1. SZTUCZNA INTELIGENCJA

JAKO DZIEDZINA WIEDZY

© F.A. Dul 2007

JAKO DZIEDZINA WIEDZY

Sztuczna inteligencja jako dziedzina wiedzy

W tym rozdziale przedstawimy ró

ż

ne

spojrzenia na sztuczn

ą

inteligencj

ę

,

w tym takie, które okre

ś

la j

ą

jako

© F.A. Dul 2007

w tym takie, które okre

ś

la j

ą

jako

działanie racjonalne inteligentnych
agentów.

Człowiek – homo sapiens – jest jedyn

ą

istot

ą

my

ś

l

ą

c

ą

.

Inteligencj

ę

przypisuje si

ę

człowiekowi oraz zwierz

ę

tom.

Wybrane definicje inteligencji:

Czym jest inteligencja?

1.1 Czym jest sztuczna inteligencja?

• Inteligencja to to, co mierz

ą

testy inteligencji (Boring)

• Inteligencja to zdolno

ść

rozwi

ą

zywania problemów (Piaget)

• Inteligencja to dostrzeganie zale

ż

no

ś

ci, relacji (Spearman)

© F.A. Dul 2007

• Inteligencja to dostrzeganie zale

ż

no

ś

ci, relacji (Spearman)

• Inteligencja to zdolno

ść

uczenia si

ę

(Ferguson)

• Inteligencja to ogólna zdolno

ść

adaptacji do nowych warunków

i wykonywania nowych zada

ń

(Stern)

• Inteligencja to konstrukt teoretyczny odnosz

ą

cy si

ę

do wzgl

ę

dnie

stałych warunków wewn

ę

trznych człowieka, determinuj

ą

cych

efektywno

ść

działa

ń

, wymagaj

ą

cych procesów poznawczych.

Warunki te kształtuj

ą

si

ę

w wyniku interakcji genotypu,

ś

rodowiska

i własnej aktywno

ś

ci człowieka. (Strelau)

• ...

Inteligencja nie jest wi

ę

c poj

ę

ciem jednoznacznym.

Niektóre pogl

ą

dy na istot

ę

inteligencji s

ą

wr

ę

cz sprzeczne:

• Inteligencja to zdolno

ść

do twórczego, a nie tylko mechanicznego

przetwarzania informacji, czyli tworzenia zupełnie nowych poj

ęć

i ich nieoczekiwanych poł

ą

cze

ń

.

T

ę

umiej

ę

tno

ść

wykorzystuj

ą

, a by

ć

mo

ż

e posiadaj

ą

tylko

niektórzy ludzie.

• Inteligencja to zdolno

ść

do przetwarzania informacji na poziomie

abstrakcyjnych idei (np. umiej

ę

tno

ść

dokonywania oblicze

ń

matematycznych lub gry w szachy).

Tak

ą

inteligencj

ę

posiadaj

ą

równie

ż

komputery (sztuczna

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

Tak

ą

inteligencj

ę

posiadaj

ą

równie

ż

komputery (sztuczna

inteligencja).

Na szcz

ęś

cie rozwijanie sztucznej inteligencji

(przynajmniej od strony praktycznej) nie wymaga
jednoznacznego definicji poj

ę

cia inteligencji.

Okre

ś

lenie dziedziny oraz istoty sztucznej inteligencji

mo

ż

e by

ć

dokonane z kilku ró

ż

nych punktów widzenia.

Sztuczna inteligencja to twórcza kontynuacja filozofii

Istnieje wiele definicji sztucznej inteligencji
uzale

ż

nionych od sposobu jej postrzegania;

Definicja poznawcza - filozoficzna

Sztuczna inteligencja - Artificial Intelligence - AI

Najogólniejsze definicje AI odwołuj

ą

si

ę

do jej aspektów

poznawczych lub filozoficznych...

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

Sztuczna inteligencja to dziedzina zajmuj

ą

ca si

ę

analiz

ą

mo

ż

liwo

ś

ci kreacji sztucznych bytów

posiadaj

ą

cych cechy inteligentne.

Sztuczna inteligencja to twórcza kontynuacja filozofii
w kierunku zrozumienia i budowy bytów inteligentnych.

Definicja poznawcza - konstruktywna

Definicja praktyczno - poznawcza

Sztuczna inteligencja jest to dział informatyki zajmuj

ą

cy

si

ę

badaniami nad systemami inteligentnymi,

ich modelowaniem, konstrukcj

ą

oraz wykorzystaniem

do wspomagania i substytucji pracy umysłowej człowieka
oraz do gł

ę

bszego zrozumienia ludzkiego sposobu

Istniej

ą

te

ż

definicje bardziej praktyczne, traktuj

ą

ce AI

jako dziedzin

ę

techniczn

ą

...

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

Sztuczna inteligencja to teoria i praktyka budowy
maszyn inteligentnych.

Definicja praktyczna - in

ż

ynierska

oraz do gł

ę

bszego zrozumienia ludzkiego sposobu

rozumowania.

Dzi

ę

ki sztucznej inteligencji

ś

mietnik (w nauce)

nie jest potrzebny...

Definicja zło

ś

liwa

Nie wszyscy jednak zgadzaj

ą

si

ę

z tak górnolotnymi

i czołobitnymi okre

ś

leniami ...

Co gorsza, nawet pionierzy staj

ą

si

ę

ostatnio

pesymstami ….

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

Artificial Intelligence is dead

... There are absolutely

no progress in understanding the nature of human
inteligence...

Marvin Minsky, 2006

pesymstami ….

Có

ż

, punkt widzenia zale

ż

y od tego, czego si

ę

oczekiwało. Minsky

żą

da chyba zbyt wiele...

Kiedy zatem nam, technikom, AI mo

ż

e by

ć

pomocna?

