Inteligncia Artificial Uma introduoRicardo Linden

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Questes PreliminaresIA busca criar entidades inteligentes e entend-las

Computadores com inteligncia similar ou melhor que a humana podem ter grande impacto

IA procura trabalhar em cima do problema bsico:Como pode um crebro pequeno e lento perceber, compreender, manipular e prever um mundo maior e mais complicado que ele?

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Questes PreliminaresComo cincia, IA muito jovem.

Formalmente iniciada em 1956, quando o nome foi criado.Entretanto, o trabalho real comeou cerca de 10 anos antes.

O campo ainda no encontrou seu Einstein

muito diverso, seu escopo indo desde processamento de linguagem natural at jogos.

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O que Inteligncia Artificial?Existem muitas definies.

As definies variam dentro de dois temas principais:RaciocnioComportamento

Os produtos, ferramentas e solues de IA tendem a ter seu sucesso medido de duas formas diferentes:Performance similar quela considerada inteligentePerformance similar quela considerada como ideal

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O que Inteligncia Artificial?Existem dois tipos de objetivos principais que foram o motivo de briga durante muitos anos.

Uma viso mais centrada no ser humano se concentra mais na cincia emprica envolvendo hipteses e confirmao experimental.

J a viso racionalista envolve uma combinao de matemtica e engenharia.

Ambas tm sido muito teis.

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O que Inteligncia Artificial?o excitante esforo apra fazer computadores pensarem, mquinas com mentes, no sentido completo e literal (Haugeland 1985)

a automao de atividades que associamos com o pensamento humano, tais como tomada de decises, soluo de problemas e aprendizado (Bellman 1978)a arte de criar mquinas que realizem atividades que requerem inteligncia quano realizadas por pessoas (Kurzweil, 1990)como fazer os computadores fazerem coisas nas quais os seres humanos hoje em dia so mais eficientes. (Rich and Knight, 1991)

o estudo das faculdades mentais atravs do uso de modelos computacionais(Charniak and McDermott, 1985)

o estudo das computaes que fazem com que sejam possvel perceber, raciocinar e agir(Winston, 1992)

um campo de estudo que procura explicar e emular o comportamento inteligente em termos de processos computacionais(Schalkoff, 1990)o ramo da cincia de computao que est preocupada com a automao do comportamento inteligente (Luger and Stubblefield, 1993)Pensa-mentoAoHumanaRacional

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O que Inteligncia Artificial?Nosso ponto de vista:Inteligncia artificial o campo da cincia de computao que est preocupada com a automao do comportamento inteligente

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O que comportamento inteligente?At que ponto a inteligncia aprendida?Como ocorre o aprendizado?O que a criatividade?O que intuio?A inteligncia observvel a partir do comportamento?Como o conhecimento representado nos neurnios?O que auto-conscincia? Que papel ela tm na inteligncia? possvel obter inteligncia em um computador? Precisamos de um mecanismo biolgico? Qual a diferena entre computadores de silcio para aqueles de carbono?

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O teste de TuringProposto por Alan Turing em 1950

Idia: obter uma forma satisfatria de definir a inteligncia operacionalmente

Definio de inteligncia de Turing: a habilidade de obter uma performances de nvel humano em todas as tarefas cognitivas de forma a enganar um interrogador humano

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O teste de TuringComputador e um humano seriam interrogados por um humano por algum tipo de rede Turing sugeriu o teletipoHoje, pensamos na Internet

Computador passa no teste se interrogador no consegue distinguir entre computador e ser humano.

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O teste de TuringRequer capacidade de processamento de linguagem naturalrepresentao do conhecimentoraciocnio automatizadoaprendizado de mquina

Teste de Turing extendido requer:visorobtica

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O teste de TuringNa prtica, requer o homem bicentenrio!Mas ser que isto tudo necessrio para ser inteligente?

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O teste de TuringSer que ele realmente denota inteligncia?Concentra-se demais no comportamentoPessoa com excessivo conhecimento pode parecer um computador.No diz nada sobre a capacidade de aprender e de lidar com situaes novas.Possibilidade de passar: fazer uma rvore com todas as possibilidades de conversao fazer o computador percorr-la conforme a conversao progride.

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O teste de TuringAinda popular

Existe um concurso com prmio de US$100.000,00

Endereo: http://www.loebner.net/Prizef/loebner-prize.html

Medalha de ouro do Prmio Loebner

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Caixa de SearlePerguntas so feitas e respondidas em chins.

Quando uma pergunta feita, dicionrios e enciclopdias so consultadas para determinar uma resposta

Aparentemente a pessoa dentro da caixa sabe chins, mas no sabe!

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Caixa de SearleSearle usou a sua caixa chinesa como argumento para a impossibilidade de computadores pensarem

Entretanto, aqui s a usamos como demonstrao do fato de que passar no teste de Turing no denota inteligncia.

Argumentos de Searle realmente denotam a impossibilidade de se programar inteligncia ou se s explicitam nossa incapacidade de faz-lo no momento.

Maiores referncias:http://cogprints.org/240/00/199802002.html (contra)http://www.iep.utm.edu/c/chineser.htm (relativamente a favor)

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Pensando RacionalmenteA IA concentra-se no pensamento racional.

Idia: Resolver problemasCriar modelos dos processos de pensamento

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Pensando racionalmenteAristteles foi o primeiro a tentar definir um processo de racicnio irrefutvel.Ele desenvolveu os silogismosOs silogismos fornecem estruturas de argumentao que sempre fornecem concluses corretas, dadas premisas corretas.Exemplo:Scrates um homemTodos os homens so mortaisScrates mortal!

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Pensando racionalmenteTudo pode ser desvirtuado:Deus amorO amor cegoStevie Wonder cegoConclusoDeus cegoStevie Wonder Deus!Se eu parti de fatos verdadeiros, como posso ter chegado concluses absurdas?

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Pensando racionalmenteIsto iniciou o campo da lgicaO campo foi muito expandido no sculo XIX por Boole, Pascal, Bayes, etc.Existem dois problemas com esta abordagem:Dificuldade de definir conhecimento informal de forma a coloc-lo na notao lgica (especialmente quando o conhecimento no 100% preciso)Existe uma grande diferena entre resolver um problema na teoria e na prtica.

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Agindo racionalmenteAgir racionalmente significa agir de forma a atingir os objetivos desejados, dados suas crenas e conhecimentos.Um agente algo/algum que percebe e age.A abordagem racional d nfase s inferncia corretas.Para agir racionalmente, necessrio um processo de inferncia racional.

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Sistemas Baseados em ConhecimentoTambm conhecidos como knowledge based systems (KBS) ou sistemas especialistas.Os mtodos anteriores eram ruins por falta de conhecimento. Os sistemas especialistas aprendem com um expert como resolver um problema.Criado em 1969, o DENDRAL (1969) era um sistema de identificao da estrutura molecular baseado em informaes obtidas com um espectmetro de massa.

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Sistemas EspecialistasMYCIN diagnosticava infeces sangneas (450 regras)To bom quanto experts. Melhor que recm formadosUsava tambm probabilidade.PROSPECTOR - usado para perfurao exploratria na lua.LUNAR - permitia aos geologistas fazer perguntas sobre pedras lunares em ingls (primeiro processador de linguagem natural de verdade)R1 e XCON permitiam grandes economias em suas reas de expertise

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Sistemas EspecialistasQuais so as caractersticas que todos estes sistemas tm em comum?

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Agindo racionalmenteA dificuldade vem quando no h uma provvel ao correta, mas uma deciso tem que ser tomada de alguma forma.

Outro problema: existem outras formas de inteligncia.

A racionalidade no tudo na nossa inteligncia!

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Inteligncia no RacionalSer que as seguintes pessoas no possuem formas especiais de inteligncia?MozartBaryshnikovPelChurchillVan GoghMuitos outros

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Redes NeuraisPor que no tentar obter capacidade de raciocnio operando exatamente como o crebro trabalha?

McCullogh e Pitts desevolveram em 1943 o primeiro neurnio artificial

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Redes NeuraisComearam a evoluir nos anos 60.O trabalho de Winograd and Cowan (1963) demonstrou que um grande nmero de elementos poderia representar coletivamente conceitos individuais com aumento correspondente em robustez e paralelismoSempre houve uma prova disto: o crebro!

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Redes NeuraisFrank Rosenblatt cria o perceptron em 1962Ele provou o seu famos teorema da convergnciaProvou que seu algoritmo de aprendizado poderia ajudar os pesos de conexo de perceptrons para aprender qualquer dado de entrada desde que isto fosse possvel.Problema: Minski e Papert provaram que problemas que no fossem linearmente separveis no eram passveis de aprendizado.

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E a?Redes Neurais ficaram quiescentes por um longo perodo, at o desenvolvimento de redes mais poderosas, capazes de resolver este problema.

S na dcada de 80 elas reviveram e hoje so um dos paradigmas mais fortes da computao inteligente.

Um dos pontos interessantes das redes neurais a analogia neurobiolgicaEngenheiros usam o crebro para criar redesNeurologistas podem usar a rede para entender o crebro

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As basesFilosofiaMatemticaPsicologiaLingusticaEngenharia de computaoCada um destes tpicos mereceria um curso inteiro. Ns obviamente no vamos entrar em tantos detalhes!

