Intelligens rendszerek I. 1. A mesterséges intelligencia kutatás főbb célkitűzései A mesterséges intelligencia fogalma Edward Feigenbaum-tól származik (1978). Winston szerint a mesterséges intelligencia kutatás céljai, hogy a gépeket okosabbá tegye és közelebb vigyen az intelligencia megértéséhez. M: A cél olyan gépek létrehozása, amelyek képesek bizonyos feladatokat ellátni, viszonylag önállóan és megbízhatóan működni. 2. A mesterséges intelligencia klasszikus kutatási területei 1) Számítógép-tudomány: • Programozás • Számítógép-architektúra 2) Matematika • Tétel-bizonyítás • Játékok 3) Nyelvfeldolgozás • Nyomtatott és kézírásos szövegfelismerés • Beszédanalízis • Beszédszintézis • Gépi fordítás 4) Robotika • Manipuláció • Látás és érzékelés • Tárgyfelismerés 5) Gépi tanulás 6) Szakértői rendszerek tervezése és elemzése 7) Alakfelismerés 8) A gondolkozás emulációja 9) Idegi hálózatok 3. Mesterséges Intelligencia meghatározások „Az MI olyan gépek kutatásával foglalkozik, melyek az emberi megítélés szerint intelligenciát igénylő feladatok megoldására készülnek” „MI azoknak a problémáknak számítógépes megközelítésével foglalkozik, melyek megoldásában jelenleg az emberek jobbak.” Alaine Rich „Az MI tágabb értelemben az érzékelést a célszerű cselekvéssel összekötő információ-feldolgozással foglalkozó tudomány” R. Kurzweil 4. A „mozgó célpont” probléma az MI kutatásban
Az MI kutatás kitűz magának egy célt, mondván, hogy a feladat megoldásához mesterséges intelligencia szükséges. A feladat megoldásakor kiderül, hogy nem is volt szükség mesterséges intelligenciára, így megint egy új „célpontot” kell kitűzni.
5. Soroljon fel legalább ötöt a köznapi értelemben az intelligencia szinonimájaként elfogadott képességek közül! Mi a Wechsler-féle intelligencia értelmezés? Intelligencia meghatározások: • Boring: amit az intelligencia teszt mér • Köznapi értelmezés: értelem, ész, felfogó képesség, értelmesség, műveltség • Wechsler: „Az intelligencia az egyénnek az az összetett vagy globális képessége, amely lehetővé teszi, hogy célszerűen cselekedjék, hogy racionálisan gondolkodjék, és eredményesen bánjék a környezetével.” • Intelligencia = problémamegoldó képesség (?) 6. Foglalja össze a Thorndike-féle intelligencia megközelítés lényegét! Emberi intelligencia-típusok (Thorndike): • Absztrakt vagy verbális intelligencia (alakzatok, szavak) • Praktikus intelligencia, amely a tárgyakkal kapcsolatos manipulációk ügyességét jelzi • Szociális intelligencia, amely az emberekkel folytatott érintkezés ügyességében nyilvánul meg 7. Mi az emberi intelligencia két faktor –és sok faktor elméletének lényege? Két faktor elmélet (Spearman): Minden intellektuális képesség -mint funkció- két faktorra bontható szét. 1. Az általános (General) faktor, amely közös a különböző intellektuális képességekben 2. A specifikus (Specific) faktor, amely minden képesség számára különböző, és ez a faktor különbözteti meg a funkciókat egymástól Spearman felfogása szerint az intellektuális teljesítmény egy közös, általános faktorra vezethető vissza. Ezenkívül létezik még egy specifikus faktor, amely a mindenkori tehetség tartalmát adja meg. Minden egyes intellektuális képesség csak különleges módja egy általános értelmességnek, mint összképességnek. Arra vonatkozóan, hogy a „g” faktort nem lehet azonosítani az általános intelligenciával, éppen a Wechsler-teszt standardizálása szolgáltatott bizonyítékot. Ha a „g” faktor azonosítható lenne az általános intelligenciával, akkor a
különböző életkori periódusokban az intelligencia azonos vizsgálati eljárásokban is különböző jelentőségű lenne. Ezek a faktorvizsgálatok azt látszanak igazolni, hogy az IQ létrejöttében különböző életkori szakaszokban más-más tényezők játsszák a vezető szerepet. Azt a teljesítményt, amit IQ-ban fejezünk ki, más és más összetevők hozzák létre, például az egyik életkori szakaszban a friss iskolai tananyagnak, más korban a munkatevékenység közben szerzett tapasztalatoknak, stb. Sok faktor elmélet (Thurstone): Az intelligencia több alapvető faktor kombinációjaként jön létre. Alapvető faktorok: • Nyelvi megértés (V) • Szótalálás gyorsasága (W) • Számolás (N) • Téri viszonyok felfogása (S) • Észlelési képesség (P) • Emlékezés (M) • Következtetés (R) A két faktor elmélettel szemben a sok faktor teóriája szerint kis számú tehetségfak tor létezik, amelyek különböző mértékben jelennek meg az egyes teljesítményekben. A minta-teória felfogása alapján minden teljesítményt nagyszámú, közelebbről nem azonosítható elemi adottság határoz meg, s ezek közül adott esetben csak néhány válik döntővé. Az egyes teljesítmények közötti korrelációt a bennük érvényre jutó közös elemi faktorok határozzák meg. Így minden teljesítmény bizonyos mintát mutat be az elemi faktorok összességéből. Grafikus ábrázolás: 8. Melyek Thurston által elsődleges mentális képességeknek nevezett legalapvetőbb intelligencia faktorok? Sok faktor elmélet (Thurstone): Az intelligencia több alapvető faktor kombinációjaként jön létre. Alapvető faktorok: • Nyelvi megértés (V) • Szótalálás gyorsasága (W) • Számolás (N)
• • • •
Téri viszonyok felfogása (S) Észlelési képesség (P) Emlékezés (M) Következtetés (R)
9. Mi az intelligencia-életkor fogalma? Binet a gyermek intellektuális színvonalát intelligenciakorban fejezte ki. Négyéves korú óvódásokkal végezték el a következő vizsgálatot: a gyermekektől megkérdezték, hogy kit tartanak pajtásaik közül ugyanolyan okosnak, okosabbnak és butábbnak saját maguknál. Az eredmény bizonyította, hogy már a gyermekek is az életkori különbségek alapján ítélik meg társaik intelligenciáját: a fiatalabbakat butábbaknak, az idősebbeket okosabbaknak tartották. Az intelligencia-kor kiszámítása úgy történik, hogy egy-egy évhez kötött feladatok eredményeinek összegét egy teljes évnek veszik. Ha egy életévhez mondjuk hat feladat tartozik, akkor minden feladat megoldása két hónapot számít az intelligenciakorban. Azt az életkort, amikor minden feladatot megold a személy, kiinduló életkornak tekintjük, majd ehhez hozzáadjuk a hiányos évekből számított hónapokat, s az összeg jelenti a teljes intelligencia-kort. Az intelligencia-kor fogalmának használhatósági határát ott húzzuk meg, ahonnan kezdve a teszt középértékei már nem növekednek. (Kb. 15 éves kortól) 10. Hogyan értelmezzük az intelligencia-hányadost? 1911-ben Stern bevezette az IQ fogalmát, vagyis a teljesítményt az intelligencia-kor és az életkor hányadosában fejezte ki. Wechsler felfogásában ezen régi formula helyett egy új született, amely racionálisabb és mennyiségtanilag is elfogadhatóbb: az IQ a vizsgált személy által elért értéknek és az adott személy életkorának megfelelő korcsoport átlagos teljesítményének a hányadosa. 11. Mit értünk az IQ konstanciáján? Az új IQ azt jelenti, hogy az intellektuális teljesítmény a társadalmi populációtól függő eredmény. Az IQ-nak, mint mutatószámnak függetlennek kell lennie attól a vizsgálati eljárástól, amelynek segítségével nyertük. E felfogás eredményeként hangoztatta Meili, hogy egyértelműbb volna a személy átlagos intellektuális teljesítőképességének méréséről beszélni. Ez az érték egy személy élete folyamán vagy legalábbis a korcsoport határain belül állandó marad. Az IQnak ezt a sajátosságát konstanciának nevezzük. 12. Mit és hogyan mér a Wechsler-teszt? A Wechsler-féle intelligencia teszt (MAWI) próbái: 1) Verbális próbák
• Ismeretek • Helyzetek megértése • Számismétlés • Számolási feladat • Összehasonlítás 2) Cselekvési próbák • Rejtjelezés-próba • Képrendezés • Képkiegészítés • Mozaikpróba • Szintézispróba Wechsler tesztje úgy méri az általános intelligenciát, ahogyan azt a meghatározásban megadta. Nem méri azt, amit a teljes intelligencia összességében létrehoz, mert erre napjainkban egyetlen eljárás sem képes. Csak az általános intelligencia reprezentatív részét tárja fel, amit a vizsgált személy globális teljesítményének mutatójaként kezelünk. Egyetlen teszt sem méri az összintelligenciát, de többet mérnek, mint körülhatárolt képességeket: ismereteket, emlékezetet, számolási feladatokban való jártasságot, stb. A Wechsler-teszt standardizálása számos vonatkozásban igazolta válogatásának jogosságát. 13. Melyek az emberi intelligencia szokásos osztályai és a hozzájuk tartozó IQ intervallumok? Az IQ jelentőségét csökkenti az a tény, hogy az intelligencia mérésére igen sokféle eljárást használunk, és ezek pontértékei eltérnek egymástól. (Pl. Terman, Kuhlmann, Ekman) Azonban a legkülönfélébb intelligencia-tesztek megegyeznek abban, hogy az intelligenciát a következő osztályokra bontják (a zárójeles adatok Magyarországra vonatkoznak): 1) Értelmi fogyatékosság (69 alatt; 2,15%) 2) Igen alacsony intelligencia, határövezet (69-79; 6,72%) 3) Átlag alatti, alacsony intelligencia (80-90; 16,13%) 4) Átlagos vagy normális intelligencia (91-109; 50%) 5) Átlag fölötti vagy magas intelligencia (110-120; 16,13%) 6) Igen magas, kiemelkedő intelligencia (121-130, 6,72%) 7) Extrém magas, zseniális vagy majdnem zseniális intelligencia (130 felett; 2,15%) Az IQ intervallumok meghatározására két statisztikailag megalapozott eljárást lehet felhasználni. Az egyik a Stern által javasolt beosztás, amrly az előfordulás százalékos megoszlását kívánja felhasználni. A másik Claparéde módszere, a százalékolás. Ha a teszttel kapott eredményeket rangsorba állítjuk, akkor minden értékhez egy százalékszámot rendelhetünk, amit száz értékre transzponálunk. Az ötvenes százalékszám körül lesznek a közepes teljesítmények, lejjebb a gyengébb, feljebb pedig a
kiváló teljesítmények. Az így méretezett teszt segítségével azután bárki színvonalát egy százalékszámmal fejezhetjük ki. A gyakorlatban a különböző IQ tesztekhez saját IQ intervallumot készítettek. Megjegyzés: A tesztek bebizonyították, hogy az intelligencia nagyrészt örökletes; a tesztek pedig tanulhatók. 14. Sorolja fel és értelmezze az intelligencia alapfeltételeit! Az intelligencia feltételei: • Érzékelő képesség (szenzorok) • Információ-feldolgozó kapacitás (processzor, feldolgozási módszer) • Tudás (tapasztalat, emlékezet) • Tanulási képesség • Jelző képesség (közlés, cselekvés, mozgás) Tanulás: a rendszer bármely változása, amely lehetővé teszi, hogy egy adott feladat megismétlésekor, vagy más hasonló feladat megoldásakor a rendszer jobb teljesítményt nyújtson. 15. Értelmezze a biológiai érzékelők alapfogalmait: nyugalmi potenciál, akciós potenciál, ingerküszöb, tüzelési frekvencia, adaptáció, receptív mező! A receptor-potenciál: a külső inger hatására magában a receptorsejtben (pl. a Pacini-testben) helyi jellegű folyamat, receptor-potenciál keletkezik. Ez analóg folyamat, hűen követi a kiváltó inger intenzitását. Ha a receptor-potenciál amplitúdója elér egy bizonyos mértéket, akkor a belőle elvezető idegrostmembránon tovaterjedő, ritmikus ingerületi folyamatot vált ki. A továbbhaladó szakaszos impulzushullám már digitális. Egy küszöb alatti inger tehát kisebb receptor-potenciált kelt, mely, ha újabb küszöb alatti ingerekkel társul, az összeadódás révén eléri a rost ingerküszöbértékét, és terjedő idegimpulzust idézhet elő.
A külső inger a receptorsejt vagy az abba fúródó rostvégződés nyugalmi potenciáljának csökkenéséhez vezet. Ha a receptorsejtet tartós vagy ismétlődő inger éri, egy bizonyos idő múlva a csúcspotenciál-sorozat frekvenciája csökken. Ez a jelenség az adaptáció. Tüzelési frekvencia: az impulzus kitöltési tényezője. Receptív mező: olyan, az idegsejthez tartozó felület, ahonnan az ingerek érkezhetnek. Ingerküszöb: az a minimális inger, amelyet a receptor érzékelni képes. 16. Mit ír le a Weber-törvény?
∆I = kons tan s , I
ahol
∆I
az
éppen
érzékelhető
intenzitás-
különbség, és I az inger abszolút értéke. Minél nagyobb egy érzékszerv érzékenysége, annál nagyobb a Weber-szám. 17. Mi a lényege a Weber-Fechner törvénynek? E = k ⋅ log I + c , ahol E az érzéklet, I az inger intenzitása, c az abszolút ingerküszöb értékétől függő állandó és k a Boltzmannállandó. Az ábrán a vízszintes tengely az intenzitást, míg a függőleges az érzékletet jelöli. 18. Jellemezze a biológiai tapintás-érzékelőket! • Pacini-test: a bőr alatti zsírszövetben elhelyezkedő, nyomásérzékeny vibráció érzékelő. Gyorsan adaptálódik, receptív területe 10mm, vibráció válasza 64-400Hz. • Ruffini-végkészülék: a bőr mélyebb rétegében található, a bőr felszínnel párhuzamos elmozdulását (nyújtását) érzékeli. Kiterjedt receptív mezővel rendelkezik, a vibráció válasza pedig 1-16Hz. • Meissner-test: A bőr felszíni rétegében helyezkedik el, a nyomást érzékeli. Receptív területe 3-4mm, vibráció válasza 8-64Hz. • Merkel-diszk (tárcsa): A bőr felszínéhez közel található, élek, alakzatok érzékelése a feladata. Receptív területe 3-4mm, vibrációs válasza 2-32Hz. • Nyomásérzékelők: 0.5µm mélységű nyomást már érzékel; a 100-150ms-ig tartó bőrdeformáció már ingerületet vált ki • Test-szőrök: A szőrtüszőt körülvevő idegvégződések az „emelő hatás” miatt a legfinomabb tapintásra vagy légmozgásra is érzékenyek. A szőr 3-5 fokos szögelhajlása már ingerületet vált ki. • Szabad idegvégződések: Nem ingerspecifikus, de magas ingerküszöbű fájdalomérzők. 19. Jellemezze a biológiai hőérzékelőket!
Az egyes bőrfelületeken különböző sűrűségű érzékeny pont helyezkedik el. A Krause-féle végbunkók a bőr hidegreceptorai, amelyek a bőr felszíni rétegeiben helyezkednek el, hőmérséklet -érzékelési tartományuk 18-40 °C. A mélyebben fekvő Ruffinitestek pedig a meleg receptorainak felelnek meg, hőmérsékletérzékelési tartományuk 40 °C felett kezdődik. A melegreceptorok száma az ember bőrében sokkal kevesebb, mint a hidegreceptorok száma. A bőr felszínén aránylag nagy területek hőmérsékletet egyáltalán nem detektálnak. A hideg –és melegreceptorok nem az ingerlő tárgy hőmérsékletére, hanem a készüléket körülvevő szövetek hőmérsékletére érzékenyek. Az emberi hőreceptorok ingerküszöbe: hideg esetén 0,004 °C/s hőcsökkenés, meleg esetén 0,001 °C/s hőnövekedés. A hőváltozásnak minimum 2-3 sig kell tartania. 20. Jellemezze a testtartás érzékelésében szerepet játszó főbb érzékelőket! A proprioreceptorok lényegében izom-, ín és ízületi készülékek, amelyek a központi idegi struktúrák felé jelzik a test helyzetét. A 4 érzékelő csoport: Annulospirális (magzsák-receptor) végződés, másodlagos (izomcső-receptor) érző végződés, ín érzékelők, szögeltérés érzékelők. Az emlősállatok harántcsíkolt izmaiban elhelyezkedő mechanikus receptorkészülékek közül kettő (az annulospirális és a virágszerű receptor) az izomorsóban található, a harmadik, a Golgi-féle készülék pedig az inak szövetébe ágyazott. Ezenkívül fájdalomérző szabad idegvégződéseket és nyomásérző Pacini-testeket is találunk az izmokban. Az annulospirális receptor adekvát ingere az izomorsó megnyúlása. Az izom kontrakciója alatt az annulospirális rost ingerület-leadása megszűnik. A magasabb ingerküszöbű Golgi-féle receptor mind az izom nyújtása, mind pedig annak kontrakciója alatt impulzusokat küld a gerincvelő felé. A virágszerű végződések pedig nyújtási ingerekre küldenek igen gyenge, kisfrekvenciájú impulzussorozatot a gerincvelőbe. Közös jellemzőjük a lassú adaptáció, ingerük a passzív izomnyúlás. Az ín-érzékelők a teljes izomköteg feszülését, a szögeltérés érzékelők pedig az ízületek szögelmozdulását érzékelik. (Érzékenysége: 0,5°-os elmozdulás már ingerületet vált ki) 21. Mi a fejhelyzet és a fej-szöggyorsulás érzékelésének elve; hogyan működnek az otolith-szervek és a vesztibuláris rendszer? A gerinces állatok belső fülének vesztibuláris labirintusa két részből áll: magában foglalja a három félkörös járatot, melynek végén kiöblösödés, az ampulla található, ezenkívül két
tömlőt, az utrikuluszt és a szakkuluszt is ide soroljuk. A hártyás falú labirintus folyadékkal, endolimfával töltött. Emberben a félkörös ívjáratok ampulláiban három-három kriszta foglal helyet, az utrikuluszban és a szakkuluszban pedig 2-2 makula. Míg a kriszták kocsonyás állományában nincsenek kövecskék, addig a makulák állományában, a szőrsejtekhez közel, néhány kalcium-karbonát kristály, otolith van beágyazva. A félkörös ívjáratok krisztáinak adekvát ingere a fej gyorsuló, illetve lassuló mozgása. A fej statikus helyzetét viszont az otolith-kristályokat tartalmazó makulák közvetítik. Az otolith-kristályok átnyomódnak a szőrsejtekre; ezek deformációja már 2-3°-os elhajlás esetén adekvát ingerként szolgál. Adekvát inger még a vibráció (400Hz-ig) A szöggyorsulás érzékelés érzékszerve a félkörös ívjárat rendszer. Érzéksejtjei a krisztákban lévő kocsonyás anyagba ágyazott szőrsejtek. Nyugalmi helyzetben 100-300 Hz a kisülési frekvenciája. A szőrök elhajlása a leghosszabb szőr irányába növeli a tüzelési frekvenciát; ellentétes irányú elhajláskor pedig csökkenti. Érzékenységi küszöbe 0,1 °/sec2. Érzékenységi tartománya 0,08Hz-31,83Hz. A fej elfordulását, a félkörös ívjáratokban elmozduló folyadék (endolympha) közvetítésével, a folyadékba lógó érzéksejtek szőreinek elhajlása, és az ebből következő akciós potenciál frekvencia-változása jelzi. 22. Mi a hangérzékelés elve, hogyan működik a „csiga” az emlősökben? Az emlősök hallószerve a csiga, amely spirális alakú: lovakban 2, emberben 2.75, sertésekben 4 csavarodást mutat. Az emberi hallószerv hangfelvevő képessége 16-20000Hz-ig terjed. A kutya 35kHz-ig, a patkány 40kHz-ig, a delfinek pedig 100kHz-ig hallanak. Az emberi fül hangvezető rendszere külső fülből és középfülből áll. A külső fület a porcos fülkagyló és a dobhártyával végződő külső hallójárat alkotja. A középfülben helyezkednek el a hallócsontocskák. Ezek közül a kalapács a dobhártyához rögzült, a feje az üllővel ízületet alkot. Az üllő hosszú nyúlványához ízesül a kengyel, melynek talpa a belső fül nyílásához, az ovális ablakhoz tapad. Mivel a dobhártya rezgőfelszínének területe sokszorosan felülmúlja a kengyeltalp rezgőfelszínét, az átvitel alatt a felületegységre kifejtett energia mintegy 20szorosára fokozódik. A belső fül tartalmazza a csigát (cochlea), amely a hallási receptort, a Corti-szervet foglalja magában. A cochlea emberben egy kb. 33mm hosszú csatorna, amely egy központi
