1. Dany będzie fragment kodu w C++.

6. Czym różnią się od siebie zmienne statyczne, automatyczne i dynamiczne? 3

Zmienne automatyczne

- Zmienna tworzona „na nowo” przy każdym uruchomieniu funkcji

- Domyślny rodzaj zmiennych lokalnych

-Są automatycznie tworzone i usuwane w czasie wykonywania programu

- są umieszczone w obszarze stosu (stock)

Zmienne statyczne

- Wartość zmiennej zapamiętywana pomiędzy kolejnymi wywołaniami funkcji

- Są tworzone raz, przy wywołaniu programu

Zmienne dynamiczne

-Mogą być tworzone i usuwanie w dowolnym momencie działania programu

-Są umieszczane w obszarze sterty (heap)

-Maksymalny rezerwowany obszar zależy od systemu i dostępności pamięci

-Dają możliwość kontroli nad przydziałem pamięci (np. reakcję, gdy nie uda się utworzyć odpowiednio dużej tablicy

- Dostęp do zmiennych dynamicznych możliwy jest wyłącznie z użyciem wskaźników

- Nie mają nazw - powstają w czasie działania programu

11. Czym są klasy i obiekty w programowaniu obiektowym? Z czego się składają? Czym są właściwości, metody i zdarzenia? (8)

Obiekt (zmienna obiektowa)

- Struktura łącza w sobie:

Dane / zmienne i stałe (właściwości)

- Przechowują wartości

- Opisują stan obiektu i „konfigurują” jego zachowanie gdy zostanie wywołana któraś z metod

Funkcje (metody)

- Pozwalają operować na danych i zmieniać właściwości

Klasa (typ obiektowy) „Typ” obiektu

- Pozwala utworzyć wiele obiektów o tej samej strukturze (Tak, jak tworzy się wiele zmiennych tego samego typu)

Właściwości (property, properties)

-Odpowiednik zmiennych - w szczególności pól struktury

-Przechowujące pewne wartości i / lub „konfigurują” zachowanie się obiektu

Metody (method, methods)

- Są odpowiednikiem funkcji

- Pobierają lub ustawiają nowe wartości właściwości obiektu

- Można do nich przekazywać parametry i „odebrać” od nich wynik działania

Zdarzenia (event, events)

- Mogą być wywołane przez użytkownika (np. kliknięcie, przesunięcie wskaźnika myszy, wciśnięcie klawisza, rozwinięcie listy)

- Mogą być wywołane przez zmianę stanu obiektu (np. w wyniku działania jakiejś metody)

12. Co to jest konstruktor i destruktor obiektu? 3

Konstruktor obiektu

- Nie ma typu wynikowego (nie zwraca wyniku)

- Jest wywoływany automatycznie w momencie tworzenia obiektu

- Nie trzeba go jawnie wywoływać;

- Powinien inicjalizować pola obiektu

- Jeśli w definicji obiektu nie podamy konstruktora, kompilator automatycznie go wygeneruje

Destruktor obiektu

- Nie ma typu ani parametrów wejściowych

- Jest automatycznie wywoływany w momencie usuwania obiektu

• W momencie usuwania zmiennej obiektowej (automatycznej, dynamicznej) lub na końcu programu (obiekty statyczne)

• Nie trzeba go jawnie wywoływać

- Powinien „sprzątać” po obiekcie

- Jeśli w definicji obiektu nie podamy destruktora, kompilator automatycznie go wygeneruje

13. Jakie zalety ma programowanie obiektowe? 2

Zalety w stosunku do programowania strukturalnego

• Bardziej naturalny podział i grupowanie elementów programu

• Lepsze logiczne pogrupowanie danych i metod na nich operujących (klasy i obiekty)

• Łatwe tworzenie drzewa zależności między klasami (dziedziczenie)

• Możliwość „zabezpieczenia” danych przed ich przekształceniem przez „niepowołaną” funkcję (enkapsulacja)

• Łatwiejsze modyfikowanie kodu

• Zmiany wewnątrz klasy niosą mniejsze niebezpieczeństwo uszkodzenia innych elementów programu - klasy są w dużym stopniu „samowystarczalne”

• Ułatwia zarządzenie kodem programu: Zwłaszcza w dużych projektach

• Ułatwia współpracę w dużych zespołach projektowych: Każdy zespół zajmuje się swoimi klasami

14. Na czym polega mechanizm dziedziczenia w programowaniu obiektowym? 5

Dziedziczenie (inheritance)

• Polega na utworzeniu nowej klasy (podklasy, potomka, klasy pochodnej, child class) na bazie klasy już istniejącej (nadklasy, rodzica, klasy bazowej, base class)

• Przy dziedziczeniu elementy klasy bazowej są „kopiowane” do nowej, pochodnej klasy

• W nowej klasie wystarczy dodać brakujące elementy, których nie było w klasie bazowej

• Dzięki dziedziczeniu nie trzeba tworzyć nowej, podobnej klasy od podstaw

• Proces dziedziczenia może być „wielopoziomowy”

• Klasa pochodna może być klasą bazową dla kolejnej klasy pochodnej

• Powstaje drzewiasta zależność kolejnych klas

15. Na czym polega enkaspulacja / hermetyzacja w programowaniu obiektowym? 5

Właściwości i metody / pola i funkcje dzieli się na:

- Prywatne: Dostęp do nich możliwy tylko dla metod należących do obiektów tej samej klasy (lub klas pochodnych)

- Publiczne: Dostęp możliwy dla obiektów innych klas

Mechanizm „zabezpieczania” elementów obiektu przed dostępem do nich przez obiekty innej klasy

- Odizolowanie od otoczenia wybranych właściwości i metod zgromadzonych w ramach klasy

- Obiekt nie może zmieniać stanu wewnętrznego innych obiektów w nieoczekiwany sposób

- Każdy typ obiektu prezentuje innym obiektom swój "interfejs", który określa sposób współpracy

- Widoczne są tylko niezbędne fragmenty programu, natomiast zmienne i funkcje pomocnicze są ukryte i niedostępne z zewnątrz

- Programista uwalnia się od pamiętania o wszystkich szczegółach implementacji (niuansów kodu)

17. Na czym polega analiza, modelowanie i projektowanie obiektowe? 4NIE

Analiza obiektowa

• Zajmuje się badaniem i klasyfikacją obiektów pojęciowych

• Obiekty pojęciowe reprezentują pojęcia i koncepcje ze świata rzeczywistego, z dziedziny, która jest analizowana (nie są to obiekty w sensie programistycznym)

Projektowanie

• Polega na określeniu koncepcji rozwiązania, które zrealizuje wymagania stawiane programowi

• Trudność polega na tym, że istnieje wiele możliwości

• Istnieją tzw. wzorce projektowe, wskazujące możliwe rozwiązania typowych problemów

• Najważniejszym elementem projektowania obiektowego jest określenie co mają zawierać poszczególne klasy, jak ze sobą współpracować i jak być ze sobą powiązane

• Publiczność i prywatność pól

• Sposób dziedziczenia

• Rozwiązaniem może być np. opis schematu bazy danych lub klas programowych

Modelowanie:

• Tworzenie uproszczonego opisu świata rzeczywistego

Cele modelowania obiektowego:

• Przeanalizowania istniejących obiektów i zależności między nimi

• Zaprojektowania nowych obiektów i określeniu zależności między nimi

18. Co to jest .NET? 4

.NET Framework

• Platforma programistyczna opracowana przez Microsoft

• Pozwala stworzyć programy przenośne na różne systemy operacyjne (Windows, Linux, MacOS)

• Obejmuje:

• Środowisko Uruchomieniowe Wspólnego Języka (Common Language Runtime - CLR)

• Biblioteki klas

• Zadaniem platformy jest:

• Uruchomienie aplikacji (Kompilacja i wykonanie kodu)

• Zarządzanie wykonywaną aplikacją (Kodem aplikacji; Pamięcią; Zabezpieczeniami)

• Jest rozwiązaniem konkurencyjnym dla Javy. Opracowany przez Microsoft, Hewlett-Packard i Intel w 2000r.

• Nie jest związane z żadnym konkretnym językiem programowania

21. Wybierz dwa dowolne rodzaje diagramów UML - opisz co przedstawiają i do czego służą. Podaj ich podstawowe elementy.10 NIE

UML obejmuje 13 rodzajów diagramów:

• Diagram pakietów

• Diagram klas

• Diagram obiektów

• Diagram struktur złożonych

• Diagram komponentów

• Diagram wdrożenia

• Diagram przypadków użycia

• Diagram czynności

• Diagram stanów (maszyny stanowej)

• Diagram interakcji

• Sekwencji (przebiegu)

• Komunikacji

• Przeglądu interakcji

• Diagram uwarunkowań czasowych

Przypadek użycia

• Opis zachowania systemu z punktu widzenia użytkownika

Diagram przypadków użycia

• Służy do uchwycenia założeń systemu z punktu widzenia użytkownika

• Wymienia użytkowników systemu i jego granice

• Przedstawia funkcje dostępne dla użytkowników (funkcjonalność)

• Określa zależności i powiązania między użytkownikami i funkcjami

Składniki diagramu

• Aktor

• Człowiek lub inny system, który inicjuje użycie systemu lub
  w jakiś sposób wymienia informacje z systemem
  - symbol: „ludzik”

• Opisuje rolę a nie konkretną osobę

• Uwaga: jedna „osoba fizyczna” może pełnić w systemie role kilku aktorów,
  np.: „Zbigniew Nowak” pracujący w sklepie może być raz aktorem - sprzedawcą, a innym razem aktorem - klientem

• Pozostaje poza zakresem systemu

• Przypadek użycia

• Kompletna funkcja systemu dostępna dla aktora
  - symbol: elipsa

Przypadek użycia musi być:

• Kompletny (realizować pewną funkcjonalność w pełni) i dostarczyć aktorowi pewną „wartość”

• Inicjowany (bezpośrednio lub przez zależności) przez aktora i wykonany w jego imieniu

-------------------------------------------------------------

Obiekt

• Egzemplarz należący do klasy

Diagram obiektów

• Podobny do diagramu klas, ale…

• Prezentuje możliwą konfigurację obiektów w określonym momencie (pokazuje wybrane przypadki)

• Przydatny w przypadku szczególnie skomplikowanych zależności, których nie można przedstawić na diagramie klas

• Składniki diagramu (Nazwa egzemplarza : Nazwa klasy)

--------------------------------

Sekwencja (przebieg)

• Kolejność wykonywania akcji

Diagram sekwencji

• Pokazuje kolejność wykonywania akcji, przesyłania komunikatów i interakcje pomiędzy obiektami

Składniki diagramu

• Obiekty

• Linie użycia obiektów

• Komunikaty- przesyłane między obiektami

• Bloki

• alt - odpowiednik if…else

• opt - odpowiednik if (bez else)

• loop - odpowiednik for lub while

22. Co to jest i jakie zadania spełnia System Zarządzania Bazą Danych? 9

Systemem zarządzania bazą danych - SZBZ (DataBase Management System - DBMS)

- Zapewnia obsługę (dostęp do) danych zawartych w bazie danych

Dostęp do danych

• Aplikacja przekazuje polecenie (zapytanie) do DBMS

• Używa do tego odpowiedniego języka zapytań

• DBMS interpretuje i wykonuje polecenie

• Następuje „fizyczny” odczyt / zapis danych

Zadania DBMS:

• Zapewnia wsparcie dla języka bazy danych, który umożliwia wykonywanie operacji dotyczących struktury bazy danych oraz danych, m.in.:

• Wstawianie

• Modyfikowanie

• Usuwanie

• Wyszukiwanie

• Zapewnia efektywne składowanie i przetwarzanie dużych ilości danych

• Optymalizuje dostęp do danych

• Synchronizuje dostęp do danych przy dostępie współbieżnym

• Zapewnienie bezpieczeństwo danych w przypadku awarii sprzętowo-programowej

• Autoryzuje dostęp do danych

23. Opisz 2 i 3 warstwową architekturę dostępu do bazy danych 6

2- warstwowa: Systemy klient-serwer

• Aplikacje działają na wielu komputerach i odwołują się do wspólnej bazy

• Np. system obsługi kont bankowych

3 - warstwowa: Architektura 3-warstwowa

• Aplikacja działa na serwerze, klienci łącza się z nią używając przeglądarek WWW

24 Opisz podstawowe elementy (z czego się składa i jak wyglądają) relacyjnego modelu danych 10

Model relacyjny: Dane umieszczane są w dwuwymiarowych tabelach, które można ze sobą łączyć

Struktura bazy danych

• Dane przechowywane / umieszczane są w polach uporządkowanych w dwuwymiarowych tabelach (tzw. „relacjach”)

• Każda tabela zawiera zero lub więcej wierszy (tzw. „krotek”)

• Każda tabela zawiera jedną lub więcej kolumn (tzw. „atrybutów”).

• Każda tabela ma stałą liczbę kolumn i dowolną liczbę wierszy

• Na każdy wiersz składają się jednakowo ułożone kolumny wypełnione wartościami

• Wartości w kolejnych wierszach mogą być różne

• Każda tabela ma zdefiniowany klucz danych (key)

• Wyróżniony atrybut (lub kilka atrybutów), którego wartość jednoznacznie identyfikuje dany wiersz (wartość nie może wystąpić w innym wierszu)

• Wiersze (krotki) przechowywane są w porządku całkowicie dowolnym (nie musi być zgodny np. z kolejnością wprowadzania)

Baza danych = zbiór relacji(zbiór tabel)

• Schemat relacji = zbiór składający się z atrybutów(zbiór kolumn tabeli)

• Schemat bazy = zbiór schematów relacji

• Relacja = zbiór krotek (tabela)

• Krotka = lista wartości

25. Na czym polega problem spójności danych w bazie danych? Jak zapobiegać takim problemom? 10

Spójność bazy danych

• Wymaganie: ma odzwierciedlać fragment rzeczywistości

• Jest spójna jeżeli jej stan odpowiada stanowi świata rzeczywistego

• Aby baza odzwierciedlała rzeczywistość potrzebny jest program (aplikacja), która będzie pobierać z i wprowadzać do bazy aktualne dane

• Problemy:

