Predhovor
| Umelá inteligencia je jednou z oblastí skúmania, poznávania a štúdia, ktorá vzrušuje odborníkov rovnako ako aj laikov už viac ako pol storočia. Je to dlhá doba v informatike; je to takpovediac okamih z perspektívy takých disciplín, ako je napríklad logika, ktorej základy kládol predsa už Aristoteles. A predsa matematická logika poskytuje neodmysliteľný základ pre množstvo fundamentálnych metód umelej inteligencie. Možno má umelá inteligencia nie príliš šťastný názov, ktorý priveľa naznačuje, ale nie celkom presne korešponduje so skutočným predmetom skúmania a obsahom poznatkov. Určite je to však veľmi zaujímavá oblasť poznania, či už sa nazýva umelou, strojovou, výpočtovou alebo inou inteligenciou, prípadne ešte inak. | |
| CIEĽ UMELEJ INTELIGENCIE | Čo je cieľom umelej inteligencie? V úvode tejto knihy píšeme, že cieľom umelej inteligencie je vytvoriť, zostrojiť inteligentné objekty a porozumieť im. Metóda umelej inteligencie je vo svojej podstate spätá s použitím výpočtových procesov. Tu je podstatný súvis s informatikou a rozdiel oproti iným vedám, ktoré sa zaoberajú inteligenciou. Umelá inteligencia si nekladie za ciel -- hoci má ambíciu k jeho skúmaniu prispieť -- odpovedať na otázku, čo je to inteligencia. To skúmajú iné vedy a bolo by asi nanajvýš neskromné čo len vyvolávať očakávanie, že na túto otázku dokáže odpovedať práve umelá inteligencia. Slovensko má už viac než štvrťstoročnú tradíciu pestovania umelej inteligencie ako predmetu štúdia aj ako predmetu výskumu. Ani táto kniha nie je prvým učebným textom v oblasti umelej inteligencie, ktorý vznikol na Slovensku. Umelá inteligencia alebo inteligentné systémy sú štandardnou základnou častou vzorových študijných programov v oblasti informatiky, či ich odporúča Počítačová spoločnosť IEEE, ACM alebo IFIP. Všeobecne sa považuje za dôležité, aby sa študenti hocijakej oblasti informatiky stretli s touto problematikou. IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inštitút elektrotechnických a elektronických inžinierov. |
| UČEBNICA PRE ROZNYCH ZÁUJEMCOV | Našou ambíciou bolo vytvoriť učebnicu, ktorá pokryje základné témy, ktoré sa štandardne skúmajú a študujú v oblasti umelej inteligencie. Čitateľovi predkladáme učebnicu, ktorá by mu mala pomôcť oboznámiť sa nielen so základnými metódami oblasti, bežne nazývanej umelá inteligencia, ale aj pri hlbšom štúdiu niektorých z nich. Ide najmä o oblasť znalostného inžinierstva, ktorú podávame tak, aby mohla slúžiť pre štúdium pokročilejšieho kurzu znalostných systémov. Ale aj problematika neurónových sietí je spracovaná podrobnejšie, než sa bežne dá pokryť v základnom kurze umelej inteligencie a náš text sa dá využiť pre samostatný kurz venovaný tejto problematike. Podobne aj strojové vnímanie nemusí byt súčasťou základného kurzu umelej inteligencie v rozsahu, v akom ho ponúkame. Rôzne časti učebnice preto spracúvame sčasti na rôznych úrovniach hĺbky pochopenia. Napriek tomu sme nerezignovali na integrujúci pohľad. Naopak, našou ambíciou je ponúknuť text, ktorý umožní záujemcovi nahliadnuť do ťažiskových tém umelej inteligencie tak, aby si uvedomil vzájomné súvislosti jednotlivých tém. Prispieva k tomu aj moderná koncepcia viac alebo menej inteligentných agentov, ktoré sa v umelej inteligencii skúmajú a zostrojujú. Ak pripájame atribút modernosti, robíme tak aj s odvolaním sa na učebnicu Russela a Norviga (1995), ktorá má moderný prístup v názve, najmä však prišla snáď ako prvá s uvedenou koncepciou dôsledne použitou pri výklade väčšiny tém. V tomto bola inšpiráciou nielen pre nás. |
