Inteligência ArtificialInteligência Artificial

Luiz Marcos Gonçalves

Departamento de Engenharia de Computação e Automação

UFRN

O que é IA?O que é IA?

How doesthe humanbrain work?

How do weemulate thehuman brain?

Who cares? Let’sdo some cool anduseful stuff!

How do wecreate

intelligence?What isintelligence?

Como classificamos pesquisa como IA?Como classificamos pesquisa como IA?

Does itinvestigatethe brain?

If we don’t know howit works, then it’s AI.When we find outhow it works, it’s notAI anymore…

Is itintelligent?Does it

investigateintelligence?

Does it emulatethe brain?

What is AI?What is AI?

Por que estudar IA?Por que estudar IA?

Ferramentas de busca

Trabalho

Ciência

Medicina/Diagnose

Utensílios Que mais?

Técnicas para IATécnicas para IA

Aprendizado Sistemas baseados em regras (Rule-Based) Busca Planejamento Áreas baseadas em habilidade Robótica Agentes

AprendizadoAprendizado

Explanação– Descoberta (discovery) – Mineração de dados (Data Mining)

Sem explanação– Redes Neurais– Case Based Reasoning

Aprendizado: ExplanaçãoAprendizado: Explanação

Casos para regras

Aprendizado: Sem explanaçãoAprendizado: Sem explanação

Redes neurais

Métodos para IAMétodos para IA

Aprendizado Sistemas baseados em regras (Rule-Based) Busca Planejamento Áreas baseadas em habilidade Robótica Agentes

Sistemas que planejam seu futuroSistemas que planejam seu futuro

Sistemas baseados em regrasSistemas baseados em regras

Linguagens lógicas– Prolog, Lisp

Base de conhecimento Engenhos ou máquinas de inferência

Linguagens baseadas em regras: PrologLinguagens baseadas em regras: Prolog

Father(abraham, isaac). Male(isaac).Father(haran, lot). Male(lot).Father(haran, milcah). Female(milcah).Father(haran, yiscah). Female(yiscah).

Son(X,Y) Father(Y,X), Male(X).Daughter(X,Y) Father(Y,X), Female(X).

Son(lot, haran)?

Sistemas baseados em regras

Sistemas baseados em regras

KRS

Métodos para IAMétodos para IA

Aprendizado Sistemas baseados em regras (Rule-Based) Busca Planejamento Áreas baseadas em habilidade Robótica Agentes

BuscaBusca

“Toda IA é busca”– Teoria de jogos– Espaços de problemas

Todo problema é uma árvore “virtual” de todas as soluções possíveis (com sucesso ou sem sucesso).

O truque é encontrar uma estratégia de busca eficiente.

Busca: Teoria de JogosBusca: Teoria de Jogos

9!+1 = 362,880

Métodos para IAMétodos para IA

Aprendizado

Sistemas baseados em regras (Rule-Based)

Busca

Planejamento

Áreas baseadas em habilidade

Robótica

Agentes

Approaches to AIApproaches to AI

Aprendizado

Sistemas baseados em regras (Rule-Based)

Busca

Planejamento

Áreas baseadas em habilidade

Robótica

Agentes

Áreas baseadas em habilidades (ou comportamentos)Áreas baseadas em habilidades (ou comportamentos)

Visão Computacional Reconhecimento de linguagem natural Geração de linguagem natural Reconhecimento de fala Geração de fala Robótica

Linguagem natural: traduçãoLinguagem natural: tradução

“The flesh is weak, but the spirit is strong”

Tradus para russo Traduz de volta ao Ingles

“The food was lousy, but the vodka was great!”

Reconhecendo linguagem naturalReconhecendo linguagem natural

You give me the gold

pronounn

verb pronound

article noun

VP NP

VP

NP

VP

NP

sentencew

PERSON:Joe

PERSON:FredTRANSACTION

GOLD: X

REPT

OBJ

AGNT

Audio

Words

Syntax

Context

Semantics

Reconhecendo linguagem naturalReconhecendo linguagem natural

PERSON:Tom

BELIEF

PERSON:Mary

WANT

T MARRY SAILOR

SITUATION:

PROPOSITION:

EXPR

EXPR

AGNT

PTNT

PTNT

PTNT

“Tom believes Mary wants to marry a sailor.”

Ling. Natural: Resp. QuestõesLing. Natural: Resp. Questões

http://www.ai.mit.edu/projects/infolab/http://aimovie.warnerbros.com

Approaches to AIApproaches to AI

Aprendizado

Sistemas baseados em regras (Rule-Based)

Busca

Planejamento

Áreas baseadas em habilidade

Robótica

Agentes

Honda Humanoid RobotHonda Humanoid Robot

Caminhar

Girar

Subir escadashttp://world.honda.com/robot/

Cachorrinho da Sony (AIBO)Cachorrinho da Sony (AIBO)

http://www.aibo.com

Robot TeamsRobot Teams

USC robotics Lab

Approaches to AIApproaches to AI

Aprendizado

Sistemas baseados em regras (Rule-Based)

Busca

Planejamento

Áreas baseadas em habilidade

Robótica

Agentes

AgentesAgentes

Agentes que pensam logicamente, baseados em conhecimentos. Lógica e representação. Lógica Proposicional (boleana). Inferencia em lógica proposicional. Sintaxe, semantica.

Towards intelligent agents

wumpus world

Inteligência O Teste de TuringInteligência O Teste de Turing

O artigo de Alan Turing em 1950 na Computing Machinery and Intelligence discute condições para considerar uma maquina inteligente– “Can machines think?” “Can machines behave intelligently?”– O teste de Turing test (Jogo de Imitação): Definição operacional de inteligência.

Teste Turing: Homem fala com computador via um teletipo. Se o homem não consegue descobrir se conversa com um computador ou com outro homem, ele passa no teste.

Teste de TuringTeste de Turing

Requerimentos do Teste de TuringRequerimentos do Teste de Turing

– Processamento de linguagem natural– Representação do conhecimento– Reasoning (pensamento) automatizado– Aprendizado de máquina

Adicione Visão e Robótica para ter o teste de turing total (generalizado).

• Existem problemas/limitações ao teste de Turing?

Problemas com o teste de turingProblemas com o teste de turing

Problema 1: O teste de turing não é reproduzível, construtivo nem susceptivel de análise matemática

Problema 2: O que dizer sobre interações físicas do interrogador com o ambiente?

Teste de turing total: requer interação física e necessita de percepção e atuação (robôs).

Ver o homem bicentenário...

Quais tarefas requerem IA?Quais tarefas requerem IA?

“AI is the science and engineering of making intelligent machines which can perform tasks that require intelligence when performed by humans …”

Que tarefas requerem IA???

O que um computador precisa para passar no teste de Turing?O que um computador precisa para passar no teste de Turing?

Processamento de Linguagem Natural: para se comunicar com o examinador.

Representação de conhecimento: para armazenar e recuperar informação provida antes e durante a interrogação.

Reasoning automatizado: para usar a informação armazenada para responder questões e desenhar novas conclusões.

Aprendizado de máquina: para se adaptar a novas circunstâncias e para detectar e extrapolar padrões.

O que um computador precisa para passar no teste de Turing?O que um computador precisa para passar no teste de Turing?

Visão (para o Teste de Turing total): para reconhecer as ações do examinador e vários objetos apresentados por ele.

Controle motor (Teste total): para agir sobre os objetos requesitados.

Outros sentidos (teste total): tais como audição, cheiro, toque, etc.

Pensamento humano: Ciência CognitivaPensamento humano: Ciência Cognitiva

1960 “Revolução Cognitiva”: psicilogia do processamento de informação substituiu o comportamentalismo

Ciência cognitiva trouxe junto teorias e evidências experimentais para modelar atividades internas do cérebro– A que nível de abstração? “Knowledge” or

“Circuits”?– Como validar modelos?

Predicção e comportamento de teste de cobaias humanas (top-down)

Identificação direta dados neurofisiológicos (bottom-up) Construindo modelos simulados em computadores ou

máquinas e reprodução dos resultados

Pensando racionalmente: Leis do pensamentoPensando racionalmente: Leis do pensamento

Aristoteles (~ 450 B.C.) tentou codificar o “right thinking”

O que são processos de pensamento ou argumentos corretos?

Exemplo: “Sócrates é um homem; todo homem é imortal; então Sócrates é mortal”

Várias escolas gregas desenvolveram várias formas de lógica:

notação mais regras de derivação para pensamentos.

Pensando racionalmente: Leis do pensamentoPensando racionalmente: Leis do pensamento

Problemas: 1)Incerteza: nem todos os fatos são certos

(i.é., o vôo poderia se atrasar).2)Limitação de recursois: há uma diferençca

entre resolver um problema a princípio e resolve-lo na prática sob várias limitações de recursos tais como tempo, computação (cálculos), precisão, etc. Por exemplo: como comprar um carro?

Agindo racionalmente: Agente RacionalAgindo racionalmente: Agente Racional

Comportamento racional: fazer a coisa certa:– espera-se que o retorno seja maximizado

Provê a visão mais geral de IA porque inclui:– Inferência correta (“leis do pensamento”)– Gerenciamento de incertezas – Consideração de limitações dos recursos (e.g.,

reflexo vs. deliberação)– Habilidades cognitivas (NLP, AR, representação

do conhecimento, ML, etc.) Vantagens:

1) Mais geral 2) O seu objetivo de racionalidade é bem definido

Como atingir IA?Como atingir IA? Como se faz pesquisa em IA? Pesquisador de IA tem ambos os lados (teorético

e experimental). O lado experimental tem dois aspectos (básico e aplicado).

Há duas principais linhas de pesquisa em IA:– Uma é biológica, baseada na idéia de que, uma vez

que homens são inteligentes, IA deve estudar homens e imitar sua psicologia e fisiologia.

– A outra é fenomenal, baseada em estudar e formalizar fatos de sentido comum sobre o mundo e os problemas que ele apresenta para atingir objetivos diversos.

Como atingir IA?Como atingir IA?

The two approaches interact to some extent, and both should eventually succeed. It is a race, but both racers seem to be walking. [John McCarthy]

Ramificações da IARamificações da IA

IA lógica Busca Processamento de linguagem natural Reconhecimento de padrões Representação do conhecimento Inferência: a partir de alguns fatos, outros podem

ser inferidos Pensamento (reasoning) automatizado Aprendendo de experiências Planejar para gerar uma estratégia para atingir

algum objetovo (política).

Ramificações da IARamificações da IA

Epistemologia: este é um estudo dos tipos de conhecimento necessários para revolver problemas no mundo

Ontologia: é o estudo dos tipos de coisas que existem. Em IA, os programas e sentenças tratam vários tipos de objetos e estudamos o que estas coisas são e quais as propriedades básicas

Programação Genética Emoções??? …

Pré-história da IAPré-história da IA

História da IAHistória da IA

AI State of the artAI State of the art

Será que as tarefas seguintes, de máquinas, foram atingidos por IA?– Jogador de xadrez de classe mundial– Jogador de tenis de mesa (robô)– Carro que dirige sozinho cruzando países– Resolução de problemas matemáticos– Descoberta e prova de teorias matemáticas– Se engajar numa conversa com sentido– Entender linguagem falada– Observar e entender emoções humanas– Expressar emoções– …

Quais tarefas podem ser feitas hoje?Quais tarefas podem ser feitas hoje?

Play a decent game of table tennis Drive along curving mountain road Drive in the center of Cairo Play a decent game of bridge Discover/prove a new math theorem Write an intentionally funny story Give competent legal advice in a specialized area of law

Translate spoken English into spoken Swedish in real time

IA Fraca e IA ForteIA Fraca e IA Forte

IA Fraca (Weak AI):– Máquinas podem ser feitas para agir como

elas se fossem inteligentes. IA Forte (Strong AI):

– Máquinas que agem inteligentemente tem mentes reais e conscientes.

O que é Inteligência?O que é Inteligência?

A Sala Chinesa (Chinese Room)

`

?

!

O que é Inteligência?O que é Inteligência?

A Sala Chinesa

`

?

!

O que é Inteligencia?O que é Inteligencia?

Trocando o cérebro

O quão longe estamos?O quão longe estamos?

Nossos melhores sistemas possuem a inteligência de um sapo (Sapo não Fala).

Pensem em quantos sapos despendem toda a sua inteligência controlando uma planta nuclear ? É para chorar, nao para rir.