Реферат: Программа дисциплины основы искусственного интеллекта (дпп. Ф. 10) для специальностей 030100. 21

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ТГПУ)


«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе (декан факультета)

_____________________________

«___» ______________ 2008 года


ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Основы искусственного интеллекта (ДПП.Ф.10)

для специальностей

030100.21 – информатика с дополнительной специальностью математика



Цели и задачи дисциплины:

1.1. Цель преподавания дисциплины.

Цель преподавания дисциплины - обеспечить теоретическую подготовку в области основ искусственного интеллекта и моделей представления знаний: логических, продукционных, фреймовых и сетевых, а также привить первоначальные навыки программирования на языке «Пролог».


^ 1.2. Задачи изучения дисциплины.

Задача изучения дисциплины – ознакомление с основными современными направлениями исследования в области искусственного интеллекта, с основными моделями представления знаний: логическими, продукционными, фреймовыми и сетевыми, обучение программированию на зыке Пролог.


^ 1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данного курса.

Теория алгоритмов, дискретная математика, математическая логика, информационные системы.


Требования к уровню освоения содержания дисциплины:

В результате изучения дисциплины студент должен владеть основной терминологией в области систем искусственного интеллекта и моделей знаний, иметь представление об основных методах искусственного интеллекта и иметь начальные навыки программирования на языке логического программирования Пролог.


^ 3. Объем дисциплины и виды учебной работы:


Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

107

9










Аудиторные занятия

48

48










Лекции

24

24










Практические занятия (ПЗ)
















Семинары (С)
















Лабораторные работы (ЛР)

24

24










И (или) другие виды аудиторных занятий
















Самостоятельная работа

59

59










Курсовой проект (работа)
















Расчетно-графические работы
















Реферат
















И (или) другие виды самостоятельной работы
















Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

зачет

зачет













^ Содержание дисциплины:




Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п

Разделы дисциплины

Лекции

Практические занятия или семинары

Лабораторные занятия

1

Основные понятия.

2







2

Логические модели.

6

24




3

Продукционные модели.

4







4

Реляционные языки.

6







5

Нейронные сети.

2







6

Организация диалога между ЭВМ и пользователем на естественном языке

4










Содержание разделов дисциплины


^ 1. Основные понятия.

Основные направления исследований в области искусственного интеллекта: построение экспертных систем, автоматизированный логический вывод, распознавание образов, ситуационное управление, информационно-поисковые системы, организация диалога с ЭВМ на естественном языке, перевод с одного естественного языка на другой. Система знаний. Модели представления знаний: логическая, сетевая, фреймовая, продукционная.Понятие о реляционных языках представления знаний.


^ 2. Логические модели.

Логика высказываний и ЛППП (обзор). Метод резолюции, стратегии проведения резолюций: полный перебор, входная резолюция, линейная резолюция, упорядоченный линейный вывод (OL-вывод), вывод на клозах Хорна и его использование в языке Пролог. Представление о логическом программировании. Представление знаний о предметной области в виде фактов и правил базы знаний Пролога. Дескриптивный, процедурный и машинный смысл программы на Прологе. Рекурсия и структуры данных в программах на Прологе. Понятие о экспертной системе (ЭС). Общая характеристика ЭС. Виды ЭС и типы решаемых задач. Структура и режимы использования ЭС. Классификация инструментальных средств ЭС и организация знаний в ЭС. Интеллектуальные информационные ЭС.Поиск на пространстве решений: поиск а глубину и поиск в ширину. Запросы в информационных системах. Неклассические логики: логики высших порядков, модальные логики, многозначные логики


^ 3. Продукционные модели.

Понятие продукции. Применение пространства решений при поиске на продукциях. Коммутативные системы продукций. Нечеткий вывод в логике и на продукциях.


^ 4. Реляционные языки.

Основные элементы естественных языков. Дескрипторные модели, структура дескрипторной ИПС, линейная модель ее работы. RX-коды. Синтагматические цепи, фреймовые модели и их применение в системах ситуационного управления. Семантические сети, поиск по образцу в семантической сети, применение логического вывода на семантических сетях.


^ 5. Нейронные сети.

Понятие формального нейрона. Топология и логика работы сети. Двуслойный перцептрон, как пример нейронной сети. Понятие обратной связи.

^ 6. Диалог между ЭВМ и пользователем на естественном языке

Задача организации диалога между ЭВМ и пользователем на естественном языке. Формальные языки и грамматики. Модель непосредственных составляющих. Расширенные сети переходов. Глубинные (семантические) падежи.



^ Лабораторный практикум

Лабораторный практикум включает в себя перечень работ, позволяющих получить практические навыки программирования на языке логического программирования Пролог.

Примерный перечень лабораторных работ:

№ п./п.

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

1

2

База знаний «Родственные отношения» (реализация на Прологе).

2

2

Вычисление факториала (реализация на Прологе).

3

2

Поиск элемента в списке (реализация на Прологе)..

4

2

Включение элемента в список (реализация на Прологе)..

5

2

Сортировка списка методом прямого выбора (реализация на Прологе).

6

2

Сортировка списка с помощью метода Хоара (реализация на Прологе).

7

2

Создание модели простой экспертной системы (реализация на Прологе).

8

4

Знакомство с языком Лисп (реализация на Прологе).




Учебно-методическое обеспечение дисциплины:




Рекомендуемая литература


а) основная литература:

Ясницкий, Л. Н. Введение в искусственный интеллект / Л. Н. Ясницкий. – М.: Академия, 2008. – 176 с.


б) дополнительная литература

Горелик, А.Л. Методы распознавания. Учебное пособие для ВУЗов. / А.Л. Горелик, В.А. Скрипкин. – М.: Высшая школа, 1984. – 232 c.

Горский, Н. Распознавание рукописного текста. От теории к практике. / Горский Н., Анисимов В., Горская Л. – Спб.: Политехника. – 127 с.

Люггер, Дж. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем / Дж. Люгер. - М.: Вильямс, 2003. – 864 с.

Стюарт, Р. Искусственный интеллект: современный подход. / Р. Стюарт, Р., П. Норвиг. – М.: Вильямс, 2006. – 1408 с.

Хант, Э. Искусственный интеллект. / Э. Хант. – М.: Мир, 1978. – 560 с.

Шрайнер, П.А. Основы программирования на языке Пролог: курс лекций: учебное пособие/ П.А. Шрайнер. – М.: Интернет-Университет Информационных Технологий, 2005.– 172 с.




Средства обеспечения дисциплины


Для реализации лабораторного практикума требуется компилятор языка Пролог, например TProlog и желателен интерпретатор языка Lisp.



Материально-техническое обеспечение дисциплины

Компьютерные классы Института Прикладной Информатики.


Методические рекомендации по организации изучения дисциплины


^ 8.1. Методические рекомендации для студентов


Студентам предлагается использовать предлагаемый курс лекций, а также основную и дополнительную литературу для изучения предмета. Стоит обратить внимание на то, что для того, чтобы иметь возможность освоить материала в рамках данной дисциплины, следует знать основы теории баз данных основы теории вычислимости и теории алгоритмов, иметь навыки программирования на процедурных и объектно-ориентированных языках.

Дисциплина построена путем последовательного изучения различных моделей представления знаний: логические модели (логика высказываний, логика предикатов первого порядка, логики высших порядков, модальные логики, многозначные логики), продукционные модели, реляционные языки представления знаний (дескрипторные модели, RX-коды, синтагматические цепи, фреймовые модели, семантические сети), нейронные сети. Для изучения внутренних преставлений используются наиболее общие подходы, на которых, как правило, основаны все конкретные решения.

Важнейшую роль играет выполнение лабораторных работ, комплекс которых позволяет изучить язык программирования Пролог и получить представление о языке Лисп.


^ 8.2. Методические рекомендации для преподавателей


Преподаватель должен последовательно излагать теоретический материал в рамках лекционных занятий. При этом предлагаемого материала должно быть достаточно для того, чтобы студент мог самостоятельно углублять полученные знания по мере необходимости. Важно помнить, что данная дисциплина, с одной стороны носит фундаментальный характер, так в ней достаточно подробно рассматривается модели представления знаний, с другой стороны дисциплина направлена на отработку практических навыков программирования на рекурсивно-логическом и функциональных языках.

В рамках лабораторного практикума крайне важно добиться от студентов навыков самостоятельного решения задач.

На экзамене преподаватель должен убедиться не только в знании студентом вопросов конкретного билета, но и убедиться в общих знаниях по предмету. С этой целью могут непосредственно на экзамене задаваться дополнительные вопросы, или может проведено предъэкзаменационное тестирование. При выставлении оценки, преподаватель должен ориентироваться не столько на объем информации, которую студент может «запомнить», сколько на «понимание» материала и способность к его практическому применению.


Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы.

Эквивалентные преобразования в ЛВ.

Эквивалентные преобразования в ЛППП.

Метод резолюции в ЛВ.

Метод резолюции в ЛППП.

ЛВ на клозах Хорна.

Знакомство со средой TProlog.

Простейшие программы в TProlog.

Решение логических задач в TProlog.

Внутренние цели в программе на прологе.

Простейшие вычислительные задачи на прологе.

Откат в прологе.

Использование списков.

Запросы класса C на прологе.

Запросы класса С на прологе.

Самостоятельная работа (программа на прологе).

Введение в LISP


Примерный перечень вопросов к зачету

Понятие интеллектуального алгоритма. Основные направления исследования в области ИИ. Основные модели представления знаний.

Логика высказываний и булева алгебра. Обзор.

Метод резолюции в логике высказываний.

ЛППП: понятие предиката, атома, ф-лы, интерепретация ф-л, логическое следование. Преобразования формул.

Метод резолюции в ЛППП. Полнота резолютивного вывода. Стратегии проведения резолюций.

Упорядоченный линейный вывод (OL-вывод) в ЛППП.

Понятие пространства решений. Построение пространства решений в процессе OL-вывода.

Поиск на пространстве решений.

Логический вывод на клозах Хорна. Понятие о логическом программировании.

Понятие ЭС.

Применение логического вывода в ЭС. Запросы класса A и B.

Запросы классы C.

Неклассические логики.

Понятие продукций. Формализация задач в продукционной модели (на примере).

Стратегии управления в продукционной модели.

Понятие о нечетком выводе на продукциях и в ЛППП.

Коммутативные системы продукций. Достоинства и недостатки продукционных моделей.

Понятие дескриптора. Схема работы ИПС.

Линейная модель работы ИПС. Критерии релевантности. Многоуровневый поиск. Основные характеристики дескрипторной ИПС.

RX-коды.

Синтагматические цепи.

Фреймы и их применение в системах ситуационного управления.

Понятие семантической сети.

Задача кратчайшего обхода образца в семантической сети.

Логический вывод на семантических сетях.

Нейронные сети.



Программа составлена в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования специальностей 030100.21 – информатика с дополнительной специальностью математика.

Программу составил:

Стась Андрей Николаевич, к.т.н., доцент,

Программа дисциплины утверждена на заседании кафедры информатики, протокол №______________ от «____» _____________ 2008 г.


Зав. кафедрой информатики. ____________________ А.Н. Макаренко


Программа дисциплины одобрена методической комиссией ФМФ ТГПУ

Председатель методической комиссии

физико-математического факультета ______________ В.И. Шишковский


Согласовано:

Декан физико-математического факультета __________________ А.Н. Макаренко