Раздел 2
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА МЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
ИНТЕЛЛЕКТА
2.1. Методы искусственного и вычислительного интеллекта для обработки
медицинских данных
Впервые, термин «искусственный интеллект» (ИИ) был введен в 1956 году на
семинаре в Дартсмутском колледже (США). На подобные системы возлагались
огромные надежды в решении сложных творческих задач. Исследователям каждый раз
казалось, что ИИ вот-вот будет создан, но желаемых результатов так и не было
получено.
Как отмечает автор [59]: «…до настоящего времени не создано ни одной системы,
которая могла бы претендовать на роль интеллектуальной…». И основной причиной
этого стало то, что существует около 150 определений ИИ. Эти определения
дополняют друг друга, а иногда даже противоречат друг другу.
Как полагает Т. Рич «…ИИ – это область исследований, направленная на создание
компьютеров, которые выполняют такие функции, которые в настоящий момент
человек выполняет лучше…» [60]. Из этой фразы явно видно, что существует
определенный класс задач, которые до настоящего времени люди решают лучше, чем
компьютеры. Также заслуживает внимания определение, данное Дж. Аленом: «… ИИ –
это наука о создании машин, решающих задачи, которые могут решать люди…» [61].
Также рядом авторов были предложены другие определения понятия искусственный
интеллект. «ИИ – ветвь информатики, которая связана с автоматизацией
интеллектуального поведения» [62]. «ИИ – это наука о вычислениях, которые
делают возможными восприятие, логический вывод и действие» [63]. «ИИ –
информационная технология, связанная с процессами логического вывода, обучения
и восприятия» [64].
На Первой международной конференции «Искусственный интеллект – 2000» было
рассмотрено рабочее определения понятия ИИ. Это понятие рассматривалось как:
* область науки, занимающуюся созданием искусственных органов чувств (слух,
обоняние, зрение, вкус, осязание);
* область науки, занимающуюся созданием экспертных систем;
* область науки, занимающуюся многопроцессорными системами с гибкой
архитектурой для решения конкретной задачи.
Под термином ИИ автором [59] предложено понимать программную систему,
имитирующую на компьютере мышление человека.
Суммируя все вышеизложенное, автор [65] предложил такое общее определение:
«Искусственный интеллект – это одно из направлений информатики, целью которого
является разработка компьютерных систем, способных выполнять функции,
традиционно считающиеся интеллектуальными, - понимание языка, логический вывод,
использование накопленных знаний, обучение, планирование действий и т.д.»
Исследования в этой области начались с появлением первых компьютеров. Как будет
видно в дальнейшем все развитие ИИ связано с развитием теории искусственных
нейронных сетей.
Первый этап – становление искусственного интеллекта ознаменовался зарождением
нейрокибернетики. В 1943г. У. Макколлох и У. Питтс предложили модель
формального логического нейрона, который может находиться в двух устойчивых
состояниях. В 1949г. Д. Хебб разработал правило, позволяющее изменять веса
связей между нейронами для их обучения. В 1951г. Был разработан первый
нейрокомпьютер, содержащий 40 нейронов.
Второй этап – эвристический поиск и доказательство теорем. Были созданы первые
системы, имитирующие процесс решения задач человеком, базирующиеся на идеях
эвристического поиска. Эвристика – правило, полученное опытным путем, которое
позволяет сократить количество переборов в пространстве поиска решений.
Развитие теории нейронных сетей также не стояло на месте. Правило адаптации
весов связей нейронов, предложенное Хеббом было усовершенствовано в 1962 году
Б. Уидроу, который разработал нейронную сеть под названием Adaline и Ф.
Розенблаттом, создавшим персептрон. Но вскоре было доказано, что персептрон
Розенблатта не способен выполнять многие функции, что привело к значительному
понижению интереса к нейроинформатике.
Третий этап – представление знаний. Было обнаружено, что для успешного решения
прикладных задач необходимы хорошо структурированные специальные знания. Этот
этап ознаменовался развитием первых систем, аккумулирующих знания экспертов –
экспертных систем (DENDRAL). Следует отметить медицинскую экспертную систему
MYCIN [68], которая определяет наличие инфекции у пациента и выбирает
подходящее лечение на основе ненадежных знаний. Также появились первые системы,
обеспечивающие взаимодействие с пользователем на естественном языке
(PROSPECTOR).
Четвертый этап – возрождение нейроинформатики обусловлен работами Хопфилда,
который обнаружил возможность применения однослойной нейронной сети с
симметричными связями для задач распознавания образов, а также работами Д.
Румельхарта и Г. Хинтона, которые в 1986 году заново открыли алгоритм обучения
многослойного персептрона, названый алгоритмом обратного распространения
ошибки. Ранее этот алгоритм был открыт Брайсоном и Хо в 1969 году [60].
Вычислительный интеллект – это область искусственного интеллекта, которая
включает в себя искусственные нейронные сети, нечеткие множества и генетические
алгоритмы. Методы искусственного и вычислительного интеллекта применяются для
обработки различных типов данных, в том числе и медицинских.
Рис. 2.1. Процесс обработки медицинских данных
На рис. 2.1 представлен процесс обработки медицинских данных и знаний методами
вычислительного и искусственного интеллекта. Следует отметить, что методы
вычислительного интеллекта используются на шаге предварительной обработки
данных. И именно этот этап рассматривается в этой работе.
Из данного рисунка видно, что при предварительной обработке данн
- Київ+380960830922