ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.03.2019
Просмотров: 888
Скачиваний: 10
ФГБОУ ВО ОрГМУ
МИНЗДРАВА РОССИИ
КАФЕДРА БИОФИЗИКИ И МАТЕМАТИКИ
РЕФЕРАТ
Искусственный
интеллект. Основные понятия.
Применение
в медицине.
Оренбург,
Содержание.
-
Введение…………………………………………………………………..3
-
История понятия Искусственный Интеллект…………………………..4
-
Искусственный интеллект или новая информационная революция…6
-
Применение в медицине…………………………………………………10
4.1 Обработка данных о пациентах................................................................10
4.2 Проведение
диагностики…………………………………………….......12
4.3
Подбор индивидуального
лечения……………………………………...14
4.4
Улучшенное планирование и автоматизация
рутины………………....15
4.5 Создание
лекарств……………………………………………………….17
5. Выводы…………………………………………………………………...18
6. Список источников…………………........................................................19
1. Введение.
Вопрос «Могут ли машины мыслить?» имеет примерно такой же смысл, как вопрос «Могут ли подлодки плавать?».
Эдстер Дийкстра.
Понятие искусственный интеллект, как впрочем и просто интеллект, весьма расплывчаты. Если обобщить все сказанное за последние тридцать лет, то оказывается, что человек просто хочет создать себе подобного в той или иной форме, хочет, чтобы какие-то действия выполнялись более рационально, с меньшими затратами времени и энергии. С конца 40-х годов ученые все большего числа университетских и промышленных исследовательских лабораторий устремились к дерзкой цели: построение компьютеров, действующих таким образом, что по результатам работы их невозможно было бы отличить от человеческого разума. В последнее время наблюдается возрастание интереса к искусственному интеллекту, вызванное повышением требований к информационным системам. Умнеет программное обеспечение, умнеет бытовая техника. Мы неуклонно движемся к новой информационной революции, сравнимой по масштабам с развитием Интернета, имя которой – искусственный интеллект.
Искусственный интеллект является сейчас «горячей точкой» научных исследований. В этой точке, как в фокусе, сконцентрированы наибольшие усилия кибернетиков, лингвистов, психологов, философов, математиков и инженеров.
2. История понятия Искусственный Интеллект
Искусственный интеллект как научное направление представляет собой наглядный пример интеграции различных научных областей. Специалисты в естественно-научных областях и вычислительных науках изучают свойства и функционирование живых систем, пользуясь сходными методами.
В целом, искусственный интеллект – это самостоятельная область научных исследований, которая сформировалась в результате достижений в математике и логике и основана на накопленных человечеством знаниях о живой и неживой природе.
В 1954 году американский исследователь Ньюэлл решил написать программу для игры в шахматы. К работе были привлечены аналитики корпорации RAND Corporation. В качестве теоретической основы программы был использован метод, предложенный основателем теории информации Шенноном, а его точная формализация была выполнена Тьюрингом. К работе также была привлечена группа голландских психологов под руководством Де Гроота, изучавших стили игры выдающихся шахматистов. Через два года совместной работы этим коллективом был создан язык программирования ИПЛ1 – первый символьный язык обработки списков, а вскоре была написана первая программа, которую можно отнести к достижениям в области искусственного интеллекта. Это была программа «Логик-Теоретик», предназначенная для автоматического доказательства теорем в исчислении высказываний. Собственно же программа для игры в шахматы была завершена в 1957 году. В её основе лежали так называемые эвристики – правила, позволяющие сделать выбор при отсутствии точных теоретических оснований, и описания конечных целей.
Одним из наиболее важных признаков интеллектуальности служит способность к обучению. Так, в 1961 году один из ведущих английских специалистов по искусственному интеллекту профессор Мичи, описал механизм, состоящий из 300 спичечных коробков, который мог научиться играть в «крестики-нолики». Однако делать вывод об интеллектуальности и тем более говорить об искусственном интеллекте, основываясь только на одном единственном признаке, явно недостаточно.
Искусственный интеллект как понятие сформированное Джоном Маккарти в 1956 году на конференции в Дартмутском университете, не связано напрямую с пониманием интеллекта у человека. Согласно Маккарти, ИИ-исследователи вольны использовать методы, которые не наблюдаются у людей, если это необходимо для решения конкретных проблем.
Поясняя своё определение, Джон Маккарти указывает: «Проблема состоит в том, что пока мы не можем в целом определить, какие вычислительные процедуры мы хотим называть интеллектуальными. Мы понимаем некоторые механизмы интеллекта и не понимаем остальные. Поэтому под интеллектом в пределах этой науки понимается только вычислительная составляющая способности достигать целей в мире».
В то же время существует и точка зрения, согласно которой интеллект может быть только биологическим феноменом.
