Sun’iy intellekt masalalarini holatlar fazosida namoyish etish
Sun’iy intellekt masalalarini holatlar fazosida namoyish etish Reja: 1. Sun’iy intellekt tizimlarining masalalari. 2. Sun’iy intellekt masalalarini echishning umumiy uslublari. 3. Sun’iy intellekt masalalarini echishning usullari. 3.1. Predmet soha xususiyatlari va masalalarni echish usullarini sinflash. 3.2. Holatlar fazosida echimni izlash. 3.2.1. Holatlar fazosida echimni izlash usullari. 3.2.2. Chuqurligi bo’yicha izlash strategiyasi. 3.2.3. Kengligi bo’yicha izlash strategiyasi. 3.2.4. Evristikli izlash. 3.2.4.1. А * algoritmi. Tayanch iboralar: Sun’iy intellekt (Artificial Intelligence), statik va dinamik masalalar (static and dynamic problems), bilimlarni namoyish etish (knowledge representation), interpretatsiya (interpretation), diagnostika (diagnostics), bashoratlash (prediction), rejalashtirish (planning), loyihalash (design), o’rganisg (training), boshqarish (control), vektorlar (vectors), matritsalar (matrix), graflar (counts), operatorlar (operators), maqsadli holat (targetstate), tupikli tugunlar (deadlock tops), holatlar fazosida echimni izlash (statespace search), birma-bir tekshirish (exhaustive search), kengligi bo’yicha birma-bir tekshirish (toomuc hindepth), evristik algoritm (heuristic algorithm), echimlar daraxti (decision tree), iyerarxikli va alternativli fazolar (hierarchical and alternative space), ochiq va yopiq tugunlar (opening and closing thetopof), marshrut (route), tartiblangan birma-bir tekshirish algoritmi (algorithm ordered strumming). 1. Sun’iy intellekt tizimlarining masalalari Sun’iy intellekt tizim(SIT)larining masalalari turli predmet sohalarni qamrab olgan bo’lib, ular orasida bizness, ishlab chiqarish, tibbiyot, loyihalash va boshqarish tizimlari kabilar ilg’or sohalar hisoblanadi. Keltirilgan masalalarni umumiy xususiyatlari bo’yicha quyidagicha sinflash mumkin [1-4, 8-10]. 1) Tahlil va sintez qilish masalalari. Tahlil qilish masalasida obyekt modeli beriladi va ushbu modelning noma’lum parametrlarini aniqlash talab etiladi. Sintez qilish masalasida obyekt modelining noma’lum xarakteristikalarini qanoatlantiruvchi shartlar beriladi va ushbu obyektning modelni qurish talab etiladi. 2) Statikli va dinamikli masalalar. Statikli masalalarda echimlarni hosil qilish jarayonida vaqt hisobga olinmaydi va olam haqidagi bilimlar o’zgarmas deb qaraladi. Dinamikli masalalarda esa yuqoridagining aksi qaraladi. 3 ) Bilimlarni namoyish etish ucun umumiy tasdiqlardan foydalanish . Bunda foydalaniladigan umumiy tasdiqlarda aniqlanadigan aniq obyektlarga ochiq havolalar berilmaydi. 1
4) Xususiy havolalardan foydalanish. Bunda aniq obyektlarga havolalarni o’z ichiga oluvchi xususiy havolalardan foydalaniladi. Echiladigan masalalarni quyidagi tiplarga ajratish mumkin: • interpretatsiyalash – ma’lumotlarning ma’nosini aniqlash jarayoni; • tashhislash –obyektlarni anglash yoki tizimning nosozligini aniqlash; • monitorihglash -haqiqiy vaqt oralig’ida ma’lumotlarni uzluksiz izohlash va ba’zi parametrlarning etarli chegaralardan chiqishi haqida signallar berish; • bashoratlash -oldingi va hozirgi modellar asosida obyektlar harakatining rejasini qurish; • rejalashtirish -ba’zi funksiyalarni bajarish qobilyatiga ega obyektlarning harakat rejasini qurish; • loyihalash -oldin mavjud bo’lmagan obyektni yaratish va oldindan aniqlangan xossalar asosida obyektlarni hosil qilishni tasniflashga tayyorlash; • o’rganish -obyektlar haqidagi ma’lumotlarni o’rganish uslubiyoti; • boshqarish -tizimlar funksiyasi bo’lib, tizimlarning qandaydir rejimda faollashuvini qo’llab quvvatlash yoki qandaydir berilgan vazifani bararishga mo’ljallangan murakkab tizimlarning harakatini boshqarish; • qaror qabul qilishni qo’llab-quvvatlash- protseduralar majmuasi bo’lib, u qaror qabul qilish uchun zarur ma’lumotlar bilan ta’minlangan bo’ladi va qaror qabul qilish jarayoni uchun ko’rsatmalar beradi. Masalalarni namoyish etish uslubini tanlashda odatda ikkita holat e’tiborga olinadi [1, 5-7]: -masalalarni namoyish etish haqiqiylikni etarli aniq modellashtirishi zarur ; - masalalarni namoyish etish uslublari shunday bo’lishi kerakki, ushbu masalani echish EHM (echuvchi) uchun qulay bo’lsin . 2. Sun’iy intellekt masalalarini echishning umumiy uslublari Masalani echish jarayoni qoidaga ko’ra ikki pog’onadan iborat bo’ladi: masalani namoyish etish va echimni izlash. Mashina yordamida masalalarni namoyish etish shakllarini izlash masalasi qiyin formallashgan ijodiy jarayon hisoblanadi. Shuning uchun masalalarni namoyish etishda qo'llaniladigan ba’zi shakllarni quyidagich keltirish mumkin [1]: 1) Holatlar fazosi(HF)da namoyish etish; 2) Masalalarni masalalar ostilariga keltirish yo’li bilan namoyish etish; 3) Teoremalar ko’rinishida namoyish etish; 4) Kombinatsiyali namoyish etish. Masalalarning holatini tavsiflashning turli shakllari mavjud. Xususan, masalalarni qatorlar , vektorlar, matritsalar va graflar ko’rinishda tavsiflash mumkin HFda echimlarni izlash protseduralari boshlang’ich holatni maqsad funksiyaga aylantiruvchi operatorlar ketma-ketligini aniqlashga asoslanadi. Daraxt deb shunday yo’naltirilgan grafga aytiladiki , bunda uning ildizidan tashqari har bir tuguniga faqat bitta yoy kiradi. Shunday qilib, daraxtda ildizdan tashqari har bir tiguni bitta yoyning oxiri va 2
A И В Е F G C D H I И 6.1-rasm.Masalalarni reduksiyalash daraxti. G FE H IDA K B C 6.2-rasm. Almashtirilgan reduksiyalash daraxti. кцииbitta yoki bir nechta yoyning boshi bo’ladi. Daraxtda V tugundan Vi tugunlar hosil bo’ladi. Bunda V - bosh tugun, Vi - ichki tugunlar deb nomlanadi. Bosh tugun (ildiz) 0-pog’onali, ildizdan hosil bo’lgan tugunlar 1-pog’onali, 2-pog’onali va h.k. k-pog’onali bo’lishi mumkin. Masalalar ostilarining o’zaro aloqasi strukturasi ikki tipda bo’lishi mumkin: VA- strukturalar va VA-YOKI -strukturalar. VA-strukturalarda asosiy masalani echishda barcha masalalar ostilarini echish talab etiladi. VA-YOKI - strukturalarda xususiy masalalar guruhlarga bo’linadi va bu guruhlar bir-biri bilan YOKI munosabati yordamida , guruhlar ichidagilar esa bir-biri bilan VA munosabati yordamida bog’lanadi. Bunday holda boshlang’ich masalani echish uchun, faqat qandaydir bitta guruhga taalluqli barcha masalalar ostilarini echish etarli hisoblanadi. Masalalarni masalalar ostilariga keltirishni namoyish etishni tavsiflash uchun masalalarni reduksiya(tiklash)lash grafi deb nomlanuvchi grafdan foydalaniladi (6.1- rasm). Bunda grafning tugunlariga masalalar, yoylriga esa masalalarni reduksiyalash operatorlari mos qo’yiladi. Daraxt ildiziga boshlang’ich masala, 1-pog’ona tugunlarga esa boshlang’ich masaladan hosil qilingan masalalar ostilari mos qo’yiladi. A masala echiladi, agarda B va C masalalar yoki D masala echilsa. B masala echiladi, agarda E yoki F masala echilsa. C- masala echiladi, agarda G masala echilsa. D masala echiladi, agarda H va I masalalar echilsa. VA- strukturali tugunlarning bog’lanishini ko’rsatish uchun maxsus egri chiziqdan foydalaniladi. Agar daraxtda VA- strukturali bog’langan tugunlar bo’lsa, u holda ular uchun qo’shimcha tugunlar kiritiladi va ushbu tugunlar VA- strukturali tugunlarning bosh tugunlariga aylanadi ( рис . 6.2). 3
Bundan keyin faqat a lmashtirilgan reduksiyalash daraxtlarini qaraymiz . Masalalarni masalalar ostilariga keltirishni namoyish etishda boshlang’ich masalani bir nechta masalalar octilariga bo’lish qaraladi va bo’lingan har bir masala osti echimi boshlang’ich masalaning echimini beradi. Har bir masala ostilari oz navbatida yana masala ostilariga bo’linishi mumkin. Masala ostilariga bo’lish jarayoni nazariy jihatdan chegaralanmagan. Amaliy jihatdan masala ostilariga bo’lish jarayoni eng quyi pog’onadagi masala ostilari yordamida echimni olguncha davom ettiriladi. 3. Sun’iy intellekt masalalarini echishning usullari 3.1. Predmet soha xususiyatlari va masalalarni echish usullarini sinflash Masalalarni izlashga keltirishga asoslangan echish usullari masala echilayotgan predmet soha hususiyatlariga va masala echimiga foydalanuvchi tomonidan qo’yilgan talablarga bevosita bog’liq bo’ladi. Predmet soha xususiyatlari [1] : 1) Echim izlanayotgan fazo hajmi; 2) Sohaning vaqtli va fazoli o’zgarish darajasi (ststistik va dinamik sohalar); 3) Sohani tavsivlovchi modelning to’liqligi. Agar model to’liq bo’lmasa, u holda sohani tavsiflashda bir-birini to’ldiruvchi bir nechta modellardan foydalaniladi; 4) Echilayotgan masala haqidagi ma’lumotlarning aniqligi, ya’ni ma’lumotlarning aniqlik(hatolik) va to’liqlik(to’liqmaslik) darajasi. SITlari masalalarini echishda qo’llaniladigan mavjud usullarni quyidagicha sinflash mumkin [1, 8]: 1) Bir o’lchovli fazoda echimni izlash usullari – bu usullardan o’lchovi katta bo’lmagan sohalarda, modellar to’liq, ma’lumotlar aniq va to’liq bo’lganda foydalaniladi; 2) Ierarhik fazoda echimni izlash usullari - bu usullardan o’lchovi katta bo’lgan sohalarda echimlarni izlashda foydalaniladi; 3) Ma’lumotlar xatoli va t o’liqmas bo’lganda izlash usullari; 4) Bir nechta modellar yordamida izlash usullari - bu usullardan sohani tavsiflashda bitta modelning o’zi etarli bo’lmaganda foydalanilad. 3.2. Holatlar fazosida echimni izlash 3.2.1. Holatlar fazosida echimni izlash usullari HFda echimni izlash usullari odatda quyidagilarga bo’linadi [1-4]: 1) Chuqurligi bo’yicha izlash; 2) Kengligi bo’yicha izlash; 3) Evristikli izlash. HFda echimlarni izlash protseduralari boshlang’ich holatni maqsad funksiyaga aylantiruvchi operatorlar ketma-ketligini aniqlashga asoslanadi. Agar operatorlar ketma-ketligi bir nechta va optimallashtirish mezoni berilgan bo’lsa, u holda masala 4
A B C12 11 8 10 6.3-rasm.Marshrutni tanlash masalasi.D 55 6 A AC 10 15 15 11 108 6 3 8 11 5 11 112 10 8 6 8 14 12 10 3929 *36 *39 *36 * 29 * ADCBA ACDBA ACBDAABCDAABDC AABDC ABDC ABCD ACDB ADCB ADBCADC ADB ACDACBABCABD AB AD 6.4-rasm. Masalaning holatlar grafi.ushbu mezonni qanoqtlantiruvchi optimal operatorlar ketma-ketligini izlash masalasiga keltiriladi. HFda echimlarni izlash usullarini holatlar daraxti(grafi)dan foydalanib tavsivlash qulay hisoblanadi. Holatlar daraxtida echimlarni izlash masalasi daraxt ildizidan maqsadli holatga mos tugungacha bo’lgan yo’lni (optimalli, agar optimallik mezoni berilgan bo’lsa) topishga keltiriladi. Umumiy holda holatlar daraxtini (S0 ,F,G) uchlik ko’rinishda berish mumkin. Bu erda S0−¿ bitta elementdan iborat to’plam , F- operatorlar to’plami, G-maqsadli holatlar to’plami. Holatlar daraxtini qurish quyidagicha amalga oshiriladi: avvalo daraxt ildiziga(boshlang’ich holat) F dagi operatorlarni qo’llab 1-pog’onali tugunlar quriladi; Keyin, F dagi operatorlardan 1-pog’onali tugunlarga qo’llaniladiganlaridan foydalanib 2-pog’onali tugunlar quriladi va h.k. Ushbu protsedura maqsadli tugunni topguncha davom ettiriladi. Misol. Yuk tashuvchi robot A punktdan chiqib, (B, C, D) punktlarning har birida faqat bir martadan bo’lib, yana A punktga qaytib kelishi kerak. Punktlar orasidagi masofalar va marshrutlar sxemasi 6.3-rasmda keltirilgan. Marshrutni tanlash masalasi uchun HFda echimlarni izlash 6.4-rasmda keltirilgan [1]. 5 ADBCA