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FilosofiaPlato, Scrates e Aristteles criaram as bases do pensamento e cultura ocidentais.

Aristteles desenvolveu sistema de silogismos Base do raciocnio organizado Permite mecanicizar o processo de gerao de concluses a partir de premissas verdadeiras.Conjunto de regras para estabelecer o processo de pensamentoNada para definir os conceitos de livre arbtrio, criatividade, etc.

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FilosofiaE a conexo entre conhecimento e ao?Aristteles fundou uma idia implementada por Newell e Simon cerca de 2300 anos depois no GPS : o conceito de MEA (means end analysis)Neste conceito, todas as coisas so classificadas em termos das funes que servem Alm disto, levamos em considerao as funes requeridas e as maneiras de realiz-las.

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FilosofiaExemplo:Quero levar meu filho para a escola.Qual a diferena entre o que tenho e o que quero?DistnciaO que altera uma distncia?Meu carroMas meu carro no est funcionandoO que necessrio para fazer meu carro funcionar?Uma nova bateriaO que tem novas baterias?Um oficina mecnicaLogo, preciso ir a uma oficina para instalar uma nova bateria.Antes preciso comunicar-me com a loja.Etc.

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FilosofiaMEA muito tilMEA no explica o que fazer quando vrias aes existem vrias aes possveis para atingir o mesmo objetivo.Como julg-lasComo orden-las.A maioria dos sistemas especialistas, em seus motores de inferncia, usam MEA.

Vamos discutir com profundidade o conceito de sistemas especialistas em breve!

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FilosofiaDescartes (1596-1650) criou a idia do dualismo que dizia que havia uma parte da mente que no poderia ser explicada pelas leis da fsica.De acordo com Descartes, os animais no possuiam esta qualidade do dualismo.

Wilhem Leibniz (1646-1716) fundou o materialismo que dizia que o mundo inteiro (incluindo a mente) opera de acordo com as leis da fsica.

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FilosofiaO outro problema a resolver seria: qual a fonte do conhecimento? Francis Bacon criou o movimento emprico que dizia que o conhecimento no estava contido em nenhum dos sentidos.David Hume criou a teoria da induo, que dizia que ns adquirimos um conjunto de regras atravs da exposio repetida a associaes entre elementos.Betrand Russell forneceu conceitos adicionais atravs do positivismo lgico, que dizia que todo conhecimento pode ser caracterizado por teorias lgicas conectadas a sentenas que correspondem a entradas sensoriais.

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MatemticaOs filsofos fizeram o trabalho de basePrecisvamos da matemtica para fazer da IA uma cincia formal verificvel.H trs principais reas de trabalho:ComputaoLgicaProbabilidadeA idia de algoritmo foi introduzida atravs da matemtica.A lgica se originou com Aristteles Conceito puramente filosfico at George Boole introduzir linguagem formal para inferncia lgicas em 1847

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MatemticaTuring definiu claramente os conceitos de computabilidade e no computabilidade de funes como o retorno de uma resposta

O conceito de intratabilidade tambm foi introduzido como sendo o crescimento exponencial do tempo necessrio para resolver o problema com o aumento do nmero de instncias

O conceito de intratabilidade fundamental para entender porque at mesmo problemas relativamente pequenos no podem ser resolvidos em um tempo razovel.

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MatemticaReduo: tcnica descoberta nos anos 60 que consistia na transformao de uma classe de problemas em outros atravs da aplicao de transformaes bem definidas.

A teoria da probabilidade foi outro campo que se tornou um forte contribuinte para o desenvolvimento da IA

Teoria da deciso (1944), iniciada por Von Neumann, usa a probilidade para distinguir as boas aes (em termos de resultados) das ruins.

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PsicologiaBehaviorismo, iniciada por John Watson, dizia que:Todas as aes so baseadas em estmulos.Os behavioristas estudavam apenas medidas objetivas dos estmulos dado a um animal e a resposta correspondente.

Psicologia cognitiva, iniciada por William James, dizia que: O crebro possui e processa informao.As crenas e objetivos so componentes vlidos do comportamento e devem ser tratadas cientificamente.

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PsicologiaJames identificou 3 passos do processo cognitivo de um agente baseado em conhecimentoO estmulo deve ser traduzido em uma resposta interna.A representao manipulada pelos processos cognitivos para derivar novas representaes internas.Estas so traduzidas para uma ao.

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PsicologiaModelo de Craik (1943)Modelo em escala menor da realidade externa e de suas prprias aes gera capacidade de:concluir qual a melhor ao possvelreagir a situaes futuras antes de que elas aconteamusar o conhecimento de eventos passados ao lidar com o presente e futuro reagir cada vez melhor, de forma mais segura e mais compentente s emergncias que tiver que enfrentar.

O modelo de Craik requer:memriaconscincia (percepo) do mundoauto-conscinciacapacidade de raciocniocapacidade de avaliao de sucesso

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PsicologiaExemplo:Um programa (biolgico ou no) baseado neste modelo cognitivo pode planejar uma longa viagem considerando vrias rotas e selecionar a melhor antes de inici-la.Se houver algum tipo de problema no previsto (como pneu furado, estradas fechadas, etc) o modelo pode reagir usando experincia passadas e fazendo analogias.

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LingusticaA linguagem ambgua e diz coisas que na verdade so outras:metforas (problema do Stevie Wonder)expresses idiomticas (pois no para dizer sim, pois sim para dizer no)Assim, entender a linguagem exige a compreenso do contexto, no apenas compreenso gramaticalGrande parte do trabalho de representao de conhecimento est ligado representao da linguagem de uma maneira que um computador possa raciocinar.Processamento de linguagem natural continua sendo um campo sujeito a grandes estudos e avanos.

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ProblemasPara entender uma conversa, no basta apenas manipulaes sintticas!

preciso tambm conhecimento sobre os assuntos sobre os quais os problemas versavam.

Exemplo: ELIZA!

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ELIZAImplementao de um tipo de terapiaEntende somente problemas bsicos do ser humanosofrimentodormortefomeUsa a transformao pronominalMuitos pacientes foram enganadosEndereo : http://www-ai.ijs.si/eliza/eliza.html

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ELIZAEliza: Hello. I am ELIZA. How can I help you? You: I'm very sad Eliza: Does it please you to believe I am very sad? You: No, not you. I'm the one who is sad Eliza: You are being a bit negativeYou: You really don't understand what I'm saying, do you? Eliza: Does it please you to believe I am saying do i? You: What does that mean? Eliza: Does that question interest you? You: This is an inane conversation Eliza: Please go on. You: Go on with what? Eliza: Does that question interest you?

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Problemas lingusticosEntender o significado por trs de expresses muito complexoUsar apenas substituio de palavras pode gerar resultado hilariantes.Exemplos do BabelFish (Altavista)original em ingls: The spirit is willing but the flesh is weakfrancs: The spirit is laid out, but the flesh is weakportugus: The spirit is made use, but the meat is weakjapons: Mind is rejoicing, but, the meat is weakcoreano: The spirit puts out the flag and does, the flesh omits butespanhol: The alcohol is arranged, but the meat is weakalemo: The spirit is ready, but the flesh is weak

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Engenharia de ComputaoPara IA ser bem sucedida precisamos de algo capaz de processamento de intelignciaCom o aumento da disponibilidade de velocidade, memria e outros recursos computacionais, avanos antes inimaginveis da IA se tornaram realidade.Ser que estes avanos so suficientes?

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Um pouquinho de histria, ou, e a IA com tudo isto?

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Os primrdiosO trabalho comeou mais ou menos em 1943As primeiras redes neurais forma identificadas nos anos 40Usava-se um modelo de neurnio artificial binrio baseado em um conjunto de estmulos e aes.Em 1950, Shannon e Turing estavam tentando programas jogos de xadrez.Em 1951 foi feita a primeira rede neural ativa, chamada SNARC, composta de 40 neurnios construdos com 3000 vlvulas.

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Os primrdiosGPS (1950s) foi criado para imitar a forma de resolver problemas usada pelos seres humanosUsando objetivos intermedirios, ele abordava os problemas de forma similar s pessoas.Foi a primeira tentativa de imitar o jeito humano de pensar.Em 1959 foi construdo um provador de teoremas de geometria que usava axiomas explicitamente representados.Em 1952 criou-se o primeiro jogador de xadrez artificial que podia aprender.Em 1958 o LISP foi desenvolvido no MITBenefcio colateral: sistemas operacionais com time-sharing

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Problemas da IANos anos 60 e 70 comearam a surgir problemas:Muitos sucessos s se aplicavam a domnios extremamente limitados.No podiam ser aplicados a problemas maiores.Escalabilidade (o nmero de combinaes que formavam o micromundo era grande demais)Limitaes das estruturas usadas para gerar o comportamento inteligente

Nos anos 80 e 90 comeou-se a trabalhar muito mais em aplicaes prticas em domnios limitados

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Avanos recentesPrincipais reas de progressoRobticaViso computacionalAprendizado de mquinaRepresentao do conhecimentoAvanos impressionantesHITECH : bateu o campeo mundial em 1989PEGASUS : processador de linguagem natural que permite que se comprem passagens de avio. Exemplo de dilogo: leave January 20 and return January 28, cheapestProgramas de dignstico de patologiasProgramas para dirigir carrosSistemas de diagnstico de falhas em sistemas de distribuio de energiaE muito mais!!!

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