Mohamad
04-15-2011, 09:33 PM
آشنایی با هوش محاسباتی آشنایی با هوش محاسباتی - (http://www.narenji.ir/---narenji-sections-54/105-special-articles/2466-what-is-calculate-intelligent)
بخش اول: هوش محاسباتي چیست؟
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/1.jpg (http://www.narenji.ir/)
هوش مصنوعی ... چیزی که دائما در کنارتان است. شاید خودتان هم متوجه نباشید اما قطعا این طور است! در بازی های کامپیوتری، وقتی که از مترجم گوگل استفاده می کنید، وقتی گجتتان، دستخط شما را تشخیص می دهد و در موارد بسیار دیگری شما از هوش مصنوعی استفاده می کنید. در این مقاله می خواهیم مقدمه ای داشته باشیم بر هوش محاسباتی، که یکی از شاخه های مهم هوش مصنوعی است. پس برای آشنا شدن بیشتر با آن؛ روی ادامه مطلب کلیک کنید.
انسان موجود کاملی نیست و به همین دلیل همواره نیازهای فراوانی در زندگی وی ظاهر می‌شوند. این نیازها در ادوار مختلف تمدن بشری، از نظر نوع و شدت، تغییرات فراوانی داشته‌اند. در بسیاری از مواقع، نیازهای دو نسل پیاپی از انسان‌ها، تفات‌های بسیاری با هم دارند و مسائلی برای افراد یک نسل اهمیت دارند که نسل پیشین یا پسین، کاملا نسبت به آن مسائل، بی توجه هستند. اما چیزی که در میان تمام نسل‌های بشری مشترک است، تلاش برای رفع نیازها و کمبودهای ذاتی است.علی رغم کمبودها و نیازهای بسیاری که همراه انسان هستند، قدرت تفکر و نوآوری انسان، این امکان را به او می‌دهد که بتواند با ابداع و اختراع، بخش قابل توجهی از محدودیت‌ها و نیازهایش را جبران نماید.
انسان از نظر توان فیزیکی، موجودی محدود است. در میان جاندارانی که در خشکی، دریا و هوا حرکت می‌کنند؛ انسان جایگاه قابل توجهی ندارد. سرعت حرکت انسان در خشکی و آب،کاملا محدود است. اقامت انسان در زیر آب فقط محدود به مدت زمان کوتاهی بوده و پرواز در آسمان نیز برای انسان غیر ممکن است. انسان قدرت بلند کردن هر وزنه‌ای را ندارد. با درک چنین نیازهایی، در طول قرون و اعصار مختلف، اختراعاتی چون: هواپیما، کشتی، چاقو، جرثقیل، لباس و تجهیزات غواصی و طناب اختراع شده‌اند. تمامی اختراعات یاد شده، در جهت رفع محدودیت‌های فیزیکی انسان‌ها ایجاد شده‌اند.
پس از مدتی که تمدن نوپای بشری کار خود را آغاز نمود، نوع دیگری از نیازها برای انسان مطرح شدند. نیازهایی که در مقایسه با نیازهای فیزیکی، قدری لوکس‌تر به نظر می‌رسند. انسان در این مرحله، علاقه‌مند به ثبت وقایع و دستاوردهای خود شد. نقاشی‌هایی که امروزه در غارها کشف می‌شوند و سنگ‌نوشته‌ها و کتیبه‌هایی که در موزه‌های مختلف وجود دارند نشان از علاقه‌مندی بشر، به حفظ و انتقال اطلاعات دارد. نیاز به ذخیره‌سازی و تبادل اطلاعات، در زمان‌های مختلف توسط بشر حس شده است و اختراعات و ابداعاتی از قبیل دیسک‌های نوری، دوربین عکاسی، خط، تلفن، کبوتر نامه‌بر، و اینترنت، همگی محصول توجه به این نیاز بوده‌اند.
