Магистерская работа по бизнес-информатике на тему Применение искусственного интеллекта в спорте.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Использование искусственного интеллекта (ИИ) в спорте является растущей областью, которая имеет потенциал изменить способ тре-нировки и соревнования для спортсменов. Применение технологий ИИ в спорте становится все более распространенным в последние годы, и многие спортивные организации используют ИИ для различных целей. Например, ИИ может использоваться для анализа данных о производительности, оценки травм, оптимизации игровой стратегии и многого другого.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУСТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В СПОРТЕ
1.1. Определение понятия искусственного интеллекта

В настоящее время научно-технический прогресс развивается все быстрее и быстрее и данное положение дел невозможно оспорить. В качестве опреде-ляющего направления данного прогресса можно назвать непрекращающееся развитие электронной техники.
В фантастических трудах, в которых происходит описание будущего пла-неты Земля можно найти упоминания относительно супермашин, которые могут привносить значительный вклад в процесс развития земного хозяй-ства.
В последнее время все чаще и чаще обсуждается вопрос относительно проблематики существования искусственного интеллекта (далее - ИИ). И в данном случае далеко не секрет, что в качестве передовых государств в дан-ном вопросе выступают такие государства как Соединенные штаты Америки и Китай [22].
В это же время исследование всевозможных работ авторов из различных государств позволяет сделать вывод о том, что в современно научном мире нет точного понятия относительно искусственного интеллекта. И как резуль-тат не существует единого определения данного понятия, а также единого направления относительно создания ИИ.
Так, в 1956 г. американский ученый Д. Маккарти представил ИИ следу-ющим образом: это всякой свойство интеллекта, которое возможно довольно верно описать, в результате чего машина его сможет повторить. Мы, стара-емся осознать каким образом обучить машину применять обычный язык, ка-ким образом развивать абстракцию, а также концепцию, разрешать всевоз-можные задачи, которые в настоящее время могут разрешить только сами людям и как результат развивая собственный интеллект. Стоит полагать что значительное продвижение в данном вопросе произойдет тогда, когда специ-ально обученные ученых будут трудиться над этим вопросом не одно деся-тилетие [17].
Спустя время Д. Маккарти внес уточнения, говоря о том, что ИИ – явля-ется показатель интеллектуальных систем, который исполняет творческие за-дания и для привычной среды являются прерогативой индивида [28].
В это же время в качестве интеллектуальной системы автор определяет технический либо программный комплекс, который может разрешать обыч-ные задачи, которые в повседневной жизни считаются творческими и кото-рые причислены к определенной отрасли знаний и которые находятся в па-мяти данного ИИ. При этом сама система ИИ базируется на определенных компонентах таких как: база, переданная индивидом в память ИИ, возмож-ность проводить анализ определенных задач с последующим представлением решений, а также интеллектуального компонента, при помощи которого ин-дивид будет проводить общение с ИИ на доступном для индивида языке.
Еще один американский автор П.Г. Уинстон сделал более глобальные вы-воды. В данном случае была поведена оценка ИИ не в качестве определенной машины, которая выступает в качестве процесса научных исследований, а также процесса производства, а в качестве определенного процесса. При этом данный процесс со слов автора можно сравнить с двусторонним движе-нием. Автор приходит к выводам о том, что ИИ является учением относи-тельно концепций при помощи которого у машин появляется возможность создавать вещи, которые среди людей называются разумными. Другими сло-вами, методология, применяемая для представления машин в качестве ра-зумных субъектов возможно использовать для развития самих людей [21].
В научных источниках информации можно найти и иные определения данному понятию. Так, например, в толковом словаре можно найти понятие представленное отечественными учеными относительно ИИ. Под которым авторы определяют научную деятельность в пределах которой происходит процесс разрешения задач направленных на моделирование различных ва-риантов деятельности человека и которые зачастую определяют в качестве интеллектуальных, а значит, со слов ученых, разговор заходит относительно самого процесса, а не относительно итогового результата [19].
Данная деятельность не заключается в том, чтобы представить собствен-ное понятие ИИ. Но, в данном случае хочется сказать о том, что в настоящее время различные исследования, которые нацелены на процесс создания ИИ являются междисциплинарными и затрагивают довольно много всевозмож-ных направлений таких как кибернетика, информационные технологии, нейрофизиология, а также социология и так далее. И в настоящее время до-вольно рано вести речь относительно ИИ как о существующем факте, но данный момент настанет довольно скоро.
Возможные направления использования ИИ довольно объемные. Его возможно применять в разнообразных отраслях где нужно обрабатывать довольно обширный объем данных, которые поступают из всевозможных источников на основании определенных показателей, которые определяет сам человек. В материальной отрасли и в том числе в отрасли управления собственными ресурсами, а также в государственной сфере, в деятельности специальных подразделений, в сфере промышленности и так далее возможно применение ИИ.
Хорошо это либо плохо, но в настоящее время господствует рыночная экономика, при которой определяющее значение отводят материальной ос-нове. И как результат во время определения направлений развития ИИ, ос-новное внимание уделяют тому, что наиболее значимые потребители ИИ это финансовые организации так как чаще всего именно финансовые организа-ции покупают разработки передовых технологий при помощи которых мож-но исследовать и определять различные современные виды мошенничества, именно они применяют направления автоматизированного определения с по-следующим устранением угроз, развивая тем самым результативность об-служивания собственных клиентов и автоматизируя тем самым ручные опе-рации.
Но, само собой ИИ не ограничивается только финансовым процессом. В сфере промышленности некоторые компоненты ИИ довольно часто приме-няют в приборах, в которые внедрено программное управление и кроме это-го для компьютерного обслуживания, а также определения качества всевоз-можных разработок, которые относятся к отрасли применения интернет объ-ектов. Стоит сказать о том, что в технологическом аспекте в области про-мышленности применение ИИ не уступает в нашей стране от зарубежных конкурентов и даже в определенных моментах отечественные производители ушли далеко в перед от зарубежных конкурентов.
Аналитики в области технических разработок делают ставки о том, что от использования ИИ в сфере производства можно ждать возрастания уровня добавленной цены более чем на два процента. Но, в организационном мо-менте процесс идет намного медленнее. Так не более одиннадцати процентов отечественных компаний, а данный момент времени применяют ИИ. При этом более сорока пяти процентов отечественных компаний на основании данных World Manufacturing Foundation и не планируют в ближайшем бу-дущем использовать ИИ [18].

