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Agentes Inteligentes
Alex F. V. Machado
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DefiniçãoUm agente é tudo aquilo que pode ser visto como percebendo um
ambiente e agindo sobre ele em busca de um conjunto de objetivos.
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Um programa de IA pode ser visto como um Agente Racional
Plano da aula
O que é um Agente Racional (inteligente)?
Qual sua utilidade em IA?
Ambientes e arquiteturas
Aplicações
Estado atual do conceito de agente
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sensoresAgente
atuadores
a m
b i e n
t e
Raciocinadormodelo do ambiente
O que é um agente Agente é qualquer entidade que:
percebe seu ambiente através de sensores (ex. câmeras, microfone, teclado, finger...)
age sobre ele através de atuadores (ex. vídeo, auto-falante, impressora, braços, ftp, ...)
Mapeamento: seqüência de percepções => ação
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Características Cognitivas (1/2)
Básicas:Autonomia – capacidade de agir sem intervenção de outros agentes.Reatividade – habilidade de reagir a estímulos do ambiente.Proatividade – propriedade de agir guiado por objetivos, a partir de iniciativa própria.
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Características Cognitivas (2/2)Adicionais:Sociabilidade – potencialidade de se comunicar com outros agentes do ambiente.Adaptatividade – capacidade de se adaptar ao ambiente (aprendizado).Mobilidade – habilidade de se mover entre ambientes. Veracidade – propriedade de dizer sempre a verdade.Benevolência – característica de realizar tudo aquilo que lhe é solicitado.Racionalidade – capacidade de agir sempre em busca dos próprios objetivos.
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Medida de Desempenho (MD)
Critério que define o grau de sucesso de um agente na realização de uma dada tarefa Esta medida deve ser imposta do exterior Exs. aspirador de pó, provador de teoremas, filtragem
de e-mails, policial de trânsito, avaliador de clima...
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Agente Racional (McCarthy & Hayes 69, Newell 81)
Agente Racional: fazer a melhor coisa possível segue o princípio da racionalidade: dada uma seqüência de
percepções, o agente escolhe, segundo seus conhecimentos, as ações que satisfazem melhor seu objetivo.
Problema estado inicial + ações => estado final (objetivo)
Racionalidade Onisciência, limitações de: sensores atuadores raciocinador (conhecimento, tempo, etc.) Agir para obter mais dados perceptivos é racional
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A metáfora de agente decompõe1) Problema em:
percepções, ações, objetivos, e ambiente (e outros agentes)
2) Tipo de conhecimento em: Quais são as propriedades relevantes do mundo Como o mundo evolui Como identificar os estados desejáveis do mundo Como interpretar suas percepções Quais as conseqüências de suas ações no mundo Como medir o sucesso de suas ações Como avaliar seus próprios conhecimentos
3) Arquitetura e método de resolução de problema
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Agente de Polícia de Trânsito
Ambiente
Agenteraciocínio
Conhecimento:- leis- comportamento dos indivíduos,...
Objetivo:- fazer com que as leis sejam respeitadas
Ações:- multar- apitar- parar, ...
execuçãopercepção
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Exemplos de AgentesAgente Dados
perceptivosAções Objetivos Ambiente
Diagnósticomédico
Sintomas,paciente, exames
respostas, ...
Perguntar,prescrever exames,
testar
Saúde do paciente,minimizar custos
Paciente,gabinete, ...
Análise deimagens de
satélite
Pixels imprimir umacategorização
categorizarcorretamente
Imagens desatélite
Tutorial deportuguês
Palavrasdigitadas
Imprimir exercícios,sugestões,
correções, ...
Melhorar odesempenho do
estudante
Conjunto deestudantes
Filtrador demails
mensagens Aceitar ou rejeitarmensagens
Aliviar a carga deleitura do usuário
Mensagens,usuários
Motorista detaxi
Imagens,velocímetro,
sons
brecar, acelerar,dobrar, falar com
passageiro, ...
Segurança,rapidez, economia,
conforto,...
Ruas, pedestres,carros, ...