دسته‌ی دیگری از محدودیت‌هایی که انسان رفته رفته بیشتر با آن‌ها روبرو شد، و سعی در رفع آن‌ها نمود، شامل خستگی، محدودیت سرعت کار، و عدم مصونیت از خطا است. به عنوان مثال، محاسبات سنگین و حجیم، حتی اگر توسط انسان قابل انجام هم باشد؛ قطعا مصون از خطا و اشتباه نخواهد بود. انسان نمی‌تواند یک طرح را صدها بار بدون هیچ تفاوت (حتی جزئی) اجرا نماید. ساعات کار مفید انسان، در هر کاری که باشد، کاملا محدود و متاثر از محدودیت‌های فیزیکی اوست. به خصوص اگر ماهیت کار به نوعی باشد که با قوای فکری و محاسباتی انسان مرتبط باشد. قطعا با طولانی‌تر شدن زمان کار، کیفیت کار نیز خدشه‌دار خواهد شد. این نوع از نیازها و محدودیت‌ها منجر به ایجاد اختراعاتی چود ساعت، چاپگر، و کامپیوتر شدند. این اختراعات، مجموعه‌ای از کارها (احتمالا تکراری) را بدون هیچ خستگی یا خطایی انجام می‌دهند.
بشر امروز، علاوه بر نیازهای فیزیکی، ثبت و انتقال اطلاعات و پردازش دقیق نوع دیگری از نیاز را تجربه می‌کند. نیازی که تا 50 سال پیش، هیچ گاه به صورت جدی برای انسان مطرح نشده بود. تا پیش از این، انسان در پی ایجاد ابزارهایی بود که به جای او: کارهای فیزیکی انجام دهند، اطلاعات را به یاد داشته باشند (و منتقل کنند) و به جای او محاسبه کنند! اما امروزه انسان در پی ایجاد ابزارها و ادواتی است که به جای او فکر کنند، یاد بگیرند و تصمیم گیری کنند. ابزارهایی که از قدرت تحلیل و هوش انسان تقلید می‌کنند. به این ترتیب بود که هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) به عنوان یکی از نیازهای عصر جدید مورد توجه انسان‌ها قرار گرفت
فرض کنید که به جای استفاده از یک هوش انسانی در زمینه کنترل امنیت یک سازمان یا اداره، از سیستمی استفاده شود که قدرت تشخیص اثر انگشت، چهره و صدای افراد را دارد و می‌تواند تمام افراد وارد شونده یا خارج شونده را شناسایی نماید. این کاربرد نمونه، نیازمند استفاده از چندین تخصص از رشته‌های مختلف علمی و مهندسی است که اصلی‌ترین مورد در میان آن‌ها، بحث هوش مصنوعی می باشد. سیستم‌هایی همچون خلبان خودکار در هواپیما، کنترل کننده‌های ترافیک شهری، ادوات مراقبت پزشکی هوشمند، ابزارهای تبدیل صوت به متن و روبات‌های هوشمند، از جمله مظاهر استفاده از هوش مصنوعی در زندگی روزمره هستند.
هوش مصنوعی از جمله مباحثی است که تا پیش از اختراع کامپیوترها صحبت کردن در مورد آن‌ها عملا غیر ممکن بود. پس از ورود کامپیوترها به زندگی بشری بود که بحث در خصوص هوش مصنوعی به یکی از مباحث داغ تبدیل شد. هوش مصنوعی از نظر علمی، بخشی از علوم کامپیوتر است و امروزه به عنوان مبحثی اساسی و کاربردی در رشته‌های مختلف علوم پایه و مهندسی مورد مطالعه و پژوهش قرار می‌گیرد. اطلاعات بیشتر درباره آن را می توانید در این دو بخش ( 1 (http://www.narenji.ir/2010-08-09-04-08-09)– 2 (http://www.narenji.ir/---narenji-sections-54/70/2078-ai-part-two)) بخوانید.