oszlop körül egy 2,75 fordulatú spirált képez. Békésy igazolta, hogy magas hangokra a csiga bázisán, mély hangokra a csiga csúcsán levő receptorsejtek ingerülete jön létre. Az emberi hallás, pl. 1000Hz-es hangnál 10-12 Watt/m2, és 10W/m2 tartományban érzékeny. Szokásos kifejezési módja logaritmus értékekkel:
n8 = log
I2 I1
és
ndB = 10 ⋅ log
I2 , I1
ahol I2 a maximális inger, és I1 az
ingerküszöb. A hallási érzékelés differencia küszöbe a teljes frekvencia-tartományban 1dB körül van. (lásd Weber-törvény) 23. Jellemezze a látás érzékszervét, a pálcikák és csapok szerepét és eloszlását a retinán! A retina egy 10 rétegből álló, bonyolult szerveződésű szövet, amely kihelyezett idegrendszeri központnak tekinthető, hiszen zömében idegsejtek tömege alkotja. A receptorfunkció szempontjából négyféle retinasejtet különböztetünk meg. 1. A csapok és pálcikák. Ezek a tulajdonképpeni fényfelvevő receptorok. A sárgafolt területén csakis csapok tömött állománya helyezkedik el, a retina széle felé pedig a csapok egyre inkább pálcikákkal keverednek. A retina perifériája felé a pálcikák száma nő. Az ember egy-egy szemének retinájában mintegy 120 millió pálcika és 6 millió csap található. A szem optikai rendszerén (szaruhártya, elülső szemcsarnok, pupillanyílás, lencse, hátsó szemcsarnok) keresztüljutó fénynek az érhártyán kívül a retina összes rétegén is át kell jutnia ahhoz, hogy a receptor-készülékeket ingerületbe hozhassa. A pálcikasejt szerkezete teljesen megegyezik egy tipikus csilló struktúrájával. A kevésbé hosszúkás, orsó alakú csapsejt hasonló felépítésű. Mind a csapok, mind pedig a pálcikák saját axonnal rendelkező primer érzősejtek. 2. Bipoláris neuronok 3. Ganglionsejtek rétege 4. Amakrin sejtek rétege (ezeket nem részletezem) A retina felbontóképessége emberben 40-60’’ körül van, ami azt jelenti, hogy az éleslátás retinális pontjával maximálisan 1’es szöget képező pontot látjuk különállónak.
A látás kettősfolyamat-elmélete: a retina kétfajta receptoreleme közül a csapok a nappali éleslátást, így a színlátást is szolgálják, míg a pálcikák a sötétség-fény megkülönböztetést. Az utóbbiak ingerküszöbe alacsonyabb; sötétben a retina érzékenysége nő a fény iránt, ezt nevezik sötétadaptációnak. A színlátás-elmélete: Wald mérései szerint a csapok más-más csoportjában háromféle fényérzékeny festék található (zöld,piros,kék). Ez alátámasztja Young három szín elméletét, amely szerint a három alapszínre érzékeny receptorsejtek egyedi vagy együttes ingerülete teszi lehetővé annak a kb. 160 színárnyalatnak a felismerését, amelyet az emberi látószerv megkülönböztetni képes. 24. Jellemezze a gerincesek szagló rendszerét! A gerinces állatokban a szaglókészüléket alkotó receptorsejtek primer neuronok, melyeknek axonjai az I. agyideget alkotják. A körszájúak, porcos és csontos halak szaglószerve szaglógödör formájában található a fej felső-oldalsó részén. Ez lényegében receptor-sejtekkel bélelt, a hám bemélyedéséből keletkező gödör, mely szaglónyílásokkal a szabadba nyílik. A halak csillós szaglóhámsejtjei igen kifinomult szaglást tesznek lehetővé. A kétéltűek szagló-receptorai a száj –és orrüreggel egyaránt összeköttetésben állnak. A hüllők szaglása a kétéltűekéhez hasonlít, de itt már megjelenik a levegőáramlást biztosító orrkagylók rendszere is. A hüllők szaglása jobb, mint a kétéltűeké. A madarak orrlyuka a csőr kávájának oldalán helyezkedik el. Az orrmirigyekben termelődő váladék a levegő szűrőjeként szerepel, de feltételezik, hogy az állat a szél irányát is detektálja a nedvesített nyálkahártya által. A madarak szaglása csökevényes. Az emlősök szaglása igen fejlett, főleg a ragadozóké. Orrüregük aránylag kis területét borítja szagló nyálkahártya. Az emberi szagérzékelő receptorok az orrüreg felső-hátsó részében foglalnak helyet. Az egész emberi szaglófelszín nem több mint 500mm2. Normális, nyugodt légzés esetén a légáram a szaglóhámot elkerüli, amikor szagolunk, külön szippantással kell a levegőt a felső orrkagylók közelében levő szaglóhámhoz irányítanunk. A szaglóhám receptorai pálcika alakú szőrsejtek. Az egyes sejteket mintegy 1000 db, 1-2µ hosszú csilló vagy szőröcske fedi, ezáltal a kb. 150.000 emberi szaglósejt felszíne igen megnövekszik. A szaglópálya az egyetlen érzőpálya, amely emberben a talamusz megkerülésével halad az agykéreg felé. 25. Melyek a mérő-átalakítókban leggyakrabban alkalmazott érzékelő elvek? • Potenciometrikus(ellenállás változásos) • Kapacitív
• • • • • • • •
Elektromágneses Induktív Fotoinduktív(rezisztív) Fotoelektromos Piezoelektromos Piezorezisztív Termoelektromos Nyúlásmérő
26. Melyek az érzékelők legfontosabb jellemzői? Gyakran szükségesek olyan jelek, amelyek egy mennyisének az előírt értéktől való eltérését, vagy egy helyzetet, például egy munkadarab jelenlétét jelzik. Ezeket a jeladókat érzékelőknek (szenzoroknak, szondáknak vagy detektoroknak) nevezzük. Az érzékelők kimenő jeleit gyakran kalibrálják (a mért jellemző értékeit és a kimenő jel értékeit egymáshoz rendelik). Ebben az esetben az érzékelők mérési eredményeket szolgáltatnak. 27. Vázolja fel a tipikus mérőátalakítók felépítését!
28. Jellemezze a technikai szenzorokat a beépített „intelligencia” szempontjából! Az intelligens szenzorok szintjei: 1) Az érzékelő elem erősítő, jelformáló áramkört is tartalmaz 2) Kompenzáló elemeket (pl. érzékenység átállító, határérték túllépés elleni védelmet) tartalmazó érzékelők 3) Kommunikációs képességgel (A/D átalakítóval, címazonosítóval) rendelkező érzékelők 4) Öndiagnosztizáló érzékelők (a helyes működést vagy meghibásodást jelezni képesek)
5) Önálló elemző érzékelők
és
döntési
képességekkel
rendelkező
29. A potenciometrikus érzékelés elve (Ez szintén elektronikai hangvételű, nehogy benyaljátok az egészet mesterséges intelligenciára! Elég pár dolgot megjegyezni belőle, meg hogy mire jó.) A potenciometrikus érzékelő egy ellenállás-változáson alapuló érzékelő. Egy feszültségre kapcsolt potenciométer csúszóérintkezőjének elmozdításával vagy elfordításával olyan mérőfeszültség keletkezik, amelynek nagysága az elmozdulással, ill. az elfordulás szögével arányos. A potenciométerek vezető rétege vagy vezető tulajdonságú műanyagból, vagy lényegesen hosszabb élettartamot biztosító szénrétegből, ill. huzalból készül. A potenciométer peremén levő kiegyenlítőhorony lehetővé teszi az igényelt különösen nagy linearitást. A potenciométer csúszóérintkezőjén a feszültség eltérése a lineáris feszültség-elfordulás jelleggörbéből következő értéktől a teljes beállítási tartományban kisebb, mint a potenciométerre kapcsolt feszültség 0,1%-a.A potenciométer csúszkája több, különböző frekvenciára hangolt lemezkéből áll, így még rezgések esetén is biztos érintkezés jön létre. Toló-potenciométereket kb. 1 m hosszúságig gyártanak. Ezeket elmozdulások érzékelésére, finombeállítási célokra, regisztrálókészülékekben és plotterekben alkalmazzák. A potenciométeres érzékelőket hosszés szögmérésre használják. 30. Nyúlásmérő bélyeg működési elve, alkalmazási köre A nyúlásmérő érzékeli a felületére merőleges erőhatást, valamint meg tudja mutatni a csavaró és hajlító nyomaték mértékét. Mindig úgy készítik, hogy az ellenállás hossza arányos legyen a mérendő erővel. Ekkor maximális ellenállásváltozást lehet mérni. Használhatjuk önmagában is, de mivel elmondható, hogy nagy erő esetében is kicsi a változás, jobb, ha egy nagyobb áramkör részeként használjuk. Ez a nagyobb egység a nyomáscella.(hídáramkörbe épített nyúlásmérő). Példa: Wheatstone-híd.
Ha igaz, hogy R1/R2=R3/R4, akkor kiegyenlített a híd, a mérőműszeren nem folyik áram. ( C és D között nincs potenciálkülönbség)Ha azonban valamelyik ellenállás értéke megváltozik, felborul az arányosság, és a műszer jelezni fog. A műszer úgy van kalibrálva, hogy a kitérés mérhető tartományba essen. Tipikus alkalmazási területe a mérőcella. (Ábrák az előadásfólián) 31. Wheatstone-kompenzálás elve Lásd a nyúlásmérő bélyegnél tárgyaltakat. 33. A fotóellenállás (LDR) jellemzése a jelleggörbe segítségével Megjegyzés: fényváltozás hatására megváltoztatja villamos vezetőképességét. Ha a fényérzékeny anyagot pl vörösrézzel szennyezzük, speciális hullámhosszúságú fénysugarakat is lehet vele érzékelni. Kivezetéseinek kiképzésének köszönhetően más külső áramköri elemekhez is hozzá lehet kapcsolni. A leggyakrabban egy feszültségosztót hoznak létre egy érzékelőből, egy ellenállásból és egy feszültségforrásból. Ha az LDR ellenállása megváltozik, változik a feszültségosztó kimeneti szintje is. A jelleggörbe alapján látható (ea. fólia), hogy minél nagyobb a megvilágítás mértéke, úgy az ellenállás mértéke nagy mértékben lecsökken, ezáltal nagyobb áram képes vezetni. 90 kandela környékén már csak pár Ohm az ellenállás értéke. 34. A fotodióda működése jelleggörbe alapján Megj: alapjában véve úgy működik, mint egy fényfeszültség cella( van benne P és N típusú félvezetőlapka, ha fény éri a P-N átmenetet, potenciálkülönbség
keletkezik), vagyis használható feszültségosztóban is ,de ez nem elterjedt dolog. Helyette a diódára egy előfeszültséget kötnek, és így változó ellenállásként működik. A jelleggörbe: az ea fólián az „x” tengelyen a feszültséget, az „y” tengelyen az áramot mérjük, és a fotódióda karakterisztikus feszültség-áram görbéjét látjuk. 35. Jelleggörbe segítségével jellemezze a fotótranzisztor működését! A fototranzisztor kollektor-bázis zárórétegére fényáteresztő ablakon és optikai lencsén át fény jut és ott a bázisárammal azonos jellegű Ip fotoáramot hoz létre, amely az Ev emegvilágítás erősségével paraméterezve az ábrán látható. Lényegében megegyezik az előadásfólián találhatóval, csak más a paraméterezés, jellege ugyanaz. A fototranzisztor kollektor árama a fényerősséggel növekszik. Nagyobb a fényérzékenységük, mint a fotodiódáknak. Báziskivezetésre nincs szükségük, mivel a fény alkalmas kivezérlésükre. A báziskivezetés mégis szükséges a munkapont beállítása és stabilizálása végett. A nagyobb kollektor-bázis kapacitás miatt a fototranzisztorok kapcsolási ideje nagyobb, mint a fotodiódáké, frekvenciatartományuk 250 kHz alatt van. Leginkább optocsatolókban és fénymérőkben használatosak. 36.Jelleggörbe segítségével jellemezze a fotoFET működését! FET: térvezérlésű (unipoláris) tranzisztor. Alapvető működési elv:
(EZ NEM KELL A FELADAT MEGOLDÁSÁHOZ,MERT EZ SZÍNTISZTA ELEKTRONIKA, MÉGIS SEGÍTHET MEGÉRTENI a MŰKÖDÉSÉT, ÉS JÓL JÖHET A KÉSŐBBIEKBEN!)
-az unipoláris tranzisztorok árama csak egy félvezető rétegen halad át, amely egyféle szennyezettségű, ezért az áramút nem tartalmaz p-n átmenetet. Félvezető rétegében a töltéshordozók áramlásával szembeni ellenállást a bázis vezérli, de eközben az áramút alakja lényegében változatlan marad. Az unipoláris tranzisztor félvezető rétegének a töltéshordozók áramlásával szembeni ellenállását elektromos tér vezérli, amely a vezetési keresztmetszetre aht. Az unipoláris tranzisztorok közé tartoznak a térvezérlésű tranzisztorok (FET). A FET-eknél az áramutat csatornának nevezzük, és megkülönböztetünk ncsatornás, ill. p-csatornás FET-eket. A csatorna kivezetéseinek neve forrás (source), ill. drain (nyelő). A térvezérlésű tranzisztorban a forrás és a nyelő közötti csatorna ellenállást a csatornára merőleges elektromos tér vezérli.