1.2. Искусственный интеллект в спорте

В настоящее время научная деятельность зашла довольно далеко вперед. В настоящее время можно наблюдать современные разработки, которые ука-зывают на существование новейших направлений для разрешения самых не-простых задач, которые до этого момента удавалось разрешить ученым определенных сфер деятельности. В настоящее время машины могут лично принимать наиболее правильные решения, находить самые оптимальные подходы и таким образом воздействуя на деятельность людей. В качестве определяющего направления можно назвать сферу ИИ. В настоящее время в данной сфере есть специальные знания относительно функционирования компьютерной техники и сюда входит довольно много всевозможных дисци-плин. Которые призваны разрешать поставленные перед ними задачи с определением самых современных возможностей появился новый пласт дан-ных, которые используются во благо деятельности человечества.
Спорт – это отрасль, в которой определены довольно серьезные задачи, на разрешение которых нужно создание современных подходов, а также но-вых передовых методик. И в данном случае у человека возникают сложности с определением задач при помощи возможностей доступных ИИ.
Следовательно, в настоящее время можно наблюдать процесс довольно быстрого внедрении ИИ в сферу физической культуры и спорта и данное направление рассматривают в различных научных трудах.
Например, В.К. Бурева, а также Е.И. Стоянов представляют обобщающий обзор внедренных систем, которые способны разрешать всевозможные спор-тивные задачи и помимо всего прочего идеи которые находятся в разработке для последующего применения [7].
А.Р. Мухутдинов, Н.В. Данилова представили анализ довольно большого объема современных методик применения ИИ в пределах разрешения спор-тивных задач, которые возникали на протяжении всего периода развития фи-зической культуры и спорта [12].
Следовательно, в настоящее время многие авторы исследуют вопросы ис-пользования ИИ в физической культуре и спорте. Рассматриваемое направ-ление развивается уже довольно продолжительный период времени и можно отметить существование комплексных проектов с применением робототехни-ки, но в настоящее время технические средства не дают оснований для даль-нейшего развития данного направления на практике. В настоящее время можно наблюдать определенный застой, но несмотря на это происходит раз-витие нейронных сетей, используемых в сфере физической культуры и спор-та в результате того, что с их помощью происходит развитие данного про-цесса [23].
Одним из значимых направлений применения ИИ в мире и в том числе в нашей стране можно назвать машинное обучение, определяемое в качестве направления использования ИИ. Данное направление направлено на разви-тие систем, которые призваны обучать, а также развивать исходя из пред-ставленных ИИ данных.
ИИ является взаимосвязанным с процессом машинного обучения и преж-де всего данная связь проявляется в процессе представления особенностей, которые существуют между ИИ, а также машинным обучением исходя из процесса их взаимодействия.
Практическое использование современного машинного обучения пред-ставляется в следующих аспектах:
1. Школьное, а также вузовское обучение исходя из того программного обеспечения, которое находится в компьютере.
2. Развитие системы самообучающихся программ, которые будут приме-нять математические варианты обучения без предоставления необходимых инструкций от человека. В данном случае происходит последующее само-обучение, а также персональное саморазвитие.
Вариант номер один опробовали в нашей стране вовремя короновируса. Преподаватели разных категорий, которые трудились с обучающимися уда-ленно представляли учебный материал и соответственно определенные зада-ния в электронном виде и затем компьютер самостоятельно исходя из ответов учащихся определял уровень знаний, обучающихся проставляя последним оценки.