•

Wi

ę

kszo

ść

zada

ń

technicznych mo

ż

na rozwi

ą

za

ć

metodami

Ró

ż

ne punkty spojrzenia na sztuczn

ą

inteligencj

ę

:

•

AI jako kontynuacja filozofii;

•

AI jako nauka biologiczno-medyczna;

•

AI jako dział informatyki;

•

AI jako dziedzina in

ż

ynierii;

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

•

Wi

ę

kszo

ść

zada

ń

technicznych mo

ż

na rozwi

ą

za

ć

metodami

klasycznymi: analiz

ą

, poprzez symulacje, za pomoc

ą

teorii

sterowania;

•

Istniej

ą

jednak zadania, które AI rozwi

ą

zuje lepiej, np. analiza

mowy, analiza obrazu, gry strategiczne;

•

Metody AI s

ą

niezast

ą

pione w sytuacji, gdy brak jest pełnej

informacji o

ś

rodowisku, gdy system jest autonomiczny,

a zwłaszcza wtedy, gdy powinien si

ę

uczy

ć

.

Postrzeganie sztucznej inteligencji ze wzgl

ę

du na natur

ę

lub kryteria oceny skuteczno

ś

ci:

AI jako proces my

ś

lowy (wnioskowanie) lub jako

zachowanie (działanie);

ocena skuteczno

ś

ci AI według standardów zachowa

ń

ludzkich albo według inteligencji idealnej (racjonalno

ść

)

Kombinacje powy

ż

szych kryteriów prowadz

ą

do czterech

punktów spojrzenia na sztuczn

ą

inteligencj

ę

:

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

W niniejszym kursie sztuczna inteligencja b

ę

dzie

rozpatrywana jako działanie racjonalne.

My

ś

lenie „ludzkie”

Działanie „ludzkie”

My

ś

lenie racjonalne

Działanie racjonalne

punktów spojrzenia na sztuczn

ą

inteligencj

ę

:

• ”Rewolucja kognitywna” lat sze

ść

dziesi

ą

tych: psychologia

oparta na przetwarzaniu informacji;

• Kognitywistyka wymaga teorii naukowych opisuj

ą

cych

wewn

ę

trzn

ą

aktywno

ść

mózgu;

• Dwa podej

ś

cia:

My

ś

lenie „ludzkie”

Kognitywistyka - nauka o działaniu umysłu.

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

– Przewidywanie i testowanie zachowania si

ę

istot

ludzkich - Cognitive Science - (top-down)

– Identyfikacja czynno

ś

ci umysłowych na podstawie

danych neurologicznych - Cognitive Neuroscience -
(bottom-up)

• Oba podej

ś

cia stanowi

ą

obecnie odr

ę

bne dziedziny i nie

s

ą

zaliczane do głównego nurtu AI.

•

ś

adna istniej

ą

ca teoria kognitywistyczna nie zbli

ż

a si

ę

nawet do wyja

ś

nienia inteligencji ludzkiej.

My

ś

lenie racjonalne

Arystoteles: czym s

ą

“wła

ś

ciwe” argumenty logiczne oraz

procesy my

ś

lowe?

Greckie szkoły filozoficzne rozwin

ę

ły ró

ż

ne formy logiki:

wprowadziły notacje logiczne, zasady wnioskowania;

Od logiki, poprzez matematyk

ę

i filozofi

ę

, wiedzie

Poszukiwanie „praw my

ś

lenia”.

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

Kierunek logiczny w AI zmierza do budowy inteligentnych
systemów na bazie programowania logicznego.

Od logiki, poprzez matematyk

ę

i filozofi

ę

, wiedzie

bezpo

ś

rednia droga do współczesnej AI.

Problemy podej

ś

cia logicznego:

• Nie ka

ż

de zachowanie inteligentne jest wynikiem

rozwa

ż

a

ń

logicznych;

• Jaki jest cel my

ś

lenia? Jak powinno si

ę

my

ś

le

ć

?

Kiedy maszyna zachowuje si

ę

w sposób inteligentny?

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

Działanie „ludzkie”

Alan M. Turing (1912-1954)

Prekursor sztucznej inteligencji,
Matematyk, twórca informatyki,
kryptolog (złamanie „Enigmy”*)

Pionierska praca Turinga o sztucznej

© F.A. Dul 2007

Computing Machinery and Intelligence
(1950), Mind, 59, pp.433-460.

Czy maszyna mo

ż

e my

ś

le

ć

?

Czy maszyna mo

ż

e zachowywa

ć

si

ę

inteligentnie?

*) z udziałem Polaków: Mariana Rejewskiego, Jerzego Ró

ż

yckiego i Henryka Zygalskiego

.

Pionierska praca Turinga o sztucznej
inteligencji

Test praktyczny inteligencji -”gra w imitacj

ę

”- test Turinga

Człowiek

Kiedy maszyna zachowuje si

ę

w sposób inteligentny?

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

Działanie „ludzkie”

© F.A. Dul 2007

Według Turinga maszyn

ę

mo

ż

na uzna

ć

za inteligentn

ą

,

gdy człowiek-tester nie jest w stanie odró

ż

ni

ć

odpowiedzi

maszyny od odpowiedzi innego człowieka.

Człowiek-tester

Maszyna

Koncepcja Turinga spowodowała przełom w podej

ś

ciu

do badania sztucznej inteligencji.

Pytanie o istot

ę

inteligencji zostało zast

ą

pione ocen

ą

zachowania - sprawdzaniem skutków bycia
inteligentnym.

Takie podej

ś

cie, pozostawiaj

ą

ce dylematy filozoficzne

naukom filozoficznym i psychologicznym, ułatwiło rozwój

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

Działanie „ludzkie”

© F.A. Dul 2007

Test Turinga jest jednak nieformalizowalny
matematycznie, niekonstruktywny i niepowtarzalny.

Jak dot

ą

d

ż

adna maszyna nie zaliczyła testu Turinga...

