Рабочая программа дисциплины «Основы искусственного интеллекта» для ОПОП «44.03.01 Педагогическое образование». (профиль «Информатика») (стр. 2 )

4. Раздел «Основы логического программирования»

Представление о логическом программировании. Представление знаний о предметной области в виде фактов и правил базы знаний Пролога. Общие сведения о структуре языка логического программирования. Основные разделы Пролог-программ: раздел предложений, раздел предикатов, раздел доменов, раздел цели. Синтаксис правил. Задание типов аргументов при декларации предикатов. Автоматическое преобразование типов. Управление поиском решений. Организация повторений. Поиск с возвратом. Прерывание поиска с возвратом: отсечение. Списки, операции над списками, сортировка списков.

5. Раздел «Основы функционального программирования»

Введение в функциональное программирование. Виды вычислений. л-исчисление.

Темы лабораторных работ:

1. Раздел «Системы, основанные на знаниях»

Проектирование экспертных систем, как класса интеллектуальных систем.

2. Раздел «Искусственные нейронные сети»

Моделирование искусственных нейронных сетей. Математический нейрон Мак-Каллока-Питтса. Дельта-правило, его обобщение и распознавание букв. Ограниченность однослойного персептрона. Многослойный персептрон. Виды активационных функций. Алгоритм обучения персептрона. Нейросетевое математическое моделирование на примере нейросимулятора. Диагностика в медицине.

3. Раздел «Основы логического программирования»

Логическое программирование на языке Пролог в среде VIP 5.2. Представление знаний о предметной области в виде фактов и правил базы знаний Пролога. Дескриптивный, процедурный и машинный смысл программы на Прологе. Синтаксис и значения программ в Prolog. Рекурсия и структуры данных в программах на Прологе. Предикат отсечения Сut и управление логическим выводом с помощью Fail для организации повторений. Обработка списков. Решение логических задач на Прологе.

Примерные вопросы для контроля и самоконтроля.

1. Раздел «История развития и области приложения искусственного интеллекта»

Описать тест Тьюринга и мысленный эксперимент Сирла с «китайской комнатой». Описать понятия оптимального рассуждения и человеческого рассуждения. Описать понятия оптимального поведения и человеческого поведения. Привести список примеров интеллектуальных систем, которые зависят от моделей мира. Описать роль эвристики и необходимость компромиссного выбора между оптимальностью и эффективностью.

2. Раздел «Системы, основанные на знаниях»

Для решения каких задач предназначены экспертные системы? Из каких составных частей состоит процесс приобретения знаний? Чем знания первого рода отличаются от знаний второго рода? Что такое подсистема объяснений? От каких факторов зависит успех реализации экспертной системы? Какие существуют виды экспертных систем? Каким требованиям должен удовлетворять прототип экспертной системы? Какие существуют виды проектировочного инструментария? Какие этапы создания экспертной системы существуют? Опишите один из них по своему выбору. Опишите особенности субпроблем? Какие факторы влияют на процесс формализации? Чем характеризуются первый и второй прототипы экспертной системы? Назовите основные источники неудач в экспертной системе? Сколько лет обычно уходит на создание коммерческой экспертной системы?

3. Раздел «Искусственные нейронные сети»

Каково строение биологического нейрона? Что такое вес синапса? Какими параметрами описывается искусственный нейрон? Перечислите основные виды функций активации? Какова модель перцептрона? В чем заключается метод обучения перцептрона? Что такое искусственная нейронная сеть? Каковы этапы построения нейросетей? В чем заключается первый этап? Какие типы сетей выделяют на основе топологии? Перечислите основные классификации нейронных сетей. Какова цель обучения? В чем заключается процесс обучения с учителем? С помощью каких классов можно реализовать программную модель алгоритма обратного распространения? Какова цель обучения? В чем заключается процесс обучения без учителя? Какие алгоритмы обучения без учителя существуют? С помощью каких классов можно реализовать программную модель алгоритма Кохонена? Сколько слоев в сети Хемминга? Какова структурная схема сети Хемминга? В чем заключается идея работы сети Хемминга? Какой вид имеет активационная функция? Сколько слоев в сети Хопфилда? Какова структурная схема сети Хопфилда? Какую задачу решает данная сеть Хопфилда? В каких областях могут применяться искусственные нейронные сети? Приведите пример задачи классификации. Что такое кластеризация?

4. Раздел «Основы логического программирования»

Какова структура окон в программе Visual Prolog? Каким образом обрабатываются ошибки в программах Visual Prolog’а? Сформулируйте отличие между атомами и переменными. Какие символы можно использовать в имени переменной? Что такое «правило» с точки зрения Prolog’а? Перечислите требования, предъявляемые к постановке вопросов в Prolog’е. Какие разделы выделяются в предложениях языка Prolog? В каком разделе описываются факты? Правила? Запросы? Каковы особенности их записи? В каких случаях используется запятая при формировании запроса? Дайте понятие структуры. Каково взаиморасположение названия структуры и ее аргументов? Что такое функтор? Перечислите его параметры. В чем отличие простой переменной от анонимной? Укажите их отличия от констант. Что такое список? Как его можно объявить в Visual Prolog’е? Можно ли разделить пустой список на голову и хвост? Для чего используются функторы в списках? Какие операции можно выполнять со списками? Какие компоненты входят в арифметические выражения? Назовите четыре основные арифметические операции. Каков порядок их вычисления? Назовите несколько встроенных математических функций и предикатов. Для чего они используются? Какие средства дают возможность управлять поиском решений, в чем их различие? Можно ли помещать подцель после fail в теле правила? В каких случаях выполняется обрезка? Какие виды обрезки Вы знаете? Какие встроенные предикаты вы знаете? Для чего используется каждый из них? Назовите отличия. С какими целями может открываться файл? В чем особенность задания имени файла? Сколько в программе разрешено доменов file? Назовите встроенные альтернативы домена file. Что делает каждая из них? Как задается путь доступа файла в программе? Охарактеризуйте каждый из стандартных предикатов для открытия и закрытия файлов. Какие процедуры для вывода списка на внешнее устройство вам известны? Что такое дерево и как оно задается? Сколько может быть аргументов у функтора? В чем заключается процедура «обход дерева»? Каков основной алгоритм обхода. Приведите пример. Как можно создать дерево из одного узла? Зачем нужно бинарное поисковое дерево?

5. Раздел «Основы функционального программирования»

Перечислите базовые функции? Каковы типы аргументов базовых функций? Назовите основные отличия предикатов eq, equal и =? Особенности свойств символов? Что такое лямбда-выражение? Для чего используется функция defun? Чем различаются основные функции вывода? Что возвращает в качестве значения функция read? Особенности функций, изменяющих структуру? Для чего используется предложение let? В чем его отличие от предложения let*? Чем различаются функции cond и if? Почему не желательно использовать операторы передачи управления? Чем их можно заменить? Что такое рекурсия? Назовите достоинства ее использования? Что такое функционал? Что такое макрос?

перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по
дисциплине (модулю)

Для организации самостоятельной работы студентов по дисциплине в электронном виде представлены (http://e-portal. uspu. ru и сетевой диск z:\ 4-й курс\ Интеллектуальные системы)

1. учебные материалы, лабораторные работы, презентация по вышеописанным разделам.

2. Электронная энциклопедия «История искусственного интеллекта».

3. Электронная энциклопедия «Экспертные системы»

4. Каткова искусственного интеллекта. Учебно-методическое пособие для студентов вузов. СШГПИ. 2008. 80 с.

5. Эдуардо Коста Visual Prolog 7.1 для начинающих. Пер. с англ. яз. М. Сафронов. 2008.

Перечень рекомендуемых тем, вынесенных на самостоятельное изучение

Назначение и принципы построения экспертных систем. Методология разработки экспертных систем. Этапы разработки экспертных систем Оболочки экспертных систем. Выявление и представление знаний. Трудности разработки экспертных систем. Статические и динамические экспертные системы. Интеллектуальные САПР. Интеллектуальные системы управления экономическими объектами. Системы поддержки принятия решений. Основы теории искусственного интеллекта. Интеллектуальные информационные системы в различных предметных областях Перспективы развития экспертных систем. Обзор современных экспертных систем.

5. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по дисциплине (модулю)

В результате оценочной деятельности проверяется освоение следующих основных структурных компонентов компетенций:

владением методами и технологиями программирования, необходимыми для преподавания информатики и ИТ в основной и профильной школе (ПрК-1);

владением методологическими, теоретическими и математическими основами информатики и информационных технологий (ПрК-7).

Название раздела (в соответ-ствии с содержа-нием дис-циплины)	Содержательное описание компонентов (показателей) компетенции	Используемые оценочные средства
ПрК-1	ПрК-7
История развития и области приложения искусственного интеллекта.	знания
о концепции теорий, связанных с фундаментальной информатикой и информационными технологиям	о механизмах анализа функционирования средств и систем информационных технологий о  современных парадигмах и методологиях	ОС1, ОС3, ОС7
ОС1,  ОС3, ОС7	ОС1, ОС3, ОС7
умения
владение
	современными парадигмами и методологией разработки информационных систем разработки информационных систем	ОС5, ОС7
ОС5, ОС7
Системы, основанные на знаниях	знания
о концепции теорий, связанных с фундаментальной информатикой и информационными технологиям	ОС1, ОС3, ОС7
ОС1, ОС3, ОС7
умения
использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты теорий, связанных с фундаментальной информатикой и информационными технологиями; эффективно применять базовые математические знания и информационные технологии при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий;	ОС3, ОС5, ОС7
ОС3, ОС5, ОС7
владение
методами использования базовых знаний естественных наук, математики и информатики, связанных с фундаментальной информатикой и информационными технологиями эффективного применения базовых математических знаний и информационных технологий при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий	ОС5, ОС7
ОС5, ОС7
Искусственные нейронные сети	знания
умения
применять знания естественных наук, математики и информатики при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий	ОС4, ОС7
ОС4, ОС7	ОС4, ОС7
владение
знания
Основы логического программирования
о методах разработки и реализации процессов жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения о современных парадигмах и методологиях, инструментальных и вычислительных средствах ОС2, ОС6, ОС7	ОС2, ОС6, ОС7
умения
использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты, концепции, принципы теорий, связанной с фундаментальной информатикой и информационными технологиями эффективно применять базовые математические знания и информационные технологии при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий	разрабатывать и реализовывать процессы жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения применять на практике парадигмы и методологии, инструментальные и вычислительные средства	ОС2, ОС6, ОС7
ОС2, ОС6, ОС7	ОС2, ОС6, ОС7
владение
способами эффективного применения базовых математических знаних и информационных технологий при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий	способами разработки и реализации процессов жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения современными парадигмами и методологиями, инструментальными и вычислительными средствами	ОС2, ОС5, ОС6, ОС7
ОС2, ОС5, ОС6, ОС7	ОС2, ОС5, ОС6, ОС7
Основы функционального программирования	знания
о методах разработки и реализации процессов жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения о современных парадигмах и методологиях, инструментальных и вычислительных средствах	ОС6, ОС7
ОС6, ОС7
умения
использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты, концепции, принципы теорий, связанной с фундаментальной информатикой и информационными технологиями эффективно применять базовые математические знания и информационные технологии при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий	разрабатывать и реализовывать процессы жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения применять на практике парадигмы и методологии, инструментальные и вычислительные средства	ОС6, ОС7
ОС6, ОС7	ОС6, ОС7
владение
способами эффективного применения базовых математических знаних и информационных технологий при решении проектно-технических и прикладных задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий	способами разработки и реализации процессов жизненного цикла информационных систем, программного обеспечения современными парадигмами и методологиями, инструментальными и вычислительными средствами	ОС6, ОС7
ОС6, ОС7	ОС6, ОС7

Для оценки результатов освоения дисциплины «Основы искусственного интеллекта» используются следующие оценочные средства: