Java e IA. É possível escrever inteligência artificial em Java?

Continuamos falando sobre o uso de Java nos nichos mais badalados e em alta do mercado de TI. Já escrevemos sobre como o Java é usado na Internet das Coisas , serviços em nuvem , big data e blockchain . O próximo é outro nicho super interessante e importante – a inteligência artificial (IA). “A inteligência artificial será a versão perfeita do Google. Um motor de busca perfeito que sabe tudo na Internet, entende perfeitamente o que você quer e dá para você. Neste momento ainda estamos muito longe disso. Mas estamos trabalhando e gradualmente nos aproximando da concretização dessa ideia.” Larry Page, cofundador do Google.

Por que Java é popular no desenvolvimento de IA?

Existem algumas linguagens de programação usadas na área de IA, mas Java é sem dúvida uma das mais populares. Em particular, Java é usado para criar soluções para aprendizado de máquina, redes neurais, algoritmos de busca, programação genética e sistemas multirobóticos. Recursos como orientação a objetos e escalabilidade são essenciais para projetos de IA, tornando o Java uma opção perfeita para eles. Como hoje as tecnologias de IA já são ativamente utilizadas pelas empresas, os recursos Java são muito procurados, permitindo criar uma única versão do aplicativo que funcionará em diversas plataformas. Outra vantagem do Java na programação de IA é a capacidade de codificar diferentes tipos de algoritmos. E outros pontos fortes e vantagens do Java, que já mencionamos mais de uma vez, são procurados no campo do desenvolvimento de IA. Entre eles estão a facilidade de criação e depuração de código, trabalho simplificado com projetos de grande porte, visualização simplificada, além da disponibilidade de Swing e SWT (Standard Widget Toolkit). Esses recursos permitem criar gráficos e interfaces atraentes e complexos. “A inteligência artificial está se desenvolvendo a um ritmo incrível. A menos que tenhamos contacto direto com equipas de cientistas que trabalham em IA, não temos ideia da rapidez com que o progresso está a crescer a um ritmo próximo do exponencial.” Elon Musk, fundador da SpaceX e da Tesla Motors.

Projetos de IA em Java

O código Java é usado por muitos projetos relacionados a uma ou outra área da IA. Aqui estão alguns exemplos interessantes.

• Robôs móveis para pesquisa do Círculo Polar Ártico

  Usando a API Java, os cientistas criaram uma série de robôs móveis que são usados ​​para pesquisas no Círculo Polar Ártico – na Groenlândia e na Antártida. É claro que as tecnologias Java também são utilizadas no desenvolvimento de outros robôs móveis autônomos, mas no caso de dispositivos para explorar o Círculo Polar Ártico, há especialmente muita informação aberta na Internet.

  Так, GUI (графический интерфейс пользователя) для данных роботов разрабатывается с помощью инструментов Java Swing. Поскольку Swing прост в использовании и может напрямую взаимодействовать с компонентами, эта платформа была выбрана для обеспечения средств управления роботом и его мониторинга.

• JOONE Neural Engine

  JOONE Neural Engine (Java Object Oriented Neural Engine) — это популярная мультиплатформа, которая позволяет создавать, обучать и тестировать нейронные сети.

  Joone состоит из компонентной архитектуры, то есть базируется на дополняемых компонентах, которые могут быть расширены с целью построения новых алгоритмов и архитектур нейронных сетей.

  Компоненты являются codeовыми модулями, которые прилагаются для создания информационного потока. Новые компоненты могут быть добавлены or отсоединены. Кроме того, Joone имеет GUI-приложение, позволяющее графически создавать и тестировать любые нейронные сети, а также распределенную среду обучения, которая позволяет тренировать нейронные сети на многих удаленных машинах.

• Robocode

  Robocode — это достаточно старая, широко известная и все еще популярная игра на основе Java с открытым исходным codeом, которая позволяет пользователям изучать принципы Java-программирования. Она также хорошо подходит для изучения базовых принципов робототехники и искусственного интеллекта.

  В Robocode игрок создает собственного робота-танка, программирует его стратегию и разрабатывает программный интеллект, соревнуясь с роботами других пользователей. Впервые созданная еще в 2000-м году, Robocode и по сей день является одной из самых популярных и известных игр для программистов.

• WEKA Machine Learning Suite

  Waikato Environment for Knowledge Analysis (WEKA) Machine Learning Suite — это открытый список алгоритмов, которые используются для разработки методов машинного обучения. Все алгоритмы WEKA заточены под машинное обучение и интеллектуальный анализ данных.

  Now набор WEKA Machine Learning Suite широко используется в бизнес-среде, предоставляя компаниям упрощенный анализ данных и предиктивную аналитику.

• Чат-бот Alice

  Чат-бот A.L.I.C.E. (Artificial Linguistic Internet Computer Entity), также известный How Alicebot or просто Alice, — это программа, способная вести диалог с человеком на естественном языке. Созданная по подобию первой программы-собеседника ELIZA, она использует технику эвристического сопоставления фразы пользователя с образцами в базе знаний. A.L.I.C.E. считается одним из лучших чат-ботов, она три раза становилась победителем премии Лебнера (премия Лебнера присуждается победителю ежегодного конкурса AI Loebner, в котором программы соревнуются в прохождении теста Тьюринга).