| KOMU JE UČEBNICA URČENÁ | Prvotným zámerom bolo a zostáva poskytnúť učebný text študentom predmetu Umelá inteligencia. Tento predmet prednášam v prvostupňovom vysokoškolskom (bakalárskom) štúdiu pre študentov študijného odboru Informatika, pravidelne si ho však zapisujú aj niektorí študenti študijného odboru Automatizácia. Ide o prvý kurz umelej inteligencie, poskytujúci dôkladný fundament tejto disciplíny pre ďalšie štúdium, ale aj pre použitie jej metód v iných disciplínach alebo oblastiach aplikácie. Prvou, ktorej som ponúkol spoluprácu na tvorbe tejto učebnice, bola Mária Bieliková. Prednáša Znalostné systémy študentom druhostupňového vysokoškolského (magisterského/inžinierskeho) študijného odboru Informatika. Vydanie samostatnej ucebnice pre takýto predmet nie je za daného stavu a podmienok aktuálne. Potrebe študentov vychádzame takto v ústrety aspoň zaradením dielu, venovanému znalostnému inžinierstvu. Obsahuje poznatky, ktoré sú určené študentom prvého kurzu Umelej inteligencie. Obsahuje však viac, čo by mohli oceniť aj študenti kurzu Znalostných systémov. Oba tieto diely sa venujú skôr tzv. tradičnej umelej inteligencii - snáď s výnimkou kapitoly o umelých neurónových sieťach. Tretí diel sa zaoberá distribuovanými inteligentnými systémami, ktoré sú predmetom skúmania tzv. distribuovanej umelej inteligencie. Ponúkame tu najnovšie poznatky o multiagentových systémoch. Táto problematika má dosah na viacero oblastí informatiky a preto ju považujeme za užitočnú pre študentov napriek tomu, že (zatiaľ) sa neponúka ako samostatný predmet. Som veľmi rád, že na spracovanie tejto kapitoly sa podujal Ivan Kapustík. Postupne sa mi takto podarilo vytvoriť excelentný autorský kolektív. Je pre mňa cťou, že kapitolu o umelých neurónových sieťach sa podujala napísať Ľubica Beňušková a kapitolu o strojovom vnímaní Milan Unger. Ak hovorím o kolektíve autorov, chcem tým zdôrazniť aj to, že sme pri písaní celého textu vzájomne spolupracovali a konečný text je spoločným výsledkom, na ktorom sa často podieľali viacerí z nás, nie iba autor pôvodnej verzie. |
| ČLENENIE UČEBNICE | Predkladaná učebnica umelej inteligencie sa člení na tri diely. Pre toto členenie sme sa nakoniec rozhodli, lebo nielen dobre zodpovedá obsahu, ktorému takto dáva prirodzenú logickú štruktúru, ale aj do značnej miery odráža pôvodné zámery, na čo bude naša učebnica slúžiť. V tejto učebnici sa sústredíme najprv na štúdium umelej inteligencie vo všeobecnosti. V druhom dieli potom upriamime pozornosť na znalostné inžinierstvo, ktoré je špeciálnou inžinierskou disciplínou v rámci umelej inteligencie. Využívajúc teoretické výsledky a základný metodologický aparát umelej inteligencie skúma spôsoby získavania, reprezentácie a využitia znalostí najmä s ohľadom na navrhovanie znalostných systémov. Tretí diel sa zaoberá tzv. distribuovanou umelou inteligenciou. |
| PRVÝ DIEL SA ZAMERIAVA NA ŠTÚDIUM UI VO VŠEOBECNOSTI | V prvom dieli budeme rozoberať vlastnosti a možnosti navrhovania rozumných agentov. Začneme od najjednoduchších, ktoré nebudú mat ešte schopnosti zložitého vnímania prostredia alebo konania v ňom. Budú schopné riešiť problémy rôznymi metódami hľadania riešenia aj v závislosti od množstva a druhu informácií, ktoré budú mat k dispozícii. Ukážeme, ako možno využiť aparát logiky na opis usudzovania pri riešení problémov. Rozoberieme spôsoby riešenia rôznych zvláštnych druhov problémov, ako sú hry alebo úlohy plánovania. Ďalším krokom bude rozšírenie schopností agenta o učenie sa, t.j. metódy získavania znalostí. Na to nadviažeme kapitolou venovanou umelým neurónovým sietam. Doplneniu schopností rozumného agenta o vnímanie obrazu prostredia sa venuje posledná kapitola prvého dielu. |