37. Mi az ellenállásos hőmérsékletmérés elve, milyen a különböző ellenállások hőmérséklet függése? Sokszor adódik olyan eset, hogy a gépeknek fel kell ismerniük az adott hőmérsékletet, pl jelezzenek, ha tűz van, vagy ha le kell venni a fűtést. Az iparban az egyik legelterjedtebb módja méréstechnikának. A fémes vezető ellenállása a hőmérséklet növelésével nő, de van olyan anyag, aminek csökken. Célszerű tehát az érzékelőkben kiaknázni ezt a lehetőséget. Felépítés: belül található egy kerámia-mag, arra pedig feltekercselt fémhuzal van rakva. A tekercs fém vagy üvegburában van a biztonsága miatt. A kivezetések a tekercs végeihez vannak forrasztva, és ki vannak vezetve a burokból. Az ilyen eszközökben főleg platinát érdemes használni jó tulajdonságai miatt. A maximális hőmérsékletet igazából a tekercs szigetelése szabja meg. Hogy pontos legyen a hőmérő, gyakran kell hídáramkört alkalmaznunk. Mivel főképpen különleges hőmérsékleti viszonyok között alkalmazzuk őket, a kiegészítő áramköri elemek nem kerülhetnek az érzékelő közvetlen közelébe, tehát meg kell oldani a hosszabb vezetékek problémáját is. Másik fajtája a vékonyfilm-érzékelő(THD), melynek kicsi a felülete, és rendelkezik a platina-RTD jó tulajdonságaival is. Ellenállások Hőmérséklet Függése: lásd az ea. fólián és a mellékelt ábrán. 38. Mi a termoelem működési elve, alkalmazási köre? Termoelemek: hőmérsékletmérésre szolgálnak, 1600 °C-ig. Két különböző anyagú fémhuzalból állnak, amelyeknek egy-egy végét összeforrasztják, vagy összehegesztik. Ha a kapcsolódási pont felmelegszik, a vezetékek szabad végén Uth egyenfeszültség vehető le. Gyakorlati célokra néhány jellegzetes fémpárt alkalmaznak. Ilyenek pl. réz és a konstantán. A platina-rhódium és a platina.A hőmérséklet növekedésével a termofeszültség is nő, értéke az alkalmazott anyagoktól függően az 1…70 mVolt tartományban van. A huzalokat egymástól kerámiával szigetelik, és védőcsőbe helyezik el.
Alkalmazási kör: pl. űrhajó orránál a hőpajzsban beágyazott termoelemek vannak, amik egy termoelem-kábel segítségével rá vannak kötve a fedélzeten található számítógépre, melynek az a feladata, hogy analizálja a beérkező hőmérséklet-adatokat, és veszély esetén jelezzen.
39. Mi a Turing-teszt? A teszt célja: eldönteni, hogy egy adott számítógép intelligens-e. A játék szereplői: egy férfi (A), egy nő (B) és egy bíró (C). A férfit és a nőt a bíró nem láthatja, velük csak írásban kommunikálhat. A bíró feladata, hogy a kikérdezés után eldöntse a két szereplőről, hogy melyikük a férfi, és melyikük a nő. A férfi próbálja becsapni a bírót, tehát olyan szerepet játszik, mintha ő lenne a nő. A női szereplő viszont az igazságról, tehát arról próbálja meggyőzni a bírót, hogy ő a nő. A férfi győz, ha sikerül rászednie a bírót. A gépi intelligencia eldöntésére (az intelligencia meglétének bizonyítására) helyettesítsük a férfit egy géppel. Ha a bíró ugyanolyan gyakran téveszti el az adott személy nemét, mint az emberi játékok esetében, akkor az A-t felváltó számítógépet intelligensnek tekinthetjük. Ha nem ugyanolyan gyakran téveszt a bíró, az még nem jelenti, hogy a gép nem intelligens.
40. Mit értünk produkciós rendszer alatt, mi az általános algoritmusa? A produkciós rendszer az MI egyik alapvető fogalma, egy sajátos probléma-megoldási szemléletet tükröző feladatmegoldó rendszer. Külön kezeli a feladat adatait, az adatokon értelmezett műveleteket, a műveleteket algoritmussá szervező vezérlési stratégiákat. Matematikai megközelítésben: minden feladat vagy probléma direkt vagy implicit módon meghatároz egy gráfot. A gráf kezdőcsúcsa a kiindulási adat (halmaz), élei az alkalmazható műveletek, általános csúcsai az adathalmaz egy-egy változatát tartalmazzák, amelyeket a megfelelő élek menti műveletek alkalmazásával kapjuk. A cél elérése rendszerint kereséssel történik: a cél keresése, majd az optimális megoldás keresése. 41. Általánosságban jellemezze a keresési technikákat! A keresési technikák (vezérlési stratégiák) menete: • Próba és hibakeresés • Keresés szisztematikus csomópont-vizsgálattal • Heurisztikus keresés A produkciós rendszer általános algoritmusa: Procedure keresés 1. Kezdeti állapot kiválasztása 2. While állapot+célállapot do 3. begin 4. Az állapotra alkalmazható operátor kiválasztása 5. Állapot := operátor(állapot) 6. end 42. Mi a mélységi (depth-first) keresési algoritmus? A LIFO (Last In First Out) adatkezelésnek megfelelően létrehozunk egy „open” nevű listát az állapotok (csomópontok) tárolására. Fabejárás: Tedd a start csomópontot az open listára; Hurok: IF (open=üres) THEN kilépés; {sikertelen, ha az összes csomópontot megvizsgáltuk} n := első (open); {az open lista első elemének beolvasása} IF cél (n) THEN kilépés; {sikeres} vedd le (n, open) ; {n levétele az open listáról} terjeszd ki n-t és helyezd az összes „gyermek” csomópontot az open lista elejére; GO TO Hurok; Gráf keresésnél: Másik lista bevezetése (closed) a megvizsgált csomópontoknak.
vedd le (n, open); add hozzá (n, closed); n kiterjesztésével generáld az összes „gyermek” csomópontot, amelyik még nem szerepelt az open, vagy a closed listán, az open lista elejére kerül és n-re irányuló mutatót kap. 43. Mi a horizontális (breadth-first) keresési algoritmus? A FIFO (First In First Out) adatkezelésnek megfelelően létrehozunk egy „open” nevű listát az állapotok (csomópontok) tárolására. Fabejárás: Tedd a start csomópontot az open listára; Hurok: IF open=üres THEN kilépés; {sikertelen, ha az összes csomópontot megvizsgáltuk} n := első (open); {az open lista 1. elemének beolvasása} IF cél (n) THEN kilépés; {sikeres} vedd le (n, open); {n levétele az open listáról} terjeszd ki n-t és helyezd az összes „gyermek” csomópontot az open lista végére GO TO Hurok Gráf keresésnél: Másik lista bevezetése (closed) a megvizsgált csomópontoknak. vedd le (n, open); add hozzá (n, closed); n kiterjesztésével generáld az összes olyan „gyermek” csomópontot amelyik még nem szerepelt az open és a closed listán. Ezek az open lista végére kerülnek és n-re irányuló mutatót kapnak; 44. Mi az optimális-megoldás kereső algoritmus fa –és gráf bejárásnál? Keresés elve: a kiindulási pontból midig a minimális költségű csomópontokat vizsgáljuk. Tedd a start csomópontot az open listára; Hurok:If open=üres THEN kilépés; {sikertelen, ha az összes csomópontot megvizsgáltuk} n := első (open); {az open lista 1. elemének beolvasása} IF cél (n) THEN kilépés; {sikeres} vedd le (n, open); {n levétele az open listáról} terjeszd ki n-t , ha lehet és számold ki a költséget; helyezd a „gyermek” csomópontot az open listára és költség szerint rendezd növekvő sorrendbe; GO TO Hurok; Gráf keresésnél: Másik lista bevezetése (closed) a megvizsgált csomópontoknak.
vedd le (n, open); add hozzá (n, closed); n kiterjesztésével generáld az összes olyan „gyermek” csomópontot, amely még nem szerepelt az open és a closed listán. Ezek az open listára kerülnek, n-re irányuló mutatót kapnak és költség szerint növekvő sorrendbe rendezzük őket 45. Mi a hegymászó (hill-climbing) algoritmus? A cél elérését az ahhoz megjósolhatóan legközelebb álló csomópontok (állapotok) kiválasztásával kísérli meg. Problémák: lokális maximum, fennsík. h (n) = a csúcs és az n közötti távolság. Algoritmus: n := START csomópont Hurok: IF cél (n) THEN kilépés {sikeres} terjeszd ki n-t, számold ki h (ni)-t minden gyermekcsomópontra, és a legkisebb költséget (csúcstól csúcsig való távolságot) adó csomópontot vedd a következő nnek IF h (n) < h (következő n) THEN kilépés {sikertelen} n := következő n GO TO Hurok 46. Mi a legjobbat először (best-first) algoritmus? Tedd a start csomópontot az open listára Hurok: If open=üres THEN kilépés {sikertelen} n := első (open) {az open lista 1. elemének beolvasása} IF cél (n) THEN kilépés {sikeres} vedd le (n, open) {n levétele az open listáról} add hozzá (n, closed) terjeszd ki n-t és helyezd az összes olyan „gyermek” csomópontot az open listára, amelyik még nem szerepelt sem az open sem a closed listán, Kapjanak ezek n-re irányuló mutatót. rendezd az open lista csomópontjait növekvő h (n) szerint GO TO Hurok
47. Mi a heurisztikus keresés lényege, pl. az utazó ügynök probléma megoldásánál? A heurisztika a feladatoknak a tapasztalatokra és a megalapozott ötletekre épülő próbálkozásokkal történő megoldási módszere. Utazó ügynök probléma (Traveling Salesman Problem): Egy ügynök célja adott sorrendben bejárni az összes várost, mégpedig úgy, hogy a legkevésbé költséges, tehát a legrövidebb utat válassza. Ebben az esetben útvonalak száma: N, így a lehetséges variációk száma: N! / 2N. (kombinatorikus robbanást eredményez) Kombinatorikus optimalizáció: a probléma diszkrét és véges állapottal is jellemezhető. Egy lehetséges heurisztikus megoldás: minden lépésnél a helyi legjobb alternatíva kiválasztása (lokális optimum) 1. önkényesen kiválasztani a kezdő várost
2. megvizsgálni az összes nem meglátogatott várost és a legközelebbit felkeresni 3. ismételni a 2. lépést, míg az összes várost meg nem látogattuk időszükséglete: N2 << N! / 2N 48. Csoportosítsa a feladatokat a megoldáshoz szükséges idő szerint (P, NP, NP complete)! N = a feladat (probléma) állapotainak száma, vagyis a probléma mérete P (polynomial) = ha van olyan problémamegoldó algoritmus, amelynek időszükséglete legfeljebb N polinomjával függ össze NP (non-deterministic polynomial) = azok a problémák, amelyek bármely feltételezett megoldásáról polinomiális idő alatt eldönthető, hogy helyes-e NP-complete = a legnehezebben megoldható problémák, a megoldáshoz szükséges idő eN szerint változik 58. Melyek a „McCulloch és Pitts” formális neuron jellemzői? Először tekintették az agyat számításokat végző szervnek. Alapvető feltevéseik: • Az idegsejt működése „minden vagy semmi” jellegű • Az idegsejt ingerületbe hozásához bizonyos időn belül néhány (>1) bemenetét (szinapszisát) ingerelni kell • Az idegrendszerben az egyetlen jelentős késleltetés a szinapszisoknál jön létre • Bármely gátló szinapszis működése teljesen megakadályozza az idegsejt ingerületbe kerülését • Az idegrendszer összeköttetési hálózata időben nem változik 72. Értékelje a mesterséges genetikus algoritmus alkalmazásának alapfeltételeit! Természetes szelekció alapelve: ha az élőszervezet valamilyen „alkalmassági próbán” elbukik, akkor várhatóan hamarosan elpusztul. A rosszul működő algoritmusokat szintén könnyen ki tudják szűrni a számítástechnikai szakemberek. A keresztezés és szelekció alapelvét az emberek is régóta alkalmazzák, pl. hogyan állítsunk elő jobb minőségű búzát, kitartóbb és gyorsabb versenylovakat stb.A fő probléma az, hogyan vigyük ezt át számítógépes nyelvre? Hogyan alakítsunk ki olyan „genetikai kódot”, amely magában hordozza a programok szerkezetét? Az 50-es években össze akarták kapcsolni a számítástechnikát és az evolúciót, de ez csődöt mondott , mert úgy gondolták, hogy az új génkombinációk létrehozásánál a mutációk, nem pedig az ivaros szaporodás játssza a főszerepet. A 60-as évekre sikerült olyan genetikus algoritmus nevű programozási eljárást kifejleszteni, mely fejlődőképes volt
mind párosodás és mutáció útján. Cél: olyan genetikai kód létrehozása, mely tárolja a program szerkezetét. Az eredmény egy osztályozási rendszer lett, ami meghatározott lépéseket tesz, ha a beérkező információ kielégíti az adott feltételeket. A feltételeket és lépéseket ún bitfüzérek (sztringek, mesterséges kromoszóma) tartalmazza, aszerint ,hogy a szabályok ki- ill. bemenetén fennállnak-e, vagy hiányoznak bizonyos jellemzők. Ha jelen van a jellemző, akkor a füzér megfelelő pozíciójában „1’-t tartalmaz. Ez az egyik feltétel, vagyis kell egy egyértelmű rendszerleírás egy rendszerváltozókat tartalmazó karakterfüzérbe. Adott probléma megoldásánál a megfelelő osztályozási szabályok kialakításakor egyszerűen pl az „1”-esekből és „0”-kból álló véletlenszerű füzérek populációjából indulhatunk ki, ahol minden füzért az általa szolgáltatott eredmény alapján osztályozhatunk. A rátermett füzérek párosodnak, a gyengék elpusztulnak. Az egymást követő generációk során a jobb megoldásokat szolgáltatók elszaporodnak, sőt, a folyamatos kombinálódások eredményeképp egyre kifinomultabb megoldásokat adhatnak. Ilyen módon alkották meg a játékelmélet új stratégiáit, így terveztek bonyolult mechanikai rendszereket. Mindez a genetikai algoritmusok nyelvén újrafogalmazva azt jelenti, hogy egy meghatározott bináris füzét kikeresése jelenti a probléma megoldását. Kell tehát egy reprezentatív populáció, amely az azonos formájú, de más-más jellemzőkkel bíró rendszerek leírását tartalmazza. Ezek után, pedig kell venni egy olyan mérési módszert, amellyel meg tudjuk határozni a vizsgált rendszerek jóságát. Példa: a General Electric és a Rensselaer Műegyetem kutatócsoportja repülőgép-sugárhajtóművek tervezésére dolgozott ki ilyen genetikai algoritmust. Legalább 100 változó kell figyelembe venni, melyeknek különbözőek az értéktartományaik. Egy hatalmas keresési tér jön létre. Ezt a teret be kell járni, és meg kell találni a legoptimálisabb megoldást. Mivel sok megoldás jöhet számba, és bonyolult a feladat, a terepen sok hegycsúcs van, ami persze nehezíti a keresést. A genetikai algoritmus egy hálót vet a domborzatra, a füzérek pedig mintákat vesznek a régiókból. Az algoritmus értékeli a populáció minden egyes füzérét, meghatározza a benne rejlő stratégia minőségét. A magasabb rendű füzérek párosodnak, egy véletlenszerű pontjuktól balra levő részeik pedig kicserélődnek, így két új „ivadékot” kaptunk. A kevésbé rátermett füzérek kiselejteződnek, így a populáció száma változatlan marad. A füzérek kis töredéke mutációt szenved, kb. minden tízezredik szimbólum megcserélődik (0->1 vagy 1>0).Az algoritmus főképp a legjobb megoldással kecsegtető területekre koncentrál, és innen válogatja ki a nagy hatékonysággal a füzéreket A sugárhajtómű „rátermettsége” nagyban függ attól, hogy eleget tesz-e a kényszerfeltételeknek.
73. Jellemezze a genetikus algoritmust! A genetikus algoritmus olyan programozási eljárás, mely mesterséges kromoszómákkal (sztringek) operál. Ezek a kromoszómák tartalmazzák egy adott elem tulajdonságait. Lényegében egy komplett rendszerleírást tartalmaz, egy genetikai kód, mely képes egy program szerkezetét eltárolni. Előnye, hogy amikor megoldásokat keres, akkor a keresési térben egyszerre több régióból tud egyedeket választani és vizsgálni. Hatalmas populációból képes megtalálni a jobb tulajdonságú egyedeket, és a genetikai operátorokkal (keresztezés, mutáció…) módosítani őket egy jobb eredmény elérése érdekében. Mindezen műveletek elvégzése közben valószínűségi szabályokat használ fel. Az algoritmus csak a karakterfüzérekkel dolgozik, magát a tartalmát nem módosítja. Függvények esetében akkor célszerű genetikai algoritmust használni, ha a függvény nem differenciálható. Elvégzünk egy szelekciót, a függvény ismeretlen változóit keresztezzük, majd belerakjuk a képletbe. Pár generáció után az algoritmus megtalálja a választ Létrehozunk egy skálázást a fitness értékekre, az optimalizálás során pedig változnak a fitness értékek. A tesztelés végső fázisa a fizikai megépítés. 74. Mi a relatív jósággal arányos, ún. rulett-kerék algoritmus? Ez a genetikus algoritmus sztochasztikus keresési elven alapul. Adott egy populáció. Jóságmérővel megmérjük minden egyed relatív jóságát, majd kiszámoljuk az összjóságot. Majd vegyünk egy rulett-kereket, és ezt szétosztjuk a populáció tagjainak a relatív jóságainak arányaiban. Ezután elkezdjük a szelektálást, annyiszor, amekkora populációt akarunk. Ahol megáll a golyó, az az egyed bent marad populációban. Amelyik egyed nagyobb szeletet kapott, annál nagyobb a valószínűség, hogy ott megáll a golyó, tehát ő bent maradhat. Ezt egy véletlenszám-generálással meg lehet oldani, vegyünk egy számegyenest pl. 1-től 100-ig, és osszuk fel annyi szakaszra, ahány szelektálandó elemünk van, generáljunk egy 0 és 1 közötti véletlenszámot, szorozzuk be 100-zal, és nézzük meg, hova mutat. Amelyik elemre rámutat, az maradhat a következő szelektálásig. Ez egy a legjobak kiválasztására szolgáló algoritmus. 75. Mi a kereszteződés és mutáció technikai értelmezése? Kereszteződés: adott két karakterfüzér (sztring) X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8
Kiválasztunk véletlenszerűen egy kereszteződési pontot, és ott szétvágjuk őket. X1 X2 X3 X4 X5
X6 X7 X8
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
Y6 Y7 Y8
Ezek után az első sztring első felét a második sztring második feléhez, a második első felét az első második feléhez kapcsoljuk, így kapunk két új sztringet X1 X2 X3 X4 X5 Y6 Y7 Y8 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 X6 X7 X8
A változóértékeket nem változtattuk, hiszen csak lecseréltünk bizonyos sztringrészleteket. Lehet, hogy a szemszínre vonatkozó cellákat cseréltük csak ki, és ennyiben ki is merül majd a különbség. A kereszteződés után derül csak ki, hogy jó volt-e a változás, és javul a fittness érték, vagy pedig elrontottunk valamit. A mutáció nem részsztring-cserékről szól, hanem itt már megváltoztatjuk a változók értékét. A változóértékek összege így változik, véletlenszerű mutációval pedig teljesen újfajta egyedek jöhetnek létre. A keresztezés és a mutáció genetikus operátorok, és addig ismételhetjük őket a folytonos kiértékelések mellett, amíg el nem érünk az algoritmus megállási feltételéhez. 76. Mi a genetikus algoritmus alkalmazásának menete? Készítsünk egy mátrixot, amelyben az egyedekhez hozzárendelünk egy génstruktúrát, egy fitness értéket és egy relatív fitness értéket. Ezek határozzák majd meg az egyes egyedek jóságát. Kiválasztjuk azokat az egyedeket, amelyek tulajdonságait tovább akarjuk örökíteni. A populáció fitness értékének kiszámítása = az egyedek fitness értékének összege / egyedek száma. Minél nagyobb az egyedek összfitness értéke annál nagyobb a relatív fitness értéke. A kezdeti populációból kiválasztjuk a jó egyedeket, majd ezeket átmásoljuk a következő populációba. Reprodukció: 1. összes egyéni jóság kiszámítása: Fi = f (Ii) 2. a jóságok summázása az összes populációtagra: S = ΣFi 3. relatív jóság kiszámítása minden egyes populációtagra: RFi = Fi / S 4. értéktartomány (1..100) meghatározása minden
populációtagra, a relatív jóságnak megfelelően (n= az aktuális populáció mérete) 5. m (új populáció mérete) generálása (random 1..100) 6. egyedek (rájuk jellemző génstruktúra) másolása a következő generációba annyiszor, ahány véletlenszámot generálunk Alkalmazásának menete: 1. Kezdeti populáció létrehozása 2. A populációt alkotó rendszerek értékelése, az abszolút – majd a relatív jóság meghatározása 3. A genetikusoperátorok alkalmazásával új populáció létrehozása (pl. szelekció, keresztezés, mutáció, stb.) 4. A 2. és a 3. pont ismétlése, amíg a megállási feltétel nem teljesül Lehetséges operátorai: • Alapvető operátorok: Reprodukció (szaporodás, szelekció) Kereszteződés Mutáció • Alacsony-szintű operátorok: Dominancia Inverzió Intrakromoszómális kettőződés Törlés Translocation Szegregáció (elkülönítés) • Populáció-orientált operátorok Migráció Marriage restriction Sharing function 77. Melyek a genetikus algoritmus előnyei a hagyományos kereső algoritmusokhoz képest? • A keresési tér több pontját vizsgálja egyidejűleg • Közvetlenül a karakterfüzérekkel dolgozik, figyelmen kívül hagyva a karakterek értékeit • A keresési szabályok nem determinisztikusak, hanem valószínűségi szabályokat alkalmaznak • Párhuzamos elvű keresési algoritmus, amely van olyan hatékony, mint a többi keresési algoritmus