هوش محاسباتی (Computational Intelligence) یکی از زیر بخش‌های بسیار مهم و کاربردی هوش مصنوعی است، که در آن از ابزارهای مختلفی برای تحقق ایده‌ی هوش مصنوعی استفاده می‌شود. ابزارهای مورد استفاده در هوش محاسباتی، غالبا ابزارهایی ریاضی هستند که به نوعی از طبیعت و دنیای اطراف الهام گرفته شده‌اند. مهم‌ترین ابزارها و الگوهایی که در هوش محاسباتی مطرح می‌شوند، شامل موارد زیر هستند:
محاسبات تکاملی (Evolutionary Computation)
محاسبات تکاملی شامل مجموعه‌ای از روش‌ها است که به نام الگوریتم‌های تکاملی معروف هستند. مشهورترین این الگوریتم‌ها الگوریتم ژنتیک است که از نظریه تکامل و علم ژنتیک الهام گرفته شده است. در این الگوریتم، فرآیند تکامل، که طی میلیون‌ها سال در طبیعت اتفاق افتاده است، شبیه‌سازی می‌شود. اصلی‌ترین مورد کاربرد الگوریتم‌های تکاملی، حل مسائل بهینه‌سازی و برنامه ریزی ریاضی است.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/5.jpg (http://www.narenji.ir/)
هوش ازدحامی (Swarm Intelligence)
روش‌هایی که در این دسته قرار می‌گیرند، الگوی دیگری را برای حل مسائل بهینه‌سازی پیشنهاد می‌کنند. در این روش‌ها، تعداد قابل توجهی از عامل‌های بسیار ساده و کم هوش، برای تشکیل نوعی هوش ازدحامی یا هوش جمعی با یکدیگر همکاری یا رقابت می‌کنند. به عنوان مثال، الگوریتم بهینه‌سازی مورچگان، که از رفتار جمعی مورچه‌ها الهام گرفته شده است، یکی از الگوریتم‌های هوش ازدحامی است.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/9.jpg (http://www.narenji.ir/)
شبکه‌های عصبی مصنوعی (Artificial Neural Networks)
تقریبا همه دانشمندان یقین دارند که مغز انسان پیچیده ترین ساختار موجود و شناخته شده در کل هستی است. ریاضی‌دان‌ها و مهندسین هوش مصنوعی، با الهام از یافته‌های عصب‌شناسان (نورولوژیست‌ها)، شبکه‌های عصبی مصنوعی را معرفی کردند که استفاده‌های فراوانی در مدل‌سازی و طبقه‌بندی اطلاعات دارد. شاید بتوان شبکه‌های عصبی را مهم‌ترین ابزار در زمینه یادگیری ماشینی به حساب آورد.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/2.jpg (http://www.narenji.ir/)
سیستم‌های فازی (Fuzzy Systems)
نظریه‌ی مجموعه‌های فازی و محاسبات فازی از ابداعات پرفسور لطفی عسگرزاده، استاد ایرانی-آذربایجانی دانشگاه برکلی آمریکا است. در محاسبات فازی، به جای استفاده از اعداد دقیق برای توصیف یک مفهوم، از کلماتی مانند کم یا زیاد استفاده می‌شود. به عنوان مثال در عبارتی مانند سود زیاد دقیقا مشخص نشده است که چه مقدار سود چقدر است. سیستم‌هایی که در آن‌ها به جای نظریه کلاسیک مجموعه‌ها و محاسبات کلاسیک ریاضی، از نظریه مجموعه‌های فازی و محاسبات فازی بهره گرفته می‌شود، به نام سیستم‌های فازی شناخته می‌شوند. امروزه از سیستم‌های فازی در طراحی سیستم‌های مختلف، از جمله لوازم خانگی هوشمند، استفاده‌های فراوانی می‌شود.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/8.jpg (http://www.narenji.ir/)
در کنار موارد یاد شده، ابزارهای ریاضی دیگری نیز به کار گرفته می‌شوند تا عملکرد کلی سیستم‌های مبتنی بر هوش محاسباتی بهبود یابند. هدف اصلی محققین حوزه‌های هوش مصنوعی و هوش محاسباتی، ایجاد ابزار آلاتی است که ما را به ایجاد هوش مصنوعی هم تزار با هوش انسانی نزدیک‌تر نماید.
-سخن آخر:
در آینده و در بخش‌های بعدی مقاله آشنایی با هوش محاسباتی، به بررسی شاخه‌های مختلف هوش محاسباتی و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت. امید است به این ترتیب بتوانیم تصویر مناسبی از هوش محاسباتی برای خوانندگان محترم ترسیم نماییم.
