на 12 месяцев.

Сформировав куб, мы сможем выполнять различные виды сложного анализа данных с учетом предварительно выстроенной структуры куба. Заметим, что основные затраты вычислительных ресурсов при использовании хранилища данных связаны не с самим анализом данных, а с построением множества гиперкубов. Гиперкубы могут отражать данные организации с учетом множества возможных сочетаний. Поэтому OLAP-кубы, как правило, строятся по ночам, а используются и анализируются на следующий день.

С помощью OLAP-кубов аналитики компании, производящей молочные продукты, могут ввести в систему новое измерение — погодные условия в каждый день года в каждом регионе, где продаются продукты компании. Это новое измерение позволит изучить уровень потребления различных продуктов в зависимости от температуры.

Располагая этими знаниями и прогнозами погоды, аналитики могут предсказать, какой объем всех видов продукции следует произвести в каждом регионе, чтобы свести запасы молочной продукции к минимуму. Отметим, что соблюдение температурного режима хранения молочных продуктов требует немалых расходов.

Часто измерения OLAP-кубов дополнительно усложняются, и в пределах одного измерения вводятся иерархии. Так, в предыдущем примере измерение, описывающее погоду, можно дополнить новой иерархией, например привести данные о погоде за каждый день или в каждом квартале, так как уровень потребления молочных продуктов будет гарантированно отличаться летом и зимой, в начале и в конце месяца.

Можно сформировать иерархию регионов и ввести как более крупные (Центральная Европа, Южная Европа), так и более мелкие области (Ломбардия, Бретань, Андалусия).

Разумеется, после завершения построения с помощью OLAP-кубов можно решать различные задачи визуализации данных, помимо очевидного анализа, о котором мы уже рассказывали. К примеру, можно изображать двухмерные сечения куба или отдельные «кубики» (небольшие многомерные части куба), складывать или вычитать значения в рамках иерархий и даже вращать куб, чтобы взглянуть на данные с другой стороны.

* * *

MICROSOFT RESEARCH

Сегодня крупнейшим коммерческим исследовательским центром мира, где ведутся работы по изучению искусственного интеллекта, является Microsoft Research. В этом центре работают авторитетные ученые, которые занимаются изучением столь важных вопросов, как машинное обучение или новые способы взаимодействия человека и машины. Microsoft Research имеет представительства в самых разных странах, в частности в Германии, США, Великобритании, Китае, Индии и Египте.

Специалисты центра являются мировыми лидерами в области использования байесовских сетей и других вероятностных методов в таких областях, как обнаружение нежелательных писем (спама) или интеллектуальная адаптация интерфейса информационных систем к шаблонам поведения пользователей.

Глава 6. Искусственная жизнь

Дать определение понятиям «жизнь» и «интеллект» трудно как с точки зрения биологии, так и с точки зрения философии. Возможно, это так же сложно, как и дать формальное определение интеллекта. В первой главе мы уже говорили о философских и математических дискуссиях, целью которых было определение понятия «интеллект»: это тест Тьюринга, «китайская комната», споры о творчестве и так далее.

Один из самых активных и авторитетных специалистов в этой области, Джон Холланд (род. 1929), также занимавшийся эволюционными алгоритмами, глубоко изучил этот вопрос и пришел к выводам, которые помогут нам определить, что такое жизнь.

Искусственная жизнь тесно связана с другим важным понятием в рамках искусственного интеллекта — так называемыми мягкими вычислениями (soft computing).

Мягкие вычисления — это совокупность средств и методов, как правило, имеющих непосредственные аналогии в природе, которые позволяют решать задачи высокой сложности путем обработки неполной и неточной информации. К таким методам относятся эволюционные алгоритмы, нейронные сети, нечеткая логика и так далее.

Мягкие вычисления оформились в отдельный раздел информатики в 1990-е годы и сегодня используются при решении задач, для которых эксперты не смогли найти оптимального решения. В некоторых случаях оптимальное решение подобных задач требует нескольких лет расчетов или использования данных, которые невозможно получить. Мягкие вычисления позволяют быстро найти неоптимальное, но достаточно хорошее решение задач такого типа. Сегодня мягкие вычисления используются для решения задач во всех областях науки и техники, начиная от биологии и заканчивая политологией.

Одно из важнейших свойств системы, в которой есть «жизнь», таково: в ней должны присутствовать определенные условия, которые делают возможным появление самоорганизующихся систем, намного более сложных, чем их составные части.

Прекрасный пример такой системы — колония муравьев, в которой относительно несложное поведение простых элементов, муравьев, порождает полностью самоорганизующуюся систему — колонию, намного более сложную, чем сумма ее частей.

Еще одна характеристика жизни заключается в том, что живой организм должен уметь выживать в среде, в лучшем случае — оставить потомство. Чтобы организм можно было назвать живым, он должен иметь определенную неслучайную динамику, независимую от возможных изменений окружающей среды. Также живая система должна обладать повторяющимся, но неравномерным поведением. Иными словами, если действие нового процесса очевидно, но при этом он является циклическим, то сущность, в которой проявляется этот процесс, нельзя считать живой.

Утка Жакаде Вокансона (1709–1782) — возможно, первого инженера, занимавшегося искусственной жизнью.

Как читатель уже понял, определить жизнь и интеллект со всей математической точностью непросто. До сих пор не найден простой критерий, позволяющий выяснить, можно ли считать живым тот или иной искусственный либо естественный объект. Споры о сущности жизни выходят далеко за рамки математики и информатики.

Даже в биологии ученые до сих пор не пришли к единому мнению по некоторым вопросам, связанным с жизнью, к примеру, можно ли считать живым организмом вирус. И можно ли считать живым организмом компьютерный вирус? Проанализируем ситуацию: компьютерные вирусы очевидно обладают динамическим поведением, которое не является регулярным или циклическим. Но можно ли сказать, что компьютерные вирусы возникли естественным образом? Скорее всего нет, так как они созданы злоумышленником-программистом, в то время как обычные вирусы возникли естественным путем.

* * *

ВИРУСЫ И ПРИОНЫ

Вирусы это биологические системы, сами по себе не способные к размножению, поэтому большинство биологов не считает их живыми организмами, однако консенсус по этому вопросу до сих пор не достигнут. Существует множество видов вирусов, но все они обладают общим свойством — в них присутствует генетический материал, который вирусы передают хозяевам при заражении. В результате появляются новые копии вируса, разумеется, несущие в себе этот генетический материал. Копии вируса распространяются по организму хозяина и поражают новые и новые клетки.

Прионы, в свою очередь, еще более просты и не имеют генетического материала, однако способны передаваться от одного организма к другому. Механизм передачи прионов до сих пор неясен, но сегодня они представляют большой научный интерес, поскольку вызывают серьезные заболевания, например губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота (коровье бешенство).

Прионы — это естественные белки с аномальной структурой. Вступая в контакт с другим белком в организме, прион вызывает изменения в его структуре. В результате затронутый белок перестает функционировать, а его аномальная структура передается другим белкам. Является ли прион живым организмом? По мнению биологов, нет.

Схема строения вируса.

* * *

«ЖИВЫЕ» ВЫЧИСЛЕНИЯ

В этой главе рассказывается об искусственных системах, имитирующих поведение живых организмов, а также о вычислительных системах, построенных на основе живых организмов.

Процессоры современных компьютеров состоят из сотен миллионов транзисторов, в которых все вычислительные операции выполняются с помощью электрических сигналов. Транзисторы — безжизненные объекты, изготовленные из неорганических элементов, например кремния.