عامل های هوشمند قسمت ۱

ساختار یک عامل

عامل‌ های هوشمند

عامل هوشمند یا کارگزار هوشمند (به انگلیسی: Intelligent agent)، در مبحث هوش مصنوعی به موجودی گفته می‌شود که در یک محیط، اطراف خود را شناخته و اعمالی را روی محیط انجام می‌دهد و کلیه اعمالی که انجام می‌دهد در جهت نیل به اهدافش می‌باشد. این سیستم‌ها امکان یادگیری دارند و سپس از دانش اکتسابی خود برای انجام اهداف خود استفاده می‌کنند. این عامل ها ممکن است بسیار ساده یا پیچیده باشند. بطور مثال ماشین‌های کوکی که با برخورد به دیوار، راه خود را عوض می‌کنند نمونه‌ای از عامل های هوشمند هستند.

تعریف عامل:

عامل هر چیزی است که می‌تواند محیطش را از طریق حسگرها درک کند و بر روی محیطش از طریق عمل‌کننده‌ها تأثیر گذارد. یک عامل انسانی دارای حس‌کننده‌هایی از قبیل چشم، گوش، لامسه و امثال آن می‌باشد. و میتوان از دست، پا، صحبت کردن و اعمال ارادی به عنوان عمل‌کننده‌ها نام برد. ورودی یک عامل نرم‌افزاری میتوانند چندین متغیر باشد که مقدار آن‌ها را عامل میخواند سپس بر اساس مکانیزم تصمیم‌گیری یک تصمیم اخذ می‌کند و عملگرهای آن میتوانند دستورهای مقداردهی چند متغیر دیگر باشد. به عنوان مثال فرض کنید یک عامل قرار است متغیر x را بخواند و توان دوم آن را حساب کند و در y قرار دهد. این عامل x را میخوانند و سپس توان دوم آن را حساب می‌کند و در y قرار می‌دهد.

نحوه کار عامل:

یک عامل چگونه باید بفهمد که بهترین عمل ممکن چیست؟ عمل درست عملی است که باعث شود عامل موفق‌ترین باشد. این امر ما را با مسئله تصمیم‌گیری در مورد چگونگی و زمان ارزیابی کردن موفقیت عامل روبرو میکند. اصطلاح میزان کارایی برای موفقیت عامل تعریف می‌کنیم. گفتنی است که میزان کارایی برای عاملهای مختلف متفاوت می‌باشد. نکته خیلی مهم این است که میزان کارایی یک عامل باید بر اساس محیط تعریف شود. به عنوان مثال فرض کنیم که یک عامل کارش جمع‌آوری آشغال‌ها از یک اتاق و دفع آن‌ها باشد، اگر عامل میزان کارایی اش بر حسب اشغال جمع شده تعریف شود آنگاه عامل می‌تواند آشغال‌ها را جمع کند و سپس دوباره در اباق بریزد تا بهترین کارایی را کسب کند. اما اگر میزان کارایی بر اساس محیط تعریف شود آنگاه عامل یک بار کار تمیز کردن را انجام می‌دهد. پس یک عامل محیطش را حس می‌کند و سپس بر اساس آن تصمیم میگیرد. این مستلزم آن است که با عامل خود مختار و انواع محیط‌ها آشنا شویم.

عامل خود مختار

به عاملی خود مختار میگوییم که تصمیم‌گیری اش بر اساس ادراکاتش باشد نه بر اساس دانش تزریق شده به آن. در واقع هر چه دانش قبلی یک عامل بیشتر باشد از خودمختاری آن کاهش مییابد و هر چه دانش قبلی کمتر باشد و مکانیزم یادگیری عامل قوی تر باشد، آن عامل خود مختار تر است.

انواع محیط ها

قابل مشاهده و غیر قابل مشاهده: اگر عامل به کل محیط دسترسی داشته باشد و بتواند آن را حس کند می‌گوییم محیط قابل مشاهده است، در غیر این صورت آن را غیر قابل مشاهده یا تا حدودی قابل مشاهده می نامیم. مثلاً در محیط عامل شطرنج باز کل محیط قابل مشاهده است. طبیعی است که یک مسئله با محیط قابل مشاهده برای طراحان عاملها مطلوب تر می‌باشد.

قطعی و غیر قطعی: اگر بتوان حالت بعدی را از حالت فعلی، عمل فعلی و کنشهایی که تاکنون انجام شده به دست بیاوریم، میگوییم که محیط قطعی است. بازهم میتوان از بازی شطرنج برای محیط قطعی مثال زد، چون با محیط فعلی و حرکت فعلی می‌شود حالت بعدی را به صورت دقیق یافت. قابل توجه است که بدانیم اگر محیط کاملاً قابل مشاهده نباشد آنگاه قطعی نخواهد بود. اما اگر با یک حرکت ممکن باشد به چندین حالت برویم محیط غیر قطعی است.

دوره‌ای یا غیر دوره ای: اگر هر دوره از دوره‌های دیگر مستقل باشد میگوییم محیط دوره‌ای است. مانند دوره‌های مختلف در مذاکرات چند عامله. محیط‌های غیر دوره‌ای به عنوان محیط‌های ترتیبی نیز یاد می‌شوند.

ایستا و پویا: اگر محیط در زمان تصمیم‌گیری عامل تغییر کند آنگاه محیط پویا است. و در غیر آن صورت محیط ایستا است. اما اگر محیط در زمان تصمیم‌گیری ثابت بماند اما زمان، کارایی عامل را کاهش دهد، محیط را نیمه پویا مینامیم.

گسسته و پیوسته: اگر مشاهدات و کنش‌های مختلف مجزا و تعریف شده باشند، محیط پیوسته است. مانند شطرنج. اما یک عامل بهینه ساز معادلات در محیط پیوسته کار میکند.

ساختار عامل های هوشمند

تا کنون در مورد محیط‌ها و کلیات مربوط به عاملها صحبت کردیم. حال نوبت بررسی ساختارهای مختلف عاملها است. مهم‌ترین وظیفه ما طراحی برنامه عامل است. برنامه عامل تابعی است که ادراکات را به یک عمل‌ها نگاشت میکند. معماری عامل ساختاری است که برنامه محاسباتی عامل تر روی آن پیاده‌سازی می‌شود. پس در کل معماری از طریق حسگرها ورودی را میگیرد، توسط برنامه تصمیم می‌گیرد و در نهایت با عملگرها عمل می‌کند و روی محیط تأثیر میگذارد.

عامل های واکنشی ساده

در این گونه عاملها سعی بر این است که به ازای هر حالت ممکن در دنیا یک عمل مناسب انجام دهیم. برای این کار می‌توانیم حالت محیط را در ستون اول یک جدول قرار دهیم و عمل مربوط به آن را در ستون دوم نکه داری کنیم. به چنین عاملی وابسته به جدول نیز می‌گویند. و به این جدول، جدول حالت-قانون نیز میگویند. در همان ابتدا مشخص می‌شود که برای طراحی چنین عاملی محیط باید کاملاً قابل مشاهده باشد. مهمترین مشکلی که در راه طراحی این عامل به وجود می‌آید این است در مسائل دنیای واقعی پر کردن چنین جدولی غیرممکن است. مثلاً برای شطرنج ۳۵۱۰۰ حالت مختلف برای محیط وجود دارد. حال اگر فرض کنیم توانایی پر کردن جدول را داشته باشیم، آنگاه اولا حافظه لازم را نخواهیم داشت و ثانیا جستجو جهت یافتن جواب زمان زیادی خواهد گرفت. ساختار این عامل در شکل زیر دیده می‌شود.

منبع


 به هر موجودیت که از طریق گیرنده ها و سنسورهایش محیط اطراف خود را مشاهده نموده و از طریق اندام های خود در آن محیط عمل مینماید (بر روی آن محیط تاثیر میگذارد) عامل (Agent) میگویند. برای مثال انسان به عنوان یک عامل از گوش ها، چشم ها و دیگر اندام های خود جهت دریافت اطلاعات از محیط استفاده کرده و از طریق دست و پا و زبان  برای عمل نمودن در همان محیط استفاده مینماید. به همین ترتیب یک عامل رباتیک نیز از سنسورهای خود به عنوان دریافت کننده و از بازو های خود به عنوان عمل کننده، در محیط اطراف استفاده مینماید.

ساختار یک عامل

هر موجودیت که نسبت به مشاهدات خود از محیط اطراف واکنش نشان میدهد را عامل مینامند.

عامل هوشمند (Rational Agent)

 عاملی است که در محیط خود کار صحیح را انجام میدهد. قطعا انجام کار صحیح بهتر از انجام کار اشتباه است! اما سوالی که پیش می آید این است که براستی تعریف کار صحیح چیست؟

در حال حاضر میتوان بطور تقریبی اینگونه به این سوال پاسخ داد که کار صحیح کاریست که باعث کسب موفقیت توسط عامل هوشمند میشود. با این حال توجه داشته باشید که همین تعریف تقریبی هم ما را با دو سوال چگونه و چه زمان در ابهام باقی میگذار. اگر اینگونه تفسیر نمایید که چگونه به موفقیت برسیم؟ و چه زمان به موفقیت رسیده ایم؟ این ابهام برای شما ملموس تر خواهد شد.

برای رفع ابهام در مورد موفقیت عامل هوشمند، مفهومی با عنوان اندازه گیری عملکرد یا performance measure تعریف میشود. اندازه گیری عملکرد در واقع مجموعه ای از قوانین هستند که ما به عنوان طراحان یا شاهدان عملکرد عامل هشومند، وضع مینماییم تا بتوانیم عامل هوشمند خود را مورد سنجش قرار دهیم.

فرض کنید که ما بعنوان سازنده، عامل هوشمندی ساخته ایم که در واقع یک ربات نظافت گر خودکار میباشد. برای مثال یک معیار اندازه گیری عملکرد برای این ربات میتواند میزان جمع آوری گرد غبار در طول مدت یک شیفت کاری باشد. یا مثلا برای توانمند تر ساختن ربات میتوان مقدار انرژی الکتریکی مصرف شده و سر و صدای تولید شده توسط آن را به مجموعه معیار های اندازه گیری اضافه نمود. برای مثال میتوانیم بگوئیم اگر ربات ما در طول یک ساعت حداقل  x لیتر غبار جمع آوری و کمتر از y  انرژی مصرف نمود، کار خود به درستی انجام داده است.

تفاوت ِعقلانیت و علم لایتناهی

نکته ای که از اهمیت بسیاری برخوردا است، تمیز دادن بین دو مفهوم عقلانیت و علم لایتناهی میباشد. یک عامل با علم لایتناهی نتیجه خروجی تمامی اعمال خود را میداند که بسیار هم عالی و خوب است! اما در دنیای واقعی عملا همچین عاملی وجود نخواهد داشت! به مثالی که در ادامه آماده توجه فرمایید.

شما در یک منطقه دورافتاده و بی آب و علف هستید که ناگهان یک دختر بسیار زیبا را در طرف دیگر خیابان مشاهده مینمایید. هیچ ماشینی در حال تردد در خیابان نیست و شما نیز مجرد و تنها هستید! بنظر میرسد که با توجه به شرایط اطراف عاقلانه ترین کار این است که از عرض خیابان رد شده، به سراغ دختر زیبا بروید و او را به صرف یک نوشیدنی دعوت نمایید. در همین لحظه در ارتفاع ۳۳۰۰۰ پایی یک هواپیمای بار بری در حال عبور از منطقه شماست که ناگهان درب هواپیما کنده شده و به سمت زمین پرتاب میشود و با شما برخورد میکند. نتیجتا قبل از اینکه شما  به طرف دیگر برسید مانند گوجه فرنگی در کف خیابان له خواهید شد!

سوالی که پیش می آید این است که تصمیم شما برای عبور از خیابان یک تصمیم اشتباه و غیر هوشمندانه بوده است؟ آیا از عمل شما به عنوان یک عمل غیر عقلانی یاد خواهد شد؟

اینجاست که باید بگوییم که در واقع، عقلانیت، با موفقیتی که ناشی از مجموعه مشاهدات عامل است تعریف میشود. (در مثال بالا، شخص عبور کننده توانایی دیدن درب هواپیما را نداشته برای همین تصمیم به عبور از خیابان گرفته است) به زبان دیگر ما نمیتوانیم یک عامل را که به خاطر عدم توانایی در مشاهده تمام محیط اطراف، شکست خورده است، سرزنش نماییم. نتیجه این بحث میتواند این باشد که در شرایط واقعی نمیتوان همیشه از عامل هوشمند خود انتظار داشت که کار صحیح را انجام دهد.

