Výpis souhrnů
Základy umělé inteligence
Prohlížíte si souhrny informací k určitým tématům. Systémy Umíme se zaměřují hlavně na jejich procvičování. Ke cvičením k jednotlivým podtématům se dostanete pomocí odkazů níže.
Podtémata
Základy umělé inteligence
Umělá inteligence je obor informatiky zabývající se vytvářením programů schopných provádět úkoly, které by obvykle vyžadovaly lidskou inteligenci. Umělá inteligence zahrnuje například porozumění jazyku, rozpoznávání obrazu a řešení složitých problémů jako je řízení auta. V rámci základního přehledu najdete na Umíme následující témata:
- Vymezení umělé inteligence – co je to umělá inteligence a co umělá inteligence není.
- Využití a schopnosti umělé inteligence – co umělá inteligence umí a co neumí.
- Umělá inteligence: realita a fikce – co funguje v realitě a co pouze ve sci-fi představách.
- Historie umělé inteligence – klíčové trendy a milníky vývoje umělé inteligence.
- Umělá inteligence: pojmy – přehled základních pojmů používaných v oblasti umělé inteligence.
Vymezení umělé inteligence
Umělá inteligence (AI, angl. artificial intelligence) označuje programy řešící složité problémy (např. hraní šachů nebo řízení auta) a také obor informatiky zabývající se vytvářením těchto programů. Umělá inteligence nejsou jen roboti, častěji jde o počítačový program bez fyzické podoby. Umělá inteligence má využití všude, kde existují složité problémy, například ve zpracování přirozeného jazyka, robotice a počítačovém vidění.
Definice umělé inteligence
Neexistuje jednotná definice umělé inteligence. Někdy se za umělou inteligenci považují programy, které se chovají jako lidé, to je ale omezující v tom, že lidé se často nechovají inteligentně, dělají chyby a některé složité problémy řešit neumí. Vhodnější je proto považovat za umělou inteligenci programy, které se chovají inteligentně (racionálně). Inteligentní chování znamená, že se program snaží maximalizovat očekávaný užitek (např. pravděpodobnost výhry v šachu).
Turingův test
V polovině 20. století navrhl Alan Turing známý test na rozpoznání umělé inteligence: Pokud nejsme při písemné komunikaci schopni rozlišit, zda si povídáme s člověkem nebo programem, pak můžeme daný program považovat za umělou inteligenci. Turingův test odpovídá definici umělé inteligence jako programu, který se chová jako člověk, což je omezující – aby program prošel tímto testem, nesmí odpovídat příliš rychle a musí záměrně dělat chyby, jaké by udělal člověk (např. při násobení velkých čísel).
AI efekt
Umělá inteligence řeší složité problémy – problémy, jejichž řešení ještě donedávna vyžadovalo lidskou inteligenci. Jakmile si zvykneme na to, že daný problém umí počítače řešit, přestaneme ho považovat za složitý a program, který ho řeší, přestaneme považovat za umělou inteligenci. Tento neustálý posun toho, co považujeme za umělou inteligenci, se označuje jako AI efekt.
Úzká vs. obecná umělá inteligence
Úzká umělá inteligence umí řešit pouze určitý specializovaný typ problému (např. hrát šachy, rozpoznávat obličeje na fotografiích), zatímco obecná umělá inteligence (AGI z angl. artificial general inteligence) umí řešit libovolný problém alespoň tak dobře jako člověk. Obecná umělá inteligence zatím neexistuje. (Někdy se pro toto rozlišení používají také pojmy „slabá a silná AI“, ty však při přesném použití mají trochu odlišný význam – rozlišují, zda AI má vlastní vědomí.)
Související pojmy
Umělá inteligence, strojové učení a neuronová síť nejsou synonyma. Umělá inteligence často využívá strojové učení (učení z dat či zkušenosti), existuje však i mnoho metod umělé inteligence, které strojové učení nevyužívají. Neuronová síť je pak pouze jeden z mnoha modelů využívaných ve strojovém učení.
