کاربرد ریاضیات در هوش مصنوعی

بارها گفته ایم و شنیده اید که ریاضی مادر همه علوم است، در واقع در همه علوم از ریاضی و قوانین آن استفاده می شود. یکی از علوم بسیار مورد توجه در سال های اخیر، هوش مصنوعی است. هرگز نمی توان از اهمیت ریاضی در علوم مدرنی چون کامپیوتر و هوش مصنوعی غافل شد. ما در عصر هوش مصنوعی زندگی می کنیم و باید بپذیریم که برای پیشرفت و موفقیت در این علم به ریاضیات نیاز داریم. با ما همراه باشید تا در مورد کاربرد ریاضیات در هوش مصنوعی بیشتر آشنا شوید.

کاربرد ریاضی در هوش مصنوعی

هوش مصنوعی بر پایه علوم مختلفی چون برنامه نویسی و آمار و گردآوری اطلاعات و داده ها بنا شده است. هرچه این اطلاعات دقیق تر باشند نیاز به محاسبات ریزبینانه تری دارند. مثلا برای بررسی رفتار مشتریان یک برند مشهور نیاز است که از هوش مصنوعی و ریاضی استفاده شود. در واقع هوش مصنوعی اطلاعات مرتبط با خرید مشتریان را بر اساس فاکتورهایی چون نوع محصولات، ارتباط فروش با مناسبت ها، روزهای هفته، ساعات مختلف روز و … تجزیه و تحلیل می کند و طبق همین اطلاعات برآورد می کند که در یک روز مشخص احتمال فروش چقدر است.

نکته مهم در مورد ریاضیات آن است که انسان ها ریاضی را به طور ۱۰۰ درصد خلق نکرده اند بلکه آن را تا حدودی کشف کرده اند. ریاضی در همه دنیای اطراف ما وجود دارد. فرمول های ریاضی به اندازه ای دقیق و درست هستند که در تک تک نقاط زمین و حتی فراتر از دنیای ما انسان ها نیز جواب یکسانی دارند. هیچ فرقی نمی کند در چه شرایطی و کجا، حتی در دنیای هوش مصنوعی و کامپیوتر نیز جواب ۱+۱ مساوی ۲ خواهد بود. نه بیشتر و نه کمتر. به همین دلیل است که می گوییم علمی دقیق تر از علم ریاضی وجود ندارد.

هوش مصنوعی ساخته دست انسان است و انسان با استفاده از علوم مختلف مرتبط با ریاضی از جمله جبر خطی، حساب دیفرانسیل و انتگرال و … به ربات ها کمک می کند تا مانند انسان اتفاقات رخ داده را تجزیه و تحلیل کرده و آمارهای خروجی دقیقی ارائه کند.

ریاضیات کاربردی در هوش مصنوعی (AI)

الگوریتم های هوش مصنوعی از طریق مباحث ریاضی با دنیای واقعی ارتباط برقرار می کنند، به این دلیل که ما بتوانیم ساختار داده ها را درک و پیش بینی کنیم. در واقع هوش مصنوعی خام هیچ درکی از قراردادهای دنیا ما ندارد، مثلا اگر بخواهیم به کمک هوش مصنوعی محاسبه کنیم که یک نانوایی الکترونیکی در ۵ دقیقه چند نان می پزد، هوش مصنوعی درکی از دقیقه و ثانیه ندارد و ما به کمک مدل ها و الگوریتم های ریاضی و طراحی معادله ها این مباحث را برای هوش  مصنوعی تعریف کرده و اصطلاحا آن را تربیت می کنیم. مهمترین علوم کاربردی مرتبط با ریاضیات در هوش مصنوعی عبارتند از:

حساب دیفرانسیل و انتگرال

اگر شما هم مثل خیلی از افراد دیگر همواره سوال می کنید “حساب دیفرانسیل و انتگرال به چه کار میاد؟” این بخش رو دقیق تر مطالعه کنید. استفاده از انتگرال در هوش مصنوعی با هدف بهینه‌سازی و تنظیم پارامترهای machine learning (یادگیری ماشین) به کار برده می شود. پس اگر به هوش مصنوعی علاقه دارید یادگیری حساب دیفرانسیل و انتگرال برای شما ضروی است. مهمترین کاربرد این شاخه از ریاضیات در هوش مصنوعی عبارتند از:

– ایجاد نمودارها یا تصاویر بصری

– شبیه ‌سازی

– ساخت برنامه‌های حل مسائل ریاضی

– کدنویسی در برنامه‌ها

– طراحی و تحلیل الگوریتم‌ها

احتمال و آمار

از زیرشاخه های مختلف علم ریاضی، علم آمار و احتمال یکی از کاربردی ترین علوم محسوب می شود. بررسی ریاضی دانان نشان می دهد استفاده از مدل های احتمالی برای بررسی داده ها در هوش مصنوعی به کمک کدهای آماری امکان پذیر می شود. هوش مصنوعی از فرمول های آمار و احتمال برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می کند و به ما کمک می کند تا داده های قابل اعتماد تری دریافت کنیم. از آمار و احتمال برای ساخت شبکه ‌های هوشمند بیزی، مدل‌ های مارکوف و الگوریتم‌ های یادگیری ماشین و تقویتی برای ربات‌ ها استفاده می شود. در واقع ربات هایی که از طریق آمار  و احتمال ساخته می شوند می توانند کیفیت، عملکرد، دوام، عکس العمل و … را به خوبی پیش بینی کنند.

جبر خطی

یکی دیگر از زیرشاخه های علم ریاضی که در هوش مصنوعی کاربرد بسیاری دارد، جبر خطی است. از جبر خطی در  محاسبه اعداد ضروری ستون‌های vectors و arrays استفاده می شود. نتیجه این محاسبات، تولید اعداد جدیدی به نام ماتریس توسط هوش مصنوعی است. در کسب و کارهای حاضر در حوزه های شبکه‌ های عصبی کانولوشن یا CNN، شبکه‌ های عصبی بازگشتی یا RNN و ترانسفورماتورها استفاده از جبر برای محاسبات ضروی است. تشخیص تصویر، کاهش ابعاد، طبقه‌بندی vectors از کاربردهای جبر خطی در علم داده به شمار می رود.

گراف

یکی دیگر از ریاضیات کاربردی در هوش مصنوعی نظریه گراف است. این بخش از ریاضیات به ربات ها کمک می کند تا آمار شبکه های اجتماعی را به درستی آنالیز کنند. یکی دیگر از کاربردهای گراف در هوش مصنوعی پردازش زبان طبیعی و بینایی کامپیوتر است. ساختار داده‌های سنتی نمی‌ تواند به درستی بعضی از داده‌ها را آنالیز و بررسی کند. از این داده‌ ها می‌ توان برای تولید تست‌ های جدید استفاده کرد. نام های آشنایی چون نتفلیکس، آمازون و غیره از نظریه گراف برای ساخت کسب‌ و‌ کار خود استفاده کرده‌ اند.

ریاضیات گسسته

در علم هوش مصنوعی و برنامه نویسی ریاضیات گسسته کاربرد گسترده ای دارد. از این بخش از ریاضیات برای رمزگذاری داده‌ها و کاهش خطا در انتقال داده‌ها مانند بارکدها، کدهای QR و … استفاده می شود. ریاضیات گسسته با ساختارهای قابل شمارش سر و کار دارد و همین ویژگی اهمیت آن را در هوش مصنوعی به خوبی توجیه می کند. پردازش تصاویر در هوش مصنوعی به کمک این بخش از ریاضیات انجام می گیرد.

جبر ساده

اگر تا به امروز از درس جبر خوشتان نیامده اما به هوش مصنوعی علاقه دارید، وقت آن رسیده که نگرش خود را تغییر دهید. جبر یکی از ساده ترین مباحث ریاضی است که در هوش مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. جبر از جمله مباحث پایه ای و عمومی ریاضیات است که از مقدمات شروع یادگیری ریاضی هوش مصنوعی نیز به شمار می رود. جمع و تفریق، ضرب و تقسیم و … همگی از مباحث موجود در علم جبر هستند ضمن این که مباحث دیگری چون توان ها، رادیکال ها، فاکتوریل ها و نمادهای علمی نیز در علم جبر وجود دارند که از مباحث مهم هوش مصنوعی نیز به شمار می روند.

شاخه های مختلف هوش مصنوعی و کاربرد ریاضیات در آن

همان طور که گفتیم مباحث ریاضی کاربرد گسترده ای در علم هوش مصنوعی دارند. برخی از مباحث ریاضی در برخی زیرشاخه های هوش مصنوعی نقش پررنگ تری ایفا می کنند. به زبان ساده تر باید گفت هر شاخه از هوش مصنوعی ریاضیات ویژه خود را دارد در این بخش به مهم ترین شاخه های هوش مصنوعی و ریاضیات مرتبط با آن می پردازیم.

شبکه های عصبی و یادگیری عمیق

یادگیری عمیق یکی از کاربردی ترین شاخه های هوش مصنوعی به شمار می رود که در زمینه هایی چون حوزه های تشخیص تصاویر و تشخیص صدا به کار برده می شود. شبکه های عصبی نیز شاخه دیگری از هوش مصنوعی هستند که با الهام از مغز انسان طراحی شده است و پایه و اساس مدل های یادگیری عمیق به شمار می رود. مباحث ریاضی کاربردی در این علوم عبارتند از:

– نظریه گراف

– حساب ماتریسی

پردازش زبان طبیعی

پردازش زبان طبیعی یا NLP به ماشین یا ربات کمک می کند تا زبان انسان را درک کرده، تحلیل یا تولید کند. پیچیدگی زبان ها، نیاز به استفاده از تکنیک های وسیع ریاضیات را در هوش مصنوعی در پی دارد. مهمترین مباحث ریاضی کاربردی در این زمینه عبارتند از:

– احتمالات

– نظریه گراف

بینایی کامپیوتر

بینایی کامپیوتر یکی دیگر از علوم مرتبط با هوش مصنوعی است که به ماشین امکان می دهد تا اطلاعات و داده های بصری را تجزیه و تحلیل و درک کند. این موارد شامل تشخیص کلمات داخل یک تصویر، تشخیص چهره، حرکات انسان و اتومبیل ها در خیابان و … می شود که همگی برای درک توسط ماشین نیازمند مباحثی از علم ریاضی هستند. این مباحث عبارتند از:

– هندسه

جمع بندی

ریاضی یک علم بی انتها است، شما در اطراف خود به هرچه بنگرید ردپایی از ریاضیات را در آن مشاهده می کنید. در واقع دنیای پیرامون ما با نظمی عجیب از مباحث ریاضی بنا شده است. ما در این مقاله به بیان ارتباط میان علوم مختلف ریاضی و هوش مصنوعی که یکی از تأثیرگذارترین علوم در سال های اخیر بوده است پرداخته ایم. پس اگر به هوش مصنوعی و مسائل مربوط به آن علاقه دارید وقت آن رسیده است که به ریاضی نگاه عمیق تری داشته باشید.

Visits: 193