Белов М.П. Информатика: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задание на курсовой проект
Подождите немного. Документ загружается.
4. Какие типы математических пакетов существует в настоящее время?
5. Охарактеризуйте основные возможности математического пакета МathCad?
6. Когда применяются математические системы программирования?
3.6. Искусственный интеллект
[2, гл. 12]
Система искусственного интеллекта представляет собой программный
продукт, имитирующий на компьютере мышление человека. В список дисцип-
лин по искусственному интеллекту входят системы представления знаний, ре-
шения задач, экспертные системы, средства общения с компьютером на естест-
венном языке, автоматизированные обучающие системы, нейронные сети, мо-
делирующие человеческое мышление (когнитивные модели), генетические ал-
горитмы, теория хаоса, системы рекуррентного анализа, теория стратегических
игр, робототехнические системы. Цель направления ″искусственный интел-
лект″ заключается в представлении профессиональных знаний о конкретной
проблемной области и применения их для решения узкого круга задач.
Знания – это сложно организованные данные, содержащие не только фак-
ты, но и семантическую информацию. Они могут иметь в своем составе встро-
енные процедуры, которые активизируются в процессе обработки, т. е. знания
активны, первичны по отношению к процессам, тогда как данные играют пас-
сивную роль.
Есть и другие отличия знаний от данных. Во-первых, знаниям присуще
свойство интерпретируемости. Иными словами, ЭВМ работает не с обезличен-
ными числами, а с содержательными таблицами, где в явном виде указаны свя-
зи единиц информации с именами.
Во-вторых, компьютер воспринимает знания как структуру, в которой
можно выделить объекты разных уровней и указать связи между ними. Такие
связи могут иметь различный тип: ″ситуация–подситуация″, ″элемент–класс″,
″тип–подтип″ и т. д.
В-третьих, знания характеризуются ситуативными отношениями, такими
как принадлежность к одной области пространства, конфликтное состояние и т.
д. Благодаря этому, над знаниями строятся специальные процедуры, позво-
ляющие, например, выявлять знания, противоречивые или несовместимые в
рамках одного описания, а также процедуры пополнения и обобщения знаний.
21
Вопросы для самопроверки
1. Что такое ИИ?
2. Какие существуют направления исследований в области ИИ?
3. Как вы понимаете «машинный интеллект»?
4. Охарактеризуйте основные блоки робота.
5. Расскажите об информационных потоках при функционировании робота.
8. Объясните понятие «машинное зрение» робота.
9. Что такое нейронные сети?
10. Какие принципы заложены в эвристическое программирование?
11. В чем суть эвристического моделирования?
12. Назовите основные проблемы создания систем знаний.
13. Перечислите требования к системам знаний.
14. Расскажите о декларативных и процедурных знаниях.
15. Дайте краткую характеристику моделям представления знаний.
16. Как вы понимаете логическую и сетевую модели знаний?
17. Что такое фрейм?
18. Какие блоки содержит интеллектуальная система?
19. Чем отличается продукционная модель от других моделей представления
знаний?
3.7. Экспертные системы
[2, гл. 13]
Экспертной системой называется программный продукт, способный на-
капливать знания из различных источников и моделировать процесс эксперти-
зы, т. е. решение специалистами не формализуемых задач на основе своего
профессионального опыта. Экспертные системы называют также системами,
основанными на знаниях. Перед системой ставится проблема в виде множества
фактов, описывающих некоторую ситуацию. Проблема решается с помощью
базы знаний – семантической модели, представляющей в компьютере знания
человека в определенной предметной области в виде правил вывода, или эври-
стик. При этом реализуется цикл: выбор (запрос) данных, наблюдение, интер-
претация результатов, усвоение новой информации, выдвижение с помощью
правил временных гипотез и затем выбор следующей порции данных.
В любой момент времени в системе содержатся три типа знаний: струк-
турированные знания, т. е. статические знания о предметной области; динами-
ческие знания, обновляемые по мере выявления новой информации; рабочие
22
знания, применяемые для выдвижения гипотез.
Особенности экспертных систем заключаются в ограниченности при-
кладной области; независимости базы знаний от механизма вывода; преоблада-
нии дедуктивного метода решения задач; объяснимости хода решения задач; в
качественном характере выходных результатов; в модульном принципе по-
строения.
