Yapay Zeka_1 PDF

YAPAY ZEKA Prof. Dr. Tuncay YİĞİT Süleyman Demirel Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü ISPARTA 2023 YAPAY ZEKA NEDİR?  Yapay zeka, insanın düşünme yapısını anlamak ve bunun benzerini ortaya çıkaracak bilgisayar işlemlerini geliştirmeye çalışm...

YAPAY ZEKA Prof. Dr. Tuncay YİĞİT Süleyman Demirel Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü ISPARTA 2023 YAPAY ZEKA NEDİR?  Yapay zeka, insanın düşünme yapısını anlamak ve bunun benzerini ortaya çıkaracak bilgisayar işlemlerini geliştirmeye çalışmak olarak tanımlanır.  Yani programlanmış bir bilgisayarın düşünme girişimidir.  Daha geniş bir tanıma göre ise, yapay zeka, bilgi edinme, algılama, görme, düşünme ve karar verme gibi insan zekasına özgü kapasitelerle donatılmış bilgisayarlardır.  Bu yönelim, insanın evreni ve doğayı anlama çabasında kendisine yardımcı olabilecek belki de kendisinden daha zeki, insan ötesi varlıklar yaratma düşünün bir ürünüdür. YAPAY ZEKA NIN TARİHÇESİ  Yapay Zeka kavramının geçmişi modern bilgisayar bilimi kadar eskidir.  Fikir babası, "Makineler düşünebilir mi?" sorunsalını ortaya atarak Makine Zekasını tartışmaya açan Alan Mathison Turing'dir.  1943 te İkinci dünya savaşı sırasında Kripto Analizi gereksinimleri ile üretilen Elektro- Mekanik cihazlar sayesinde Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zeka kavramları doğmuştur. YAPAY ZEKA NIN TARİHÇESİ  Alan Turing, Nazi'lerin Enigma makinesinin şifre algoritmasını çözmeye çalışan matematikçilerin en ünlenmiş olanlarından biriydi.  İngiltere, Bletchley Park 'ta şifre çözme amacı ile başlatılan çalışmalar, Turing 'in prensiplerini oluşturduğu bilgisayar prototipleri olan Heath Robinson, bombe ve Colossus bilgisayarları, Boole cebirine dayanan veri işleme mantığı ile Makine Zekası kavramının oluşmasına sebep olmuştu.  Modern bilgisayarın atası olan bu makineler ve programlama mantıkları aslında insan zekasından ilham almışlardı. YAPAY ZEKA NIN TARİHÇESİ  Yapay Zeka kavramının geçmişi modern bilgisayar bilimi kadar eskidir.  Fikir babası, "Makineler düşünebilir mi?" sorunsalını ortaya atarak Makine Zekasını tartışmaya açan Alan Mathison Turing'dir.  1943 te İkinci dünya savaşı sırasında Kripto Analizi gereksinimleri ile üretilen Elektro- Mekanik cihazlar sayesinde Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zeka kavramları doğmuştur. TÜRKİYEDE YAPAY ZEKA  Türkiye'de de Yapay Zeka ve Makine Öğrenme çalışmaları ilk olarak üniversiteler bünyesinde 1980 den bu güne çalışılmaktadır.  Bu çalışmalar Doğal Dil işleme, Uzman sistemler, Bulanık Mantık, Yapay Sinir Ağları Genetik algoritmalar, gibi alanlarında Üniversiteler bünyesinde çeşitli araştırma merkezlerinde sürdürülmektedir.  Ayrıca Yapay Zeka Mühendisliği Bölümleri kurulduğunu görüyoruz.  2019 yılında yapılan çalıştay ile « Ulusal Yapay Zekâ Stratejisi 2021-2025»yazılmış ve TÜBİTAK BİLGEM bünyesinde Yapay Zeka Enstitüsü kurulmuştur. YAPAY ZEKANIN AMAÇLARI  1) İnsan beyninin fonksiyonlarını bilgisayar modelleri yardımıyla anlamaya çalışmak.  2) İnsanların sahip olduğu zihinsel yetenekleri, bilgi kazanma, öğrenme ve buluş yapmada uyguladıkları strateji, metot ve teknikleri araştırmak.  3) Bu öğrenme metotlarını biçimsel hale getirmek ve bilgisayarlarda bilgi sistemleri halinde uygulamak.  4) İnsanların bilgisayar kullanımını kolaylaştıracak insan/bilgisayar ara birimleri geliştirmek. YAPAY ZEKANIN AMAÇLARI  5) Belli bir uzmanlık alanı içindeki bilgileri bir ‘bilgi sistemi’ (veya ‘uzman sistem’) halinde toplamak.  6) Geleceğin bilgi toplumunun kurulmasında önemli rol oynayacak ‘genel bilgi sistemleri’ geliştirmek.  7) Yapay zeka iş yardımcıları ve ‘zeki robot timleri’ geliştirmek.  8) Bilimsel araştırma ve buluşlarda faydalanmak üzere, araştırma yardımcıları geliştirmek. YAPAY ZEKA ARAŞTIRMA ALANLARI  Yapay Zeka Programlama  Prolog,  LISP,  Mantık Programlama,  Doğal Dil Anlama ve Çeviri  Makine Çevirisi  Makine Anlama  Metin Özetleme  Bilgi Tabanlı Sistemler  Bilgi Gösterimi,  Uzman Sistemler  Genel Bilgi Sistemleri YAPAY ZEKA DA İLK ARAŞTIRMALAR  Makine Öğrenmesi  Bilgi Düzeyli Öğrenme (Kontrol, BM)  Sembol Düzeyli Öğrenme(sınıflandırma, GA)  Aygıt Düzeyi Öğrenme(Algılayıcılar, YSA)  Robotik  Görev Planlama  Robot Görmesi  Robot Timleri (Sürü Zekası)  Şekil Tanıma  Nesne Tanıma,  Optik Harf Tanıma  Ses Tanıma YAPAY ZEKADA İLK ARAŞTIRMLAR  İdealize edilmiş tanımıyla Yapay zeka konusundaki ilk çalışmalardan biri McCulloch ve Pitts tarafından yapılmıştır. Bu araştırmacıların önerdiği, yapay sinir hücrelerini kullanan hesaplama modeli, önermeler mantığı, fizyoloji ve Turing'in hesaplama kuramına dayanıyordu.  Her hangi bir hesaplanabilir fonksiyonun sinir hücrelerinden oluşan ağlarla hesaplanabileceğini ve mantıksal veya işlemlerinin gerçekleştirilebileceğini gösterdiler. Bu ağ yapılarının uygun şekilde tanımlanmaları halinde öğrenme becerisi kazanabileceğini de ileri sürdüler. YAPAY ZEKADA İLK ARAŞTIRMLAR  Hebb, sinir hücreleri arasındaki bağlantıların şiddetlerini değiştirmek için basit bir kural önerince, öğrenebilen yapay sinir ağlarını gerçekleştirmek de olası hale gelmiştir.1950'lerde Shannon ve Turing bilgisayarlar için satranç programları yazıyorlardı. İlk yapay sinir ağı temelli bilgisayar SNARC, MIT'de Minsky ve Edmonds tarafından 1951'de yapıldı.  Çalışmalarını Princeton Üniversitesi'nde sürdüren Mc Carthy, Minsky, Shannon ve Rochester'le birlikte 1956 yılında Dartmouth'da iki aylık bir açık çalışma düzenledi. Bu toplantıda bir çok çalışmanın temelleri atılmakla birlikte, toplantının en önemli özelliği Mc Carthy tarafından önerilen Yapay zeka adının konmasıdır. İlk kuram ispatlayan programlardan Logic Theorist (Mantık kuramcısı) burada Newell ve Simon tarafından tanıtılmıştır. YAPAY ZEKADA YENİ YAKLAŞIMLAR  Daha sonra Newell ve Simon, insan gibi düşünme yaklaşımına göre üretilmiş ilk program olan Genel Sorun Çözücü (General Problem Solver) 'ı geliştirmişlerdir. Simon, daha sonra fiziksel simge varsayımını ortaya atmış ve bu kuram, insandan bağımsız zeki sistemler yapma çalışmalarıyla uğraşanların hareket noktasını oluşturmuştur. Simon'ın bu tanımlaması bilim adamlarının Yapay zekaya yaklaşımlarında iki farklı akımın ortaya çıktığını belirginleştirmesi açısından önemlidir:  1. Sembolik Yapay Zeka  2. Sibernetik Yapay Zeka SEMBOLİK YAPAY ZEKA  Simon'ın Sembolik yaklaşımından sonraki yıllarda mantık temelli çalışmalar egemen olmuş ve programların başarımlarını göstermek için bir takım yapay sorunlar ve dünyalar kullanılmıştır. Daha sonraları bu sorunlar gerçek yaşamı hiçbir şekilde temsil etmeyen oyuncak dünyalar olmakla suçlanmış ve Yapay zekanın yalnızca bu alanlarda başarılı olabileceği ve gerçek yaşamdaki sorunların çözümüne ölçeklenemeyeceği ileri sürülmüştür.  