بطور خلاصه میتوان گفت که هوشمند بودن یک موجودیت به چهار عامل بستگی دارد.

اندازه گیری عملکرد که درجات موفقیت را مشخص مینماید.
هر آن چیز که عامل  اخیرا مشاهده و یا در یافت نموده است.توالی مشاهدات.
هر آنچه که عامل از مورد محیط خود میداند.
مجموعه عمل هایی که عامل میتواند در محیط انجام دهد.

عامل هوشمند ایده آل

مجموعه تعاریف و مطالب فوق، ما را به سمت تعرف مفوهم عامل هوشمند ایده آل هدایت مینماید. عامل هوشمند ایده آل، عاملی است که برای هر مجموعه از توالی مشاهدات، با توجه به شواهد موجود در محیط و دانش پیش ساخته خود، آن عملِ مورد انتظاری را انجام دهد که باعث افزایش اندازه عملکرد و یا همان performance measure بشود.

توجه داشته باشید در نگاه اول ممکن است بنظر برسد که این تعریف باعث ساخت عامل های هوشمندانه ای خواهد شد که خود را در شرایطی که به انجام عمل غیر عقلانی ختم میشود قرار خواهد داد. در واقع ممکن است عامل هوشمند به خیال خود در حال افزایش اندازه عملکرد باشد در حالی که برای این افزایش آن از بسیاری از مسائل چشم پوشی نماید.

برای مثال اگر عامل برای عبور از خیابان به طرفین نگاه نکند (در حالی که هدفش عبور از خیابان است) توالی مشاهداتش او را از خطر تصادف با یک کامیون که با سرعت به طرف او می آید آگاه نخواهد کرد. در نتیجه طبق تعریف، عبور از خیابان برای عامل، عملی هوشمندانه به حساب آمده و او به راه خود ادامه خواهد. در صورتی که چنین تفسیری به دو دلیل اشتباه میباشد. اول آنکه بطور کلی ریسک عبور از خیابان بدون نگاه بطرفین بسیار بالا میباشد. دوم آنکه در صورت نتیجه گیری صحیح از تعریف عامل هوشمند ایده آل، چنین عاملی برای افزایش اندازه عملکرد خود باید به طرفین نگاه کند.

نگاشت ایده آل، از توالی مشاهدات به عمل

با توجه به مطالب فوق میتوان نتیجه گیری کرد از آنجا که رفتار عامل ما بر اساس توالی مشاهداتش میباشد، میتوان برای عامل ها با رسم جدول، مشاهده و عمل را به یکدیگر نگاشت نمود. با این حال باید توجه داشت  که برای تمامی عامل ها چنین جدولی بسیار طولانی و یا دارای بی نهایت سطر میباشد مگر آنکه محدودیتی در طول مشاهدات، از طرف طراح برای آن جدول تعیین شده باشد.

به چنین جدولی، جدول “نگاشت مشاهدات به عمل” میگویند. در اصول میتوان با تست اینکه چه عملی برای مشاهدات مناسب است این جدول را تکمیل نمود. باید توجه نمود که اگر میتوانیم از روی نگاشت، عامل هوشمند داشته باشیم از روی نگاشت ایده آل نیز میتوان به عامل هوشمند ایده آل رسید.

البته معنی توضیحات بالا این نیست که ما باید همیشه و بطور ضمنی و دقیق جدولی تهیه نماییم. در واقع در بسیاری از موارد به جای یک جدول ضمنی میتوان از یک تعریف مشخص که خود تولید کننده سطرهای جدول میباشد استفاده نماییم. برای مثال فرض کنید که ما یک عامل هوشمند بسیار ساده داریم که قرار است توان اعداد را محاسبه نمایید. برای طراحی چنین عاملی احتیاجی به ایجاد یک جدول واقعی نخواهیم داشت و عملا میتوان سطرهای این جدول را با فرمول توان یک عدد به عدد دیگر محاسبه نمود.

عامل های هوشمند قسمت ۱
عامل های هوشمند قسمت ۲
عامل های هوشمند قسمت ۳
عامل های هوشمند قسمت ۴
عامل های هوشمند قسمت ۵

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *