عذرًا ، ChatGPT ، ستكون بعض المشكلات دائمًا صعبة للغاية بالنسبة للذكاء الاصطناعي
بدعم من تقنيات الذكاء الاصطناعي ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر اليوم الانخراط في محادثات مقنعة مع الناس، يؤلف الأغانيو اللوحاتيلعب الشطرنج وانطلقو تشخيص الأمراضعلى سبيل المثال لا الحصر أمثلة قليلة على براعتهم التكنولوجية.
يمكن اعتبار هذه النجاحات للإشارة إلى أن الحساب ليس له حدود. لمعرفة ما إذا كان الأمر كذلك ، من المهم فهم ما الذي يجعل الكمبيوتر قويًا.
هناك جانبان لقوة الكمبيوتر: عدد العمليات التي يمكن أن تنفذها أجهزته في الثانية وكفاءة الخوارزميات التي يتم تشغيلها. سرعة الأجهزة محدودة بقوانين الفيزياء. الخوارزميات – في الأساس مجموعات من التعليمات – مكتوبة من قبل البشر ومترجمة إلى سلسلة من العمليات التي يمكن أن تنفذها أجهزة الكمبيوتر. حتى لو وصلت سرعة الكمبيوتر إلى الحد المادي ، تظل العقبات الحسابية قائمة بسبب حدود الخوارزميات.
تتضمن هذه العقبات المشكلات التي يتعذر على أجهزة الكمبيوتر حلها والمشكلات التي يمكن حلها نظريًا ولكنها في الممارسة العملية تتجاوز قدرات حتى أقوى إصدارات أجهزة الكمبيوتر التي يمكن تخيلها اليوم. يحاول علماء الرياضيات وعلماء الكمبيوتر تحديد ما إذا كانت المشكلة قابلة للحل عن طريق تجربتها على آلة خيالية.
قد تحصل G / O Media على عمولة
12 مجموعة ليجو عملاقة للطفل العملاق بداخلك
مجموعات ليغو ليستمتع بها أي شخص من جميع الأعمار
أي شخص يقول أن Lego مخصصة للأطفال لم ير سعر هذه المجموعات من قبل. وحتى لو كان هذا صحيحًا ، فماذا يكون البالغون إن لم يكونوا أطفالًا كبارًا حقًا؟ حقيقة الأمر هي أن ليغو للجميع.
آلة حوسبة خيالية
تمت صياغة الفكرة الحديثة للخوارزمية ، المعروفة باسم آلة تورينج ، في عام 1936 من قبل عالم رياضيات بريطاني آلان تورينج. إنه جهاز وهمي يقلد كيفية إجراء العمليات الحسابية بقلم رصاص على ورق. آلة تورينج هي القالب الذي تعتمد عليه جميع أجهزة الكمبيوتر اليوم.
لاستيعاب العمليات الحسابية التي قد تحتاج إلى مزيد من الورق إذا تم إجراؤها يدويًا ، يجب توفير الورق التخيلي بتنسيق آلة تورينج يفترض أن تكون غير محدودة. هذا يعادل شريطًا خياليًا غير محدود ، أو “شريط” ، من المربعات ، كل منها إما فارغ أو يحتوي على رمز واحد.
يتم التحكم في الآلة من خلال مجموعة محدودة من القواعد وتبدأ في تسلسل أولي للرموز على الشريط. العمليات التي يمكن أن تنفذها الآلة هي الانتقال إلى مربع مجاور ، محو رمز وكتابة رمز على مربع فارغ. الآلة تحسب بتنفيذ سلسلة من هذه العمليات. عندما تنتهي الآلة ، أو “تتوقف” ، تكون الرموز المتبقية على الشريط هي الإخراج أو النتيجة.
https://www.youtube.com/watch؟v=dNRDvLACg5Q
ما هي آلة تورينج؟
غالبًا ما تتعلق الحوسبة بالقرارات ذات الإجابات بنعم أو لا. عن طريق القياس ، يتحقق الاختبار الطبي (نوع المشكلة) مما إذا كانت عينة المريض (مثال على المشكلة) تحتوي على مؤشر مرض معين (نعم أو لا إجابة). المثال ، الممثل في آلة تورينج في شكل رقمي ، هو التسلسل الأولي للرموز.
تعتبر المشكلة “قابلة للحل” إذا كان من الممكن تصميم آلة Turing بحيث تتوقف لكل حالة سواء كانت إيجابية أو سلبية وتحدد بشكل صحيح الإجابة التي ينتج عنها المثيل.
لا يمكن حل كل مشكلة
يمكن حل العديد من المشكلات باستخدام آلة Turing وبالتالي يمكن حلها على الكمبيوتر ، بينما لا يتم حل العديد من المشكلات الأخرى. على سبيل المثال ، مشكلة الدومينو ، أحد أشكال مشكلة التبليط التي صاغها عالم الرياضيات الأمريكي الصيني هاو وانغ في عام 1961 ، غير قابل للحل.
تتمثل المهمة في استخدام مجموعة من الدومينو لتغطية شبكة كاملة ، واتباع قواعد معظم ألعاب الدومينو ، ومطابقة عدد النقاط في نهايات الدومينو المتاخمة. اتضح أنه لا توجد خوارزمية يمكن أن تبدأ بمجموعة من الدومينو وتحدد ما إذا كانت المجموعة ستغطي الشبكة بالكامل أم لا.
إبقائها معقولة
يمكن حل عدد من المشكلات القابلة للحل عن طريق الخوارزميات التي تتوقف في فترة زمنية معقولة. هؤلاءخوارزميات كثيرة الحدودهي خوارزميات فعالة ، مما يعني أنه من العملي استخدام أجهزة الكمبيوتر لحل حالات منها.
لا يُعرف أن آلاف المشكلات الأخرى القابلة للحل لها خوارزميات متعددة الحدود ، على الرغم من الجهود المكثفة المستمرة للعثور على مثل هذه الخوارزميات. وتشمل هذه مشكلة بائع متجول.
تسأل مشكلة البائع المتجول ما إذا كانت مجموعة من النقاط التي ترتبط ببعض النقاط بشكل مباشر ، تسمى الرسم البياني ، لها مسار يبدأ من أي نقطة ويمر عبر كل نقطة أخرى مرة واحدة بالضبط ، ويعود إلى النقطة الأصلية. تخيل أن بائعًا يريد العثور على طريق يمر بجميع الأسر في الحي مرة واحدة بالضبط ويعود إلى نقطة البداية.
https://www.youtube.com/watch؟v=xi5dWND499g
سرعان ما تخرج مشكلة البائع المتجول عن السيطرة عندما تتجاوز عددًا قليلاً من الوجهات.
هذه المشاكل ، ودعا NP- كاملةتم صياغتها بشكل مستقل وإثبات وجودها في أوائل السبعينيات من قبل اثنين من علماء الكمبيوتر ، أمريكان كندي ستيفن كوك وأوكراني أمريكي ليونيد ليفين. حصل Cook ، الذي جاء عمله أولاً ، على جائزة Turing Award لعام 1982 ، وهي أعلى جائزة في علوم الكمبيوتر ، عن هذا العمل.
تكلفة المعرفة بالضبط
تبحث الخوارزميات الأكثر شهرة لمشاكل NP-Complete بشكل أساسي عن حل من جميع الإجابات الممكنة. قد تستغرق مشكلة البائع المتجول على رسم بياني لبضع مئات من النقاط سنوات لتشغيلها على كمبيوتر عملاق. هذه الخوارزميات غير فعالة ، مما يعني عدم وجود طرق مختصرة للرياضيات.
ومع ذلك ، لا يمكن للخوارزميات العملية التي تعالج هذه المشكلات في العالم الحقيقي سوى تقديم تقديرات تقريبية التقريبات تتحسن. ما إذا كانت هناك خوارزميات متعددة الحدود فعالة يمكنها ذلك حل مشاكل NP كاملة من بين سبع مشاكل الألفية المفتوحة أرسلها معهد كلاي للرياضيات في مطلع القرن الحادي والعشرين ، ويحمل كل منها جائزة قدرها مليون دولار أمريكي.
ما وراء تورينج
هل يمكن أن يكون هناك شكل جديد من الحساب خارج إطار تورينج؟ في عام 1982 الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمانالحائز على جائزة نوبل ، طرح فكرة الحساب على أساس ميكانيكا الكم.
https://www.youtube.com/watch؟v=jHoEjvuPoB8
ما هو الحاسوب الكمي؟
في عام 1995 ، قدم بيتر شور ، عالم الرياضيات التطبيقي الأمريكي ، خوارزمية كمومية لـ عامل الأعداد الصحيحة في وقت كثير الحدود. يعتقد علماء الرياضيات أن هذا غير قابل للحل عن طريق خوارزميات متعددة الحدود في إطار عمل تورينج. تحليل عدد صحيح يعني إيجاد عدد صحيح أصغر من 1 يمكنه قسمة العدد الصحيح. على سبيل المثال ، العدد الصحيح 688،826،081 قابل للقسمة على عدد صحيح أصغر 25،253 ، لأن 688،826،081 = 25،253 × 27،277.
هناك خوارزمية رئيسية تسمى خوارزمية RSA، الذي يستخدم على نطاق واسع في تأمين اتصالات الشبكة ، يعتمد على الصعوبة الحسابية في تحليل أعداد صحيحة كبيرة. تشير نتيجة شور إلى أن الحوسبة الكمومية ، إذا أصبحت حقيقة ، ستفعل تغيير مشهد الأمن السيبراني.
هل يمكن بناء كمبيوتر كمي كامل لتحليل الأعداد الصحيحة وحل المشكلات الأخرى؟ يعتقد بعض العلماء أنه يمكن أن يكون. تعمل مجموعات عديدة من العلماء حول العالم على بناء واحد ، وقد قام البعض بالفعل ببناء حواسيب كمومية صغيرة الحجم.
ومع ذلك ، مثل جميع التقنيات الجديدة التي تم اختراعها من قبل ، فمن شبه المؤكد ظهور مشكلات تتعلق بالحساب الكمي والتي من شأنها أن تفرض حدودًا جديدة.
جي وانغ هو صأستاذ علوم الكمبيوتر في يو ماس لويل.
تم إعادة نشر هذه المقالة من محادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية.
