IA - Fundamentos da Computação e Inteligência Artificial
1.
2. Inteligência Artificial - IA
Prof. Dr. Carlos Estombelo montesco
Contato: estombelo@ufs.br
Fundamentos da Computação:
3. Introdução
Será que no futuro, talvez não muito
distante, as máquinas irão dominar o
mundo?
Será possível construir um cérebro
eletrônico que realize todas as tarefas
intelectuais humanas?
5. Introdução
A tecnologia realmente tem fascinado
... a ponto de muitos adorarem o
trabalho com tarefas complicadas de
computação ...
e paradoxalmente deixarem de lado a
Matemática, Estatística, Álgebra e
outros Fundamentos, ...
Sem se aperceberem da estreita união
que há entre estas áreas com IA.
6. Introdução
Uso indiscriminado de jogos
eletrônicos não contribui.
Por que não aproximar o
conhecimento científico do cotidiano?
Projetar e Desenvolver com suas
próprias mãos!
Descobrir e ter o prazer de conhecer o
mundo pelos olhos da razão.!
7. Introdução
IA
Sistematiza e automatiza
Tarefas intelectuais
O que é relevante em qualquer esfera de atividade
intelectual humana.
MAS o que é IA? ...
Definições de IA de acordo com 8 livros...
8. O que é Inteligência Artificial?
Definição desse termo é motivo de
discussão
Vamos por partes:
Definição de Artificial ?
Definição de Inteligência ? ... Pode se
tornar bem mais complicado ...
9. O que é Inteligência Artificial?
Uma definição Esclarecedora para
“Inteligência Artificial”:
“IA é o estudo de como fazer os
computadores realizarem tarefas as
quais, até o momento, os homens
fazem melhor” (Rich, 1994)”
10. O que é Inteligência Artificial?
Uma (OUTRA) definição
Esclarecedora para “Inteligência
Artificial”:
“todo problema para o qual nenhuma
solução algorítmica é conhecida é um
problema de IA (Laurière, 1990)”
11. Outras definições segundo
Russell e Norvig (2010)
Definição de IA (2 dimensões)
Processos de
pensamento e raciocínio
Processos de
Comportamento
(agindo, atuam)
Medem sucesso
em termos
de desempenho
humano
Medem sucesso
em termos
de racionalidade “faz tudo
certo”
12. Introdução
Agindo de forma humana: abordagem
do teste de Turing
Alan Turin (1950)
Projetado : para fornecer uma definição
operacional satisfatória de inteligência
“Teste baseado na impossibilidade de
distinguir entre entidades inegavelmente
inteligentes – os seres humanos”
A
13. Introdução
Agindo de forma humana: abordagem
do teste de Turing
A
O computador passará no teste se
um interrogador humano, depois de
propor algumas perguntas por
escrito, não conseguir descobrir se
as respostas escritas vêm de uma
pessoa ou não.
14. Introdução
Agindo de forma humana: abordagem
do teste de Turing
O que precisa?
1. Processamento da linguagem natural (PLN)
2. Representação de conhecimento
3. Raciocínio automatizado (novas conclusões)
4. Aprendizado de máquina
(para se adaptar a novas circunstancias e para
detectar a extrapolar padrões)
A
Teste de Turing evita ... Interação física (ela é desnecessária para a inteligência)
15. Introdução
Agindo de forma humana: abordagem
do teste de Turing
Teste de Turing Total
5. Visão de computador (para testar
habilidades de percepção)
6. Robótica(para passar objetos físicos pela
“tela”)
A
Essas 6 disciplinas compõem a maior parte de IA
16. Outras definições segundo
Russell e Norvig (2010)
Definição de IA (2 dimensões)
Sistemas que pensam como seres humanos Sistemas que pensam racionalmente
Sistemas que atuam como seres humanos Sistemas que atuam racionalmente
B C
A D
“O novo e interessante esforço para fazer os
computadores pensarem ... Máquinas mentes,
no sentido total e literal” (Haugeland, 1985)
“[Automatização de] atividades que associamos
ao pensamento humano, atividades como a
tomada de decisões, a resolução de problemas,
o aprendizado ...” (Bellman, 1978)
“O estudo das faculdades mentais pelo uso de
modelos computacionais” (Charniak e
McDermott, 1985)
“O estudo das computações que tornam
possível perceber, raciocinar e agir.” (Winston,
1992)
“A arte de criar máquinas que executam funções
que exigem inteligência quando executadas por
pessoas.” (Kurzweil, 1990)
“A Inteligencia Computacional é o estudo do
projeto de agentes inteligentes” (Poole et al.,
1998)
17. ... Agentes racionais ...
Nossa abordagem será:
Princípios gerais de agentes racionais e
nos componentes para construí-los.
O conceito de racionalidade pode ser
aplicado a uma ampla variedade de
agentes que operam em qualquer
ambiente.
18. Agentes e Ambientes
Aqui um agente
Pode perceber seu ambiente (sensores)
Pode agir sobre esse ambiente
(atuadores)
21. Aplicações da IA
As aplicações da IA vão desde jogos
até prova de teoremas.
22. Aplicações da IA
TAREFAS “CORRIQUEIRAS”
Percepção
•Visão
•Fala
Linguagem natural
•Entendimento
•Geração
•tradução
Raciocínio de senso somum Controle de robôs
TAREFAS FORMAIS
Jogos
•Xadrez
•Etc.
Matemática
•Geometria
•Lógica
•Cálculo integral
TAREFAS ESPECIALISTAS
Engenharia
•Projeto
•Descoberta de falhas
•Planejamento de manufatura
Análise científica
Diagnóstico médico
Análise financeira (Rosa, 2011)
23. Aplicações da IA
(Rosa, 2011)
Fazer o computador se lembrar de
fatos complicados inter-relacionados e
obter conclusões a partir deles
INFERÊNCIA LÓGICA !
Fazer o computador planejar
sequências de ações para alcançar
metas
PLANEJAMENTO !
24. Aplicações da IA
(Rosa, 2011)
Fazer o computador oferecer ajuda
baseada em regras complicadas para
várias situações
SISTEMAS ESPECIALISTAS OU
SISTEMAS DE DEDUÇÃO BASEADOS
EM REGRAS
25. Aplicações da IA
(Rosa, 2011)
Fazer o computador olhar através de
câmeras e ver o que estiver lá
VISÃO ARTIFICIAL
Fazer o computador se mover entre
objetos do mundo real
ROBÓTICA
27. Como fazer tudo isso ?
(Rosa, 2011)
IA trabalha com várias ferramentas
Desde lógica de predicados (lógica
clássica) ...
... até simulações das redes neurais, as
redes de células nervosas do cérebro.
29. Agente de resolução de
problemas
Exemplos
Quebra-cabeça de 8 peças
Estados: diferentes configurações com o espaço vazio
9!/2 = 181.440 estados acessíveis
Estado inicial: qualquer estado
Função sucessor: estados válidos resultados das ações o espaço
desloca para Esquerda, Direita, Acima ou Abaixo
Teste Objetivo: seqüência ordenada iniciando pelo espaço vazio
Custo de caminho: cada passo custa 1
Abstração
30. Agente de resolução de
problemas
Exemplos
Oito rainhas
Estados: qualquer disposição de 0 a 8 rainhas no tabuleiro
Estado inicial: nenhuma rainha no tabuleiro
Função sucessor: colocar uma rainha em qualquer quadrado vazio
Teste Objetivo: as 8 rainhas no tabuleiro e nenhuma é atacada
Custo de caminho: sem interesse porque o estado final é o mais
importante
Abstração
33. Algoritmos Genéticos
Estados sucessores são gerados pela
combinação de dois estados pais.
Inicia com uma população (k estados)
Cada indivíduo (ou estados) é representado
como uma cadeia sobre um alfabeto finito.
.
33
35. Observação
Em muitos problemas de IA você vai
observar que sempre se BUSCA por
uma solução ótima ...
Ou pelo menos o mais próximo
possível.
36. IA uma abordagem de
Aprendizado de Máquina
Exemplo:
Em um supermercado ... Como descobrir
qual cliente deve receber material de
propaganda ?
Se você tem o cadastro dos clientes você
pode realizar um processo de indução de
uma hipótese (ou aproximação de função)
a partir da experiência passada
Isto pode ser chamado de Aprendizado de
Máquina (Faceli, 2011)
37. IA uma abordagem de
Aprendizado de Máquina
Definição de Aprendizado de Máquina
“Capacidade de melhorar o desempenho
na realização de alguma tarefa por meio
da experiência” (Mitchell, 1997)
38. IA uma abordagem de
Aprendizado de Máquina
Aplicações de Aprendizado de Máquina (Faceli,
2011)
Reconhecimento de palavras faladas
Predição de taxas de cura de pacientes com
diferentes doenças
Detecção de uso fraudulento de cartões de crédito
Condução de automóveis de forma autônoma em
rodovias
Ferramentas que jogam xadrez semelhante aos
campeões
Diagnóstico de câncer por meio da análise de dados
de expressão gênica.
39. IA uma abordagem de
Aprendizado de Máquina
Devemos considerar
...
Modelos Descritivos
Mineração de Padrões Freqüentes
Análise de agrupamentos
40. Redes Neurais
O termo “Redes Neurais”
• Redes Neurais Artificiais
Ênfase nas aplicações: inteligência artificial, engenharia,
processamento de dados e imagens, medicina, finanças, etc;
Objetivo: Resolver problemas de reconhecimento e classificação
de padrões, controle adaptativo e previsão de series temporais;
Principais ferramentas: modelos de unidades inspiradas nos
neurônios biológicos com alto grau de interconexão e
processamento paralelo, tendo os pesos das conexões
modificados por algoritmos de aprendizado supervisionado ou
não supervisionado (backpropagation, aprendizado hebbiano
etc), implementados via pacotes comerciais ou outros
programas ; técnicas estatísticas de processamento e
tratamento de dados.
41. Elementos de Neurobiologia Necessários para a
construção de um Modelo de Neurônio de uma
Rede Neural Artificial
Esquema de uma Célula
Piramidal. Um Neurônio
Típico
42. As Redes Neurais Artificiais
Uma classe importante de redes neurais é a das que têm arquitetura “em
camadas”. Elas podem ser do tipo feedforward ou do tipo recorrente.
43. Espaço de Soluções
• Uma função como E, que tem que ser
minimizada (ou maximizada) para a obtenção
de uma solução ótima, costuma ser chamada
de função “custo”.
• .
44.
45. Não esquecer
IA não é Mágica
IA trabalha com as seguintes
Ferramentas (ou Fundamentos)
Matemática
Lógica
Álgebra Matricial
Estatística ...
47. Bibliografia
RUSSELL, Stuart J; NORVIG, P. Artificial intelligence: a
modern approach. New Jersey, Estados Unidos: Prentice
Hall, 1995. 932 p. (Prentice Hall series in artificial intelligence)
ISBN 0131038052 Número de Chamada (UFS): 004.8 R959a
LUGER, George F. Artificial intelligence: structures and
strategies for complex problem solving. 6th ed. Harlow:
Addison Wesley Longman, 2009. 754 p. ISBN
9780321545893 Número de Chamada (UFS) : 004.8 L951a
6th ed.
KATTI FACELI;ANA CAROLINA LORENA;JOAO
GAMA;ANDRE C. P. L. F. DE CARVALHO. INTELIGÊNCIA
ARTIFICIAL - UMA ABORDAGEM DE APRENDIZADO DE
MÁQUINA – 2011 -
Rosa, J. L. G. . Fundamentos da Inteligência Artificial. 1.
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. v. 1. 228 p
48. Vídeo
Pessoal aqui um link muito interessante, é
comentado nesse vídeo sobre Batman !
Vocês tem como selecionar a legenda em
português.
http://www.ted.com/talks/dennis_hong_my_seven_species_of_robot.html
49.
50. Inteligência Artificial - IA
Prof. Dr. Carlos Estombelo montesco
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Fundamentos da Computação: