Η Τεχνητή Νοημοσύνη (TN) είναι μια επιστήμη, η οποία περιλαμβάνει εφαρμογές σε πολλούς τομείς όπως των μαθηματικών, της φυσικής, τη χημείας, της ηλεκτρομηχανολογίας, της γλωσσολογίας αλλά ακόμη και της ψυχολογίας.
Η εξέλιξη αυτή των εφαρμογών οδήγησε στην ανάδυση του ταχέως αναπτυσσόμενου κλάδου της ΤΝ αποκαλούμενου Υπολογιστική Επιστημονική Ανακάλυψη. Η επιστημονική ανακάλυψη αποτελεί δημιουργική δραστηριότητα που είναι εξαιρετικά σημαντική για την πρόοδο του ανθρώπινου πολιτισμού.
Ο Αριστοτέλης στα «Ἀναλυτικὰ Ὕστερα» διακρίνει για πρώτη φορά στην Ιστορία της Ανθρωπότητας την απαγωγή, παραγωγή (deduction) από την επαγωγή (induction). Η επαγωγή στη σύγχρονη εποχή είναι μια από τις βασικές συλλογιστικές στις οποίες βασίζεται η επιστημονική ανακάλυψη.
Οι ερευνητές της ΤΝ έχουν εμπνευστεί από τις ανθρώπινες δραστηριότητες της επιστημονικής ανακάλυψης. Η εξέλιξη αυτή οδήγησε στην ανάδυση του ταχέως αναπτυσσόμενου επιμέρους κλάδου της ΤΝ της Υπολογιστικής Επιστημονικής Ανακάλυψης.
Υπολογιστική Επιστημονική Ανακάλυψη (ΥΕΑ)
Η Υπολογιστική Επιστημονική Ανακάλυψη (ΥΕΑ) (Computational Scientific Discovery (C.S.D.)) είναι ένας κλάδος της ΤN που σκοπεύει στην σύνθεση υπολογιστικών συστημάτων εμπνευσμένων από την διαδικασία της ανθρώπινης ανακάλυψης.
Μέχρι στιγμής έχουν προκύψει αποτελέσματα σε διάφορους επιστημονικούς τομείς από την έρευνα που εξελίσσεται τα τελευταία τριάντα χρόνια στον τομέα της ΥΕΑ.
O απώτερος σκοπός της YEA είναι να αυτοματοποιήσει κατά το δυνατόν τη δραστηριότητα της επιστημονικής ανακάλυψης με στόχο να ελαχιστοποιήσει το κόστος και τον χρόνο που χρειάζεται για νέες ανακαλύψεις.
Εφόσον η πλήρης αυτοματοποίηση της ανακάλυψης δεν είναι ακόμη εφικτή, οι ερευνητές της ΤΝ προσπαθούν να εφαρμόσουν υπολογιστικά συστήματα που τουλάχιστον βοηθούν τους ερευνητές κατά τη διάρκεια της επιστημονικής ανακάλυψης.
Ένα από τα πρώτα βιβλία που πρότειναν την αυτοματοποίηση της δημιουργικότητας αλλά και της ανακάλυψης εκδόθηκε το 1984 από τους D. Michie, R. Johnston (The Creative Computer: Machine Intelligence and Human Knowledge).
Η ΥΕΑ μπορεί να είναι δύο κύριων ειδών, δηλαδή είτε βασισμένη σε ακατέργαστα πειραματικά δεδομένα που τεκμηριώνονται κυρίως σε αριθμητική μορφή είτε βασισμένη σε ποιοτικές πληροφορίες π.χ. αιτιακές σχέσεις, που τεκμηριώνονται ως γλωσσικές δηλώσεις εντός ερευνητικών δημοσιεύσεων.
Αποτελέσματα επιστημονικής ανακάλυψης
Τα αποτελέσματα της επιστημονικής ανακάλυψης ανήκουν σε τουλάχιστον τέσσερις κατηγορίες, ξεκινώντας από την απλή ταξινόμηση των παρατηρήσεων ή των πειραματικών δεδομένων και καταλήγοντας στη δημιουργία θεωριών και σύνθετων μοντέλων που εξηγούν τα πειραματικά δεδομένα που συλλέγονται και αφορούν οντότητες ή γεγονότα.
