`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Компьютер-изобретатель. Часть 2

0 
 
Теория и алгоритм решения изобретательских задач

Нет ничего важнее, чем найти ключ к изобретению.
Это, на мой взгляд, куда труднее, чем само изобретение.
Лейбниц

Допустимо ли применение понятия "алгоритм" к изобретательству, традиционно ассоциирующемуся с такими ускользающими от формализации категориями, как интуиция, озарение? Теория и алгоритм решения изобретательских задач (ТРИЗ и АРИЗ) детища харизматического лидера советской изобретательской школы и владельца бессчетных авторских свидетельств Г. С. Альтшуллера (19261998 гг.) дают на этот вопрос однозначно утвердительный ответ. Во всем, что касалось изобретательства, Альтшуллер обладал феноменальной эрудицией. Скрупулезный анализ многих десятков тысяч изобретений и рационализаторских предложений позволил ему и его ученикам выявить существование неочевидных закономерностей, которым подчинен ход изобретательской мысли.

Компьютер-изобретатель. Часть 2
Прогибающиеся днища обычных коробок для пиццы не позволяют складывать их в стопки, что усложняет транспортировку и хранение. Прямолинейное решение, состоящее в использовании более плотного картона, является неприемлемым, поскольку увеличивает расход материала
Компьютер-изобретатель. Часть 2
В соответствии с 14м принципом устранения противоречий ТРИЗ ("Принцип сфероидальности") днищу коробки для пиццы можно придать криволинейную форму, изготовив ее из гофрированного картона особым образом
Первые результаты этого анализа (они были получены еще в 1946 г.) легли в основу ТРИЗ. В 70х годах в нескольких исследовательских центрах ТРИЗ (один из которых до сих пор расположен в Минске) началась работа над программным обеспечением, предназначенным для автоматизации решения изобретательских задач. Этот проект получил название "Изобретающая машина" (ИМ).

С падением железного занавеса и развалом СССР ТРИЗ (как и все прочие жизнеспособные отрасли советской науки) активно "вывозился" на Запад (в немалой степени за счет утечки мозгов). В течение последнего десятилетия центр развития АРИЗ переместился в США, где сейчас находятся две лидирующие компании, производящие программное обеспечение на его базе, Invention Machine и Ideation.

Чтобы представить идею, лежащую в основе ИМ, попытаемся решить типичную изобретательскую задачу, связанную с усовершенствованием коробок для пиццы.

В качестве инструмента воспользуемся примитивной версией ИМ, запрограммированной А. Осиповым и В. Долгашевым на Java. Первая колонка диалогового окна этой программы представляет собой перечень 39 системных параметров, из которых надо выбрать один, подлежащий улучшению. В данном случае таковым является "Прочность" ("Strength"). Вторая колонка (такого же вида) позволяет выбор второго параметра, который ухудшается в результате "лобовых" попыток улучшения первого. Для решаемой нами проблемы таким параметром может быть, к примеру, "Объем неподвижной части объекта" ("Volume of binding object"). В правой верхней части окна программа выводит список нескольких из сорока "Принципов устранения противоречий", лежащих в основе ТРИЗ. В частности, предлагается использовать "Принцип предварительного противодействия", гласящий: "Если объект находится под воздействием внешних сил, то его функциональность может быть улучшена путем предварительной обработки противонаправленными силами", а также "Принцип сфероидальности": "Прямым ребрам и плоским поверхностям объекта можно придать округлую или иную криволинейную форму". Правая нижняя часть окна отводится примерам успешного решения сходных противоречий; в частности, упоминается технология предварительного натяжения железобетонной арматуры.

Вся эта информация призвана натолкнуть пользователя на правильное решение.

Разумеется, современные коммерческие версии ИМ гораздо сложнее и функциональнее. Интерфейс, используемый в них для описания изобретательских задач, позволяет оперировать не только противоречивыми параметрами (которых, кстати, может и быть больше двух), но и определять отношения между структурными компонентами оптимизируемой системы. Размер базы иллюстративных примеров, предназначенных для демонстрации успешного применения изобретательских приемов, исчисляется в современных ИМ многими тысячами записей, а размер результата типичного запроса к ней несколькими десятками. Поэтому продуктивность работы с ИМ в значительной степени зависит от времени, затрачиваемого пользователями на оценку применимости каждого отдельного иллюстративного примера к решению поставленной задачи. Это заставляет разработчиков уделять большое внимание наглядности представления примеров и использовать для их отображения мультимедийные элементы.

Компьютер-изобретатель. Часть 2
Так разработчики сайта компании www.genetic programming.com представляют эволюцию
Компьютер-изобретатель. Часть 2
Модуль исследования технических противоречий одна из обязательных составных частей ИМ
Все эти достоинства отражены в интерактивном flashролике, демонстрирующем несколько сеансов работы с программой TechOptimizer. Она сегодня признается одной из наиболее совершенных в мире ИМ. В качестве лаконичного, но красноречивого подтверждения этого факта достаточно привести несколько пунктов из длинного списка организаций, использующих TechOptimizer: NASA, BMW, Boeing, Intel, General Electric, Shell и т. д.

Среди коммерческих разработок, продолжающих проводиться в области ИМ на постсоветском пространстве, выделяется программа IdeaFinder, созданная московским специалистом по ТРИЗ А. Барышниковым. Демонстрационный ролик этой программы.

Наиболее влиятельной организацией, занимающейся ТРИЗ, является в настоящее время Международный институт Альтшуллера, а среди печатных изданий можно отметить специализированный ежемесячник "Журнал ТРИЗ". На постсоветском пространстве ТРИЗ более всего развита в Минске. Местный исследовательский центр организует преподавание элементов ТРИЗ в школах и даже посвящает им специальные еженедельные телепрограммы. Экстенсивное развитие теории ТРИЗ, изначально ориентированной на технические проблемы, успешно адаптирует ее к решению задач психологии, экономики и программирования. Например, по адресу www.trizjournal.com/archives/2001/05/a/index.htm находится статья, рассказывающая о применении ТРИЗ для программирования на языке Perl, а www.trizland.ru служит наглядным примером использования ТРИЗ для создания развлекательного сайта.


Анализ языка как средство синтеза идей

Лингвистическая футурология изучает грядущее, исходя из трансформационных возможностей языка: человек в состоянии овладеть только тем, что может понять, а понять он может только то, что выражено словами. Невыраженное словами ему недоступно. Исследуя этапы будущей эволюции языка, мы узнаем, какие открытия, перевороты, изменения нравов язык сможет когданибудь отразить.
С. Лем. Футурологический конгресс

Одной из отличительных особенностей программы TechOptimizer является использование элементов синтаксического анализа, призванных приблизить процесс описания проблемы к нормам естественного языка. Развитие этих элементов привело к появлению двух фирменных продуктов, пользующихся большой популярностью в корпоративной среде, Knowlegist и GoBrain. Эти программные средства позволяют подвергать семантическому анализу большие объемы текстовой информации (которая может, например, систематически извлекаться из электронной документации компании), трансформируя их в базы знаний, существенно расширяющие поисковые и интерпретационные возможности.

В ходе семантического анализа исходный текст расчленяется на предложения, которые разбираются по синтаксическим правилам. Например, фразе "Селен, используемый в дефектоскопии и фотометрии, служит также одним из распространенных антиоксидантов" может соответствовать следующая база знаний, состоящая из трех пунктов, называемых по терминологии компании Invention Machine решениями:

селен используется в дефектоскопии;

селен используется в фотометрии;

селен есть антиоксидант.

Обратите внимание на то, что слово "служит" заменено в последней строке синонимом "есть". Такая замена производится для упрощения базы знаний за счет слияния решений, объединенных общими синонимическими полями.

Рассмотрим задачу составления списка веществантиоксидантов, упоминаемых в Internet или документах электронного патентного бюро. Обычные поисковые службы не позволяют справиться с проблемой "в лоб": использование запроса "список антиоксидантов" оставит за пределами поиска много потенциально полезных страниц, не содержащих этого словосочетания. Запрос же, состоящий из одного ключевого слова, "антиоксиданты", напротив, непомерно раздует результаты поиска (например, за счет материалов, рекламирующих медикаменты на основе антиоксидантов).

Компьютер-изобретатель. Часть 2
Один из первых патентов, защищающих идею, которая возникла не в мозгу человека, а в оперативной памяти компьютера
Компьютер-изобретатель. Часть 2
IdeaFinder "изобретающая машина" с русскоязычным интерфейсом
Продукты компании Invention Machine позволяют найти изящное решение, предоставляя пользователям возможность составления так называемых "синтаксических запросов". Соответствующее диалоговое окно содержит три поля, предназначенных для ввода существительного, сказуемого и подлежащего. Первое из них в рассматриваемом случае следует оставить пустым, а в качестве сказуемого и подлежащего задать слова "является" и "антиоксидантом". Сканирование базы знаний (с учетом списка синонимов для слова является) позволяет идентифицировать как сказуемое селен, а также извлечь из базы знаний ссылки на наиболее информативные исходные документы.

Отметим, что приведенный пример носит гипотетический характер, поскольку продукты компании Invention Machine не поддерживают пока русского языка.

В соответствии с рекламными материалами компании семантический анализ оказывается особенно полезным при решении научноисследовательских задач, а также для выполнения проектов, связанных с оценкой интеллектуальной собственности и маркетинговыми исследованиями. Дальнейший прогресс в этой области, по мнению руководства Invention Machine, позволит не только повысить эффективность анализа текстовых данных, но и решить задачу синтеза новых знаний на их основе.

Компания Paramind Software интригует посетителей своего сайта рассказами о разрабатываемой ею авангардной технологии получения новых знаний, основанной на одновременном отслеживании ветвящихся ассоциативных графов. Действительно, трудно спорить с тем, что уже во времена изобретения фонографа человечество обладало лексикой, необходимой для объяснения принципа работы накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД). Так вот, фирменная технология Paramind, будь она под рукой у Эдисона, позволила бы ему осуществить поэтапную трансформацию текста, описывающего фонограф, в текст, описывающий НГМД, еще в XIX веке! На первый взгляд это заявление кажется шарлатанством, однако является ли оно им может показать лишь время.


Генетические алгоритмы и генетическое программирование

Во многих случаях результаты моделирования эволюционных процессов оказываются сопоставимыми с комплексными структурами, разработанными традиционными способами. Это естественно, поскольку движущей силой как эволюции, так и технического прогресса являются механизмы естественного отбора.
Джон Коза

Генетические алгоритмы (ГА), изобретенные в начале 60х гг., в основном предназначены для решения оптимизационных задач. Структуры данных, которыми они манипулируют, являются метафорами живых организмов, использующих механизмы скрещивания, мутационной изменчивости и естественного отбора для приспособления к условиям окружающей среды. Генетическое программирование (ГП) применяет указанную метафору не только к данным, но и к программному коду. Эта область, считавшаяся бесперспективной вплоть до начала 90х годов, теперь бурно развивается. Признанным лидером в ней является Джон Коза (John Koza) профессор Стэнфордского университета и основатель компании Genetic Programming.

Дж. Коза разработал общий подход для формального описания различных предметных областей, позволяющий посредством методов ГП вести поиск путей совершенствования реальных технических систем. К настоящему времени "искусственные организмы", созданные Дж. Коза, успели найти несколько оригинальных решений, два из которых уже защищены патентами. Ими стали новый метод определения оптимальной конфигурации проволочных антенн, обладающих требуемыми электромагнитными характеристиками; а также конструкция крыльев большого самолета, вызвавшая интерес компании Boeing. Важным преимуществом ГП искусственного интеллекта Дж. Коза считает свободу от стереотипов и предубеждений, довлеющих над воображением разработчиков.

Современные средства производственного планирования, примером которых может служить программный комплекс eMPower израильской компании Technomatix Technologies, позволяют описывать целые фабрики в виде электронных моделей. Они, по мнению Дж. Коза, создают необходимые предпосылки для масштабного внедрения методов ГП. Главным препятствием для коммерциализации этих методов являются исключительно высокие требования, предъявляемые ими к вычислительным ресурсам. Впрочем, прогнозирование с учетом законов Мура позволяет надеяться на то, что ГПреволюция успеет свершиться на глазах уже нынешнего поколения. В настоящее время аппаратная база компании Genetic Programming представляет собой сеть из 500 компьютеров класса Dual PII/350 MHz/128 MB, работающих под управлением OC Linux в круглосуточном режиме. Этот специфический суперкомпьютер в типичном случае позволяет ежечасно отслеживать генеалогию 4 поколений популяции из 10 миллионов "программных особей".


Заключение

Содержание этой статьи подтверждает существование тесной связи между современными компьютерами и изобретателями, роль связующего звена играет программное обеспечение. Но сможет ли когданибудь компьютер делать полезные изобретения с минимальным участием человека или вовсе без такового? Достижения Джона Коза и других исследователей, являющихся признанными авторитетами в области теории искусственного интеллекта, придают этому вопросу риторический оттенок. Возможно, первой моральноэтической проблемой, которую поставит перед человечеством прогресс теории ИИ, станет определение авторства таких изобретений.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT