Barbara, Borbála
-5 °C
3 °C

Információfelfedezés adatgazdag környezetben

2004.11.02. 10:35
Különböző tudományágak kutatói hamarosan ugyanolyan adatgazdag közegben végezhetik munkájukat, mint a Különvélemény detektív főhőse. A Purdue Egyetem (West Lafayette, Indiana) interdiszciplináris, több tanszékről összeállt csoportja ugyanis hasonló környezetet fejleszt. Munkájukhoz mesterségesintelligencia-szoftvereket is felhasználnak.
Adat, ismeret és képi megjelenítésük

"A legtöbb jelenlegi megközelítés az adatbányászatra összpontosít" - nyilatkozta a csoportot vezető James Caruthers. "Azt feltételezik, hogy aranyrögöt kell megtalálni az irreleváns információ tengerében." Ugyan számos tudományos probléma esetében bizonyulnak helytállónak, de a megértéshez általában más módszerrel, az ismeretfelfedezéssel (knowledge discovery) jutunk el: "a folyamat az aranyrög keresése helyett inkább egy apró szerkentyűkkel, gépekkel, fogantyúkkal, rudakkal teli raktár tüzetes átvizsgálásához hasonlít. Önmagában egyikük se ér túl sokat, viszont, miután összeraktuk a darabokat, Rolex órává állnak össze a különböző részek."

"Mindig fennáll a veszély, hogy az adatokba fulladunk" - véli a tudományos kutatásokról a szintén a Purdue-n tanító W. Nicholas Delgass. "Valójában ismeretet, és nem adatokat akarunk."

Caruthers és társai erre a (régi) problémára, az ismeret adatokból történő kivonatolására fejlesztik a több területen alkalmazható módszert (discovery informatics, DI). A tudományos munka nemcsak felgyorsul, de a kutatók valós időben, háromdimenziós sztereó kijelzőn tesztelhetik elméleteiket - atomi szintű, kémiai szerkezeteket és reakciókat, grafikonokat, térképeket, stb. -, és láthatják, mennyire működőképesek. "A számítógép monitora nem szab határt többé" - fejti ki Caruthers. "Az új kijelző már majdnem olyan kifinomult, mint a Különvéleményben." A majdnem négy méter széles, több mint két méter magas képernyő az adatok vizualizációját biztosítja. A 3D-s látványhoz speciális szemüveg szükséges. (A nagymennyiségű adat és szimuláció interaktív képekké alakításához szoftver-prototípusokat dolgoztak ki.)

Ciklikus mechanizmus

A DI kétrészes, ismétlődő cikluson - egy előre haladó modellen (forward model, FM) és egy fordított folyamaton (inverse process) -, továbbá a hozzájuk kapcsolódó MI-programokon (hibrid neurális hálók, genetikus algoritmusok) alapul. A ciklust, azaz a felfedező folyamathoz elengedhetetlen matematikai modellek létrehozására alkalmas módszert előrehaladó-inverz huroknak (forward-inverse loop) nevezték el.

W. Nicholas Delgass
Az FM az alapvető ismereteket és szabályokat az agyműködés imitációjára törekvő neurális hálókkal kapcsolja össze, s egy-egy matéria működésére vonatkozó következtetéseket von le. "A kutató molekuláris szerkezetet, vagy egy eredmény létrejöttét feltételezi, és aztán előre akarja jelezni, milyen tulajdonságokkal rendelkezik a szerkezet, vagy a végtermék" - magyarázza Delgass. "A jó lehetőségeket szeretnénk prognosztizálni. Többről menet közben derül ki, hogy nem működnek; a negatív információ pedig rávilágít a hibákra, hiszen az eredetileg jónak hittről bebizonyosodik, hogy nem az." Az automatizált modell különböző, a kvantumtól a makroszkopikusig ívelő szinteken funkcionál.

A terméktervezés egyik legmodernebb metódusa, az IP pont az ellenkező megközelítés: számítógépre visszük a (mechanikus, elektromos, kémiai, stb.) tulajdonságokat, majd azok alapján végezzük a kutatást, a rendszer pedig rátalál a valószínűleg az adott jellemzőkkel bíró molekuláris szerkezetre, formára. Az IP genetikus algoritmusokkal (evolúciós módszerrel) szűri ki a "rosszul teljesítőket", aztán az idő múlásával a legjobb matériákból mind tökéletesebb mutációkat generál, miközben a szoftver meghatározza a mutációk kémiai szerkezetét.

Az eredményeket tesztelték, s az FM tökéletesítésére használták fel. A ciklus újra- és újraismétlődik; egyre jobb megoldásokat hoz létre.

Régebben a modell elkészítése előtt éveket töltöttek el az adott probléma mögötti tudományos alapelvek felismerésével. Az új metódus drasztikusan lerövidíti a folyamatot - állítja Caruthers.