История исследований по искусственному интеллекту

Многие виды умственной деятельности человека, такие, как написание программ для вычислительной машины, игра в шахматы, занятие математикой, ведение рассуждений на уровне здравого смысла, требуют наличия определенного «интеллекта». На протяжении последних десятилетий было построено немало компьютерных систем, способных решать подобные задачи. Имеются системы, способные диагностировать заболевания, планировать синтез сложных химических соединений, решать дифференциальные уравнения в символьном виде, анализировать электронные схемы, понимать ограниченный объем человеческой речи и естественного языкового текста. Можно сказать, что такие системы в некоторой степени обладают искусственным (созданным человеком) интеллектом. Поэтому область исследований, где проводится работа по созданию таких систем, получила название искусственный интеллект (ИИ). При реализации интеллектуальных функций непременно присутствует и используется информация, называемая знаниями, поэтому системы искусственного интеллекта можно рассматривать и как системы обработки знаний.

Интерес к созданию искусственного разума имеет более чем
2000-летнюю историю, но, чтобы перейти от фантазий (подобных легенде о Пигмалионе) и мистификаций (вроде механического шахматиста) к их воплощению в реальность, надо было подготовить надлежащий математический и технический инструментарий. Решение этих задач обеспечили успехи в развитии математической логики, теории алгоритмов и изобретение электронных вычислительных машин.

Математическая логика – это формальная логика, применяющая математические методы для исследования законов мышления, это качественно новая ступень в развитии формальной логики, изучающей закономерности получения выводимого знания. Первой ступенью можно считать традиционную логику, основы которой были заложены величайшим мыслителем античного мира Аристотелем (384–322 гг. до н. э.). Ее путь к современной математической логике можно (весьма неполно) проследить, отметив хотя бы некоторые, наиболее важные достижения, имеющие отношение к математизации логики.

Р. Луллий (1235–1315) – испанский философ, высказал мысль о возможности математизации логических операций и сконструировал «логическую машину» из семи кругов, которая позволяла производить простейшие логические вычисления.

Р. Декарт (1596–1650) – французский философ и математик, ввел понятия переменной и функции, без которых была бы невозможна современная математика.

Дж. Буль (1815–1864) – английский математик, построил первый вариант алгебры логики, позволивший сводить процесс получения умозаключений к решению логических уравнений.

Г. Фреге (1848–1925) – немецкий логик и математик, ввел в аппарат логики понятия кванторов всеобщности и существования.

Дж. Пеано (1858–1932) – итальянский математик и логик, ввел современную символику теории множеств и применил математическую логику для обоснования арифметики, создав систему аксиом для арифметики натуральных чисел.

К. Гёдель (1906–1978) – австрийский математик и логик, с 1940 года работавший в США; в 1931 году доказал теорему о неполноте формализованного знания, из которой следует, что не все содержательно истинные предложения могут быть доказаны или опровергнуты в формальных аксиоматических системах.

Современное состояние математической логики связано с именами Б. Рассела, Я. Лукасевича, Е. Поста, А. А. Маркова, П. С. Новикова и др. Основоположник кибернетики, Норберт Винер считал, что возникновение кибернетики было бы невозможно без математической логики. С этим трудно не согласиться: сегодня математическая логика находит практическое применение при разработке как технических средств, так и программного обеспечения современных кибернетических систем.

Алгоритм – одно из основных понятий современной кибернетики, тоже имеет достаточно древнюю историю. Уже на ранних этапах развития математики производились вычисления, носившие механический характер и выполнявшиеся по заранее определенным правилам. Сам термин алгоритм (или алгорифм) происходит от латинской формы написания Algorithmi имени выдающегося средневекового узбекского математика Мухамеда бен Муса аль Хорезми, предложившего в 825 году правила выполнения четырех арифметических действий в десятичной системе счисления.

Начиная с двадцатых годов прошлого века, задача точного определения понятия алгоритма становится одной из центральных проблем в математике, поскольку в этот период были сформулированы математические задачи, возможность построения алгоритмов решения которых вызывала сомнения. Дело в том, что для доказательства существования алгоритма решения некоторого класса задач достаточно найти хотя бы один алгоритм, в то время как невозможность построения такого алгоритма можно установить лишь с привлечением математических методов доказательства, что невозможно сделать без математически точного понятия алгоритма. Однако до 30-х годов прошлого века понятие алгоритма определялось интуитивно и имело больше методологическое, чем математическое значение. Математически строгие формулировки понятия алгоритма были даны в середине 30-х годов прошлого века в двух формах: на основе особого класса функций, названных рекурсивными (Д. Гильберт, К. Гёдель, А. Чёрч, С. Клини), и на основе специального класса гипотетических машин, названных машинами Тьюринга (Э. Пост, А. Тьюринг). В 50-х гг. того же века А. А. Марковым было предложено ещё одно математически строгое понятие алгоритма в виде особого соответствия между словами, описывающими исходные данные и результаты решения задачи, названного автором нормальным алгоритмом. В дальнейшем была установлена равносильность этих трех способов формализации понятия алгоритма в том смысле, что любой алгоритм, если он описан одним из трех способов, всегда может быть также описан и каждым из двух остальных способов.

С использованием этих определений было доказано, что существуют математические проблемы, для решения которых в принципе не могут быть построены алгоритмы. Такие математические проблемы получили название алгоритмически неразрешимые. Среди них оказались многие проблемы, давно не поддающиеся решению, в том числе и древние геометрические проблемы на построение с помощью циркуля и линейки: о квадратуре круга (построить квадрат, равновеликий данному кругу), о трисекции угла (разделить произвольный данный угол на три равные части), об удвоении куба (по стороне данного куба построить сторону куба, объем которого вдвое больше данного).

Электронные вычислительные машины – в связи с их появлением и началом применения в 50-х годах прошлого столетия математическая логика и теория алгоритмов получают интенсивное развитие, поскольку оказываются полезными всюду, где возникает необходимость автоматизации процессов решения каких-либо задач, в том числе и в решении задач моделирования интеллекта.