Как указывает председатель Петербургского отделения Российской ассоциации искусственного интеллекта Т. А. Гаврилова, в английском языке словосочетание artificial intelligence не имеет той слегка фантастической антропоморфной окраски, которую оно приобрело в довольно неудачном русском переводе. Слово intelligence означает «умение рассуждать разумно», а вовсе не «интеллект», для которого есть английский аналог intellect. Одно из частных определений интеллекта, общее для человека и «машины», можно сформулировать так: «Интеллект — способность системы создавать в ходе самообучения программы (в первую очередь эвристические) для решения задач определённого класса сложности и решать эти задачи».
3.Искусственный интеллект или новая информационная революция.
Искусственный интеллект (ИИ; англ. Artificial intelligence, AI) — (1) наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ; (2) свойство интеллектуальных систем выполнять творческие функции, которые традиционно считаются прерогативой человека ИИ связан со сходной задачей использования компьютеров для понимания человеческого интеллекта, но не обязательно ограничивается биологически правдоподобными методами.
Наш мир устроен гораздо сложнее чем мы можем себе представить. Но несмотря на это, даже тот поток информации который человек может воспринять и обработать за определённую единицу времени, неимоверно велик. Чего только стоит одна графика? Что говорить про отдельные случаи, когда этот поток увеличивается (гипноз, медитирование, магическое воздействие на окружающий мир).
Но это в идеале. Слепой человек лишен графического потока, парализованный — лишен осязательной информации, и т.д. То есть в принципе интеллект может функционировать в замкнутом пространстве, не реагируя на внешние факторы. И для этого уже не требуется та вычислительная мощность, в которой нуждается здоровый человек. Для создания ИИ уже достаточно вычислительной мощности современных компьютеров. Но необходима особая структура оперативной памяти, отличная от ёмкостной. Оперативная память должна быть токовой.
Что собой представляет, привычная для пользователя компьютера, оперативная память? Это микросхемы, чипы, построенные из ёмкостных ячеек. Каждая ячейка имеет свой адрес (координаты). Заполненная ячейка – заряженная ёмкость (1), пустая – разряженная (0). На обработку каждой ячейки, запись, стирание, считывание процессор выделяет отдельные циклы. То есть так он (компьютер) и работает: считывает, считает, записывает результат.
А так же ли работает мысль (человеческая оперативная память)? А ведь не так! Мы не выделяем для её обслуживания циклов. Появление, изменение и уничтожение информации в ней конечно связано со временем. Но вычислительная мощность процессора, то есть работа мозга, направленная на обработку внешних воздействий, и поиск информации в статичной (сохранённой) памяти при этом проблем с ресурсами не имеют. Единицы в нашей оперативной памяти не подвергаются вычислительному процессу. Они видоизменяются под воздействием внешних факторов напрямую, «проехала красная машина», «заболела спина», «надо ответить на письмо от друга». В машинном коде эти мысли занимают разное битное пространство памяти. В человеческом – один блок. В таком же блочном виде они сохраняются в статичной памяти. Разный уровень интеллектуальных способностей у людей, видимо, связан с размерами этого блока. Больше блок – легче осмысление крупного массива информации, быстрее поиск в сохранённой памяти.
Все уже, наверное, слышали об электромеханических собаках в Японии, способных узнавать хозяина в лицо, выполнять некоторые простейшие команды и имеющие некоторую способность к обучению. Слышали и про холодильники с выходом в Интернет и про внедрение Microsoft в будущие версии Windows элементов искусственного интеллекта.
В подобном развитии области искусственного интеллекта нет ничего необычного. Здесь уместно привести гипотезу о встречной эволюции человека и компьютера: человек сначала учиться видеть, ходить, разговаривать, а уже потом развивает способности к вычислениям и логическим выводам. Компьютер же наоборот, рождается как вычислительная система, базирующаяся на формальной логике, в процессе развития приобретает способности к распознаванию образов, синтезу речи и управлению в реальном времени.
В настоящее время различают два основных подхода к моделированию искусственного интеллекта (AI – artificialintelligence): машинный интеллект , заключающийся в строгом задании результата функционирования, и искусственный разум , направленный на моделирование внутренней структуры системы. Разделение работ по искусственному интеллекту на два направления связано с существованием двух точек зрения на вопрос, каким образом строить системы искусственного интеллекта. Сторонники одной точки зрения убеждены, что «важнее всего результат», т.е. хорошее совпадение поведения искусственно созданных и естественных интеллектуальных систем, а что касается внутренних механизмов формирования поведения, то разработчик искусственного интеллекта вовсе не должен копировать или даже учитывать особенности естественных, живых аналогов. Другая точка зрения состоит в том, что именно изучение механизмов естественного мышления и анализ данных о способах формирования разумного поведения человека могут создать основу для построения систем искусственного интеллекта, причем построение это должно осуществляться прежде всего как моделирование, воспроизведение техническими средствами принципов и конкретных особенностей функционирования биологических объектов.
Первое направление, таким образом, рассматривает продукт интеллектуальной деятельности человека, изучает его структуру, и стремится воспроизвести этот продукт средствами современной техники. Моделирование систем машинного интеллекта достигается за счет использования законов формальной логики, теории множеств, графов, семантических сетей и других достижений науки в области дискретных вычислений. Основные результаты заключаются в создании экспертных систем, систем разбора естественного языка и простейших систем управления вида «стимул-реакция». Ясно, что успехи этого направления искусственного интеллекта оказываются тесно связанны с развитием возможностей ЭВМ и искусства программирования, то есть с тем комплексом научно-технических исследований, которые часто называют компьютерными науками.
Второе направление искусственного интеллекта рассматривает данные о нейрофизиологических и психологических механизмах интеллектуальной деятельности и, в более широком плане, разумного поведения человека. Оно стремиться воспроизвести эти механизмы с помощью тех или иных технических устройств, с тем чтобы «поведение» таких устройств хорошо совпадало с поведением человека в определенных, заранее задаваемых пределах. Развитие этого направления тесно связано с успехами наук о человеке. Для него характерно стремление к воспроизведению более широкого, чем в машинном интеллекте, спектра проявлений разумной деятельности человека. Системы искусственного разума базируются на математической интерпретации деятельности нервной системы во главе с мозгом человека и реализуются в виде нейроподобных сетей на базе нейроподобного элемента – аналога нейрона.
Нейроподобные сети в последнее
время являются одним из самых перспективных
направлений в области искусственного
интеллекта и постепенно входят в бытность
людей в широком спектре деятельности.
3. Применение в медицине.
«Умные» медицинские продукты, сервисы и процессы уже разрабатывают такие компании как IBM, Google, Apple, Microsoft, General Electric и многие другие: по данным исследовательской компании Venture Scanner, их более 800. Активнее всех действуют компании из США, Великобритании и Израиля.
Аналитики из IDC подсчитали, что к 2018 году 30% медицинских организаций предложат клиентам услуги на базе искусственного интеллекта. В этом материале мы расскажем, что сегодня умеют делать интеллектуальные системы, и кто занимается их разработкой.
Согласно международным исследованиям, применение искусственного интеллекта в медицине способно увеличить валовую прибыль компаний в индустрии здравоохранения. В 2016 году доля европейского рынка ИИ была оценена в $270 млн при ожидаемом ежегодном росте более 35%. По оценкам BIS Research, к 2025 году общий рынок ИИ в здравоохранении достигнет $28 млрд при CAGR более 45,1%, а рынок ИИ для медицинской визуализации и диагностики — $2,5 млрд.
Основной мотивацией для развития ИИ в медицине является рост затрат на здравоохранение и соответствующая необходимость в их ограничении, проблема качества диагностики: около 20-30% медицинских исследований являются неточными или неточно интерпретируются, стремление к стандартизации и автоматизации рутинных функций вплоть до создания самоуправляемых диагностических моделей.
Еще одним очевидным стимулом развития ИИ является огромный объем данных, которые генерируются всевозможными медицинскими устройствами и информационными системами. При этом, после 3 месяцев хранения менее 15% медицинских данных оказываются востребованными врачами. ИИ привлекает возможностью придать смысл и добавленную стоимость накопленной информации. Автоматизация рутинных действий по сбору и анализу разрозненных медицинских данных позволила бы повысить точность ранней диагностики и прогнозирования развития болезней, оценку эффективности лечения.
Таким образом, трудно найти лучший момент, чем вчера, для инвестиций в быстрорастущие компании на рынке ИИ в здравоохранении. Основным экономическим драйвером при этом, отраженном в девизе знаменитой американской клиники Мэйо «doing more with less», является возможность снижения затрат в системе здравоохранения при сохранении эффективности.
4.1 Обработка данных о пациентах.
Каждый медицинский снимок, протокол осмотра и анамнез содержит информацию, которая позволяет точно поставить диагноз и назначить лечение. К сожалению, даже опытные врачи не всегда видят полную картину заболевания, потому что данные в медицинской карте не структурированы, а история болезни может быть слишком объемной. На эффективность их работы также влияет усталость и в некоторых случаях — недостаток знаний в узких областях.
Часть заболеваний, например онкологических, можно победить, если вовремя распознать неочевидные симптомы и начать лечение. По данным Google, каждый десятый пациент страдает из-за неправильной интерпретации медицинской информации.
Искусственный интеллект может решить эту проблему. «Умные» разработки для оценки состояния пациента и предварительной диагностики предлагают корпорации Google (Deepmind Health) и IBM (Watson Health).
Решение Google уже работает в нескольких больницах, в том числе в Британской офтальмологической клинике «Moorfields». Google Deepmind Health анализирует доступную информацию о симптомах пациента и выдает список рекомендаций. Врач, используя подсказки цифрового помощника, назначает курс лечения.
IBM Watson Health тоже помогает ставить диагнозы: распознавать тромбоз вен, кардиомиопатию, сердечные приступы. Известен случай, когда IBM Watson, определил у 60-летней пациентки, которой изначально поставили неправильный диагноз, редкую форму лейкемии. Для этого система за 10 минут «изучила» 20 млн научных статей о раке.