| DRUHÝ DIEL SA VENUJE ZNALOSTNÉMU INŽINIERSTVU | V druhom dieli sa najprv uvedie problematika znalostného inžinierstva. Opíšeme predmet skúmania tejto špeciálnej disciplíny v rámci umelej inteligencie. Diskutujeme možnosti použitia znalostných systémov vrátane ich ohraničení. Zavedie sa architektúra znalostného systému. Podrobnejšie sa venujeme dvom základným súčiastkam architektúry: báze poznatkov a s tým súvisiacou reprezentáciou poznatkov a odvodzovacím strojom, t.j. spôsobmi usudzovania s poznatkami. Potom sa podrobnejšie venujeme tvorbe znalostných systémov. Opíšeme proces navrhovania znalostného systému a jeho životný cyklus. Vysvetlíme spôsoby získavania znalostí, ktoré sa do znalostných systémov zapisujú. Spomenieme programové prostriedky na tvorbu znalostných systémov. |
| TRETÍ DIEL SA VENUJE DISTRIBUOVANEJ UMELEJ INTELIGENCII | Tretí diel sa zameriava na oblasť takzvanej distribuovanej umelej inteligencie. Najprv celú problematiku stručne uvedieme diskusiou o samotnom pojme a pripojíme aj poznámku k dejinám tejto oblasti. Podrobnejšie sa budeme venovať najmä multiagentovým systémom, t.j. systémom, ktoré tvoria viaceré agenty. Uvedieme ich klasifikáciu. Opíšeme rôzne riešenia architektúry agentov. Budeme hovoriť o spoločenstvách agentov, o ich komunikácii, koordinácii a kooperácii. Dôležitou otázkou je učenie sa vo multiagentových systémoch. |
| Predkladaná učebnica začala vznikať kedysi v roku 1997, keď som napísal prvú verziu prvého dielu. Bolo to akési jadro, ktoré pokrývalo značnú časť tém, ktoré prednášam v predmete Umelá inteligencia. Pri tvorbe učebnice bola mojou prvou spolupracovníckou Mária Bieliková počínajúc už diskusiami o štruktúre celého diela. Aj ďalšia verzia prvého dielu bola výsledkom jej podstatných tvorivých zásahov. Napriek dosť pokročilému štádiu dopracovania sa nepodarilo z rôznych dôvodov prácu dotiahnuť do stavu, ktorý by bol zverejniteľný aspoň približne podľa našich predstáv. Aj toto zlo bolo na niečo dobré. Každým ďalším rokom, v ktorom som text ako pracovnú pomôcku pre predmet Umelá inteligencia používal, sa text predsa len vylepšoval a dozrievala aj koncepcia, ktorá sa odzrkadľuje v súčasnej podobe textu. Koncepcia rešpektuje relatívne autonómne postavenie problematiky znalostného inžinierstva tak, ako ju budovala Mária Bieliková. Svoju autonómnosť má však koniec koncov každý zo spoluautorov, každý sa prejavuje svojím rukopisom a možno trochu odlišným spôsobom výkladu. Nepokladám to však nutne za nevýhodu. Každá cast má zhruba rovnakú štruktúru. Obsahuje aj príklady, cvičenia, zoznam kľúčových slov a zhrnutie. | |
Súčasne treba priznať, že predkladaný text nepokladáme za ideálne dopracovaný. Ak sme sa rozhodli pre jeho publikovanie, boli sme ovplyvnení najmä akútnou potrebou takejto učebnice pre našich študentov, ale aj pre širší okruh záujemcov. To, že svoj text nepovažujeme za ideálne dopracovaný, je normálnym priznaním nevyhnutnej skutočnosti, no nemá byt priznaním nášho zmierenia sa s nedostatkom kvality, skôr výrazom ambície naďalej svoje dielo vylepšovať. Okrem dopracovania spracovaných oblastí a tém sú však ešte iné témy, ktoré patria do alebo súvisia s umelou inteligenciou, avšak z rôznych dôvodov sme ich do nášho textu (podobne ako mnoho iných autorov učebníc umelej inteligencie) nezaradili. To vôbec neznamená, že by sme sa na našej katedre vo výučbe alebo vo výskume viacerými ďalšími zaujímavými otázkami nezaoberali. |
|
| PARTNERSTVO SO ŠTUDENTMI | Naším strategickým partnerom je náš študent. Máme študentov, ktorí sú vynikajúci v štúdiu, zanietení vo výskume, perfektní v každom výsledku, ktorý vytvoria. Sme na nich hrdí, sú pre nás inšpiráciou pre ďalšiu prácu. Som presvedčený, že viaceré študentské práce, ktoré vznikli na našej katedre, sú natoľko zaujímavé, že si ich so záujmom prečíta aj širšie odborné publikum. V diskusii s Máriou Bielikovou vznikla myšlienka zaradiť texty, ktoré vytvorili naši študenti pri štúdiu predmetu alebo otázok súvisiacich s umelou inteligenciou do tejto učebnice. Vybral som texty, ktoré rozoberajú témy, rozširujúce pôvodný záber učebnice. Okrem rozšírenia tematického záberu je to aj rozšírenie žánrové: študentská práca má predsa len iný charakter ako učebnicový text. Pri ich zaradovaní som sa snažil o zachovanie pôvodného textu študentov len s najnevyhnutnejšími redaktorskými úpravami. Samozrejmou podmienkou bol jednoznačný súhlas každého študenta s publikovaním jeho práce. |