Τα γεγονότα που παρατηρούνται είναι αλλαγές της κατάστασης οντοτήτων που αποτελούν αντικείμενο επιστημονικών παρατηρήσεων και πειραμάτων.
Η ερευνητική κοινότητα της ΤΝ μελετά την ανθρώπινη δραστηριότητα της επιστημονικής ανακάλυψης με σκοπό τη δημιουργία συστημάτων που είτε υποστηρίζουν την ανθρώπινη επιστημονική ανακάλυψη είτε επιχειρούν να την αυτοματοποιήσουν.
Ο μακροπρόθεσμος στόχος των αυτόνομων υπολογιστικών συστημάτων που παράγουν αποτελέσματα ανακάλυψης είναι εύκολος για απλές ταξινομήσεις και πολύ δύσκολος για τη διατύπωση πολύπλοκων θεωριών ή μοντέλων.
Ταξινόμηση των πειραματικών δεδομένων
Οι πληροφορίες εισόδου σε αυτήν την περίπτωση είναι ένα σύνολο αριθμητικών δεδομένων ή συμβολικών αναπαραστάσεων που αφορούν στην εμφάνιση και στη συμπεριφορά ή στα γεγονότα οντοτήτων.
Ορισμένα αποτελέσματα μπορούν να εκφραστούν ως ιεραρχική ταξινόμηση πολλών επιπέδων. Παραδείγματα ταξινόμησης οντοτήτων είναι οι ταξινομήσεις γαλαξιών, αστέρων, πλανητών, φυτών, ζώων, κυττάρων, μορίων, πρωτεϊνών και ατόμων.
Παραδείγματα ταξινόμησης γεγονότων είναι οι ταξινομήσεις εκρήξεων ηφαιστείων, συγκρούσεων σωμάτων, σεισμών, τσουνάμι, επιδημιών και χημικών αντιδράσεων.
Ποιοτικές θεωρίες και μοντέλα
Οι πληροφορίες εισόδου σε αυτή την περίπτωση είναι ένα σύνολο ποιοτικών παρατηρήσεων που αφορούν οντότητες ή γεγονότα. Το αποτέλεσμα εκφράζεται ως ένα σύνολο γενικών σχέσεων, θεωριών ή μοντέλων που προβλέπουν τη μελλοντική συμπεριφορά ενός συστήματος.
Μερικά παραδείγματα είναι τα ποιοτικά μοντέλα χημικών αντιδράσεων, τα ποιοτικά μοντέλα βιοϊατρικών συστημάτων και οι ποιοτικές γνωστικές θεωρίες.
Ποσοτικές θεωρίες και μοντέλα
Οι πληροφορίες εισόδου σε αυτή την περίπτωση αποτελούνται από ποσοτικές μετρήσεις που αφορούν οντότητες ή γεγονότα. Το αποτέλεσμα μιας ανακάλυψης εκφράζεται με τη μορφή ποσοτικών σχέσεων ή νόμων που προβλέπουν τη μελλοντική συμπεριφορά μιας οντότητας ή ενός συστήματος οντοτήτων.
Η γνώση που ανακαλύπτεται εκφράζεται συνήθως με τη χρήση μαθηματικών εξισώσεων, όπως αλγεβρικές ή διαφορικές εξισώσεις.
Μερικά παραδείγματα είναι η αρχή του Αρχιμήδη, οι τρεις νόμοι της πλανητικής κίνησης, η θεωρία των ρευστών των Navier-Stokes, η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell ή κβαντομηχανική και ο νόμος των αναλογιών στη Χημεία.
Δομικά μοντέλα
Οι πληροφορίες εισόδου σε αυτή την περίπτωση αποτελούνται από ποιοτικές ή ποσοτικές στατικές παρατηρήσεις που αφορούν οντότητες ή γεγονότα. Τα αποτελέσματα εκφράζονται ως δομικά μοντέλα που αποτελούνται από στοιχεία και στατικές σχέσεις μεταξύ τους.
Μερικά παραδείγματα είναι τα μοριακά μοντέλα χημικών ουσιών, τα μοντέλα του γενετικού κώδικα και η ανατομία. Το εργαλείο της υπολογιστικής οντολογίας είναι βασικό για την κατηγορία αυτήν.
Προσομοίωση με Υπολογιστικό Σύστημα
Η Προσομοίωση Υπολογιστικού Συστήματος διαδραματίζει ολοένα και σημαντικότερο ρόλο στην ΥΕΑ επειδή είναι μια ισχυρή τεχνική για την επίλυση προβλημάτων.
Η Προσομοίωση Υπολογιστή έχει τις ρίζες της σε διάφορους κλάδους και χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία, στον ακαδημαϊκό χώρο και σε κυβερνητικούς οργανισμούς.
Η ιστορία της προσομοίωσης μπορεί να ανιχνευθεί σε αρχαίες προσπάθειες για την κατασκευή μηχανών που προσομοιώνουν φυσικά φαινόμενα.
Μπορούμε να εκτελέσουμε προσομοίωση με υπολογιστή χρησιμοποιώντας είτε αναλογικές είτε ψηφιακές συσκευές που υλοποιούνται είτε μηχανικά είτε ηλεκτρονικά.
Ο σύγχρονος ψηφιακός υπολογιστής γενικής χρήσης είναι το πιο ευέλικτο εργαλείο που διατίθεται για Προσομοίωση με Υπολογιστικό Σύστημα.
Ο Αρχαίος Ελληνικός Μηχανισμός των Αντικυθήρων, κατασκευασμένος τον πρώτο περίπου αιώνα π.Χ., είναι μια μηχανική συσκευή που υπολόγιζε τις θέσεις του Ηλίου, Πλανητών και της Σελήνης για περιόδους ετών.
Οι υπολογισμοί αυτοί θα μπορούσαν να θεωρηθούν ως υπολογιστική προσομοίωση μέρους του ηλιακού συστήματος. Ως εκ τούτου, ο μηχανισμός αυτός μπορεί να θεωρηθεί ως η παλαιότερη γνωστή μηχανή προσομοίωσης στην ιστορία της τεχνολογίας (Ξεν. Μουσάς «Ο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚΥΘΗΡΩΝ «ΠΙΝΑΞ» 2012).
Χρησιμοποιώντας τη σύγχρονη ορολογία πρέπει να ταξινομηθεί ως “μηχανικός ψηφιακός υπολογιστής ειδικού σκοπού” λόγω των γεγονότων ότι τα βασικά υπολογιστικά του στοιχεία είναι γρανάζια με διακριτό σύνολο δοντιών και εκτελεί υπολογισμούς που αφορούν σε ένα μόνο φυσικό σύστημα.
Μερικές φορές αναφέρεται λανθασμένα ως “αναλογικός υπολογιστής”, αγνοώντας το γεγονός ότι οι αναλογικοί υπολογιστές επεξεργάζονται συνεχείς μεταβλητές που αναπαρίστανται π.χ. ως θέσεις σε συνεχή χώρο ή τιμές ηλεκτρικών τάσεων.
Υπολογιστική Επιστημονική Ανακάλυψη μέσω Εξόρυξης Κειμένου (Text Mining)
Η Εξόρυξη Κειμένου (ΕΚ) (Text Mining) είναι η τεχνολογία εξαγωγής γνώσης από σώματα κειμένων που μπορεί να μην αναφέρεται ρητά σε αυτά, αλλά προκύπτει από τον λογικό συνδυασμό άλλων ρητών δηλώσεων που περιέχονται σε σώματα κειμένων.
Η ΕΚ είναι μια νέα αναπτυσσόμενη τεχνολογία που µπορεί να παίξει κομβικό ρόλο στην υποστήριξη μελλοντικών συστημάτων YEA. Οι νέες επιστημονικές ανακαλύψεις δεν γίνονται στο κενό. Συνδέονται στενά με όσα είναι ήδη γνωστά και δημοσιευμένα στη σχετική επιστημονική βιβλιογραφία.
Σε τομείς όπως η Βιοϊατρική η δημοσιευμένη βιβλιογραφία είναι τεράστια και κανένας άνθρωπος δεν μπορεί να τη διαβάσει ολόκληρη σε μια ζωή. Η ΕΚ είναι το εργαλείο που στο μέλλον θα είναι απαραίτητο για ερευνητές ή υπολογιστικά συστήματα ανακάλυψης.
Η Ιωάννα Δ. Μαλαγαρδή είναι δρ. Υπολογιστικής Γλωσσολογίας – ιστορικός