Кіріспе
Орталықтандырылмаған, өзін-өзі ұйымдастырған жүйелердің ұжымдық мінез-құлқы
Ұжымдық интеллект (SI) – табиғи немесе жасанды орталықтандырылмаған, өзін-өзі ұйымдастырған жүйелердің ұжымдық мінез-құлқы. Бұл тұжырым жасанды интеллект саласындағы жұмыстарда қолданылады. Бұл терминді 1989 жылы Герардо Бени және Цзин Ванг ұялы роботтық жүйелер контекстінде енгізді. SI жүйелері әдетте бір-бірімен және қоршаған ортамен жергілікті түрде өзара әрекеттесетін қарапайым агенттер немесе "боидтар" популяциясынан тұрады. Шабыт көбінесе табиғаттан, әсіресе биологиялық жүйелерден алынады. Агенттер өте қарапайым ережелерді сақтайды, және жеке агенттердің қалай әрекет ету керектігін тікелей бақылайтын орталықтандырылған басқару құрылымы болмаса да, олардың арасындағы жергілікті және белгілі бір деңгейде кездейсоқ өзара әрекеттесулер "ақылды" жаһандық мінез-құлықтың пайда болуына әкеледі, бұл мінез-құлық жеке агенттерге белгісіз болады. Табиғи жүйелердегі ұжымдық интеллектке мысалдар: құмырсқалардың колониясы, аралардың колониясы, құстардың үйірлесуі, бүркіттердің аң аулауы, жануарлардың топтасуы, бактериялардың өсуі, балықтардың бірігіп жүзуі және микробиологиялық интеллект. Роботтарға ұжымдық принциптерді қолдану – ұжымдық робототехника деп аталады, ал ұжымдық интеллект – алгоритмдердің жалпы жиынтығын білдіреді. Ұжымдық болжамдарды болжау мәселелерінде пайдалануға болады. Синтетикалық ұжымдық интеллекттегі генетикалық түрлендірілген организмдер үшін ұжымдық робототехникаға ұсынылған тәсілдермен ұқсас тәсілдер қарастырылуда.
Swarm intelligence (SI) is the collective behavior of decentralized, self organized systems, natural or artificial. The concept is employed in work on artificial intelligence. The expression was introduced by Gerardo Beni and Jing Wang in 1989, in the context of cellular robotic systems. SI systems consist typically of a population of simple agents or boids interacting locally with one another and with their environment. The inspiration often comes from nature, especially biological systems. The agents follow very simple rules, and although there is no centralized control structure dictating how individual agents should behave, local, and to a certain degree random, interactions between such agents lead to the emergence of "intelligent" global behavior, unknown to the individual agents. Examples of swarm intelligence in natural systems include ant colonies, bee colonies, bird flocking, hawks hunting, animal herding, bacterial growth, fish schooling and microbial intelligence. The application of swarm principles to robots is called swarm robotics while swarm intelligence refers to the more general set of algorithms. Swarm prediction has been used in the context of forecasting problems. Similar approaches to those proposed for swarm robotics are considered for genetically modified organisms in synthetic collective intelligence.
Өздігінен қозғалатын бөлшектер (Vicsek және басқалар, 1995)
Өздігінен қозғалатын бөлшектер (SPP), сонымен қатар Висек моделі деп те аталады, 1995 жылы Висек және авторлар тобы енгізген. Бұл 1986 жылы Рейнольдс енгізген "boids" моделінің ерекше жағдайы. SPP модельдері үйірдегі жануарлардың түріне қарамастан, үйірдегі жануарлардың топтық деңгейде белгілі бір қасиеттерге ие болатынын болжайды. Үйірлі жүйелер әртүрлі масштабтарда пайда болатын жаңа мінез-құлықтарға әкеледі, олардың кейбіреулері әмбебап және тұрақты болып көрінеді. Теориялық физикада осы мінез-құлықты қамтитын ең қарапайым статистикалық модельдерді табу мәселесі туындады.
Метагеуристика
Эволюциялық алгоритмдер (ЭА), бөлшектер үйіршігін оңтайландыру (PSO), дифференциалдық эволюция (DE), құмырсқалар колониясын оңтайландыру (ACO) және олардың түрлері табиғаттан шабыттанған метаэвристикалар саласында үстемдік құрады. Бұл тізімге шамамен 2000 жылға дейін жарияланған алгоритмдер кіреді. Жақында ғана пайда болған, метафораға негізделген көптеген метаэвристикалар зерттеу қауымдастығында өзінің жаңалықтарын күрделі метафораның артында жасырғаны үшін сынға ілесе бастады. Сол уақыттан бері жарияланған алгоритмдер үшін метафораға негізделген метаэвристикалар тізілімін қараңыз. Метаэвристикалар шешімге сенімділік танытпайды. Тиісті параметрлер анықталғанда және жеткілікті конвергенция деңгейіне қол жеткізілгенде, олар көбінесе оңтайлы немесе оңтайлыға жақын шешімді табады. Дегенмен, егер оңтайлы шешім алдын ала белгілі болмаса, шешімнің сапасын білу мүмкін емес. Екінші жағынан, егер мұндай есептеу мүмкін болса, арнайы жағдай үшін шешімнің сапасын есептеу арқылы бұл кемшіліктің алдын алуға болады, және осындай жүргізілгеннен кейін, арнайы жағдайдағы шешімге кемінде оңтайлы жақын шешімнің де, арнайы жағдайдағы шешімнің сенімділігіне ие екені белгілі болады. Мұндай мысалдың бірі – ең аз кері байланыс доғасы жиынтығы үшін Құмырсқаға шабыттанған Монте-Карло алгоритмі, онда бұл Монте-Карло алгоритмін Құмырсқалар колониясын оңтайландыру әдісімен гибридтеу арқылы ықтималдықпен қол жеткізілді.
Құмырсқалар колониясын оңтайландыру (Dorigo 1992)
Қалқаншалар колониясын оңтайландыру (ACO) – Дориго докторлық диссертациясында ұсынған, құмырсқалар колониясының қызметіне негізделген оңтайландыру алгоритмдерінің бір класы. ACO – графиктер арқылы ең жақсы жолдарды табуға қатысты мәселелерде қолданылатын ықтималдық әдіс. Жасанды "құмырсқалар" – модельдеу агенттері – барлық мүмкін шешімдерді көрсететін параметрлік кеңістікте жылжып, оңтайлы шешімдерді іздейді. Табиғи құмырсқалар қоршаған ортаны зерттеу барысында бір-бірін ресурстарға бағыттайтын феромонды қалдырады. Модельделген "құмырсқалар" да өздерінің орналасқан жерін және шешімдерінің сапасын жазады, соның арқасында кейінгі модельдеу кезеңдерінде көбірек құмырсқалар жақсы шешімдерді таба алады.
Бөлшектер үйіршігін оңтайландыру (Кеннеди, Эберхарт және Ши 1995)
Бөлшектік шоғырланған оңтайландыру (PSO) – ең жақсы шешім n өлшемді кеңістікте нүкте немесе бет ретінде көрсетілетін мәселелерді шешуге арналған жаһандық оңтайландыру алгоритмі. Гипотезалар осы кеңістікте белгіленеді және бастапқы жылдамдықпен, сондай-ақ бөлшектер арасындағы байланыс арнасымен қамтамасыз етіледі. Бөлшектер содан кейін шешім кеңістігінде қозғалады және әр уақыт қадамынан кейін белгілі бір сәйкестік өлшемдері бойынша бағаланады. Уақыт өте келе бөлшектер байланыс тобындағы жақсырақ сәйкестік мәніне ие бөлшектерге қарай үдетіледі. Мұндай тәсілдің басқа жаһандық минимизациялау стратегияларына қарағандағы басты артықшылығы – бөлшектік шоғырды құрайтын көптеген мүшелердің болуы, бұл әдісті жергілікті минимумдар мәселесіне қарсы тұруға өте төзімді етеді.
Жасанды ұжымдық интеллект (2015)
Жасанды үйірмелер интеллектісі (ASI) – табиғи үйірмелердің басқару алгоритмдерінен үлгі алған түрде, желілік адам топтарының ұжымдық интеллектісін арттыру әдісі. Адамдардың үйірмеленуі немесе үйірмелік жасанды интеллект деп те аталатын бұл технология, адам қатысушыларының топтарын нақты уақыт жүйелеріне қосып, бір сұрақпен бірдей уақытта тап болғанда, динамикалық үйірме ретінде ойластырып, шешімдерге келуге мүмкіндік береді. ASI кең ауқымды қолданыстарда қолданылды, мысалы, бизнес командаларына жоғары дәлдіктегі қаржылық болжамдар жасауға, ал спорт жанкүйерлеріне Вегас ставкалары нарығынан жақсы нәтижелер алуға көмектеседі. Сонымен қатар, ASI дәрігерлер тобына дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда жоғары дәлдікпен диагноз қоюға мүмкіндік береді.
Қолданбалар
Ұжымдық интеллект негізделген әдістерді көптеген қолданыстарда пайдалануға болады. АҚШ әскері адамсыз ұшу аппараттарын басқару үшін ұжымдық әдістерді зерттеп жатыр. Еуропалық ғарыш агенттігі өздігінен құрастыру және интерферометрия үшін орбиталық ұжымды қарастырып жатыр. НАСА планеталарды картографиялау үшін ұжымдық технологияны қолдану мүмкіндігін зерттейді. 1992 жылғы М. Энтони Льюис пен Джордж А. Бекидің мақаласында денедегі нанороботтарды қатерлі ісіктерді жою мақсатында басқару үшін ұжымдық интеллектті пайдалану мүмкіндігі талқыланды. Керісінше, әл-Рифаи және Абер ісіктерді анықтауға көмектесу үшін стохастикалық диффузиялық іздеуді қолданды. Ұжымдық интеллект деректерді өндіру және кластерлік талдау үшін де қолданылған. Құмырсқаға негізделген модельдер заманауи басқару теориясының пәні болып табылады.
Құмырсқаға негізделген маршруттау
Телекоммуникациялық желілерде құрттық интеллектті қолдану, құртқа негізделген маршруттандыру түрінде зерттелді. Бұл тәсілді алғашқыда Dorigo және әріптестері мен Hewlett Packard 1990 жылдардың ортасында тәуелсіз түрде енгізді, қазірде оның бірнеше нұсқасы бар. Негізінде, бұл әрбір "құмырсқаның" (шағын басқару пакеті) желіде сәтті жүрген маршрутын марапаттайтын/күшейтетін ықтималды маршруттау кестесін пайдаланады. Маршрутты алға, кері бағытта және бір мезгілде нығайту зерттелді: кері нығайту симметриялық желіді талап етеді және екі бағытты байланыстырады; алға нығайту нәтиже белгілі болмай тұрып маршрутты марапаттайды (бірақ бұл киноға билетті фильмнің сапасын білмей тұрып алумен тең). Жүйенің стохастикалық сипаты мен қайталанбастығы коммерциялық қолдануға кедергі келтіреді. Мобильді медиа және жаңа технологиялар құрттық интеллектінің арқасында ұжымдық әрекет етудің шегін өзгертуге потенциал ие (Rheingold: 2002, P175). Сымсыз байланыс желілері үшін тарату инфрақұрылымын орналастыру – бәсекелес мақсаттарды қамтитын маңызды инженерлік мәселе. Пайдаланушылар үшін жеткілікті жабындыны қамтамасыз ету үшін орындардың (немесе участалардың) ең аз саны қажет. Бұл мәселенің жалпы моделін ұсыну үшін, құмырсқадан шабыттанған, стохастикалық диффузиялық іздеу (SDS) алгоритмі сәтті қолданылды, ол шеңберлерді жинақтау және жиынтық жабумен байланысты. SDS-тің тіпті үлкен мәселелер үшін де қолайлы шешімдерді табуға қолданылатыны көрсетілді. Әуе компаниялары әуежай қақпаларына ұшақтардың келуін жоспарлау үшін құртқа негізделген маршруттандыруды қолданады. Southwest Airlines компаниясында бағдарламалық құрал үйірмелер теориясын немесе құрттық интеллектіні пайдаланады – құмырсқалар колониясы жеке жұмыс істегеннен гөрі тиімдірек жұмыс істейді деген идея. Әрбір ұшқыш ең жақсы әуежай қақпасын іздейтін құмырсқа рөлін атқарады. "Ұшқыш өзінің тәжірибесінен өзі үшін ең жақсысын біледі, және бұл әуе компаниясы үшін де ең жақсы шешім болып шығады", - деп түсіндіреді Дуглас А. Лоусон. Нәтижесінде, ұшқыштардың "колониясы" әрқашан жылдам келіп, кетуге болатын қақпаларға барады. Бағдарлама тіпті ұшақтың кешігуін алдын ала сезіп, ұшқышты ескерте алады. "Біз оқиғаның болатынын болжап білеміз, сондықтан бос қақпамыз болады", - дейді Лоусон.