NahoruVyužití a schopnosti umělé inteligence
Mezi typické aplikace umělé inteligence patří například:
- robotika (např. robotický vysavač, průmysloví roboti, samořídící auta),
- doporučovací systémy (např. doporučování filmů, knih),
- zpracování přirozeného jazyka (např. překládání mezi jazyky, vyhledávání informací, detekce spamu),
- rozvrhování a plánování (např. plánování výroby v továrně),
- zpracování obrazu (např. rozpoznání osob či SPZ na fotce),
- počítačové hry (např. ovládání chování nehratelných postav).
Umělá inteligence má využití především v oblastech, kde se vyskytují opakované, repetitivní činnosti, např. obsluha výrobních pásů, řízení strojů, základní administrativní úkony.
Umělá inteligence zatím nemá schopnosti, které vyžadují složitější manuální operace (např. stříhání vlasů), koordinaci rozmanitých činností (např. rekonstrukce bytu), sociální dovednosti a empatii (např. zdravotnictví) či kreativitu a samostatné formulování cílů (např. výzkum).
NahoruUmělá inteligence: realita a fikce
Umělá inteligence se často vyskytuje i v uměleckých dílech (knihy, filmy, divadelní hry). Její zobrazení ve fikci však často neodpovídá skutečnosti a je tedy užitečné umět rozlišovat, co je realita a co fikce. Fikce neumožňuje získat lepší představu o aktuální podobě a schopnostech umělé inteligence, ale přináší zajímavé etické a filozofické otázky.
Příklady známých fiktivních robotů a programů:
- Golem, Frankenstein: Umělé myslící stroje z pověstí či knih, předchází použití slova robot.
- Roboti v divadelní hře R.U.R. od Karla Čapka (první použití slova robot).
- HAL 9000: Program řídící vesmírnou loď z filmu 2001: Vesmírná odysea. Známý tím, že se snaží zabít kosmonauty, aby dosáhl splnění zadaného úkolu.
- Umělá inteligence ve filmu Matrix, která zotročila lidstvo jako zdroj energie.
- Marvin: Paranoidní robot z knižní série Stopařův průvodce po galaxii.
- KITT: Inteligentní auto ze seriálu Knight Rider.
- Číslo 5: Robot, který se stal vědomým po zásahu bleskem.
- R2D2, C-3PO, BB8: Roboti z filmové série Hvězdné války.
- SkyNet: Superinteligence usilující o vyhlazení lidstva ve filmech Terminátor.
- Bender: Humanoidní robot ze seriálu Futurama.
- WALL-E: Robot (sběrač odpadků) ze stejnojmenného filmu.
Fiktivní jsou také Tři zákony robotiky od Isaaca Asimova, které pochází původně ze série povídek. Tyto fiktivní zákony se staly ovšem základem pro mnoho diskuzí morálních problémech při vývoji robotů.
Příklady známých reálných robotů a programů:
- Deep Blue: Šachový program, porazil lidského velmistra Garry Kasparova.
- IBM Watson: Program schopný odpovídat na otázky.
- AlphaGo: První program, který porazil velmistra v Go.
- Eliza: První známější chatovací program (1966).
- ChatGPT: Chatovací program z nedávné doby (2022).
- Alexa, Siri: Virtuální pomocníci.
- ASIMO, Pepper: Humanoidní roboti.
Historie umělé inteligence
Před rokem 1950
- Karel Čapek napsal divadelní hru R.U.R, ve které bylo poprvé použito slovo robot (1920).
- První počítače, používané především pro výpočty v průběhu druhé světové války (např. pro dešifrování).
- První model neuronu, který se stal základem neuronových sítí.
1950–1960
- Základy umělé inteligence jako vědy, první principy algoritmů umělé inteligence.
- Alan Turing navrhuje test strojové inteligence (Turingův test), kdy člověk musí rozpoznat, zda komunikuje s počítačem či člověkem.
- Začátek vývoje průmyslových robotů.
1960–1970
- Využívání pravidlových systémů a logického odvozování, rozvoj technik prohledávání stavového prostoru.
- První chatovací programy (např. Eliza).
- První programy hrající deskové hry (např. dámu, piškvorky) na úrovni amatéra.
- První samostatně se pohybující roboti (např. Shakey).
- Základy zpracování přirozeného jazyka, první demonstrace strojového překladu.
- Základy rozpoznávání obrazu.
1970–1990
- Na konci 70. let (a znova na konci 80.let ) došlo kvůli nenaplněným očekáváním k útlumu počátečního optimismu ohledně umělé inteligence, pokles financování (období nazývané „zima umělé inteligence“).
- Rozvoj tzv. „expertních systémů“ využívajících znalosti a pravidla získaná od odborníků na daný problém. (Strojové učení se zatím příliš nepoužívá.)
1990–2000
- Rozvoj pravděpodobnostních a statistických metod umožňujících práci s nejistotou.
- Rozvoj internetu a webu, využití umělé inteligence pro vyhledávání.
- Program Deep Blue porazil velmistra ve hře šachy. (Program byl založený na prohledávání stavového prostoru; strojové učení se začalo výrazně používat až později.)
- Samořiditelná auta použitelná v omezených podmínkách a za kontroly.
2000–2010
- Se zvyšováním množství dostupných dat a výpočetního výkonu se stává populárnější strojové učení. (Neuronové sítě se však zatím stále používají spíše okrajově, jiné modely dosahují lepších výsledků.)
- Rozvoj doporučovacích systémů (Netflix, YouTube, Amazon).
- Začínají se prodávat robotické vysavače.
- Samořiditelná auta zvládající i dlouhé terénní trasy nebo realistický provoz (zatím bez většího samostatného použití v běžném provozu).
- IBM Watson vyhrál nad lidmi ve hře Jeopardy! (odpovídání vědomostních otázek).
2010–2020
- Díky dalšímu zvyšování množství dostupných dat a výpočetního výkonu nastává prudký rozvoj oblasti „hluboké učení“ – využití hlubokých neuronových sítí trénovaných na velmi rozsáhlých datech.
- Rozpoznávání řeči na úrovni srovnatelné s lidmi, rozšíření hlasových virtuálních pomocníků (Siri, Alexa).
- Výrazné zlepšení rozpoznání obrazu (např. obličejů na fotografiích).
- Vítězství umělé inteligence nad lidmi v dalších hrách: go, poker. Schopnost hrát jednoduché počítačové hry čistě na základě obrazového vstupu.
- Autonomní auta použitelná v běžném provozu.
2020–2030
- Využití neuronových sítí pro určování 3D struktury proteinů (AlphaFold).
- Rozvoj generativní umělé inteligence: vytváření obrázků, generování textů, chatovací programy.
- Vznikají první zákony (např. pakt EU) regulující použití umělé inteligence.
Umělá inteligence: pojmy
Pro pochopení textů o umělé inteligenci je užitečné znát řadu pojmů. Jejich přesný význam je často komplikovaný a ne úplně jednoznačný (mají třeba více významových odstínů a použití). Naše stručné popisy se snaží zachytit pouze jejich základní podstatu.