Músico de jazz Sons seus e deoutros músicos,
grades deacordes
Escolher e tocarnotas no andamento
Tocar bem, sedivertir, agradar
Musicos,publico, grades
de acordes
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Ambiente
Classes de ambientes Físico: robôs Software: softbots Realidade virtual (simulação do ambiente físico): softbots e avatares
Propriedades de um ambiente acessível (completamente observável) x inacessível (parcialmente
observável) determinista x não-determinista episódico x não-episódico (seqüêncial) estático x dinâmico discreto x contínuo
Outras propriedades Número de percepções, ações, objetivos,...
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Ambientes: propriedades
Acessível: quando os sensores do agente conseguem perceber o estado completo do ambiente.
Episódico: a experiência do agente é dividida em episódios. Cada episódio consiste em o agente perceber e então agir. Cada episódio não depende das ações que ocorreram em episódios prévios.
Determinístico: o próximo estado do ambiente pode ser completamente determinado pelo estado atual e as ações selecionadas pelo agente.
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Ambiente Determinístico
Próximo estado = estado atual + ações dos agentes.
Devemos dizer se um ambiente é ou não determinístico do ponto de vista de um agente.
Ex.: xadrez – determinístico
robô que seleciona peças – não-determinístico
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Ambientes: propriedades
Estático: o ambiente não muda enquanto o agente está escolhendo a ação a realizar. Semi-dinâmico: o ambiente não muda enquanto o
agente delibera, mas o "score" do agente muda. Discreto: quando existe um número distinto e
claramente definido de percepções e ações em cada turno. Contínuo: percepções e ações mudam em um
espectro contínuo de valores.
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Exemplos de Ambientes
Agente acessível determinista episódico estático discreto
xadrez sem relógio Sim Sim Não Sim Sim
xadrez com relógio Sim Sim Não Semi sim
motorista de taxi Não Não Não Não Não
médico Não Não Não Não Não
tutor Não Não Não Não Sim
Analisador de imagem Sim Sim Sim Semi Não
Busca na web Não Não Sim Não Sim
Filtrador de mail Sim Não Sim Não Sim
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O que é um agente
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Agentes Inteligentes
Arquiteturas Agente tabela Agente reativo simples Agente reativo com estado interno Agente orientado a objetivos Agente baseado em utilidade Agente com aprendizagem autonomia
complexidade
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ambiente
sensores
atuadores
Tabelapercepções ações
. .
. .
Agente
Agente Tabela
Limitações Mesmo Problemas simples -> tabelas muito grandes
ex. xadrez 30^100 Nem sempre é possível, por ignorância ou questão de tempo, construir a tabela Não há autonomia nem flexibilidade Este agente só tem fins didáticos!!! Não vale nem a pena pensar nele
Ambientes acessível, determinístico, episódico, estático, discreto e minúsculo!
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Agente sensores
atuadores
Qual a aparência atual do mundo?
Que ação devo executar agora? Regras “condição-ação”
a m
b i e n
t e
Agente Reativo Simples
Vantagens e desvantagens Regras condição-ação: representação inteligível, modular e eficiente
ex. Se velocidade > 60 então multar Não pode armazenar uma seqüência de percepções, pouca autonomia
Ambientes: Reflexo imprescindível em ambientes dinâmicos Acessível, episódico, pequeno
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Agente Reativo com Estado Interno
Necessários quando um histórico é necessário, além da informação sensorial.
Am
biente
Estado do Mundo
Sensors
Que ação eu devo tomarregras condição-ação
Effectors
estado interno
como o mundo evolui
conseqüências de minhas ações
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Agente Orientado a Objetivos
Am
bienteEstado do
Mundo
Sensors
Que ação eu devo tomarobjetivos
Effectors
estado interno
como o mundo evolui
conseqüências de minhas ações Como será o mundo
se eu tomar ação A
Ambiente: sem restrição Desvantagem: não tem adaptabilidade Ex. motorista recifence
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Agente Baseado em Utilidade
Funciona escolhendo sempre um estado mais útil.Função de utilidade: determina o grau de satisfação do agente em relação a um determinado estado.
Am
bienteEstado do
Mundo
Sensors
Que ação eu devo tomar
utility
Effectors
estado interno
como o mundo evolui
conseqüências de minhas ações Como será o mundo
se eu tomar ação A
O quão feliz vou ficar nesse estado
Ambiente: sem restrição Desvantagem: não tem adaptabilidade
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Agente com Aprendizado
sensores
atuadores
Agente
Gerador de problemas
crítico
elemento de aprendizagem
avaliação
objetivos de aprendizagem
elemento de desempenho (agente)
trocas
conhecimento
a m
b i e n
t e
Ambiente: sem restrição Vantagem: tem adaptabilidade (aprende) Ex. motorista sem o mapa da cidade
t
t+1
t
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Simulação do Ambiente Às vezes é mais conveniente simular o ambiente
mais simples permite testes prévios evita riscos, etc...
O ambiente (programa) recebe os agentes como entrada fornece repetidamente a cada um deles as percepções
corretas e recebe as ações atualiza os dados do ambiente em função dessas ações e de
outros processos (ex. dia-noite) é definido por um estado inicial e uma função de atualização deve refletir a realidade
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Simulação de ambiente
função simulaAmbiente (estado, funçãoAtualização,agentes,final)
repita
para cada agente em agentes faça
Percept[agente] := pegaPercepção(agente,estado)
para cada agente em agentes faça
Action[agente] := Programa[agente] (Percept[agente])
estado := funçãoAtualização(ações, agentes, estado)
scores := avaliaDesempenho(scores,agente,estado) //opcional
até final
Observação: não cair em tentação “roubando” do ambiente a descrição do que
aconteceu. Usar a memória do agente!
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Inteligência Coletiva Porque pensar a inteligência/racionalidade como
propriedade de um único indivíduo?
Não existe inteligência ... Em um time de futebol? Em um formigueiro? Em uma empresa (ex. correios)? Na sociedade?
Solução: IA Distribuída Agentes simples que juntos resolvem problemas complexos
tendo ou não consciência do objetivo global Proposta por Marvin Minsky e em franca expansão... o próprio ambiente pode ser modelado como um agente
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IA Distribuída: dois tipos de sistemas Resolução distribuída de problemas
consciência do objetivo global e divisão clara de tarefas Exemplos: Robótica clássica, Busca na Web, Gerência de
sistemas distribuídos, ... Sistemas Multi-agentes
não consciência do objetivo global e nem divisão clara de tarefas Exemplos: n-puzzle, futebol de robôs, balanceamento de carga,
robótica, ...
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Exemplos de Sistemas Multi-Agentes Ant Colony (Colônia de Formigas) Termite Behaviour (Comportamento de Cupins)
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Termite Behaviour
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Termite Behaviour
Ambiente:
- Espaço em preto: área vazia
- Pontos amarelos: madeira
- Pontos vermelhos: cupins
Objetivo:
- Criar pilhas de madeira
Comportamentos dos cupins:
- Se não estiver carregando nada:Anda aleatoriamente até achar uma madeira e a carrega
- Se estiver carregando madeira: anda aleatoriamente, no espaço vazio, deixando a madeira em um espaço vazio.
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Termite Behaviour
Aplicação:
Sistemas de roteamento de redes de computadores
Problemas de Clusterização / Classificação de Dados(Ex. construção de grupos homogêneos de municípios de acordo
com alguma variável sócio-econômica)
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Ant Colony
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Ant ColonyObjetivo:
- Achar comida e trazer para a toca no menor caminho
Comportamento das formigas:
- Andam em caminhos aleatórios e deixam um rastro de feromônio (rastro) por um determinado espaço de tempo.
- Tendem a andar em caminhos cujo o rastro de ferômonio seja mais forte.
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Ant ColonyAplicação:
- Sistemas de roteamento de redes de computadores
-Transporte urbano e logística
- Modelagem de Proteínas(Bioinformática)
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Propriedades Autonomia
raciocínio, comportamento guiado por objetivos reatividade
Adaptabilidade & aprendizagem
Comunicação & Cooperação
Personalidade