Различают экспертные системы, в которых знания представлены в виде
правил (продукций) и в виде фреймов (классов). Первые именуются продукци-
онными системами, или системами, основанными на правилах. Программа в
них описывает последовательность действий; она почти не имеет процедурных
компонент и управляется данными.
Вопросы для самопроверки
1. Что такое экспертная система?
2. Каково назначение ЭС? ,
3. Из каких основных элементов состоит ЭС?
4. Дайте характеристику инструментальным средствам ЭС.
5. Как организованы знания в ЭС?
6. В чем отличие ЭС от традиционных программ?
7. Расскажите о механизме объяснения и метазнаниях в ЭС.
8. Назовите основные виды деятельности ЭС.
9. Охарактеризуйте типы задач, решаемые ЭС в химии, электронике, компью-
терных системах, инженерном деле, экологии и медицине.
10. Как работают блоки системы поддержки оператора блочной системы управ-
ления?
4. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
По данной дисциплине для студентов предусматривается выполнение од-
ной курсовой работы на выбор из двух тем. При выполнении курсовой работы
по первой теме студент знакомится с техникой создания информационно-
поисковой системы на базе базы данных Microsoft ACCESS.
При выполнении курсовой работы по второй теме студент знакомится с
техникой решения реальных теоретических и научно-технических задач с по-
мощью математического пакета MATHCAD.
23
Задание на курсовой проект
По первой теме.
Создать базу данных, содержащую основную таблицу (а) и дополнитель-
ную таблицу (б); разработать одноколонковую и табличную формы основной
таблицы и графическую форму дополнительной таблицы; сформировать серию
из пяти запросов к базе данных, каждый из которых должен касаться двух таб-
лиц и содержать не менее двух условий, описываемых арифметическими, логи-
ческими и другими операциями; оформить в соответствии с требованиями
стандартов отчет о созданной базе данных, включив в него титульный лист, ос-
новную таблицу с заголовками полей, с вычисляемым полем и итоговой запи-
сью, запросы, одноколонковую и табличную формы основной таблицы и гра-
фическую форму дополнительной таблицы.
Выбор варианта данных для разрабатываемой базы данных производится
по таблице 1. По согласованию с преподавателем можно разработать свою базу
данных по другим темам не вошедшим в таблицу.
По второй теме.
1). Даны функции f(x) = √3sin(x) + cos(x) и g(x) = cos(2·x + π/3) – 1
a) Решить уравнение f(x) = g(x).
b) Исследовать функцию h(x) = f(x) – g(x) на промежутке [0 ; (5·π)/6].
2) Найти коэффициенты кубического сплайна, интерполирующего дан-
ные, представленные в векторах Vx и Vy (смотри табл. 2).
Построить на одном графике: функцию f(x) и функцию f1(x), полученную
после нахождения коэффициентов кубического сплайна.
Представить графическое изображение результатов интерполяции исход-
ных данных различными методами с использованием встроенных функций
cspline(Vx,Vy), pspline(Vx,Vy), lspline(Vx,Vy) и interp(Vk,Vx,Vy,x).
3) Решить задачу оптимального распределения неоднородных ресурсов [5].
На предприятии постоянно возникают задачи определения оптимального
плана производства продукции при наличии конкретных ресурсов (сырья, полу-
фабрикатов, оборудования, финансов, рабочей силы и др.) или проблемы оптими-
зации распределения неоднородных ресурсов на производстве. Рассмотрим не-
сколько возможных примеров постановки таких задач.
Постановка задачи А (варианты 1 – 12). Для изготовления n видов изде-
лий И
1
, И
2
,... , И
n
необходимы ресурсы m видов: трудовые, материальные, финан-
24
совые и др. Известно требуемое количество отдельного i-гo ресурса для изготовле-
ния каждого j-го изделия. Назовем эту величину нормой расхода с
ij
. Пусть опреде-
лено количество каждого вида ресурса, которым предприятие располагает в дан-
ный момент, - а
i
. Известна прибыль П
j
, получаемая предприятием от изготовления
каждого j-го изделия. Требуется определить, какие изделия и в каком количестве
должны производиться предприятием, чтобы прибыль была максимальной.