• Sprzeczność danych

• Awaria systemu w czasie operacji na bazie

• Jednoczesny, współbieżny dostęp do danych

• Rozproszenie bazy danych

Zapobieganie problemom spójności danych

• Odpowiednio zaprojektowany schemat bazy
  i schematy relacji

• Użycie mechanizmu transakcji

26. Co to są transakcje w bazach danych? Jakie mają zalety? Przed jakimi problemami chronią? Jak są realizowane od strony technicznej?10

Transakcja:

Ciąg logicznie powiązanych operacji na bazie danych, która przeprowadza bazę danych z jednego stanu spójnego w inny stan spójny

W skład transakcji wchodzą operacje:

• Rozpoczęcie transakcji

• Odczyt danych

• Zapis danych

• Akceptacja (zatwierdzenie) transakcji

• lub Wycofanie transakcji

• Rozpoczęcie transakcji oznacza zablokowanie tabel lub krotek, do których odwołuje się transakcja

• Odblokowanie po zakończeniu transakcji

Cechy transakcji:

ACID = Atomicity, Conistency, Isolation, Durability(atomowość, Spójność, Izolacja, Trwałość)

Atomowość - Ciąg operacji wchodzących w skład transakcji jest niepodzielny. Zostaną wykonane wszystkie operacje transakcji albo żadna

Spójność - Transakcja przeprowadza bazę danych z jednego stanu spójnego do innego stanu spójnego. W trakcie wykonywania transakcji baza danych może być przejściowo niespójna. Transakcja nie może naruszać ograniczeń integralnościowych

Izolacja - Transakcje są od siebie logicznie oddzielone. Transakcje nie oddziałują na siebie bezpośredni. Mogą oddziaływać tylko poprzez zmianę danych. Mimo współbieżnego wykonywania, transakcje widzą stan bazy danych tak, jak gdyby były wykonywane w sposób sekwencyjny

Trwałość - Wyniki zatwierdzonych transakcji nie mogą zostać utracone w przypadku awarii systemu

Podział transakcji

• Kolejność operacji

• Sekwencyjne

• Wszystkie operacje jednej transakcji poprzedzają wszystkie operacje drugiej

• Współbieżne

• Zależność operacji

• Niezależne od danych

• Wartości danych różne, ale zbiór danych z góry określony

• Zależne od danych

• Zbiór danych których dotyczy transakcja może nie być znany przed jej rozpoczęciem. Jest określany dopiero w trakcie trwania transakcji.

• Rodzaj operacji

• Zapytanie - tylko odczyt danych

• Aktualizacja - zapis i odczyt danych

Komunikacja opiera się na zasadzie zapytanie-odpowiedź

• Aplikacja wysyła do DBMS zapytanie

• DBMS odpowiada

27. Czym to jest SQL? Do czego służy? Gdzie i kiedy się go stosuje? Z czego się składa? Jak można z niego korzystać?10

SQL- Structured Query Language - Strukturalny język zapytań

SQL jest językiem komunikacji z systemami baz danych

• Tworzone są tekstowe zapytania przesyłane do DBSM

• Nie można w nim napisać samodzielnego programu

Sposoby wykorzystania SQL

• Interakcyjny

• Bezpośrednie pisanie poleceń w konsoli DBMS

• Bezpośrednie wprowadzanie lub podbieranie danych

• Wykorzystywany np. do:

• Wykonywania zapytań nietypowych lub nie przewidzianych w aplikacji

• Testowania bazy

• Testowania zapytań na etapie tworzenia aplikacji

• Statyczny

• Używany w aplikacjach

• W kodzie aplikacji wpisane są zapytania o określonej, stałej treści (zmienne są tylko dane)

• Dynamiczny

• Używany w aplikacjach

• Zapytania SQL generowane w czasie pracy aplikacji

• Często treść zapytania zależy od wyboru użytkownika (np. kolejność sortowania danych)

• Może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa systemu

• Szczególnie, gdy zapytanie zawiera fragmenty wpisywane przez użytkownika

• Zwłaszcza w aplikacjach internetowych (możliwość tzw. wstrzyknięcia kodu)

Polecenia SQL dzieli się na 3 grupy

• DML - Data Manipulation Language język manipulacji danymi

• DDL - Data Definition Language język definicji danych

• DCL - Data Control Language język kontroli danych

Każde pole musi mieć określony typ danych

29. Co to jest Sztuczna Inteligencja? Jakie techniki zalicza się do SI? Podaj przykładowe zastosowania (min 5przykładów) 8

Sztuczna Inteligencja - „Konstruowanie maszyn, o których działaniu dałoby się powiedzieć, że są podobne do ludzkich przejawów inteligencji"

Dział informatyki, którego przedmiotem jest:

