Digitalizace modelování skutečnosti • počítače umožňují nejen digitalizovat textové, obrazové a zvukové dokumenty, ale umožňují také digitalizování modelování skutečnosti • významná úloha – pokusy modelovat lidské myšlení • model – zjednodušené znázornění nějakého objektu, jevu či děje, a to jak skutečného, tak abstraktního (mentální model) • znázornění se musí shodovat s příslušným objektem, jevem, dějem či představou v podstatných vlastnostech • modelem napodobujeme strukturu a obsah určitého systému vztahů (organizace) daného objektu, jevu, děje či naší představy (fikce) Metoda řešení problému • vědecká metoda řešení problému (problem solving) – využívá stále častěji modelování pomocí informačních technologií • při používání této metody se zpravidla postupuje takto: • formuluje se problém • myšlením se vytvoří představa (hypotéza) o daném problému • problém se napodobí modelem • z modelu se odvodí teoretické závěry, které je nutno empiricky (pomocí zpětné vazby) ověřit • na základě této zpětné vazby se provedou potřebné úpravy a opravy původních představ o problému (hypotézy), určí se podmínky, za nichž bude modelované řešení platné a úkol se předá k realizaci Digitalizace modelování skutečnosti • modelování hraje klíčovou úlohu - např. při projektování jakékoli nemovitosti, chceme-li si vytvořit ucelenou představu o vědním či studijním oboru, při luštění neznámého písma atd. • výčet objektů, jevů, dějů či myšlenkových konstrukcí, jež lze modelovat, se jeví jako nekončící: od vytváření modelů hmotných předmětů až např. po neobyčejně náročné modelování počasí • vznik a vývoj počítačů znamenaly v modelování skutečnosti zcela novou etapu • skutečnost, že téměř každý člověkem poznaný objekt, jev, děj lze vyjádřit digitální znakovou soustavou dala do rukou člověku nový nástroj poznání. Přesto zde však existují určitá omezení Tradiční x počítačové modely • k tomu, abychom mohli vytvořit jakýkoliv model, musíme splnit jisté podmínky: - umět objekt, jev, děj popsat, vytvořit si o nich vlastní představu - vystihnout a popsat podstatné vlastnosti objektu, jevu, děje či hypotézy a odhlédnout od jejich méně významných vlastností - myšlenková činnost je primární. Např.neznáme-li do podrobností, jak pracuje lidský mozek, stěží můžeme vytvořit jeho funkční matematický model • modelování tradičními metodami: příklad - vytvoření trojrozměrného hmotného modelu přehrady ve zmenšeném měřítku a ověřování vlastností takového modelu např. při různě silném průtoku vody • v počítačových modelech jsou objekty, jevy, děje a hypotézy znázorněny čísly. Rovnice odrážejí vztahy mezi prvky těchto entit Tradiční x počítačové modely • výhoda výpočetní techniky při modelování spočívá: O/ v obrovských a neustále rostoucích rychlostech operací, jimiž počítače zpracovávají i velmi složité vztahy a procesy O/ v poměrně snadné manipulaci s takovými modely, aby se co nejvíce přiblížily podstatným vlastnostem poznávané skutečnosti O/ jde často o pokusy, které by nebylo možno provádět v reálném světě, např. v astronomii modelování vzniku nových galaxií, v archeologii rekonstrukce zaniklého starověkého města O/ může také jít o záležitosti, jejichž provádění pomocí tradičního modelování by bylo v rozporu se stávajícími právními a etickými normami. Např.v lékařství – znázornění procesů v tělech živých tvorů nebo člověka spojených s původci určitých onemocnění apod. Kybernetika • řec. kybernétés = kormidelník • vznik 40tá léta 20. století v Bostnu MIT • zakladatel kybernetiky Norbert Wiener ji definoval jako vědu o „řízení a komunikaci v živočichu a ve stroji“ • od roku 1946 Macy konference v New Yorku – vznikl koncepční rámec kybernetiky • práce prvních kybernetiků spjata s vojenským výzkumem – sledování a sestřelování letadel, později studium nervových mechanizmů • kybernetika se zabývá: chováním složitých, dynamických, otevřených systémů, a to systémů biologických, technických, ale i sociálních • další významná jména: John von Neumann (teorie her, vynález digitálního počítače), W.R.Ashby (formuloval jediný přírodní zákon postulovaný kybernetikou) Kybernetika • u nás: 1949 Josef Charvát v Biologických listech publikoval článek Cybernetismus, nauka o kontrole a spojeních v živé hmotě a ve strojích • Antonín Svoboda – 1950 SAPO – SAmočinný Počítač odolný poruchám • kybernetika u nás i v Sovětském svazu zakázaná jako buržoazní pavěda – chce dělníky připravit o práci • kvůli protikomunistickým náladám v USA musí odejít Tsien Hsue Sen → Čína, v r. 1954 píše knihu Technická kybernetika → šiří se do východního bloku, lze citovat • ve světě se konstituuje informatika (Computer Science): západ – zde samostatným oborem, u nás – součástí kybernetiky, stejně jako i programovací jazyky → zastřešující obor až do revoluce • dnes kybernetika splynula s teorií systémů L. Bertalanffyho Kybernetika • obory vznikající z kybernetiky: O/ neuronové