“Мы называем это искусственным интеллектом, но в реальности эта технология улучшает и дополняет наш интеллект. Поэтому instead of искусственного интеллекта я бы называла ее дополненным интеллектом.” Джинни Рометти (Ginni Rometty), СЕО компании IBM

ИИ библиотеки на Java

Deve-se dizer que hoje quase qualquer programador Java experiente com conhecimento básico de algoritmos e conceitos Java tradicionais pode implementar soluções baseadas em certas tecnologias do campo da IA. Para fazer isso, existem muitas bibliotecas Java abertas que o ajudarão a implementar muitas funções bastante complexas. Deve-se apenas notar que a IA em geral é um campo bastante amplo, e hoje falaremos sobre bibliotecas Java nos nichos mais populares de IA, como processamento de linguagem natural, aprendizado de máquina, redes neurais, etc.

Sistemas especializados

Na IA, os sistemas especialistas são sistemas de computador que emulam as habilidades humanas de tomada de decisão.

• Apache Jena

  Apache Jena é uma estrutura Java aberta para construção de web semântica e aplicativos de dados vinculados baseados no modelo RDF. No site oficial do Apache Jena você pode encontrar um guia detalhado para usar este framework com uma breve descrição da especificação RDF.

• PowerLoom

  PowerLoom (PowerLoom Knowledge Representation and Reasoning System) é uma plataforma para a criação de aplicativos inteligentes baseados em conhecimento. PowerLoom usa uma linguagem de representação de conhecimento (uma variante do KIF), que se baseia em um mecanismo de dedução natural. Este mecanismo é capaz de criar uma cadeia lógica para obter conclusões baseadas nos fatos e regras especificadas na base de conhecimento.

• D3web

  D3web é um mecanismo de raciocínio semântico de código aberto para desenvolver, testar e aplicar conhecimento factual a uma situação específica. D3web inclui uma variedade de algoritmos complexos. No site oficial você encontra uma breve introdução à plataforma com muitos exemplos de seu uso e documentação.

“Acho que a inteligência artificial é quase uma disciplina de humanidades. Na verdade, nada mais é do que uma tentativa de compreender a inteligência humana e a consciência humana.” Sebastian Thrun, especialista em ciência da computação e chefe da Kitty Hawk Corporation.

Redes neurais

• Neurófago

  Neuroph é uma biblioteca de código aberto para criação de redes neurais e uso de aprendizado de máquina, escrita em Java.

  Os usuários do Neuroph podem criar redes neurais por meio da GUI fornecida ou usando código Java. Há documentação no site da Neuroph que também explica em detalhes o que realmente é uma rede neural e como ela funciona.

• Aprendizado profundo4j

  Deeplearning4j é uma biblioteca de aprendizado profundo para JVM que também fornece uma API para criação de redes neurais. Deeplearning4j oferece diversos tutoriais e teorias para aprofundar seu conhecimento sobre aprendizado profundo e redes neurais .

Processamento de linguagem natural

• Apache OpenNLP

  Apache OpenNLP — это основанный на технологии машинного обучения инструментарий для обработки текста на естественном языке. На сайте есть documentация с информацией о том, How использовать данную библиотеку.

• Stanford CoreNLP

  Stanford CoreNLP — это один из самых популярных фреймворков для обработки естественного языка, который включает в себя множество инструментов для выполнения задач в этой области.

“Года работы в сфере искусственного интеллекта достаточно, чтобы заставить человека поверить в Бога.” Алан Перлис (Alan Perlis), эксперт в компьютерных науках и преподаватель в Университете Пердью, Университете Карнеги-Меллона и Йельском университете.

Машинное обучение

• Java Machine Learning Library (Java-ML)

  Java-ML — это открытый Java фреймворк, который содержит целый набор различных алгоритмов машинного обучения для программистов. На сайте проекта можно найти официальную documentацию с туториалами по возможностям применения Java-ML с примерами codeа.

• Weka

  Weka — это коллекция алгоритмов машинного обучения, которые можно применять непосредственно к датасету через предоставленный графический интерфейс or вызывать через API.

• RapidMiner

  RapidMiner — это платформа для обработки данных, предоставляющая различные алгоритмы машинного обучения через GUI и Java API. В Сети можно найти массу руководств и прочих материалов о применении RapidMiner.

• Генетические алгоритмы

  Генетический алгоритм — это эвристический алгоритм поиска, используемый для решения задач оптимизации и моделирования путем случайного подбора, комбинирования и вариации искомых параметров с использованием механизмов, аналогичных естественному отбору в природе.

• Jenetics

  Jenetics — это продвинутая библиотека генетических и эволюционных алгоритмов, генетического программирования и многоцелевой оптимизации, написанная на современном Java. На сайте проекта можно найти documentацию и туториалы для новых пользователей.

• ECJ 23

  ECJ 23 — это основанный на Java исследовательский фреймворк с сильной поддержкой генетических алгоритмов. Разработан в лаборатории эволюционных вычислений ECLab Университета Джорджа Мейсона в США.

• Watchmaker Framework

  Watchmaker Framework — это фреймворк, предназначенный для реализации платформо-независимых генетических и эволюционных алгоритмов в Java. На сайте проекта можно найти информацию о фреймворке с подробной documentацией и примерами его применения.

Вместо эпилога

Conforme mencionado acima, a IA é um campo muito amplo e existe um grande número de frameworks e sistemas que são bastante simples de usar e podem ser úteis numa ampla variedade de aplicações e para resolver diferentes tipos de problemas. Hoje, o âmbito de aplicação da IA ​​está a crescer muito rapidamente, o que significa que as empresas precisam cada vez mais de especialistas qualificados em tecnologias de IA. Se os segmentos de aplicação de IA listados acima parecem interessantes para você, é melhor não adiar o conhecimento deles - é quase certo que esse conhecimento e habilidades serão úteis.