1.3. Перспективы применения технологий искусственного интеллекта в спорте

В качестве определяющей сферы в области применения ИИ можно назвать именно физическую культуру и спорт.
ИИ в области физической культуры и спорта это комплекс, который об-ладает передовыми технологиями, которые представлены в качестве нейросетей и которые имеют специфические особенности в области обучения. Применение данных инноваций указывает на нестандартный вариант разре-шения существующих задач.
Возможные направления использования ИИ довольно объемные. Его возможно применять в разнообразных отраслях где нужно обрабатывать довольно обширный объем данных, которые поступают из всевозможных источников на основании определенных показателей, которые определяет сам человек. В материальной отрасли и в том числе в отрасли управления собственными ресурсами, а также в государственной сфере, в деятельности специальных подразделений, в сфере промышленности и так далее возможно применение ИИ.
В качестве определяющих отраслей применения ИИ зачастую определя-ют:
- автоматизированные системы;
- расширенные системы;
- автономные системы;
- вспомогательные системы.
На основании результатов исследования, проведенного организацией Tractica, возможности искусственного интеллекта, по представленным про-гнозам, достигнут прибыли не менее 118 млрд. долларов на период времени 2025 г. [31].
В это же время организация Gartner представляет собственные результа-ты исследования, на основании которых 37 процентов компаний, которые принимали участие в исследовании на данный момент времени применяют искусственный интеллект в определенной отрасли. За последние несколько лет объем спортивных организаций, применяющих искусственный интеллект, возросло более чем на 270 процентов.
Консалтинговая организация Servion Global Solutions делает выводы о том, что к 2025 году 95 процентов всевозможных операций с заказчиками будет происходить с применением искусственного интеллекта [14].
Представленная Statista отчетная информация о деятельности за 2021 год говорит о том, объемы программного обеспечения необходимого для рабо-ты искусственного интеллекта, возрастет не менее чем на 54 процента США [9].

2 ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В СПОРТЕ
2.1 Организация исследования применения искусственного интеллек-та в спорте

Цель исследования состоит в анализе особенностей применения искус-ственного интеллекта в спорте.
Гипотеза исследования: предполагаем, что разработанная опытно-экспериментальная программа тренировок с использованием искусственного интеллекта будет положительно влиять на развитие физических качеств спортсменов 12-13 лет.
Рациональный подход к организации тренировочного процесса, соревно-вательного цикла, восстановительных процессов в занятиях детско-юношеским спортом требует знания анатомо-физиологических особенностей организма в эти возрастные периоды.
Воздействие физических нагрузок на организм спортсменов в детском и юношеском возрасте характеризуется рядом особенностей, ввиду протекания в организме различных реакций формирования неокрепшего организма. В этой связи, в подготовительном и тренировочном процессе детско-юношеских групп, особо важно учитывать такие факторы спортсменов, как возрастные особенности анатомо-физиологических процессов, протекающих в организме, а также факторы формирования нервной, вегетативной и мы-шечной систем.
Именно протекающие в детском организме реакции, связанные с ростом и развитием определяют уникальные анатомо-физиологические особенности организма детей, по сравнению со взрослыми.
Анатомо-физиологическое развитие ребенка связано с биологическими процессами, непрерывно происходящими в организме, и в значительной сте-пени зависит от социально-экономических и гигиенических условий жизни. Любое негативное влияние различных факторов в дошкольном возрасте мо-жет вызвать целый каскад обратимых или необратимых изменений в функ-циональных системах гомеостатического и поведенческого уровней, опреде-ляя тем самым весь дальнейший ход роста, развития и уровня здоровья ре-бенка.
Возрастные особенности человека являются автономным показателем развития, у которого есть определенные особенности. Возрастной период формирования определяют исходя из показателей онтогенеза, особенностей социального процесса либо культурных особенностей. Подростковое время выступает в качестве примера онтогенетического определения возрастного периода, на основании того, что характеризует период полового созревания. На основании этого указанный период состоит из временных рамок с 10-12 до 15-17 летнего возраста. Помимо этого, в данном возрасте, в результате значимости и противоречивости, принято выделять определенные периоды. Например, младший подростковый возраст это от 10-12 до 13 летний воз-раст; средний от 13 до 15 летний возраст; старший от 15 до 17 летний воз-раст. Таким образом, младший период - это докритический период, средний период – критический, старший период – посткритический.
В научной литературе возрастные периоды формирования человеческого организма выделены на основе особенностей онтогенеза, а также специфиче-ских общественных процессов или культурных соображений.
У подростков мышцы являются эластичными, у них отличная нервная ре-гуляция и большие возможности для расслабления. На основании сократи-тельных качеств, химического состава, строению мышцы уже приближаются к мышцам взрослого человека. ОДА может функционировать продолжи-тельное время и выдерживать большое статическое напряжение. На основа-нии этого в подростковом возрасте стоит увеличивать размер отягощения и силовой деятельности.
В данный возвратной промежуток времени происходит возрастание ско-рость бега при помощи совершенствования скоростно-силовых свойств и мышечных показателей.
Несмотря на то, что физическая подготовка подростков уже приближена к физической подготовке взрослых, и костно-мышечные качестве подростков 12-13 лет довольно окрепшая для выдерживания интенсивных и продолжи-тельных физических нагрузок, но при этом необходимо разнообразие тре-нировочного процесса, для формирования умений дифференцирования са-мых мелких перемен в условиях и реагирования при помощи наиболее тон-кого приспособления.
В рассматриваемый возрастной период, прежде всего, возможно, наблю-дать, завершающий процесс серьезного функционального изменения в орга-низме и уровень развития организма уже приближен к уровню организма взрослого.
Так, в возрастном диапазоне 12-13 лет можно наблюдать развитие мор-фологических, а также функциональных данных необходимых для усовер-шенствования почти всех типов движений, но характерные черты физическо-го развития в данном возрасте нуждаются в правильном избрании объема нагрузок, а также отдыха на основании уровня развития детей надобности избрания щадящего режима для последующей жизнедеятельности [33].
Процесс переоценке личных способностей способствует тому что дети ис-полняют чрезмерные нагрузки, не имея при этом должной физической под-готовки пытаются исполнить непростые физические упражнения, а это спо-собствует повышенному напряжению с последующим травматизмом. Нераз-витая психика нуждается в выстраивании всей системы обучения таким обра-зом, чтобы все время у занимающихся был интерес к процессу спортивной подготовки. При этом все задания нужно делать эмоциональными, а также доступными по их сложности. Правильно подобранная система построения тренировочного процесса способствует протеканию биологических процес-сов развивая при этом различные физические качества [9].

2.2 Методы исследования применения искусственного интеллекта в спорте

В процессе работы нами были использованы следующие методы исследо-вания:
1. Изучение и анализ литературных источников.
Были изучены и практически оценены различные подходы к использова-нию искусственного интеллекта в спорте.
При анализе научно-методической литературы основное внимание уде-лялось изучению взглядов специалистов на использование искусственного интеллекта в спорте, существующие тенденции в методике развития физиче-ских качеств. Таким образом, теоретический анализ научной литературы за-ключался в том, что нами была выявлена суть исследования, установлена её актуальность.
Тестирование.
2.3 Формирование информационной базы искусственного интеллекта в спорте в виде алгоритма и компьютерной программы прогнозирования основных параметров игр КХЛ

Исходные данные для построения алгоритма и написания компьютерной программы прогнозирования основных параметров игр КХЛ по итогам хоккейных встреч сезона 2023-2024 гг. приведены в Приложении А.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРОГРАМ-МЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИСКУСТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В СПОРТЕ
3.1. Определение уровня физической подготовленности перед нача-лом эксперимента

Результаты оценки уровня развития физических качеств спортсменов до начала эксперимента представлены в таблице 3.
Как следует из таблицы, до эксперимента средние результаты по тестам были следующие:
12-минутный бег (тест Купера): экспериментальная группа – 1684±31,42 м, контрольная группа – 1698±29,16.
Максимальное потребление кислорода на основе 12-минутного бега (тест Купера): экспериментальная группа – 27,37±0,87 мл/мин/кг, контрольная группа – 28,72±0,97 мл/мин/кг.
Бег 1000 м: экспериментальная группа – 6,77±0,15 мин, контрольная группа – 6,78±0,14 мин.
Прыжки через скакалку: экспериментальная группа – 80,67±2,27 раз, контрольная группа – 80,13±2,11 раз.
Тест Купера на силовую выносливость: экспериментальная группа – 440,27±18,60 с, контрольная группа – 493,73±19,61 с.
Подъем туловища из положения лежа на спине: экспериментальная груп-па – 18,20±1,35 раз, контрольная группа – 17,67±1,32 раз.
Сгибание и разгибание рук в положении упор лежа: экспериментальная группа – 17,80±1,48 раз, контрольная группа – 17,20±1,64 раз.
Вис на перекладине: экспериментальная группа – 6,27±0,73 с, контроль-ная группа – 5,33±0,90 с.

3.2. Разработка опытно-экспериментальной программы тренировок с использованием искусственного интеллекта

Целью разработанной опытно-экспериментальной программы трениро-вок с использованием искусственного интеллекта являлось усовершенствова-ние процесса развития физических качеств спортсменов.
Для реализации опытно-экспериментальной программы тренировок с ис-пользованием искусственного интеллекта предполагалось комплексное ре-шение учебных, оздоровительных и воспитательных задач:
- формирование мотивационно-ценностного отношения к физической культуре, понимание ее роли в развитии личности;
- получение спортсменами специальных знаний в избранном виде спорта, физического совершенствования;
- укрепление здоровья, расширение функциональных возможностей орга-низма, повышение уровня физической подготовленности, обеспечение высо-кого уровня умственной и физической работоспособности во время занятий избранным видом спорта;
- усвоение специальных технико-тактических знаний, умений и навыков для успешной спортивной деятельности;
- овладение методиками оценки функционального состояния и само-контроля во время занятий избранным видом спорта;
- систематические физические тренировки с оздоровительным и спортив-но-прикладным направлением;
- приобретение опыта творческого использования полученных знаний и умений во время занятий избранным видом спорта.

3.3. Проверка эффективности опытно-экспериментальной программы тренировок с использованием искусственного интеллекта

Результаты оценки уровня развития физических качеств спортсменов по-сле окончания эксперимента представлены в таблице 4.
Как следует из таблицы, до эксперимента средние результаты по тестам были следующие:
12-минутный бег (тест Купера): экспериментальная группа – 1894±27,34 м, контрольная группа – 1726±34,72 м.
Максимальное потребление кислорода на основе 12-минутного бега (тест Купера): экспериментальная группа – 35,17±1,00 мл/мин/кг, контрольная группа – 28,63±1,57 мл/мин/кг.
Бег 1000 м: экспериментальная группа – 5,69±0,19 мин, контрольная группа – 5,78±0,13 мин.
Прыжки через скакалку: экспериментальная группа – 85,87±2,04 раз, контрольная группа – 80,20±2,16 раз.
Тест Купера на силовую выносливость: экспериментальная группа – 307,33±10,84 с, контрольная группа – 589,07±19,68 с.
Подъем туловища из положения лежа на спине: экспериментальная груп-па – 22,80±0,68 раз, контрольная группа – 17,73±1,31 раз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенного исследования в заключении можно сделать следующие выводы.
Применение технологии искусственного интеллекта в физкультуре направлено на улучшение всех аспектов обучения, подчеркивая инструмен-тальные свойства технологии искусственного интеллекта.
Физическое воспитание является важным предметом для целостного раз-вития человека. Использование современных технологий, включая искус-ственный интеллект, в современном образовании теоретически обогащает со-держание образования, меняет восприятие образования и вносит изменения в традиционные образовательные модели.