Bu dönemin en ünlü programlarından Weizenbaum tarafından geliştirilen Eliza, karşısındaki ile sohbet edebiliyor gibi görünmesine karşın, yalnızca karşısındaki insanın cümleleri üzerinde bazı işlemler yapıyordu. İlk makine çevirisi çalışmaları sırasında benzeri yaklaşımlar kullanılıp çok gülünç çevirilerle karşılaşılınca bu çalışmaların desteklenmesi durdurulmuştu. Bu yetersizlikler aslında insan beynindeki semantik süreçlerin yeterince incelenmemesinden kaynaklanmaktaydı. SİBERNETİK YAPAY ZEKA  Yapay Sinir Ağları çalışmalarının dahil olduğu Sibernetik cephede de durum aynıydı. Zeki davranışı benzeşimlendirmek için bu çalışmalarda kullanılan temel yapılardaki bazı önemli yetersizliklerin ortaya konmasıyla birçok araştırmacılar çalışmalarını durdurdular.  Buna en temel örnek, Yapay Sinir Ağları konusundaki çalışmaların Minsky ve Papert'in 1969'da yayınlanan Perceptrons adlı kitaplarında tek katmanlı algaçların bazı basit problemleri çözemeyeceğini gösterip aynı kısırlığın çok katmanlı algaçlarda da beklenilmesi gerektiğini söylemeleri ile bıçakla kesilmiş gibi durmasıdır.  Sibernetik akımın uğradığı başarısızlığın temel sebebi de benzer şekilde Yapay Sinir Ağının tek katmanlı görevi başarması fakat bu görevle ilgili vargıların veya sonuçların bir yargıya dönüşerek diğer 8 kavramlar ile bir ilişki kurulamamasından kaynaklanmaktadır. Bu durum aynı zamanda semantik süreçlerin de benzeşimlendirilememesi gerçeğini doğurdu. UZMAN SİSTEMLERİN GELİŞİMİ  Her iki akımın da uğradığı başarısızlıklar, her sorunu çözecek genel amaçlı sistemler yerine belirli bir uzmanlık alanındaki bilgiyle donatılmış programları kullanma fikrinin gelişmesine sebep oldu ve bu durum Yapay Zeka alanında yeniden bir canlanmaya yol açtı. Kısa sürede Uzman sistemler adı verilen bir metodoloji gelişti.  Fakat burada çok sık rastlanan tipik bir durum, bir otomobilin tamiri için önerilerde bulunan uzman sistem programının otomobilin ne işe yaradığından haberi olmamasıydı. Buna rağmen Uzman sistemlerin başarıları beraberinde ilk ticari uygulamaları da getirdi.  Yapay Zeka yavaş yavaş bir endüstri haline geliyordu. DEC tarafından kullanılan ve müşteri siparişlerine göre donanım seçimi yapan R1 adlı uzman sistem şirkete bir yılda 40 milyon dolarlık tasarruf sağlamıştı. Birden diğer ülkelerde yapay zekayı yeniden keşfettiler ve araştırmalara büyük kaynaklar ayrılmaya başlandı. 1988'de yapay zeka endüstrisinin cirosu 2 milyar dolara ulaşmıştı. DOĞAL DİL İŞLEME ÇALIŞMALARI  Antropoloji bilimi, gelişmiş insan Zekası ile Dil arasındaki bağlantıyı gözler önüne serdiğinde, Dil üzerinden yürütülen Yapay Zeka çalışmaları tekrar önem kazandı. İnsan zekasının doğrudan doğruya kavramlarla düşünmediği, dil ile düşündüğü, dil kodları olan kelimeler ile kavramlar arasında bağlantı kurduğu anlaşıldı.  Bu sayede insan aklı kavramlar ile düşünen hayvan beyninden daha hızlı işlem yapabilmekteydi ve dil dizgeleri olan cümleler yani şablonlar ile etkili bir öğrenmeye ve bilgisini soyut olarak genişletebilme yeteneğine sahip olmuştu.  İnsanların iletişimde kullandıkları Türkçe, İngilizce gibi doğal dilleri anlayan bilgisayarlar konusundaki çalışmalar hızlanmaya başladı.  Bugün Sembolik Yapay Zeka araştırmacıları özel Yapay Zeka dillerini kullanarak verileri birbiri ile ilişkilendirebilmekte, geliştirilen özel prosedürler sayesinde anlam çıkarma ve çıkarımsama yapma gibi ileri seviye bilişsel fonksiyonları benzetimlendirmeye çalışmaktadırlar, (ChatGPT). İNSAN GİBİ DÜŞÜNEN SİSTEMLER  İnsan gibi düşünen bir program üretmek için insanların nasıl düşündüğünü saptamak gerekir. Bu da psikolojik deneylerle yapılabilir. Yeterli sayıda deney yapıldıktan sonra elde edilen bilgilerle bir kuram oluşturulabilir.  Daha sonra bu kurama dayanarak bilgisayar programı üretilebilir. Eğer programın giriş/çıkış ve zamanlama davranışı insanlarınkine eşse programın düzeneklerinden bazılarının insan beyninde de mevcut olabileceği söylenebilir.  İnsan gibi düşünen sistemler üretmek bilişsel bilimin araştırma alanına girmektedir. Bu çalışmalarda asıl amaç genellikle insanın düşünme süreçlerini çözümlemede bilgisayar modellerini bir araç olarak kullanmaktır. İNSAN GİBİ DAVRANAN SİSTEMLER  Yapay zeka araştırmacılarının baştan beri ulaşmak istediği ideal, insan gibi davranan sistemler üretmektir. Turing zeki davranışı, bir sorgulayıcıyı kandıracak kadar bütün bilişsel görevlerde insan düzeyinde başarım göstermek olarak tanımlamıştır. Bunu ölçmek için de Turing testi olarak bilinen bir test önermiştir. Turing testinde denek, sorgulayıcıyla bir terminal aracılığıyla haberleşir. Eğer sorgulayıcı, deneğin insan mı yoksa bir bilgisayar mı olduğunu anlayamazsa denek Turing testini geçmiş sayılır.  Turing, testini tanımlarken zeka için bir insanın fiziksel benzetiminin gereksiz olduğunu düşündüğü için sorgulayıcıyla bilgisayar arasında doğrudan fiziksel temastan söz etmekten kaçınmıştır. Burada vurgulanması gereken nokta, bilgisayarda zeki davranışı üreten sürecin insan beynindeki süreçlerin modellenmesiyle elde edilebileceği gibi tamamen başka prensiplerden de hareket edilerek üretilmesinin olası olmasıdır. YAPAY ZEKANIN ALT KATEGORİLERİ  Makine Zekası ( Sembolik Yapay Zeka )  Yapay Sinir Ağları ( Sibernetik Yapay Zeka )  Doğal Dil işleme ( Dil ile düşünme )  Konuşma Sentezi ( Yapay Konuşma )  Konuşma Anlama ( Konuşma Analizi )  Uzman sistemler  Bilgi Tabanı  Görüntü İşleme  Örüntü Tanıma  Bulanık Mantık  Genetik Algoritmalar GELECEKTE YAPAY ZEKA  Gelecekte Yapay Zeka araştırmalarındaki tüm alanların birleşeceğini öngörmek zor değildir. Sibernetik bir yaklaşımla modellenmiş bir Yapay Beyin, Sembolik bir yaklaşımla insan aklına benzetilmiş bilişsel süreçler ve Yapay Bilinç sistemi, insan aklı kadar esnek ve duyguları olan bir İrade (Karar alma yetisi), Uzman sistemler kadar yetkin bir bilgi birikimi ve rasyonel yaklaşım.  Bunların dengeli bir karışımı sayesinde Yapay Zeka, gelecekte genetik kusurları bulunan insan zekasına bir alternatif oluşturabilir.  Bu tehlikeyi gören bilim adamları bu rekabeti engelleyebilmek için insan zekasını genetik metodlarla geliştirerek doğal evrim sürecine katkıda bulunmayı amaçlamaktadırlar.