بخش اول: هوش محاسباتي چیست؟
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/1.jpg (http://www.narenji.ir/)
هوش مصنوعی ... چیزی که دائما در کنارتان است. شاید خودتان هم متوجه نباشید اما قطعا این طور است! در بازی های کامپیوتری، وقتی که از مترجم گوگل استفاده می کنید، وقتی گجتتان، دستخط شما را تشخیص می دهد و در موارد بسیار دیگری شما از هوش مصنوعی استفاده می کنید. در این مقاله می خواهیم مقدمه ای داشته باشیم بر هوش محاسباتی، که یکی از شاخه های مهم هوش مصنوعی است. پس برای آشنا شدن بیشتر با آن؛ روی ادامه مطلب کلیک کنید.
انسان موجود کاملی نیست و به همین دلیل همواره نیازهای فراوانی در زندگی وی ظاهر می‌شوند. این نیازها در ادوار مختلف تمدن بشری، از نظر نوع و شدت، تغییرات فراوانی داشته‌اند. در بسیاری از مواقع، نیازهای دو نسل پیاپی از انسان‌ها، تفات‌های بسیاری با هم دارند و مسائلی برای افراد یک نسل اهمیت دارند که نسل پیشین یا پسین، کاملا نسبت به آن مسائل، بی توجه هستند. اما چیزی که در میان تمام نسل‌های بشری مشترک است، تلاش برای رفع نیازها و کمبودهای ذاتی است.علی رغم کمبودها و نیازهای بسیاری که همراه انسان هستند، قدرت تفکر و نوآوری انسان، این امکان را به او می‌دهد که بتواند با ابداع و اختراع، بخش قابل توجهی از محدودیت‌ها و نیازهایش را جبران نماید.
انسان از نظر توان فیزیکی، موجودی محدود است. در میان جاندارانی که در خشکی، دریا و هوا حرکت می‌کنند؛ انسان جایگاه قابل توجهی ندارد. سرعت حرکت انسان در خشکی و آب،کاملا محدود است. اقامت انسان در زیر آب فقط محدود به مدت زمان کوتاهی بوده و پرواز در آسمان نیز برای انسان غیر ممکن است. انسان قدرت بلند کردن هر وزنه‌ای را ندارد. با درک چنین نیازهایی، در طول قرون و اعصار مختلف، اختراعاتی چون: هواپیما، کشتی، چاقو، جرثقیل، لباس و تجهیزات غواصی و طناب اختراع شده‌اند. تمامی اختراعات یاد شده، در جهت رفع محدودیت‌های فیزیکی انسان‌ها ایجاد شده‌اند.
پس از مدتی که تمدن نوپای بشری کار خود را آغاز نمود، نوع دیگری از نیازها برای انسان مطرح شدند. نیازهایی که در مقایسه با نیازهای فیزیکی، قدری لوکس‌تر به نظر می‌رسند. انسان در این مرحله، علاقه‌مند به ثبت وقایع و دستاوردهای خود شد. نقاشی‌هایی که امروزه در غارها کشف می‌شوند و سنگ‌نوشته‌ها و کتیبه‌هایی که در موزه‌های مختلف وجود دارند نشان از علاقه‌مندی بشر، به حفظ و انتقال اطلاعات دارد. نیاز به ذخیره‌سازی و تبادل اطلاعات، در زمان‌های مختلف توسط بشر حس شده است و اختراعات و ابداعاتی از قبیل دیسک‌های نوری، دوربین عکاسی، خط، تلفن، کبوتر نامه‌بر، و اینترنت، همگی محصول توجه به این نیاز بوده‌اند.
دسته‌ی دیگری از محدودیت‌هایی که انسان رفته رفته بیشتر با آن‌ها روبرو شد، و سعی در رفع آن‌ها نمود، شامل خستگی، محدودیت سرعت کار، و عدم مصونیت از خطا است. به عنوان مثال، محاسبات سنگین و حجیم، حتی اگر توسط انسان قابل انجام هم باشد؛ قطعا مصون از خطا و اشتباه نخواهد بود. انسان نمی‌تواند یک طرح را صدها بار بدون هیچ تفاوت (حتی جزئی) اجرا نماید. ساعات کار مفید انسان، در هر کاری که باشد، کاملا محدود و متاثر از محدودیت‌های فیزیکی اوست. به خصوص اگر ماهیت کار به نوعی باشد که با قوای فکری و محاسباتی انسان مرتبط باشد. قطعا با طولانی‌تر شدن زمان کار، کیفیت کار نیز خدشه‌دار خواهد شد. این نوع از نیازها و محدودیت‌ها منجر به ایجاد اختراعاتی چود ساعت، چاپگر، و کامپیوتر شدند. این اختراعات، مجموعه‌ای از کارها (احتمالا تکراری) را بدون هیچ خستگی یا خطایی انجام می‌دهند.
بشر امروز، علاوه بر نیازهای فیزیکی، ثبت و انتقال اطلاعات و پردازش دقیق نوع دیگری از نیاز را تجربه می‌کند. نیازی که تا 50 سال پیش، هیچ گاه به صورت جدی برای انسان مطرح نشده بود. تا پیش از این، انسان در پی ایجاد ابزارهایی بود که به جای او: کارهای فیزیکی انجام دهند، اطلاعات را به یاد داشته باشند (و منتقل کنند) و به جای او محاسبه کنند! اما امروزه انسان در پی ایجاد ابزارها و ادواتی است که به جای او فکر کنند، یاد بگیرند و تصمیم گیری کنند. ابزارهایی که از قدرت تحلیل و هوش انسان تقلید می‌کنند. به این ترتیب بود که هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) به عنوان یکی از نیازهای عصر جدید مورد توجه انسان‌ها قرار گرفت
فرض کنید که به جای استفاده از یک هوش انسانی در زمینه کنترل امنیت یک سازمان یا اداره، از سیستمی استفاده شود که قدرت تشخیص اثر انگشت، چهره و صدای افراد را دارد و می‌تواند تمام افراد وارد شونده یا خارج شونده را شناسایی نماید. این کاربرد نمونه، نیازمند استفاده از چندین تخصص از رشته‌های مختلف علمی و مهندسی است که اصلی‌ترین مورد در میان آن‌ها، بحث هوش مصنوعی می باشد. سیستم‌هایی همچون خلبان خودکار در هواپیما، کنترل کننده‌های ترافیک شهری، ادوات مراقبت پزشکی هوشمند، ابزارهای تبدیل صوت به متن و روبات‌های هوشمند، از جمله مظاهر استفاده از هوش مصنوعی در زندگی روزمره هستند.
هوش مصنوعی از جمله مباحثی است که تا پیش از اختراع کامپیوترها صحبت کردن در مورد آن‌ها عملا غیر ممکن بود. پس از ورود کامپیوترها به زندگی بشری بود که بحث در خصوص هوش مصنوعی به یکی از مباحث داغ تبدیل شد. هوش مصنوعی از نظر علمی، بخشی از علوم کامپیوتر است و امروزه به عنوان مبحثی اساسی و کاربردی در رشته‌های مختلف علوم پایه و مهندسی مورد مطالعه و پژوهش قرار می‌گیرد. اطلاعات بیشتر درباره آن را می توانید در این دو بخش ( 1 (http://www.narenji.ir/2010-08-09-04-08-09)– 2 (http://www.narenji.ir/---narenji-sections-54/70/2078-ai-part-two)) بخوانید.
هوش محاسباتی (Computational Intelligence) یکی از زیر بخش‌های بسیار مهم و کاربردی هوش مصنوعی است، که در آن از ابزارهای مختلفی برای تحقق ایده‌ی هوش مصنوعی استفاده می‌شود. ابزارهای مورد استفاده در هوش محاسباتی، غالبا ابزارهایی ریاضی هستند که به نوعی از طبیعت و دنیای اطراف الهام گرفته شده‌اند. مهم‌ترین ابزارها و الگوهایی که در هوش محاسباتی مطرح می‌شوند، شامل موارد زیر هستند:
محاسبات تکاملی (Evolutionary Computation)
محاسبات تکاملی شامل مجموعه‌ای از روش‌ها است که به نام الگوریتم‌های تکاملی معروف هستند. مشهورترین این الگوریتم‌ها الگوریتم ژنتیک است که از نظریه تکامل و علم ژنتیک الهام گرفته شده است. در این الگوریتم، فرآیند تکامل، که طی میلیون‌ها سال در طبیعت اتفاق افتاده است، شبیه‌سازی می‌شود. اصلی‌ترین مورد کاربرد الگوریتم‌های تکاملی، حل مسائل بهینه‌سازی و برنامه ریزی ریاضی است.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/5.jpg (http://www.narenji.ir/)
هوش ازدحامی (Swarm Intelligence)
روش‌هایی که در این دسته قرار می‌گیرند، الگوی دیگری را برای حل مسائل بهینه‌سازی پیشنهاد می‌کنند. در این روش‌ها، تعداد قابل توجهی از عامل‌های بسیار ساده و کم هوش، برای تشکیل نوعی هوش ازدحامی یا هوش جمعی با یکدیگر همکاری یا رقابت می‌کنند. به عنوان مثال، الگوریتم بهینه‌سازی مورچگان، که از رفتار جمعی مورچه‌ها الهام گرفته شده است، یکی از الگوریتم‌های هوش ازدحامی است.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/9.jpg (http://www.narenji.ir/)
شبکه‌های عصبی مصنوعی (Artificial Neural Networks)
تقریبا همه دانشمندان یقین دارند که مغز انسان پیچیده ترین ساختار موجود و شناخته شده در کل هستی است. ریاضی‌دان‌ها و مهندسین هوش مصنوعی، با الهام از یافته‌های عصب‌شناسان (نورولوژیست‌ها)، شبکه‌های عصبی مصنوعی را معرفی کردند که استفاده‌های فراوانی در مدل‌سازی و طبقه‌بندی اطلاعات دارد. شاید بتوان شبکه‌های عصبی را مهم‌ترین ابزار در زمینه یادگیری ماشینی به حساب آورد.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/2.jpg (http://www.narenji.ir/)
سیستم‌های فازی (Fuzzy Systems)
نظریه‌ی مجموعه‌های فازی و محاسبات فازی از ابداعات پرفسور لطفی عسگرزاده، استاد ایرانی-آذربایجانی دانشگاه برکلی آمریکا است. در محاسبات فازی، به جای استفاده از اعداد دقیق برای توصیف یک مفهوم، از کلماتی مانند کم یا زیاد استفاده می‌شود. به عنوان مثال در عبارتی مانند سود زیاد دقیقا مشخص نشده است که چه مقدار سود چقدر است. سیستم‌هایی که در آن‌ها به جای نظریه کلاسیک مجموعه‌ها و محاسبات کلاسیک ریاضی، از نظریه مجموعه‌های فازی و محاسبات فازی بهره گرفته می‌شود، به نام سیستم‌های فازی شناخته می‌شوند. امروزه از سیستم‌های فازی در طراحی سیستم‌های مختلف، از جمله لوازم خانگی هوشمند، استفاده‌های فراوانی می‌شود.
http://www.narenji.ir/images/stories/authors2/keyvan/6/CI/8.jpg (http://www.narenji.ir/)
در کنار موارد یاد شده، ابزارهای ریاضی دیگری نیز به کار گرفته می‌شوند تا عملکرد کلی سیستم‌های مبتنی بر هوش محاسباتی بهبود یابند. هدف اصلی محققین حوزه‌های هوش مصنوعی و هوش محاسباتی، ایجاد ابزار آلاتی است که ما را به ایجاد هوش مصنوعی هم تزار با هوش انسانی نزدیک‌تر نماید.
-سخن آخر:
در آینده و در بخش‌های بعدی مقاله آشنایی با هوش محاسباتی، به بررسی شاخه‌های مختلف هوش محاسباتی و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت. امید است به این ترتیب بتوانیم تصویر مناسبی از هوش محاسباتی برای خوانندگان محترم ترسیم نماییم.