sítě: 1943 – Pitts a Warren McCulloch – umělý neuron – vstup 1 a 0, 1957 – Frank Rozenblath – perceptron – používá váhy – příchozím podnětům je přidělena různá významnost O/ umělá inteligence: 1956 – John McCarthy, konference Darthmouth Colledge O/ teorie informace – odnož teorie pravděpodobnosti • pojmy zavedené kybernetikou: O/ zpětná vazba – obecný princip, jde o kruhovité uspořádání kauzálně spojených prvků. První článek (vstup) je ovlivněn prvkem posledním (výstup) → autoregulace (sebeřízení) systému. Tento proces základem udržování stabilního prostředí v organismu – homeostáze Kybernetika • zpětnovazebná smyčka představující řízení lodi: kormidelník řídí loď – když se loď odchyluje od kurzu → kormidelník určí odchylku a vrací směr otočením kormidla → odchylka lodi se zmenšuje, až se uchýlí od stanoveného kurzu na opačnou stranu → kormidelník určí novou odchylku CAPRA, Fritjof. Tkáň života. 1. vyd. Praha : Academia, 2004. ISBN 80-200-1169-2. str. 63 Kybernetika - negativní zpětná vazba (samovyrovnávající) - homeostat - pozitivní zpětná vazba (samozesilující) - lavina O/ systém – soubor organizovaných a vzájemně působících prvků, tvořících celek. Studují tři disciplíny: - teorie systémů – jednoduché systémy s jednoduchým chováním - teorie chaosu – jednoduché systémy s komplexním (chaotickým) chováním - teorie komplexnosti – složité systémy s celkově jednoduchým chováním O/ model – reprezentuje originál, slouží jako kognitivní surogát (náhražka) • zákon nutné variety (W. R. Ashby): chceme-li pomocí řízení odstranit neurčitost, pak množství neurčitosti odstraněné za jednotku času nemůže být větší, než je kapacita řídícího systému jako komunikačního kanálu Umělá inteligence • lidská inteligence - obtížně definovatelná • schopnost samostatného myšlení a řešení situací, v nichž nelze použít navyklého chování • lidská inteligence dlouho pojímána jen jako rozumové nadání x dnes tzv.emoční inteligence • otázka, zda lze vytvořit počítačové programy napodobující lidskou inteligenci • průkopník vývoje umělé inteligence (AI) A.M.Turing (1912-1954) - hlavním problémem AI je definovat přirozenou lidskou inteligenci • Turingův test – tazatel komunikuje se svým vzdáleným protějškem, neví, zda jde o člověka či počítač. Pokud tazatel není schopen ani po delší době rozlišit, zda hovořil s člověkem nebo s počítačem, pak pokud šlo o počítač, lze tento stroj označit jako inteligentní • takový rozhovor lze dnes uskutečnit pouze v určitém předem vymezeném diskurzním okruhu (frame) Umělá inteligence • pojem frame – rámec: Marvin Minsky – druh kostry či aplikační formy s mnoha volnými sloty, do kterých zapojena další informační struktura. Př. frame reprezentuje osobu → terminály pro hlavu, tělo, ruce, nohy. Frame – nástroj pro vztah mezi rámcem a terminály • pojem umělé inteligence – označení počítačových programů, pomocí nichž lze řešit velmi složité problémy • umělá inteligence – mnoho nadějných aplikací, ale i četné obavy. Nejčastější obava – neztratí lidé kontrolu nad automaty a roboty nadané umělou inteligencí? • otázky nejsou nové – řeší autoři vědeckofantastické literatury – např. Karel Čapek, Isaak Asimov, Arthur C.Clarke aj. • jádro problému – otázka, zda chování automatů vybavených AI může být nederministické, tj. předem neurčené vnitřními nebo vnějšími příčinami Umělá inteligence • dosud vytvořené programy úzce specializované • pokud přirozená lidská inteligence komplexní schopností člověka reagovat na složité podněty, vidět a posuzovat skutečnost v co nejširších souvislostech, pak žádný automat takovou schopnost nemá • otázka, zda by mohl být tento stav v budoucnu překonán, neexistují jednoznačné odpovědi: - přání vědců z humanitně a sociálně zaměřených oborů, aby automaty takovou schopnost nikdy nenabyly - přírodovědci opírají obdobné přání o znalost jedinečnosti a nenapodobitelnosti živé hmoty - člověku se nepodařilo „vyrobit“ jedinou živou buňku Umělá inteligence - oproti tomu vědci z oboru kybernetiky – neexistuje žádný důkaz, že AI nemůže překonat lidskou inteligenci - chování automatů vybavených AI může být podle nich nedeterministické – např. pokusy s robotem, který se umí přemístit z určitého místa na jiné určité místo - při opakovaném pokusu se zcela shodným záměrem se robot nepřemístí po shodné trase • AI má také rozměr etický - jde o to, aby výzkum a využití umělé inteligence bylo orientováno tak, aby se zabránilo vytváření automatů, které by se vymkly kontrole člověka a získaly nad ním nadvládu Umělá inteligence • → respekt k nepřekonatelným rozdílům mezi člověkem a automaty s vestavěnou inteligencí • automaty s AI nutné považovat za poradní a pomocné prostředky • např. programy umělé inteligence, které schopny poměrně kvalitně diagnostikovat závažná onemocnění nebo navrhovat postupy při operaci. Přitom se však konečné rozhodování ponechává kvalifikovanému konciliu zkušených lékařů