Takie podej

ś

cie, pozostawiaj

ą

ce dylematy filozoficzne

naukom filozoficznym i psychologicznym, ułatwiło rozwój
kierunku „technicznego” sztucznej inteligencji.

Dlatego Test Turinga nie stanowi obecnie narz

ę

dzia

praktycznego sztucznej inteligencji.

Działanie „ludzkie”

Okazuje si

ę

równie

ż

,

ż

e zaproponowana przez Turinga

gra w imitacj

ę

odwołuje si

ę

do najwa

ż

niejszych

elementów sztucznej inteligencji „praktycznej”:

baz wiedzy,

Znaczenie koncepcji Turinga polega na zmianie sposobu
podej

ś

cia do tworzenia sztucznej inteligencji.

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

baz wiedzy,

wnioskowania automatycznego,

rozumienia j

ę

zyka naturalnego,

uczenia si

ę

,

a tak

ż

e:

wizualizacji komputerowej,

robotyki.

„Zrobi

ć

co

ś

dobrze” - na podstawie posiadanych

informacji zrobi

ć

to tak, aby osi

ą

gn

ąć

zamierzony cel.

Działanie racjonalne - „robienie czego

ś

dobrze”.

Działanie racjonalne nie musi bazowa

ć

na my

ś

leniu -

mo

ż

e by

ć

np. oparte na refleksie.

My

ś

lenie stanowi jednak najlepsz

ą

podstaw

ę

działania

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

Działanie racjonalne

© F.A. Dul 2007

My

ś

lenie stanowi jednak najlepsz

ą

podstaw

ę

działania

racjonalnego.

Działanie racjonalne ma dwie przewagi nad pozostałymi
trzema formami AI:

jest bardziej ogólne ni

ż

my

ś

lenie racjonalne,

jest łatwiejsze do sformalizowania.

Podmiotem działania racjonalnego jest agent racjonalny
zwany te

ż

agentem inteligentnym.

Sztuczna inteligencja jako działanie racjonalne

Sztuczna inteligencja jako działanie racjonalne skupia si

ę

na analizie agenta racjonalnego (inteligentnego).

Agent racjonalny wykonuje ’inteligentnie’’ powierzone mu
zadanie obserwuj

ą

c

ś

rodowisko i przeprowadzaj

ą

c w nim

odpowiednie działania - realizuje funkcj

ę

agenta.

Poj

ę

cie agenta inteligentnego jest bardzo szerokie; mo

ż

e

to by

ć

zarówno pralka, robot przemysłowy, łazik

marsja

ń

ski, jak i program komputerowy czy baza wiedzy.

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

© F.A. Dul 2007

agent „z refleksem”,

agent celowy,

agent logiczny,

agent planuj

ą

cy,

agent ucz

ą

cy si

ę

.

odpowiednie działania - realizuje funkcj

ę

agenta.

Agenci racjonalni dziel

ą

si

ę

na klasy w zale

ż

no

ś

ci od

metod u

ż

ytych do realizacji funkcji agenta:

Niniejszy wykład po

ś

wi

ę

cony jest omówieniu zagadnie

ń

zwi

ą

zanych z działaniem takich agentów.

W uj

ę

ciu technicznym sztucznej inteligencji

podstawow

ą

rol

ę

pełni agent postaci

agent = architektura + program

1.1. Czym jest sztuczna inteligencja?

Architektura jest rozumiana jako układ
fizyczny zło

ż

ony z wielu urz

ą

dze

ń

, w

którym główn

ą

rol

ę

pełni

komputer

.

© F.A. Dul 2007

„Inteligencja” jest implementowana w
postaci programów tworzonych dla agenta.

którym główn

ą

rol

ę

pełni

komputer

.

Dlatego w uj

ę

ciu ”agentowym”

sztuczna

inteligencja wygl

ą

da jak informatyka.

Sztuczna inteligencja opiera si

ę

na dorobku wielu dziedzin

nauki i techniki.
Najwi

ę

kszy wpływ na rozwój Sztucznej Inteligencji wywarły:

Filozofia,

Matematyka,

Ekonomia,

Neurobiologia,

1.2 Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Neurobiologia,

Psychologia,

In

ż

ynieria Komputerowa i Informatyka,

Teoria Sterowania i Cybernetyka,

Lingwistyka.

Sztuczna inteligencja czerpała (i nadal czerpie) z powy

ż

szych

dziedzin odpowiedzi na podstawowe pytania jej dotycz

ą

ce.

Omówimy pokrótce wpływ powy

ż

szych dziedzin na powstanie

i rozwój sztucznej inteligencji.

• Filozofia

logika, metody wnioskowania, rozum jako
układ fizyczny, podstawy uczenia, j

ę

zyk,

racjonalno

ść

;

• Matematyka

reprezentacja formalna i dowodzenie
algorytmów, rozstrzygalno

ść

i dost

ę

pno

ść

algorytmiczna, prawdopodobie

ń

stwo;

• Ekonomia

u

ż

yteczno

ść

, teoria podejmowania decyzji;

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

Wkład poszczególnych dziedzin do sztucznej inteligencji:

© F.A. Dul 2007

• Ekonomia

u

ż

yteczno

ść

, teoria podejmowania decyzji;

• Neurobiologia

czynniki fizyczne aktywno

ś

ci umysłowej;

• Psychologia

zjawiska postrzegania i własno

ś

ci

motoryczne, techniki eksperymentalne;

• Informatyka

budowa szybkich komputerów;

• Teoria sterowania

układy maksymalizuj

ą

ce wska

ź

nik jako

ś

ci

• Lingwistyka

reprezentacja wiedzy, gramatyka;

Filozofia (428 p.n.e. – )

Czy wnioskowanie mo

ż

e by

ć

oparte na zasadach

formalnych?

W jaki sposób umysł wynika z fizycznego mózgu?

Sk

ą

d bierze si

ę

wiedza?

W jaki sposób wiedza prowadzi do działania?

Arystoteles – nieformalny system sylogizmów umo

ż

liwiaj

ą

cy

wnioskowanie automatyczne na podstawie reguł i zało

ż

e

ń

wst

ę

pnych.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

wst

ę

pnych.

Dualizm – materialne ciało i niematerialna dusza.
Materializm – nie ma duszy, wszystko jest materialne.
Empiryzm – cała wiedza pochodzi z do

ś

wiadczenia.

Zasada indukcji – wyprowadzanie zasad ze zło

ż

enia

elementów.
Pozytywizm logiczny – cała wiedza jest logik

ą

powi

ą

zan

ą

z obserwowanymi sentencjami.
Teoria konfirmacji – pierwsza teoria umysłu jako procesu
obliczeniowego.

Matematyka (800 – )

Jakie s

ą

formalne zasady wnioskowania?

Co mo

ż

e by

ć

obliczone?

Jak wnioskowa

ć

przy niepewnej informacji?

Matematyka umo

ż

liwia sformalizowanie idei filozoficznych.

Logika wywodzi si

ę

od staro

ż

ytnych Greków, ale jej

formalizacja nast

ą

piła dopiero w XIX wieku (Boole, Frege,

Tarski).

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Tarski).
Algorytmy równie

ż

wywodz

ą

si

ę

od staro

ż

ytnych Greków,

ale ich wła

ś

ciwy rozwój nast

ą

pił dopiero w wieku XX.

Kurt Gödel udowadniaj

ą

c twierdzenie o niekompletno

ś

ci

wykazał,

ż

e istniej

ą

funkcje których nie mo

ż

na obliczy

ć

.

Wa

ż

niejsze jest jednak to,

ż

e niektóre funkcje obliczalne

mog

ą

by

ć

zbyt zło

ż

one (intractable) aby mo

ż

na je było

obliczy

ć

w rozs

ą

dnym czasie (NP-complete problems).

Teoria prawdopodobie

ń

stwa umo

ż

liwia formalizacj

ę

problemów losowych opisanych niepełnymi modelami
teoretycznymi, z niepewnymi pomiarami, itp.

Ekonomia (1776 – )

Jak podejmowa

ć

decyzje maksymalizuj

ą

ce wyniki

działa

ń

?

Jak to zrobi

ć

, gdy inni w tym nie pomagaj

ą

?

Jak to zrobi

ć

, je

ż

eli wyniki pojawi

ą

si

ę

w dalszej

przyszło

ś

ci?

Ekonomia studiuje problem podejmowania decyzji w oparciu
o poj

ę

cie u

ż

yteczno

ś

ci działa

ń

.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Teoria podejmowania decyzji ł

ą

czy probabilistyk

ę

oraz

u

ż

yteczno

ść

w celu formalizacji procesu podejmowania

wła

ś

ciwych decyzji w warunkach niepewno

ś

ci.

Teoria gier formalizuje podejmowanie decyzji w warunkach
konkurencji - innych agentów, których interesy s

ą

odmienne.

Badania operacyjne rozwa

ż

aj

ą

problem podejmowania

decyzji sekwencyjnych których skutki s

ą

odsuni

ę

te w czasie.

Teoria decyzji zadowalaj

ą

cych (satisficing) okre

ś

la najbardziej

prawdopodobne zachowania ludzkie.

Neurobiologia (1861 – )

W jaki sposób mózg przetwarza informacje?

Neurobiologia zajmuje si

ę

poznaniem mechanizmów

fizycznych zwi

ą

zanych z działaniem mózgu.

Nie ma obecnie w

ą

tpliwo

ś

ci,

ż

e mózg jest siedliskiem

ś

wiadomo

ś

ci i my

ś

lenia.

Wiadomo np.,

ż

e mowa generowana jest w lewej półkuli

mózgowej.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Pomiar czynno

ś

ci mózgu jest mo

ż

liwy za pomoc

ą

elektroencefalografu (EEG) lub funkcjonalnego obrazowania
rezonansu magnetycznego (fMRI).
Istniej

ą

mapy obrazuj

ą

ce wpływ poszczególnych obszarów

mózgu na sterowanie ró

ż

nymi cz

ęś

ciami ciała.

Jednak nie wiadomo, gdzie mózg przechowuje informacje.
Najwi

ę

ksz

ą

zagadk

ą

jest to, w jaki sposób zbiór komórek

(neuronów) mo

ż

e mie

ć

ś

wiadomo

ść

i generowa

ć

my

ś

lenie?

⇒

Mózg powoduje my

ś

lenie

(Sears, 1992).

Neurobiologia (1861 – )

W jaki sposób mózg przetwarza informacje?

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

Porównanie mózgu i komputera (w roku 2003)

Komputer

Mózg

Jednostki obliczeniowe

1 CPU, 10

9

bramek

10

11

neuronów

Jednostki pami

ę

ci

RAM 10

9

bitów

Dysk 10

11

bitów

10

11

neuronów

10

14

synaps

Cykl czasowy

10

-9

s

10

-3

s

© F.A. Dul 2007

Ok. roku 2020 pojemno

ść

pami

ę

ci oraz liczba jednostek

obliczeniowych komputera dorównaj

ą

mózgowi.

Równoległo

ść

przetwarzania informacji przez mózg jest jednak

nieporównanie wi

ę

ksza, co czyni go znacznie (~100,000 razy)

sprawniejszym od komputera.
Dzieje si

ę

tak mimo znacznie wolniejszego przetwarzania

informacji przez mózg.

Cykl czasowy

10 s

10 s

Pasmo

10

10

bitów/s

10

14

bitów/s

Od

ś

wie

ż

enia pami

ę

ci/s

10

9

10

14

Psychologia (1879 – )

W jaki sposób człowiek i zwierz

ę

ta my

ś

l

ą

i działaj

ą

?

Psychologia naukowa, stworzona przez Hermanna Helmholtza
i Wilhelma Wundta (1879) zajmuje si

ę

badaniem my

ś

lenia

i zachowa

ń

człowieka metodami eksperymentalnymi

i teoretycznymi.
Behawioryzm (Watson) odrzuca istnienie procesów
my

ś

lowych (wiedzy, przekona

ń

, celowo

ś

ci czy wnioskowania)

i bada zachowania istot

ż

ywych jako reakcji na bod

ź

ce.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

i bada zachowania istot

ż

ywych jako reakcji na bod

ź

ce.

Behawioryzm nie jest jednak w stanie wyja

ś

ni

ć

zachowa

ń

człowieka.
Psychologia kognitywna (James, Bartlett, Craik) traktuje mózg
jako urz

ą

dzenie przetwarzaj

ą

ce informacje.

Psychologia kognitywna zakłada istnienie i obiektywno

ść

procesów my

ś

lowych;

przekonanie czy celowo

ść

s

ą

uwa

ż

ane za równie obiektywne

cechy my

ś

lenia człowieka jak temperatura czy ci

ś

nienie

b

ę

d

ą

ce własno

ś

ciami zbioru cz

ą

stek.

Psychologia (1879 – )

W jaki sposób człowiek i zwierz

ę

ta my

ś

l

ą

i działaj

ą

?

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

W ramach psychologii kognitywnej Craik (1943) sformułował
trzy cechy agenta inteligentnego:

1. Bod

ź

ce zewn

ę

trzne musz

ą

by

ć

przekształcone do postaci

wewn

ę

trznej.

2. Reprezantacja wewn

ę

trzna jest przetwarzana poprzez

procesy poznawcze do innej postaci wewn

ę

trznej.

3. Nowa reprezentacja jest przekształcana na działania.

© F.A. Dul 2007

3. Nowa reprezentacja jest przekształcana na działania.

Craik okre

ś

lił te

ż

podstawow

ą

cech

ę

agenta inteligentnego,

jak

ą

jest optymalno

ść

działania zmierzaj

ą

cego do osi

ą

gni

ę

cia

celu przy wykorzystaniu posiadanej wiedzy.
Nauki kognitywne zajmuj

ą

si

ę

opracowaniem i badaniem

modeli obliczeniowych psychologii pami

ę

ci, j

ę

zyka czy te

ż

my

ś

lenia.

Panuje wr

ę

cz pogl

ą

d,

ż

e teoria kognitywna powinna by

ć

programem komputerowym opisuj

ą

cym mechanizm procesu

my

ś

lowego (Anderson, 1980).

In

ż

ynieria komputerowa i Informatyka (1940 – )

W jaki sposób zbudowa

ć

wydajne komputery?

Sztuczna inteligencja wymaga „inteligencji” i „maszyny”
– maszyn

ą

tak

ą

jest niew

ą

tpliwie komputer.

Maszyny obliczaj

ą

ce powstały ju

ż

w XVI wieku: Pascal,

Leibniz; programowane od XVII wieku: Jacquard, Babbage.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

W

ą

tek arystokratyczno-romantyczny:

Ada Augusta Byron hrabina Lovelace (córka
poety lorda Byrona) jest uwa

ż

ana za pierwsz

ą

© F.A. Dul 2007

Nowoczesne komputery zostały wynalezione
w latach 40. XX wieku (Robinson, Zuse,
Turing, Atanasoff, Mauchly i inni).
Sztuczna inteligencja nie tylko korzysta z
komputerów jako mediów, ale tak

ż

e zasila

informatyk

ę

ideami, takimi jak np:

- podział czasu,

- komputer osobisty z oknami i mysz

ą

,

- główne koncepcje j

ę

zyków obiektowych.

poety lorda Byrona) jest uwa

ż

ana za pierwsz

ą

programistk

ę

(maszyny Babbage’a).

Teoria Sterowania i Cybernetyka (1948 – )

W jaki sposób sztuczny byt mo

ż

e działa

ć

i sterowa

ć

sob

ą

?

Skonstruowanie przez Ktesibiosa (250 pne.) pierwszego
automatu – zegara wodnego – pokazało,

ż

e nie tylko istoty

ż

ywe mog

ą

zmienia

ć

swoje zachowanie w reakcji na zmiany

zachodz

ą

ce w

ś

rodowisku.

Cybernetyka (Wiener) formalizuje zagadnienia sterowania
dla układów ró

ż

nego rodzaju: mechanicznych, elektrycznych,

biologicznych a nawet psychologicznych.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

biologicznych a nawet psychologicznych.
Zachowanie celowe tłumaczone jest jako mechanizm
minimalizuj

ą

cy bł

ą

d pomi

ę

dzy stanem aktualnym a stanem

docelowym.
Teoria sterowania (stochastycznego) ma na celu budow

ę

układów maksymalizuj

ą

cych wska

ź

nik jako

ś

ci.

Takie podej

ś

cie jest charakterystyczne równie

ż

dla sztucznej

inteligencji: maszyna inteligentna powinna działa

ć

optymalnie.

Teoria sterowania próbuje tak

ż

e bada

ć

zwi

ą

zki poomi

ę

dzy

sterowaniem a

ś

wiadomo

ś

ci

ą

(Wiener, Russel, Craik).

Lingwistyka (1957 – )

Jak si

ę

ma j

ę

zyk do my

ś

lenia?

Lingwistyka rozpatruje j

ę

zyk od strony zachowa

ń

j

ę

zykowych

(Skinner) oraz struktur syntaktycznych (Chomsky).
Podej

ś

cie syntaktyczne, bardziej analityczne, pozwala

na sformalizowanie j

ę

zyka.

Umo

ż

liwia to programowanie struktur j

ę

zykowych.

Sztuczna inteligencja wraz z lingwistyk

ą

tworz

ą

lingwistyk

ę

obliczeniow

ą

.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

obliczeniow

ą

.

Przetwarzanie j

ę

zyka naturalnego jest niezb

ę

dne w sztucznej

inteligencji do komunikowania si

ę

inteligentnej maszyny

z otoczeniem.
Innym obszarem zastosowania lingwistyki w ramach
sztucznej inteligencji jest automatyczne tłumaczenie tekstów.
Niezb

ę

dna w sztucznej inteligencji reprezentacja wiedzy

w postaci mo

ż

liwej do przetworzenia przez komputery jest

równie

ż

domen

ą

lingwistyki.

Sztuczna inteligencja jako poł

ą

czenie wielu dziedzin nauki

i techniki.

Filozofia

Ekonomia

Lingwistyka

Matematyka

Sztuczna Inteligencja

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Sterowanie

i Cybernetyka

Komputery

i Informatyka

Psychologia

Neurolbiologia

Komponenty sztucznej inteligencji: logika, teoria sterowania,
teoria podejmowania decyzji, informatyka, badania operacyjne
s

ą

samodzielnymi dyscyplinami.

Czy zatem uznanie sztucznej inteligencji za now

ą

dyscyplin

ę

jest uzasadnione?

Według Russela i Norviga „sztuczna inteligencja uwzgl

ę

dnia

zdolno

ś

ci ludzkie:

samodoskonalenie, kreatywno

ść

, zdolno

ść

uczenia si

ę

czy u

ż

ywanie j

ę

zyka do komunikowania si

ę

,

których poszczególne dyscypliny nie maj

ą

”.

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

których poszczególne dyscypliny nie maj

ą

”.

Sztuczna inteligencja jako działanie racjonalne mo

ż

e by

ć

uwa

ż

ana za nauk

ę

informatyczn

ą

.

Dlaczego zatem sztuczna inteligencja nie jest po prostu
działem matematyki stosowanej?

Według Russela i Norviga „sztuczna inteligencja wykracza
poza informatyk

ę

i matematyk

ę

, gdy

ż

ma na celu

budow

ę

maszyn inteligentnych

mog

ą

cych działa

ć

w zło

ż

onym,

zmiennym

ś

rodowisku.”

Sztuczna inteligencja ł

ą

czy dorobek

ró

ż

nych dziedzin próbuj

ą

c wprowadzi

ć

do nich

zdolno

ś

ci ludzkie

: kreatywno

ść

,

samodoskonalenie, uczenie si

ę

,

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

samodoskonalenie, uczenie si

ę

,

komunikacj

ę

za pomoc

ą

j

ę

zyka.

(Russel & Norvig)

Sztuczna inteligencja jako poł

ą

czenie wielu dziedzin nauki

i techniki z adaptacj

ą

zdolno

ś

ci ludzkich.

Filozofia

Ekonomia

Lingwistyka

Matematyka

Sztuczna Inteligencja

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Sterowanie

i Cybernetyka

Komputery

i Informatyka

Psychologia

Neurobiologia

Zdolno

ś

ci

ludzkie

Adekwatn

ą

nazw

ą

dla sztucznej inteligencji

rozumianej jako działanie racjonalne byłaby

„racjonalno

ść

obliczeniowa”

Jednak „sztuczna inteligencja” wydawała

1.2. Fundamenty sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Jednak „sztuczna inteligencja” wydawała
si

ę

twórcom dziedziny bardziej sugestywna

(zainteresowanie, fundusze...).

1.3 Historia Sztucznej Inteligencji

• p.n.e.

Staro

ż

ytni: czy człowiek jest zdolny skonstruowa

ć

maszyn

ę

na wzór i podobie

ń

stwo swoje?

Mity: o stworzeniu Pandory, Laodamii, o Pigmalionie;

• p.n.e.

Arystoteles; definicja człowieka: zwierz

ę

wyposa

ż

one

w logos - my

ś

lenie, pojmowanie;

• 1630

Kartezjusz - dualizm ciała („res extensa”) i umysłu
(„res cogitas”) - umysł bez ciała, ciało bez umysłu;

• XVII w.

Thomas Hobbes - „... ka

ż

da wiedza jest obliczaniem”

Prehistoria Sztucznej Inteligencji

© F.A. Dul 2007

• XVII w.

Thomas Hobbes - „... ka

ż

da wiedza jest obliczaniem”

• 1710

Mechanicyzm de La Mettriego - „człowiek-maszyna”;
dusza nie istnieje; człowiek jest tylko mechanizmem;

• 1650

Maszyna Pascala - sumator mechaniczny.

• 1690

G.W. Leibniz - j

ę

zyk oparty na zasadach arytmetyki,

maszyna arytmetyczna (u

ż

ywana do lat 80. XX w!),

gramatyka uniwersalna; semantyczne dowodzenie
zda

ń

, maszyna my

ś

l

ą

ca w sensie Leibniza.

• 1822

Maszyna Babbage’a - u

ż

ycie kart z programem;

• 1835

Lady Ada Augusta Byron hrabina Lovelace -
„...maszyna nigdy nie wyjdzie poza program”

Dojrzewanie sztucznej inteligencji

1.3. Historia sztucznej inteligencji

Sztucznej Inteligencji historia współczesna

• 1943

McCulloch i Pitts: obwodowy model Boolowski mózgu;
Sugestia mo

ż

liwo

ś

ci uczenia neuronów.

• 1950

Minsky i Edmonds: pierwsza sie

ć

neuronowa

– 40 neuronów wykonane z 3000 lamp pró

ż

niowych

i ... celownika bombowego z samolotu B-24.

• 1950

Artykuł Alana Turinga
"Computing Machinery and Intelligence”;

© F.A. Dul 2007

"Computing Machinery and Intelligence”;
Test Turinga, uczenie maszyn, algorytmy genetyczne.

• 1956

Workshop w Dartmouth College (USA);
Narodziny Sztucznej Inteligencji jako dyscypliny;

1.3. Historia sztucznej inteligencji

Sztucznej Inteligencji historia współczesna

Uczestnicy:

John McCarthy (Princeton)
Nathaniel Rochester, Trenchard Moore,
Arthur Samuel (IBM)
Ray Solomonoff, Oliver Selfridge (MIT)

Narodziny sztucznej inteligencji

© F.A. Dul 2007

Ray Solomonoff, Oliver Selfridge (MIT)
Claude Shannon,
Allen Newell, Herbert Simon (Nobel’78 z ekonomii),
Marvin Minsky

Sformułowali oni kluczow

ą

do dzi

ś

dla AI hipotez

ę

:

„Ka

ż

dy aspekt uczenia si

ę

, jak równie

ż

ka

ż

da

inna własno

ść

inteligencji mog

ą

by

ć

w zasadzie

opisane tak precyzyjnie,

ż

e mo

ż

na b

ę

dzie

zbudowa

ć

maszyn

ę

zdoln

ą

do ich symulacji...”

John McCarthy zaproponował dla dyscypliny termin
"Artificial Intelligence”.

• 1952 – 69 Pojawiaj

ą

si

ę

pierwsze roboty;

• 1957

Herbert Simon:

„... zbudujemy w ci

ą

gu dziesi

ę

ciu lat

maszyny wnioskuj

ą

ce i my

ś

l

ą

ce...”

• 1950 – 60 Pierwsze programy sztucznej inteligencji:

szachowy Samuela,
Logic Theorist Newella i Simona,
Geometry Engine Gelerntera;

1.3. Historia sztucznej inteligencji

Sztucznej Inteligencji historia współczesna

Entuzjazm i wielkie oczekiwania

© F.A. Dul 2007

Geometry Engine Gelerntera;

• 1965

Algorytm Robinsona do wnioskowania logicznego:
dowiódł twierdzenia którego matematycy udowodni

ć

nie potrafili;

• 1950 – 67 Znaczny post

ę

p bada

ń

nad sieciami neuronowymi.

• 1966 – 73 Sztuczna inteligencja napotyka barier

ę

zło

ż

ono

ś

ci

obliczeniowej;

• 1966

Pesymizm w sprawie automatycznego tłumaczenia
tekstów:

„The spirit is willing but the flesh is weak”

English

⇒

P

усский ⇒

English

„The vodka is good but the meat is rotten”

1.3. Historia sztucznej inteligencji

Sztucznej Inteligencji historia współczesna

Otrze

ź

wienie, pesymizm i realizm

© F.A. Dul 2007

„The vodka is good but the meat is rotten”

• 1969

Badania nad sieciami neuronowymi prawie zamieraj

ą

;

• 1973

Pesymistyczny raport Lighthilla (UK) na temat
mo

ż

liwo

ś

ci rozwoju AI powoduje wstrzymanie

finansowania bada

ń

w Wielkiej Brytanii.

1.3. Historia sztucznej inteligencji

Sztucznej Inteligencji historia współczesna

• 1969 – 79 Pojawiaj

ą

si

ę

pierwsze bazy wiedzy: D

ENDRAL

(chemia), M

YCIN

(medycyna), S

HRDLU

(lingwistyka)

;

Opracowywane s

ą

systemy ekspertowe.

• 1980 –

Sztuczna inteligencja wkracza do przemysłu;
Systemy ekspertowe w firmach DEC, DuPont;
Projekt Pi

ą

tej Generacji (Japonia) – niepowodzenie;

• 1981

Raport Alveya powoduje wznowienie finansowania

Wyj

ś

cie z zastoju i rozwój

© F.A. Dul 2007

• 1981

Raport Alveya powoduje wznowienie finansowania
bada

ń

AI w Wielkiej Brytanii.

• 1986 –

Renesans sieci neuronowych –

konekcjonizm

jako

alternatywa dla podej

ś

cia symbolicznego w AI.

• 1987 –

Sztuczna inteligencja staje si

ę

nauk

ą

;

formalizacja metod i teorii AI; zmniejszenie roli intuicji;
Renesans podej

ś

cia probabilistycznego.

• 1995 –

Pojawiaj

ą

si

ę

inteligentni agenci „zupełni”;

S

OAR

– pierwszy agent na

ś

laduj

ą

cy my

ś

lenie ludzkie.

„Boty” internetowe – poszukuj

ą

ce, konwersuj

ą

ce,...

•

Planowanie autonomiczne i szeregowanie

Opracowany przez NASA dla sondy Deep Space One
autonomiczny program R

EMOTE

A

GENT

pozwala planowa

ć

zadania oraz korygowa

ć

bł

ę

dy.

Innym przykładem jest oprogramowanie łazika marsja

ń

skiego.

•

Gra w szachy

W roku 1997 komputer „Deep Blue” pokonał arcymistrza
szachowego Gari Kasparowa 3,5:2,5.

1.4 Sztuczna Inteligencja - stan aktualny

© F.A. Dul 2007

szachowego Gari Kasparowa 3,5:2,5.

W roku 2006 program „Deep Fritz” zainstalowany na laptopie

pokonał arcymistrza Vladimira Krammnika.

•

Autonomiczne sterowanie pojazdami

System wizyjny neuronowy A

LVINN

umo

ż

liwił po treningu

autonomiczny przejazd sterowanego komputerem samochodu
N

AV

L

AB

przez całe USA (Pittsburgh - San Diego) (2850 mil, 98%

trasy).

•

Diagnostyka medyczna

Probabilistyczne programy diagnostyki medycznej s

ą

w stanie

diagnozowa

ć

wiele chorób na poziomie lekarza specjalisty.

Zdarzało si

ę

,

ż

e programy takie diagnozowały lepiej od

ekspertów, gdy

ż

potrafiły uwzgl

ę

dnia

ć

wiele subtelnych

oddziaływa

ń

ró

ż

nych czynników.

•

Wielkoskalowe planowanie logistyczne

W czasie Pierwszej Wojny w Zatoce (1991) wojska USA u

ż

ywały

oprogramowania D

pozwalaj

ą

cego planowa

ć

rozmieszczenie

1.4. Sztuczna inteligencja - stan aktualny

© F.A. Dul 2007

oprogramowania D

ART

pozwalaj

ą

cego planowa

ć

rozmieszczenie

wojsk, pojazdów i zaopatrzenia dla ~50,000 obiektów.
Planowanie trwało kilka godzin a nie miesi

ę

cy, za

ś

w ocenie

DARPA to jedno zastosowanie zwróciło z nawi

ą

zk

ą

nakłady

poniesione na rozwijanie AI w okresie trzydziestu lat.

•

Dowodzenie twierdze

ń

Metodami sztucznej inteligencji dowiedziono twierdzenia
Robbinsa (dotycz

ą

cego teorii grafów), które opierało si

ę

próbom

klasycznego udowodnienia przez wiele dziesi

ą

tków lat.

•

Robotyka

Powszechne u

ż

ycie robotów w przemy

ś

le samochodowym.

Roboty inteligentne s

ą

coraz cz

ęś

ciej u

ż

ywane w mikrochirurgii.

System H

IP

N

AV

umo

ż

liwia stworzenie trójwymiarowego obrazu

ciała pacjenta na podstawie którego robot precyzyjnie wstawia
protez

ę

biodra.

•

Rozumienie j

ę

zyka i rozwi

ą

zywanie problemów

Program P

ROVERB

gra w puzzle słowne lepiej ni

ż

wi

ę

kszo

ść

ludzi. Osi

ą

ga to poprzez u

ż

ycie słowników, baz słów, filmów,

1.4. Sztuczna inteligencja - stan aktualny

© F.A. Dul 2007

ludzi. Osi

ą

ga to poprzez u

ż

ycie słowników, baz słów, filmów,

ksi

ąż

ek, oraz innych

ź

ródeł informacji pozwalaj

ą

cych zrozumie

ć

kontekst słów w zdaniach.

•

Systemy ekspertowe

Istnieje wiele systemów ekspertowych wspomagaj

ą

cych

człowieka w nauce, technice i medycynie, np.:

D

ENDRAL

- do wyznaczania struktur molekuł na podstawie

spektrogramów masowych;

M

YCIN

- do diagnozowania zaka

ż

e

ń

;

P

ROSPECTOR

- do poszukiwa

ń

geologicznych.

•

Czym jest inteligencja?

•

Co odró

ż

nia byt my

ś

l

ą

cy od maszyny?

•

Czy maszyna mo

ż

e by

ć

inteligentna?

•

Czy maszyna my

ś

l

ą

ca mo

ż

e by

ć

tego

ś

wiadoma?

•

Je

ż

eli ka

ż

dy człowiek posiada inteligencj

ę

a komputer pokonał

arcymistrza, to czy komputer ma inteligencj

ę

?

1.5 Sztuczna Inteligencja − dylematy poznawcze

i etyczne

© F.A. Dul 2007

•

Czy inteligentne maszyny b

ę

d

ą

mogły podejmowa

ć

działania

wbrew człowiekowi - dla jego dobra?

•

Czy w stosunku do maszyn my

ś

l

ą

cych powinna obowi

ą

zywa

ć

etyka lub moralno

ść

?

•

Czy my

ś

l

ą

cym maszynom powinny przysługiwa

ć

prawa?

•

Czy roboty mog

ą

si

ę

zbuntowa

ć

?

•

Czy roboty mog

ą

za

żą

da

ć

praw pracowniczych, np. urlopów?

Komputer HAL 9000 z kultowego filmu s-f Stanleya Kubricka
„2001: Odyseja kosmiczna” (1968).

1.5. Sztuczna inteligencja - dylematy poznawcze i etyczne

Czy maszyna inteligentna mo

ż

e mie

ć

dusz

ę

?

© F.A. Dul 2007

… my mind is going …

… Dave ...

… I can feel it ...

… I can feel it ...

Podsumowanie

• Sztuczna inteligencja (Artificial Intelligence - AI) zajmuje si

ę

badaniem mo

ż

liwo

ś

ci stworzenia bytów obdarzonych

cechami inteligencji.

• Sztuczna inteligencja jest dziedzin

ą

multidyscyplinarn

ą

,

obejmuj

ą

c

ą

: filozofi

ę

, matematyk

ę

, ekonomi

ę

, informatyk

ę

,

psychologi

ę

, neurologi

ę

, lingwistyk

ę

, dyscypliny techniczne.

• Sztuczn

ą

inteligencj

ę

mo

ż

na uwa

ż

a

ć

za dziedzin

ę

filozofii,

nauk

ę

psychologiczno-medyczn

ą

lub nauk

ę

matematyczno-

© F.A. Dul 2007

nauk

ę

psychologiczno-medyczn

ą

lub nauk

ę

matematyczno-

techniczn

ą

.

• Zastosowania sztucznej inteligencji obejmuj

ą

: budow

ę

robotów autonomicznych, rozpoznawanie mowy, obrazów,
systemy eksperckie, gry, wnioskowanie automatyczne,
uczenie maszynowe, przetwarzanie j

ę

zyka naturalnego ...

• Metody sztucznej inteligencji stosuje si

ę

zwykle wtedy,

gdy brak jest adekwatnego modelu

ś

wiata, gdy obiekt

musi działa

ć

w nierozpoznanym, zmiennym otoczeniu lub

gdy wymagana jest autonomia jego działania.