Постановка задачи В (варианты 13 – 25). Пусть в распоряжении завода
железобетонных изделий (ЖБИ) имеется m видов сырья (песок, щебень, цемент)
в объемах а
i
. Требуется произвести продукцию n видов. Дана технологическая
норма с
ij
потребления отдельного i-го вида сырья для изготовления единицы
продукции каждого j-гo вида. Известна прибыль П
j
, получаемая от выпуска
единицы продукции j-гo вида. Требуется определить, какую продукцию и в ка-
ком количестве должен производить завод ЖБИ, чтобы получить максималь-
ную прибыль. Исходные данные для вариантов 1, …, 12 представлены в табл. 3.1
– 3.12, а для вариантов 13 – 25 представлены в табл. 3.13 – 3.25
3.2. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
Таблица 1
1. Студенческая группа; а) фамилия и инициалы студента, номер зачеткой
книжки, пол, дата рождения, адрес; б) номер зачетной книжки, фамилия и ини-
циалы студента, стипендия.
2. Кафедра: а) фамилия и инициалы преподавателя, табельный номер,
пол, ученая степень, должность, телефон; б) табельный номер, фамилия и ини-
циалы преподавателя, номер дисциплины.
3. Университет: а) факультет или отдел, его аббревиатура, фамилия и
инициалы руководителя, число кафедр, корпус, телефон; в) аббревиатура, фа-
культет или отдел, число студентов или сотрудников.
4. Библиотека университета: а) авторы, название, место, издательство,
год издания, число страниц, код издания; б) код издания, авторы, число экземп-
ляров в библиотеке.
5. Расписание занятий группы: а) номер дисциплины, название дисцип-
лины, день и время, вид занятия (лекция, лабораторная работа, курсовой про-
ект, практика), преподаватель; б) преподаватель, день и время, аудитория.
6. Лаборатории: а) номер, название, кафедра, число рабочих мест, пло-
щадь, корпус, телефон; б) название, номер, номер дисциплины.
25
7. Компьютеры: а) тип, фирма, емкость накопителей, размер ОЗУ, такто-
вая частота, тип монитора, цветность; б) фирма, тип, количество на кафедре.
8. Учебный план первого курса: а) дисциплина, номер дисциплины, часов
лекций, часов лабораторий, часов практики, часов курсовой работы, б) номер
дисциплины, дисциплина, семестр.
9. Вузы Санкт-Петербурга: а) название вуза, его аббревиатура, дата осно-
вания, число факультетов, число преподавателей, адрес, телефон, б) аббревиа-
тура, название вуза, число студентов.
10 ... 12. Общественный транспорт (11 - автобус, 12 - троллейбус, 13 -
трамвай): а) наименование маршрута, номер, расстояние, число остановок, чис-
ло машин; б) номер маршрута, наименование, табельный номер водителя.
13 ... 16. Междугородный транспорт (13 - автомобильный, 14 - железно-
дорожный, 15 - воздушный, 16 - водный): а) пункт назначения, номер маршру-
та, время отправления, время в пути, время прибытия, расстояние; б) номер
маршрута, пункт назначения, цена билета.
Таблица 2
x 1 2 3 4 5
0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
0,25 1,6 2,6 3,6 4,6 5,6
1,25 2,325 3,7 4,575 5,7 6,875
2,125 2,017 3,017 4,017 5,017 6,017
3,25 2,833 3,333 3,833 4,333 4,833
Оценить погрешность интерполяции в точке x = 2,2. Вычислить значение
функции в точке x = 1,2
x 6 7 8 9 10
0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
0,5 1,7 2,7 3,7 4,7 5,7
1,4 2,325 3,7 4,575 5,7 6,875
2,25 2,333 3,333 4,333 5,333 6,333
3,5 3,167 3,667 4,167 4,667 5,167
Оценить погрешность интерполяции в точке x = 2,4. Вычислить значение
функции в точке x = 1,4
x 11 12 13 14 15
0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
0,75 1,8 2,8 3,8 4,8 5,8
1,6 2,325 3,7 4,575 5,7 6,875
2,375 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5
3,75 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
26
Оценить погрешность интерполяции в точке x = 2,6. Вычислить значение
функции в точке x = 1,6
x 16 17 18 19 20
0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
1,0 1,9 2,9 3,9 4,9 5,9
1,8 2,325 3,7 4,575 5,7 6,875
2,5 2,667 3,667 4,667 5,667 6,667
4 3,5 4,333 4,833 5,333 5,833
Оценить погрешность интерполяции в точке x = 2,8. Вычислить значение
функции в точке x = 1,8
x 21 22 23 24 25
0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
1,25 1,925 2,925 3,925 4,925 5,925
2,0 2,4 3,75 4,675 5,745 6,975
2,625 2,7 3,72 4,8 5,695 6,725
4,25 3,65 4,444 4,956 5,425 5,726
Оценить погрешность интерполяции в точке x = 3,1. Вычислить значение
функции в точке x = 2,1
Таблица 3.1
Изготавливаемые изделияИспользуемые
есурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 3 5 2 7 15
Материальные 4 3 3 5 9
Финансовые 5 6 4 8 30
Прибыль, П
j
40 50 30 20
р
Таблица 3.2
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 1 3 2 4 12
Материальные 3 4 2 6 10
Финансовые 6 7 5 6 20
Прибыль, П
j
30 60 20 30
Таблица 3.3
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 3 5 5 3 11
Материальные 4 5 8 5 8
Финансовые 5 6 4 8 26
Прибыль, П
j
40 50 25 25
27
Таблица 3.4
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 8 5 5 7 18
Материальные 4 4 9 5 12
Финансовые 5 7 4 3 34
Прибыль, П
j
45 55 60 32
Таблица 3.5
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 5 5 6 4 14
Материальные 9 3 6 5 10
Финансовые 5 8 6 8 30
Прибыль, П
j
42 52 35 15
Таблица 3.6
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 2 7 4 7 16
Материальные 4 4 4 5 14
Финансовые 5 9 4 9 38
Прибыль, П
j
35 50 35 20
Таблица 3.7
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 2 4 2 9 20
Материальные 5 5 5 6 10
Финансовые 5 6 4 8 30
Прибыль, П
j
25 45 60 20
Таблица 3.8
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ес
у
рсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 3 8 6 7 16
Материальные 2 6 6 5 8
Финансовые 7 9 5 8 35
Прибыль, П
j
45 55 20 25
р
28
Таблица 3.9
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 1 7 6 5 17
Материальные 2 1 9 15 8
Финансовые 6 8 5 8 32
Прибыль, П
j
35 52 36 24
Таблица 3.10
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 4 4 4 6 14
Материальные 4 6 6 3 12
Финансовые 6 4 5 8 35
Прибыль, П
j
40 55 35 25
Таблица 3.11
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 4 4 1 9 18
Материальные 3 4 5 3 11
Финансовые 6 5 8 4 33
Прибыль, П
j
50 40 20 30
Таблица 3.12
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Трудовые 2 8 4 4 16
Материальные 2 5 5 4 8
Финансовые 5 8 4 9 40
Прибыль, П
j
30 40 60 30
Таблица 3.13
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Песок 4 6 3 8 17
Щебень 4 9 6 5 19
Цемент 5 4 6 9 40
Прибыль, П
j
42 52 35 25
29
Таблица 3.14
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Песок 2 4 1 6 14
Щебень 4 4 4 5 8
Цемент 8 6 8 8 35
Прибыль, П
j
45 55 35 20
Таблица 3.15
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Песок 1 3 1 5 13
Щебень 2 3 1 7 7
Цемент 5 6 4 8 28
Прибыль, П
j
38 45 28 22
Таблица 3.16
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Песок 5 6 6 6 19
Щебень 6 6 3 6 19
Цемент 3 8 8 8 35
Прибыль, П
j
35 54 35 54
Таблица 3.17
Изготавливаемые изделияИспользуемые
ресурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Песок 4 4 6 6 25
Щебень 3 3 7 7 15
Цемент 8 8 8 8 25
Прибыль, П
j
45 55 65 30
Таблица 3.18
Изготавливаемые изделияИспользуемые
есурсы, а
i
И
1
И
2
И
3
И
4
Наличие ресурсов,
а
i
Песок 5 3 3 9 20
Щебень 9 3 9 5 12
Цемент 9 6 8 8 35
Прибыль, П
j
35 45 45 35
р
30