• Badanie reguł rządzących inteligentnymi zachowaniami człowieka

• Tworzenie modeli formalnych tych zachowań

• Tworzenie programów lub systemów komputerowych symulujących te zachowania

Główne zadanie SI

• Konstruowanie maszyn i programów komputerowych zdolnych do realizacji wybranych funkcji umysłu i zmysłów, niepoddających się prostej numerycznej („klasycznej”) algorytmizacji

Cele SI:

• Stworzenie algorytmów (docelowo maszyn) realizujących wybrane aspekty inteligencji

• Realizacja inteligencji dorównującej ludzkiej (albo ją przewyższającą)

Obszary zastosowań

• Sterowanie urządzeniami i pojazdami

• Np. sterowanie robotami autonomicznymi, sterowanie automatycznymi skrzyniami biegów, system wspomagający pilotowanie uszkodzonego w walce samolotu

• Sterowanie procesami przemysłowymi

• Zwłaszcza w warunkach niepełnych lub niepewnych danych

• Diagnostyka urządzeń i procesów

• Podejmowanie decyzji gospodarczych i finansowych

• Np. ocena wniosków kredytowych, przewidywanie kursów giełdowych

• Diagnozy medyczne

• Np. wykrywanie chorób na podstawie objawów i wyników badań

• Automatyczne wyszukiwanie zależności

• Np. poszukiwanie opisu zjawiska fizycznego na podstawie obserwacji tego zjawiska

• Zarządzenie

• Np. układanie harmonogramów prac

• Rozumienie języka naturalnego

• Np. tłumaczenia, streszczenia

• Analiza obrazu i dźwięku

• Np. rozpoznawanie tekstu, rozpoznawanie komend głosowych, wykrywanie twarzy, wykrywanie obiektów

• Optymalizacja złożonych problemów

• Szkolenia i testy

• Np. dla kontrolerów ruchu lotniczego

• Zabawki i gry komputerowe

30. Opisz budowę prostego (pojedynczego) sztucznego neuronu? (wraz ze wzorami) Jak działa? Co to jest funkcja aktywacji?9

Do wejść doprowadzane są sygnały xi (mogą być to wyjścia poprzedniej warstwy neuronów)

Wejścia są mnożone przez wagi wi (dodatnie lub ujemne) i sumowane

Wynik sumowania s jest argumentem funkcji aktywacji

Funkcja aktywacji f(s) określa wartość wyjściową y neuronu

Działanie neuronu - Polega na klasyfikowaniu (sumowaniu) danych pojawiających się na wejściu i ustawianiu wartości na wyjściu

• Wartość na wyjściu zależy od: (Wartości wejściowych, Wag, Funkcji aktywującej)

Funkcja aktywacji pozwala określić wartość na wyjściu neuronu

Rodzaje i przykłady funkcji

• Progowa

• Liniowa

• Nieliniowa

Wybór funkcji aktywacji - Zależy od rodzaju problemu jaki stawiamy przed siecią do rozwiązania

Wymagane cechy funkcji aktywacji:

• Ciągłość

• Ciągłe przejście pomiędzy swoją wartością maksymalną, a minimalną

• Różniczkowalność

• Możliwa do wyznaczenia i ciągła pochodna

• Monotoniczność

• Możliwość wprowadzenia do argumentu parametru do ustalania kształtu krzywej

31. Opisz algorytm uczenia pojedynczego perceptronu? 8

Prosty neuron z progową funkcją aktywacji nazywamy perceptronem

Uczenie perceptronu

• Uczenie polega na podaniu na wejścia sygnałów wzorcowych , dla których znane są prawidłowe, oczekiwane wartości wyjść d(t) (Zbiór takich sygnałów - ciąg uczący)

• Wagi modyfikuje się w ten sposób, by minimalizować błąd między wyjściem perceptronu a wartością wzorcową

• Taki sposób to uczenie z nauczycielem

36. Czym są, jakie mają cechy charakterystyczne i gdzie są stosowane Algorytmy Ewolucyjne? 10

Podstawowa idea

• Zasada przetrwania osobników najlepiej przystosowanych

Wykorzystywane mechanizmy

• Dziedziczenie (krzyżowanie i mutacja)

• Dobór naturalny (selekcja)

Grupa algorytmów wzorowanych na naturalnej (biologicznej) ewolucji

• Zaliczane do algorytmów heurystycznych

• Polegają na przeszukiwaniu przestrzeni alternatywnych rozwiązań problemu w celu odnalezienia rozwiązań najlepszych lub potencjalnie najlepszych

• Wykorzystują zasady znane z ewolucji biologicznej

• Pozwalają poprzez krzyżowanie i mutacje stworzyć / znaleźć satysfakcjonujące rozwiązanie problemu z grupy losowych zestawów danych początkowych

Rodzaje algorytmów ewolucyjnych

• Klasyczny algorytm genetyczny

• Strategie ewolucyjne

• Programowanie ewolucyjne

• Programowanie genetyczne

Cechy:

Różnice względem algorytmów klasycznych

• Nie przetwarzają bezpośrednio parametrów zadania, ale ich postać zakodowaną (chromosomy, osobniki)

• Prowadzą poszukiwanie wychodząc z pewnej liczby (populacji) losowych punktów początkowych

• Korzystają tylko z funkcji celu (a nie jej pochodnych!)

• Stosują probabilistyczne, a nie deterministyczne metody selekcji rozwiązań

Główne zalety

• Zdolność przeszukiwania dużej przestrzeni rozwiązań

• Odporne na występowanie minimów lokalnych

Zastosowanie: Problemy, w których dobrze określony jest sposób oceny jakości rozwiązania, ale nie ma dobrych algorytmów rozwiązania

• Główne zastosowanie:

• Zagadnienia z zakresu optymalizacji (rozumianej bardzo szeroko), np.:

• Znajdowanie ekstremów funkcji

• Diagnostyka

• Planowanie produkcji, harmonogramy

• Wyznaczanie przebiegu rurociągów i linii energetycznych

• Synteza drzew decyzyjnych

• Inne przykłady:

• Problemy kombinacyjne

• Problem komiwojażera - znajdowania optymalnej drogi przez określone punkty, każdy punkt można przejść tylko raz - Np.: Nawigacja / Wyznaczanie trasy dla dostawców

Projektowanie sieci neuronowych

• Dobór architektury sieci

• Dobór wag w sieci

• Dobór architektury i wag w sieci

Zalety: Zdolność przeszukania dużej przestrzeni zmiennych; Unikanie minimów lokalnych

Projektowanie genetyczne - Przykłady:

• Projektowanie i optymalizacja obwodów elektrycznych

• Projektowanie i optymalizacja maszyn (w szczególności robotów)

• Projekt Golem - Program projektuje roboty, a następnie sprawdza, jak się zachowują w symulowanym środowisku

• Dobór nastaw regulatorów w automatyce

Główne zalety

Zdolność przeszukiwania dużej przestrzeni rozwiązań

Nie schematyczne „myślenie” (człowiek sugeruje się już znanymi rozwiązaniami i schematami)

37. Opisz zasadę działania klasycznego algorytmu genetycznego. 10

Inicjalizacja

• Utworzenie początkowej populacji

• Losowy wybór pewnej liczby osobników (chromosomów)

• Osobniki reprezentowane są jako ciągi binarne o określonej długości (wektory)

• Przykładowe osobniki: [10010011], [01101001], [11110101]

Ocena przystosowania

• Oblicza się wartość funkcji przystosowania dla każdego chromosomu z populacji

• Im większa wartość, tym lepszy chromosom

Sprawdzenie warunku zatrzymania

• Najczęściej zatrzymanie następuje:

• Po osiągnięciu wartości optymalnej (z zadaną dokładnością)

• Gdy działanie algorytmu nie przynosi dalszej poprawy wyniku

• Po określonym czasie trwania obliczeń lub liczbie generacji

Selekcja

• Wybór chromosomów (osobników), które będą brały udział w tworzeniu następnego pokolenia

• Wybór na podstawie obliczonych wartości funkcji przystosowania

• Ogólna zasada wyboru - naturalna selekcja

• Największe szanse mają chromosomy o największej wartości funkcji przystosowania

• Istnieje wiele metod selekcji (Najbardziej popularna - metoda ruletki)

Operacje na genach zastosowanie operatorów genetycznych

• Chromosomy wybrane w wyniku selekcji poddaje się krzyżowaniu i mutacji

• Krzyżowanie polega na zamianie części genów pomiędzy chromosomami

• Prawdopodobieństwo krzyżowania pkÎ<0,5;1>

• Mutacja polega na zmianie wartości wybranych genów

• Prawdopodobieństwo mutacji pmÎ<0;0,1>

Utworzenie nowej populacji

• W wyniku operacji na genach tworzona jest nowa populacja

• Nowa populacja staje się populacją bieżącą

• Cała poprzednia populacja chromosomów zastępowana jest przez tak samo liczną, nową populację potomków

Zastosowanie najlepszego osobnika

• Gdy spełniony jest warunek zatrzymania algorytmu, należy podać wynik - rozwiązanie problemu

• Najlepszym rozwiązaniem jest osobnik o największej wartości funkcji przystosowania

39. Opisz podstawowe idee modelowania rozmytego. Co to jest zbiór rozmyty, funkcja przynależności? 10

W logice rozmytej między stanem 0 (fałsz) a stanem 1 (prawda) rozciąga się szereg wartości pośrednich, które określają stopień przynależności elementu do zbioru.