| Nakoniec sa mi podarilo získať tri zaujímavé texty. Jeden je od mojej doktorandky. Druhý je od študenta magisterského (inžinierskeho) štúdia predmetu Znalostné systémy, ktorý je momentálne tiež doktorandom pod vedením Márie Bielikovej. Tretí je od tímu študentov bakalárskeho štúdia v predmete Umelá inteligencia, ktorý prednášam a ktorých v cvičeniach viedol Ivan Kapustík. Navyše títo študenti vytvorili tím v predmete Tímový projekt, kde sa pod vedením Ivana danou problematikou ďalej zaoberali. Už tento výber naznačuje, že problematika umelej inteligencie zasahuje do mnohých oblastí na všetkých úrovniach vysokoškolského štúdia. | |
| Ako prvú som zaradil štúdiu Gabriely Polčicovej o inteligentnom získavaní a sprístupňovaní informácií. Ide o veľmi intenzívne skúmanú problematiku vo svete. Gabika napísala text, ktorý poslúžil pri jej dizertačnej skúške. Ďalej som zaradil text Mareka Trabalku o analýze textov napísaných v slovenskom jazyku. Problematika analýzy textu v tzv. prirodzenom jazyku je veľmi náročná a prakticky je najviac rozpracovaná pre jazyk anglický, ktorým hovorí nepomerne viac ľudí a podobne ho aj skúma viac výskumníkov, než jazyk slovenský. Mimochodom, anglický jazyk je z hľadiska strojovej analýzy aj jednoduchší. Marek sa zaujíma o niektoré aspekty analýzy slovenského textu, ktoré sú špecifické pre slovenský jazyk. Napokon, ale nie v poslednom rade, som zaradil správu Luboša Baláta, Radoslava Kováča a Dušana Lacku o robotickom futbale. Ich práca sprístupňuje známu ambicióznu výzvu RoboCup (najneskôr do polovice tohto storočia zostrojiť tím robotov - futbalistov, ktoré v riadnom zápase porazia momentálnych majstrov sveta vo futbale) všetkým záujemcom, ktorí sa chcú dnes taký tím pokúsiť zostrojiť a zohrať zápas s nejakým iným tímom a vytvára pre to originálnu softvérovú a znalostnú platformu. | |
| POĎAKOVANIE | Nenahraditeľná je skúsenosť, získaná z reakcií študentov, ktoré odhalia chyby aj slabiny textu a napovedia, čo mu chýba. Všetkým našim študentom patrí za to úprimná vďaka. Ďakujeme aj kolegom, ktorí vyslovili svoje názory, podnety a pripomienky k jednotlivým verziám predkladaného textu. Osobitná vďaka patrí posudzovateľom učebnice za starostlivú recenziu. Na tomto mieste chcem vyjadriť ešte raz uznanie autorom podnetnej učebnice Artificial Intelligence - A Modern Approach Stuartovi Russelovi a Peterovi Norvigovi. Niektoré ich schémy, formulácie a obrázky sme považovali za natoľko výstižné, že sme sa nimi nechali inšpirovať. Ide najmä o obrázok 1.2, tab. 1.1, ale aj ďalšie. Carl Castilloux vytvoril grafické umelecké dielo Hehe ... moja osobná verzia Rodinovho Myslitela, ktoré ma inšpirovalo natoľko, že som ho použil pri návrhu titulnej strany. Ďakujem Carlovi za veľkorysý súhlas s použitím jeho diela. |
| NA CESTU... | Týmto sa učebnica o umelej inteligencii vydáva na pút za svojím čitateľom. Dúfame, že zaujme široký okruh čitateľov. V prvom rade si želáme, aby poslúžila študentom pri štúdiu problematiky umelej inteligencie ako jednej z ťažiskových oblastí informatiky. Môžu však po nej siahnuť aj záujemcovia, ktorí sa chcú čo - to dozvedieť o tejto vzrušujúcej téme a nemajú nejaké hlbšie predbežné informatické znalosti. Tešíme sa na prípadné odozvy, pripomienky, opravy, ktoré by mohli prispieť k vylepšeniu tohto textu. V Bratislave v októbri 2001 Pavol Návrat |
 |
to Homepage | |
to Books |  |
to the Top |
|
 |
 |
 |
|
|
|
 |
|
|
|
 |
|
|
|
 |
|
|
 |
 |
 |
|
 |
 |
|
|
|
 |
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|