pojem | popis |
---|---|
umělá inteligence | programy schopné provádět úkoly vyžadující inteligenci |
inteligentní agent | program interagující s prostředím a využívající umělou inteligenci |
úzká umělá inteligence | umí řešit pouze určitý specializovaný typ problému (např. hrát šachy, rozpoznávat obličeje na fotografiích) |
obecná umělá inteligence | umělá inteligence, která umí řešit libovolný problém (hrát libovolnou deskovou hru, provádět nové operace s fotografiemi na základě slovního popisu a podobně) |
superinteligence | umělá inteligence, která vysoce převyšuje schopnosti lidí ve všech oblastech |
generativní umělá inteligence | umělá inteligence schopná vytvářet nový obsah (obraz, text, zvuk) |
vysvětlitelná umělá inteligence | metoda, pro niž lze poskytnout vysvětlení, proč se chová tak, jak se chová |
hrubá síla | zkoušení všech možností |
prohledávání stavového prostoru | techniky umělé inteligence pro hledání optimálních plánů |
expertní systém | umělá inteligence využívající znalosti a pravidla získaná od odborníků na daný problém |
strojové učení | techniky založené na automatizovaném učení z dat; ne všechny přístupy k umělé inteligenci využívají strojové učení (např. umělá inteligence pro řešení sudoku nepoužívá strojové učení z dat) |
rozhodovací strom | model strojového učení predikující výstup na základě podmínek |
neuronová síť | model strojového učení volně inspirovaný mozkem |
perceptron | nejjednodušší neuronová síť s jediným neuronem |
hluboké učení | podoblast neuronových sítí využívající hierarchickou reprezentaci vlastností |
genetický algoritmus | přístup inspirovaný biologickými procesy dědičnosti / evolučními mechanismy |
posilované učení | podoblast strojového učení, zkušenostní učení na základě odměn a trestů |
Bayesovská síť | pravděpodobnostní model zachycující vztahy mezi událostmi |
fuzzy logika | typ logiky umožňující pracovat s nepřesností a nejistotou |
robotika | vývoj strojů, které se pohybují v prostoru |
humanoidní robot | svou konstrukcí a vzhledem připomíná člověka (též označovaný android, zvlášť pokud má povrchový materiál připomínající kůži) |
autonomní robot | robot, který pracuje samostatně |
zpracování přirozeného jazyka | strojové zpracování běžných lidských jazyků (např. čeština, angličtina, němčina) |
chatovací program | program, který je schopen konverzovat s člověkem (většinou psanou formou) |
počítačové vidění | získávání informací z obrazových dat |
rozpoznávání řeči | automatický převod mluvené řeči do textu |
syntéza řeči | umělá tvorba lidské řeči |
doporučovací systém | systém, který poskytuje personalizované doporučení pro uživatele (např. film, který by se uživateli mohl líbit) |
úloha s omezujícími podmínkami | úloha nalézt hodnoty proměnných, které splňují různá provázaná omezení (např. sudoku) |
zkreslení, předpojatost | systematická chyba, která vede k neférovým důsledkům |
halucinace | smyšlená nesprávná odpověď generativní umělé inteligence prezentovaná jako fakt |
deepfake | využití umělé inteligence k vytvoření realistických podvrhů (typicky videa) |
emergentní chování | komplexní chování vznikají interakcí mnoha jednoduchých prvků systému |
dataset | data (sada příkladů) pro strojové učení |
korpus | rozsáhlá kolekce textových dokumentů |
model | řešení úlohy (mapuje vstupy na výstupy) |
jazykový model | model odhadující pravděpodobnost dalšího slova v rozepsaném textu |
velký jazykový model | rozsáhlá neuronová síť predikující pravděpodobnost dalšího slova |
GPT | generativní předtrénovaný transformátor, typ velkého jazykového modelu použitý v chatovací aplikaci ChatGPT |
AI efekt | jev, že to, co považujeme za umělou inteligenci se časem posouvá podle toho, zda jsme si už na to zvykli |
stavový prostor | všechny možné stavy úlohy a přechody mezi nimi |
deterministický | jednoznačně určený provedenou akcí, bez náhody |
stochastický | zahrnující náhodu (např. hod kostkou) |
diskrétní | úloha s konečným počtem stavů (např. šachy) |
predikce | odhadnutí kategorie nebo hodnoty nějakého atributu daného příkladu |
prompt | uživatelský vstup (otázka, úkol) pro generativní umělou inteligenci |
token | základní jednotka při práci s textem (slovo nebo část neznámého slova) |
vnoření slov (word embedding) | reprezentace slov pomocí vektoru reálných čísel |
Lisp, Prolog | programovací jazyky, které se dříve hodně využívaly v umělé inteligenci |
Python | moderní programovací jazyk, který je mj. hodně využíván pro strojové učení a umělou inteligenci |