Funkcje przynależności:

• Określają stopień przynależności danej wartości x do poszczególnych zbiorów rozmytych

• Np. wartość 172 (wzrost)

• W ogóle nie należy do zbioru „niski”

• Należy do zbiorów „średni” i „wysoki”

• W większym stopniu należy do zbioru „średni”

• Wartość Î<0; 1>

• Może obejmować dowolny zakres wartości (tzw. ziarnistość)

• Przypadek graniczny - singelton -ziarno o nieskończenie małej szerokości (zbiór o jednej wartości x)

Zbiorem rozmytym A w pewnej niepustej przestrzeni X AÍX

nazywamy zbiór par
A={(x, μA(x)); xÎX}

w którym

μA:X ®[0,1]

jest funkcją przynależności zbioru rozmytego A

Każdemu elementowi xÎX funkcja przynależności przypisuje stopień przynależności do zbioru rozmytego A

• μA(x)=1 - pełna przynależność x do A, xÎA

• μA(x)=0 - brak przynależności x do A, xÏA

• μA(x)=(0; 1) -częściowa przynależność x do A

40. Przedstaw strukturę rozmytego systemu wnioskującego. Z czego składają się / co zawierają poszczególne bloki? Jakie pełnia funkcje? 10

Przykład dla systemu o dwóch wejściach i jednym wyjściu

Przykład dla systemu o dwóch wejściach i jednym wyjściu

41. Jak działa blok rozmywania w rozmytym systemie wnioskującym? 5

Blok rozmywania

Oblicza stopnie przynależności zmiennych wejściowych do poszczególnych zbiorów rozmytych

42. Jak działa blok wnioskowania w rozmytym systemie wnioskującym? 8

Blok wnioskowania / inferencji

• Oblicza wynikową funkcją przynależności μwyn(y*) na podstawie stopni przynależności zmiennych wejściowych i bazy reguł

• Do działania bloku wnioskowania potrzebne są:

• Rozmyte wartości wejść - Określane przez blok rozmywania

• Baza reguł - Zawiera reguły logiczne określające zależności istniejące w systemie pomiędzy zbiorami rozmytymi wejść i wyjść

• Funkcje przynależności zmiennej wyjściowej

• Operatory s-normy, t-normy i implikacji

Działanie: funkcje przynależności dla wyjścia, uruchomienie reguł (wszystkich po kolei), agregacja wyników.

43. Jak działa blok wyostrzania w rozmytym systemie wnioskującym? 10 NIE

Blok wyostrzania

• Na podstawie rozmytego zbioru wynikowego wyznaczana jest ostra wartość wyjściowa

Może to być realizowane różnymi metodami Np.:

• Środek ciężkości funkcji wynikowej

• Środek maksimum

• Pierwsze maksimum

• Ostatnie maksimum

Blok wyostrzania

• Na podstawie funkcji przynależności wyjściowego zbioru rozmytego (pochodzącego z bloku wnioskowania) określa „ostrą” wartość wyjściową

44. Czym jest system ekspertowy? Gdzie się je stosuje? Jakie ma zalety i wady? 7

System ekspertowy (system ekspercki, system z bazą wiedzy)

• Program lub zestaw programów komputerowych:

• Wspomagający korzystanie z wiedzy

• Ułatwiający podejmowanie decyzji

• Rozwiązujący specjalistyczne problemy z pewnej dziedziny

• Zadania

• Wspomagać bądź zastępować ludzkich ekspertów w danej dziedzinie

• Dostarczać rad, zaleceń i diagnoz dotyczących problemów tej dziedziny

Zastosowania

• Wspomaganie decyzji w przypadkach, gdy wiedza jest niepewna lub niepełna

• Dziedziny, w których zależności trudno opisać matematycznie (np. prawo, zarządzanie, rolnictwo, chemia)

• Rozwiązywanie problemów złożonych, gdzie klasyczne algorytmy zawodzą

• Prognozowanie, przewidywanie, planowanie

• Detekcja, diagnostyka, monitorowanie

• Automatyczne dowodzenie twierdzeń

Przykłady zastosowań: Diagnozowanie chorób; Diagnoza problemu (np. nieprawidłowego działania urządzenia, deficytu finansowego; Dokonywanie wycen i kalkulacji kosztów naprawy pojazdów przez firmy ubezpieczeniowe; Udzielanie porad prawnych ; Prognozowanie pogody ; Sterowania robotami, automatycznymi pojazdami, rakietami, statkami kosmicznymi ; Analiza notowań giełdowych i kursów walut; Analiza ryzyka inwestycji

Zalety

• Udzielają jednoznacznych, powtarzalnych odpowiedzi

• Wymuszają przejrzystość w podejmowaniu decyzji

• np. brak uznaniowości, „złego humoru”, nieprzekupność itp.

