Sistemas Inteligentes – Sistemas Inteligentes – if684if684

Patricia Tedesco e Germano Vasconcelos – {pcart, gcv}@cin.ufpe.brHorários: 2as e 4as 14 às 16Sala: D001 e D226Página da Disciplina: www.cin.ufpe.br/~îf684/EC/2010-1/

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Mas... Esta disciplina serve Mas... Esta disciplina serve para quê mesmo?para quê mesmo?Ao fim da disciplina, a gente deverá

ser capaz de...◦Conhecer e diferenciar as duas

abordagens da IA especialmente no que diz respeito à Inteligência Individual

◦Modelar problemas e encontrar as técnicas mais apropriadas para suas soluções

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Então... No primeiro módulo da Então... No primeiro módulo da Disciplina veremos (1/2)Disciplina veremos (1/2)Parte I - Busca

1. Aula Introdutória (Apresentação do Curso e Visões da IA)2. Busca I (Resolução de Problemas)3. Busca 2 (Busca cega e heurística até A*)4. Busca 3 (Otimização - hill climbing, AG)5. Resolução de Exercícios6. Prova (fim de março, aprox)

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No primeiro módulo da No primeiro módulo da Disciplina veremos (2/2)Disciplina veremos (2/2)Parte II - Conhecimento

7. Sistemas Baseados em Conhecimento ( + apresentação da lista a ser entregue)8. Regras de Produção9. Engenharia de Conhecimento + Ontologias10. Aula Prática Protegé11. Orientação a Objetos12. Aula Prática Drools13. Agentes Inteligentes14. Agentes Baseados em Lógica

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Uma visão geral da IAUma visão geral da IA

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Inteligência ArtificialInteligência Artificial

Plano da aula

◦Aplicações (Motivação...)

◦Definições e abordagens

◦Evolução histórica e problemas principais

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Aplicações da IA: RobóticaAplicações da IA: Robótica

Como obter navegação segura e eficiente, manipulação fina e versátil, autonomia?

E no caso de ambientes dinâmicos e imprevisíveis?

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Aplicações da IA: Automação Aplicações da IA: Automação de sistemas complexosde sistemas complexos

Como modelar os componentes do sistema e dar-lhes autonomia?

Como assegurar boa comunicação e coordenação entre esses componentes?

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Automação de Software Automação de Software ComplexoComplexoSegundo o Autonomic Computing

Manifesto (IBM 2001), o que queremos são sistemas capazes de:◦Conhecer o ambiente◦Auto conhecimento◦Auto-Configuração◦Auto-Recuperação◦Auto-Otimização◦Auto-Proteção◦Conhecimento do contexto◦Integração automática◦Realizar predição

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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Sistemas de controleSistemas de controle

Como frear o carro sem as rodas deslizarem em função da velocidade, atrito, ...?

Como focar a câmera em função de luminosidade, distância...?

Como ajustar a temperatura em da quantidade de roupa, fluxo de água, ...?

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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Simulações e jogosSimulações e jogos

Como modelar o ambiente físico e o comportamento/personalidade dos personagens?

Como permitir interação interessante com o usuário?

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FIFA SoccerThe Sims

Aplicações da IA: PrevisãoAplicações da IA: PrevisãoComo prever o valor do dólar (ou o clima)

amanhã?Que dados são relevantes? Há comportamentos

recorrentes?

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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Sistemas de RecomendaçãoSistemas de Recomendação

Como fazer recomendações personalizadas de produtos? Como modelar os perfis dos compradores? Como recomendar experts capazes de ajudar usuários a

resolver problemas?

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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Recuperação de informaçãoRecuperação de informação

Como localizar a informação relevante?

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Aplicações da IA: Detecção de Aplicações da IA: Detecção de intrusão e filtragem de spamintrusão e filtragem de spam

Como saber se uma mensagem é lixo ou de fato interessa?

Como detectar usuários suspeitos e como lidar com isto?

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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Interação Humano MáquinaInteração Humano Máquina

Como dar ao usuário a ajuda de que ele precisa? Como interagir (e até navegar na web) com celular sem

ter de digitar (hands-free)? Como adaptar a informação e funcionalidades ao

dispositivo e à situação do usuário?

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Aplicações da IAAplicações da IA

Internet e Web Redes e Sistemas

Distribuídos Banco de dados Engenharia de software Hardware (projeto e

análise) Robótica Interfaces Computação Gráfica Jogos Etc.

Maior valor agregado quando embutida em sistemas de computação

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Aplicações da IA hojeAplicações da IA hoje

Agriculture, Natural Resource Management, and the Environment

Architecture & Design Art Artificial Noses Astronomy & Space Exploratio

n

Assistive Technologies Banking, Finance & Investing Bioinformatics Business & Manufacturing

Drama, Fiction, Poetry, Storytelling & Machine Writing

Earth & Atmospheric Sciences Engineering Filtering Fraud Detection & Prevention Hazards & Disasters Information Retrieval &

Extraction Knowledge Management

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página da AAAI:http://www.aaai.org/AITopics/pmwiki/pmwiki.php/AITopics/Applicationsl

Mercado fatura alto...Mercado fatura alto...

Faturamento da indústria da IA:◦2007: $17.9 bilhões só para Jogos◦Robótica em franco crescimento◦50 Bilhões esperados só para produtos de

Semantic Web em 2010◦fonte: www.aaai.org/AITopics/html/stats.html

Empresas especializadas em IA:◦http://dmoz.org/Computers/

Artificial_Intelligence/Companies/

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Mercado fatura alto...Mercado fatura alto...Grandes empresas desenvolvendo e utilizando

IA:◦ IBM, HP, Sun, Microsoft, Unisys, Google, Amazon.com,

Oracle ...Grandes empresas utilizando IA:

◦ www.businessweek.com/bw50/content/mar2003/a3826072.htm

◦ Wal-Mart, Abbot Labs, US Bancorp, LucasArts, Electronic Arts...

Órgãos governamentais utilizando IA:◦ US National Security Agency

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O que esses problemas O que esses problemas têm em comum?têm em comum? Grande complexidade

◦número, variedade e natureza das tarefas Não há “solução algorítmica”

◦mas existe conhecimento (em intenção) sobre o problema

Requerem modelagem do comportamento de um ser inteligente ◦autonomia, aprendizagem, conhecimento,

etc.

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Máquinas inteligentes?Máquinas inteligentes?

Inteligência Artificial (IA) ◦Surgiu na década de 50◦Objetivo: desenvolver sistemas para

realizar tarefas que, no momento são melhor realizadas por seres humanos

que por máquinas, ou não possuem solução algorítmica viável pela

computação convencional

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Se o ser humano pode, por que não a máquina? (tese de Church-Turing)

Definições da IADefinições da IA

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Realiza tarefas tarefas Para qual não existe algoritmo conhecido ou prático No entanto efetuada com alto desempenho por humanos

Abstrações de IA

+ P(A|B)

X

AlgoritmoProblema

Definições de IADefinições de IA

Máquina que age humanamenteage humanamente:◦Teste de Turing

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??

Teste de Turing envolve:

Processamento de Linguagem Natural

Representação de Conhecimento

Raciocínio AutomáticoAprendizagem

Visão ComputacionalRobótica

Definições de IADefinições de IA

Máquina que raciocina raciocina humanamentehumanamente:◦Ciências Cognitivas, Psicologia,

Neurociência,…

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Ciências Cognitivas

Inteligência Artificial

Teorias

ModelosComputacionais

Definições de IADefinições de IA

Máquina que raciocina raciocina racionalmenteracionalmente:◦Em direção a um conceito idealideal de

inteligência◦Formalização de “leis do

pensamento” que governam a mente◦ Lógica, Probabilidades,…◦ Inferências corretas

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P(A|B)

Definições de IADefinições de IA

Máquina que age racionalmenteage racionalmente:◦Para atingir o melhormelhor resultado, ou

em situações de incerteza, o melhor resultado esperado

◦I.e., escolha de ações que maximizam chances do agente atingir determinados objetivos Obs.: Não necessáriamente envolvendo

raciocínio racional (e.g., ato reflexo)

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Pensando

Agindo

Humanamente Idealmente(racionalmente)

“A automação de atividades que associamos com o pensamento

humano”

“A arte de criar máquinas que realizam funções que requerem inteligência

quando realizadas por pessoas”

“O estudo das faculdades mentais através do uso de

modelos computacionais”

“O ramo da Ciência da Computação que estuda a automação de comportamento inteligente”

Definições de IADefinições de IA

Histórico da IA – Histórico da IA – Primeiros Passos (1943 - 1956)Primeiros Passos (1943 - 1956)

Modelo matemático de um neurônio por Warren McCulloch e Walter Pitts (1943)

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x1

x2

x3

θ

y

y = 1 se i wi * xi > θy = 0 caso contrário

w1

w2

w3

Histórico da IA – Histórico da IA – Primeiros Passos (1943 - 1956)Primeiros Passos (1943 - 1956)

Regra de Donald Hebb para aprendizado de neurônios (1949)

Implementação de modelos neurais por Marvin Minsky (1950)

“Computing Machinery and Intelligence”, Allan Turing (1950)

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Histórico da IA – Histórico da IA – Nascimento da IA (1956)Nascimento da IA (1956)

Dartmond Workshop organizado por John McCarthy (1956)

Adoção do termo: Inteligência ArtificialLogic TheoristLogic Theorist por Allen Newell and

Hebert Simon

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Histórico da IA – Histórico da IA – “Look Ma, No hands” (1952-“Look Ma, No hands” (1952-1969)1969)

Criação de laboratórios, grupos de pesquisa, linguagens e programas para resolução de problemas

Resultados expressivos:◦ General Problem Solver por Newell e Simon◦ Advice Taker por McCarthy (1958)◦ Perceptron por Rosemblatt (1962)

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Histórico da IA – Histórico da IA – “Look Ma, No hands” (1952-“Look Ma, No hands” (1952-1969)1969)

“Não é minha intenção supreender ou chocar vocês, mas o que eu posso dizer é que atualmente existem no mundo máquinas que pensam, que aprendem e que criam. Além disso, a habilidade dessas máquinas de realizar tarefas está crescendo tão rápido que, em um futuro visível, a quantidade de problemas que elas resolveram será comparável com a quantidade com que a mente humana tem se ocupado.”

Hebert Simon (1957)

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Histórico da IA – Histórico da IA – Fase realista (1966-1973)Fase realista (1966-1973)

Entusiasmo da fase anterior foi revisto◦Primeiros programas tratavam apenas de

instâncias simples de problemas genéricos E.g., provar teoremas simples

◦Resolver problemas complexos não era uma questão somente de mais hardware e memória

◦Limitações básicas existentes nos modelos mais bem sucedidos E.g., Perceptrons (Minski e Papert, 1969)

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Histórico da IA – Sistemas Histórico da IA – Sistemas Baseados Baseados em Conhecimento (1969-1979)em Conhecimento (1969-1979)

Sistemas para resolução de problemas mais específicos usando conhecimento do domínio

Fase dos Sistemas EspecialistasSistemas Especialistas◦ Dendral (1969) – Classificação de estrutura

modecular a partir de dados de espectrômetro◦ Mycin (1976) – Diagnóstico de infecções

sanguíneas

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Histórico da IA – Histórico da IA – Consolidação (1980---)Consolidação (1980---)

Aplicação intensiva de sistemas especialistas na indústria

Retorno das Redes Neurais◦ Redes Multilayer Perceptron e o algoritmo de

BackPropagation (Rumelhart, Hinton 1986)Inteligência Artificial consolidada como

área de conhecimentoárea de conhecimento científico

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Inteligência ArtificialInteligência Artificial

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• Busca heurística• Representação do conhecimento• Raciocínio• Planejamento • Aprendizagem• Sistemas Multi-Agentes• Reconhecimento de Padrões•Processamento de Linguagem Natural

Problemas• Jogos• Sistemas Especialistas• Robótica• Bioinformática •Sistemas de Controle •Reconhecimento de Imagens •Recuperação de Informação

Aplicações

•Filosofia•Matemática

• Lógica• Proba. e Estat.• Cálculo

• Sociologia• Lingüística• Psicologia• Genética• Neuro-fisiologia•Economia •Computação tradicional

Fundamentos

Problemas genéricos da IAProblemas genéricos da IABusca heurística e resolução de problemas

Planejamento

Representação de conhecimento

Modelagem de Agentes e Sistemas Multiagentes

Aprendizagem de Máquina

Reconhecimento de padrões

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IA no BrasilIA no Brasil

Fracamente representada nas graduações em computação◦ normalmente, só 1 disciplina obrigatória◦ geralmente, depois do sexto período◦ Mas hoje já temos eletivas interessantes sendo ofertadas

nos cursosEconomicamente ainda incipiente

◦ por falta de demanda ou de profissionais bem formados?Visão “distorcida e incompleta” do que é IA No exterior o mercado fatura alto

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Material de EstudoMaterial de Estudo

S. Russell, P. Norvig, Artificial Intelligence: A Modern Approach, Prentice Hall, 2ed., 2003◦Módulos I, II, III, IV

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