Көпшілік симуляциясы
Суретшілер күрделі интерактивті жүйелер жасау немесе адам көпшілігін модельдеу үшін ройлық технологияны пайдалануда.
Іс-шаралар
"Сақиналар мырзасы" фильмдер трилогиясы соғыс сахналарында Massive (бағдарламалық қамтамасыз ету) деп аталатын ұқсас технологияны пайдаланды. Ұсақ топтық технологияның ерекше тартымдылығы – оның арзан, сенімді және қарапайым болуында. "Стенли мен Стелла: Мұзды бұзу" фильмі Boids жүйесін қолдана отырып, балықтар мен құстардың топтық қозғалысын шынайы бейнелейтін рендеринг үшін ұсақ топтық технологияны қолданған алғашқы фильм болды. Тим Бертонның "Бэтменнің қайтысы" фильмі де бір топ жарғақтардың қозғалысын көрсету үшін ұсақ топтық технологияны пайдаланды. Әуе компаниялары жолаушылардың ұшаққа отыруын симуляциялау үшін топтық теорияны қолданды. Southwest Airlines зерттеушісі Дуглас А. Лоусон әртүрлі әдістерді қолдана отырып, ұшу уақытын бағалау үшін тек алты өзара әрекеттесу ережесін пайдалана отырып, құмырсқаға негізделген компьютерлік симуляцияны қолданды. (Миллер, 2010, xii xviii).
Адамдар үйірілуі
Таратылған пайдаланушылардың желілері нақты уақытпен жабық циклды басқару жүйелерін іске асыру арқылы "адамдар үйіршіктері" болып ұйымдастырылуы мүмкін. Луи Розенберг 2015 жылы әзірлеген адамдық үйіршіктеу, сондай-ақ жасанды үйіршік интеллектісі деп аталатын бұл технология, желідегі өзара байланысқан адамдар тобының ұжымдық интеллектін пайдалануға мүмкіндік береді. Топтың ұжымдық ақыл-ойы көбінесе топтың кез келген мүшесінің қабілеттерінен асып түседі. Стенфорд университетінің медицина мектебі 2018 жылы жариялаған зерттеуде, нақты уақытпен үйіршіктеу алгоритмдері арқылы байланысқан дәрігерлер тобы, жеке дәрігерлерге немесе дәстүрлі көпшілдік әдістерін қолданатын дәрігерлер тобына қарағанда медициналық жағдайларды айтарлықтай жоғары дәлдікпен диагностикалай алатыны көрсетілді. Мұндай зерттеулердің бірінде бір-бірімен байланысқан радиологтар тобы кеуде қуысының рентген суреттерін диагностикалаумен айналысты, нәтижесінде дәстүрлі әдістермен салыстырғанда диагностикалық қателер 33%-ға азайды, ал дәстүрлі машиналық оқытумен салыстырғанда 22%-ға жақсарды. Калифорния университеті Сан-Франциско (UCSF) Медицина мектебі 2021 жылы әріптестікте жұмыс істейтін дәрігерлердің шағын топтарының МРТ суреттерін диагностикалау туралы алдын ала нәтижелерді жариялады. Зерттеуде көпшілік дауыс берумен салыстырғанда, жасанды үйіршік интеллектісі (ASI) технологиясын қолданғанда диагностикалық дәлдік 23%-ға артқаны анықталды.
Шұбыршық грамматикасы
Топтық грамматикалар – өнер мен архитектурада кездесетін күрделі ерекшеліктерді сипаттау үшін эволюцияланатын стохастикалық грамматикалардың жиынтығы. Бұл грамматикалар, топтық интеллект ережелері бойынша әрекет ететін агенттер ретінде бір-бірімен өзара әрекеттеседі. Мұндай әрекет, әсіресе осы топтық грамматикаларды нейрондық тізбектерге бейімдеу қарастырылғанда, терең оқыту алгоритмдерін де ұсынады.
Шұбыршық өнері
Бірқатар еңбектерінде al Rifaie және авторлар тобы екі үйір интеллектуалды алгоритмін табысты қолданды – бірі Leptothorax acervorum құмырсқасының азық іздеу әрекетін (стохастикалық диффузиялық іздеу, SDS) еліктейді, ал екіншісі құстардың үйірде ұшуын (бөлшектер үйірімін оңтайландыру, PSO) еліктейді. Бұл алгоритмдер PSO-ның жергілікті іздеу қасиеттерін және SDS-тің жаһандық әрекетін пайдаланатын жаңа интеграция стратегиясын сипаттауға мүмкіндік берді. Нәтижесінде пайда болған гибридті алгоритм кіріс кескінінің жаңа сызбаларын жасау үшін қолданылады, ол кіріс эскизін ұмтылуға тырысатын "құстар үйірінің" жергілікті мінез-құлқы мен "азық іздеуші құмырсқалардың" жаһандық әрекеті арасындағы көркемдік кернеуді пайдаланады. Бұл гибридті үйір жүйесінің "шығармашылығы" Делеустің "Орхидея мен уәуес" метафорасы аясында "ризома" философиялық тұрғысынан талданды. al Rifaie және авторлар тобының "Swarmic Sketches and Attention Mechanism" атты жаңа еңбегі SDS-ті цифрлық кенептің егжей-тегжейлі аймақтарына таңдамалы түрде назар аудару үшін бейімдеу арқылы "көңіл бөлу" механизмін қолданатын жаңа тәсілді ұсынады. Қалыңның назары кенептегі белгілі бір сызыққа аударылғаннан кейін, PSO мүмкіндігі сол сызықтың 'үйірлік эскизін' жасау үшін қолданылады. Үйірлер динамикалық рөлдерін орындауға тырыса отырып, цифрлық кенеп бойынша қозғалады – олардың дене шынықтыру функциясы арқылы оларға байланысты егжей-тегжейлі аймақтарға назар аудару. Рендеринг процесін назар аудару тұжырымдарымен байланыстырғаннан кейін, қатысушы үйірлердің орындалуы әр жолы бірегей, бір-бірінен өзгеше эскиздерді тудырады. Басқа жұмыстарда PSO эскиз жасау процесіне жауап берсе, SDS үйірдің назарын басқарады. "Swarmic Paintings and Colour Attention" атты ұқсас жұмыста SDS алгоритмі арқылы фотореалистік емес суреттер жасалады, бұл жұмыстың аясында түстерге назар аудару үшін жауапты. Жоғарыда аталған жүйелердің "компьютерлік шығармашылығы" екі шығармашылық алғышарты (яғни еркіндік және шектеулер) арқылы үйір интеллектуалды алгоритмінің зерттеу және пайдалану екі белгілі фазасы аясында қарастырылады. Майкл Теодор және Николас Коррелл инженерлік жүйелердің тірідей көрінуі үшін не қажет екенін зерттеу үшін үйір интеллектуалды өнер инсталляциясын пайдаланады.