• Budowa systemu może zmusić instytucję do określenia jasnych reguł,jeśli ich wcześniej nie było

• Nie „zapominają” zadać wszystkich pytań potrzebnych do udzielenia odpowiedzi

Wady

• Nie potrafią kreatywnie tworzyć nowych rozwiązań

• Nie potrafią kierować się zdrowym rozsądkiem

• Nie zawsze da się zbudować odpowiednią bazę wiedzy

• Eksperci nie zawsze potrafią lub chcą przekazać całą swoją

• Wiedza i zależności w dziedzinie są zbyt rozległe i złożone

• Błędy w bazie wiedzy mogą prowadzić do błędnych rezultatów

45. Przedstaw strukturę typowego systemu ekspertowego. Opisz poszczególne

elementy (co zawierają, jaką pełnia rolę).10

Składniki systemu ekspertowego

• Szkielet systemu:

• Interfejs użytkownika

• Umożliwia komunikację człowieka z systemem, np.

• zadawanie pytań

• udzielanie informacji systemowi

• odbieranie od systemu odpowiedzi i wyjaśnień

• Mechanizm modyfikacji wiedzy

• Pozwala na modyfikację i uzupełnianie wiedzy zawartej w systemie

• Mechanizm wnioskowania

• Główny składnik systemu ekspertowego

• Wykonuje cały proces rozumowania w trakcie rozwiązywania problemu postawionego przez użytkownika

• Jest niezależny od zawartości bazy wiedzy

• Mechanizm wyjaśniający

• Umożliwia użytkownikowi uzyskanie odpowiedzi dlaczego system udzielił takiej, a nie innej odpowiedzi, albo dlaczego system zadał użytkownikowi określone pytanie

• Baza wiedzy

• Zawiera wszelkie informacje z zakresu wybranej dziedziny

• wiedza faktograficzna (fakty)

• wiedza o wnioskowaniu (zbiór reguł)

• wiedza o sposobach rozwiązywania problemu (meta-wiedza)

• Wiedza musi być zapisana w postaci sformalizowanej, zrozumiałej dla mechanizmu wnioskującego i pozwalającej na prześledzenie sposobu dojścia systemu do rozwiązania

• Baza danych zmiennych

• Pamięć robocza przechowująca informacje wprowadzone w trakcie dialogu z użytkownikiem

• Umożliwia odtworzenie sposobu wnioskowania systemu i przedstawienie go użytkownikowi za pomocą mechanizmu wyjaśniającego

46. W jaki sposób skonstruowana jest typowa baza wiedzy systemu ekspertowego? 5NIE

System ekspertowy musi zawierać wiedzę

• Wiedza zawarta w systemie

• Decyduje o jego jakości i wiarygodności

• Jest zbiorem wiadomości z określonej dziedziny

• Jest zapisana w „bazie wiedzy”

• Z użyciem języka reprezentacji wiedzy

• Powinna być zapisana w sposób jawny i jasny dla użytkownika, tak, aby mogła być przeglądana, rozumiana i uzupełniana bez specjalistycznego przygotowania

• Jest składnikiem systemu, ale niezależnym od programu kontrolnego

Baza wiedzy

• Najczęstsza postać (>80% systemów) - baza reguł

• Umożliwia uzyskanie dużej modułowości bazy wiedzy

• Zawiera fakty i reguły umożliwiające rozwiązywanie problemów z danej dziedziny

• Fakty - zdania oznajmujące ukazujące pewną zależnośćmiędzy obiektami i charakteryzujące cechy tych obiektów np.: Wróbel jest ptakiem

• Reguły -łączą warunki / przesłanki z wnioskami z nich płynącymi np.:
  JEŚLI zwierzę ma skrzydła I nie jest owadem TO jest ptakiem

48. Podaj cechy dobrego systemu ekspertowego 5NIE

• Poprawność

• Dobre rezultaty

• Odpowiedni czas działania - Czas proporcjonalny do złożoności problemu

- Uniwersalność

- Możliwość zastosowania systemu do wielu rodzajów zadań z danej dziedziny

- Reguły nie mogą być zbyt „sztywne”

• Złożoność

• Możliwie duża baza wiedzy (z danej dziedziny)

• Odpowiednio duża liczba reguł

• Systemy małe - 100-300 reguł

• Systemy średnie - 300-2000 reguł

• Systemy duże - 2000-kilkanaście tysięcy reguł

• Autoanaliza

• Umiejętność uzasadniania swojego rozwiązania (także na etapach pośrednich)

• Kontrola niesprzeczności rezultatów z faktami z bazy wiedzy

• Zdolność polepszania bazy wiedzy

• Możliwość rozszerzania bazy wiedzy - Nie zawsze jest konieczna

• Samodzielne „uczenie się” systemu

• Konieczny mechanizm kontroli zgodności nowych faktów i reguł z już zawartymi w bazie wiedzy

• Konieczny mechanizm oceny przydatności (częstości użycia) reguł

aktor

przypadek użycia

Sprzedawca

Wystaw fakturę

Zegar

Znajdź produkt

Klient

Zmień stan magazynu

Znajdź fakturę

Magazynier

---