Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn WydziaÅ‚ Mechaniczny Technologiczny Metody Sztucznej Politechnika Inteligencji ÅšlÄ…ska Kierunek studiów MiBM, semestr 4 ProwadzÄ…cy przedmiot Prof. dr hab. Wojciech Moczulski MateriaÅ‚y pomocnicze do wykÅ‚adu (do użytku wewnÄ™trznego przez studentów WydziaÅ‚u Mechanicznego Technologicznego Politechniki ÅšlÄ…skiej) Rok akademicki 2004/05 ul. Konarskiego 18a 44-100 Gliwice tel. 237 1467 fax 237 1360 http://kpkm.polsl.pl Informacje o przedmiocie Metody sztucznej inteligencji " Strona KPKM: http://kpkm.polsl.pl Informacje dydaktyczne/Semestr IV/ Politechnika ÅšlÄ…ska Metody Sztucznej Inteligencji/Strona przedmiotu (MiBM) Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn User: msimibm HasÅ‚o: ????? Rok akademicki 2004/05 " Kontakt: Wojciech Moczulski wm@polsl.pl " Konsultacje (s. 406 Wydz. MT): Wtorek 13:30 - 15:30 WykÅ‚ad 1 Czwartek 13:30 - 15:40 " Kolokwium zaliczeniowe: 07.06.2005 MSI-w1_2004/05_1 MSI-w1_2004/05_2 Sztuczna inteligencja (AI=Artificial Intelligence) Część I Dziedzina wiedzy, która postawiÅ‚a sobie za cel i przedmiot badaÅ„ maszyny, które potrafiÅ‚yby rozwiÄ…zywać zadania, przy zachowaniu których Historia Sztucznej Inteligencji czÅ‚owiek korzysta ze swojej inteligencji (Marvin Minsky) i pojÄ™cia podstawowe A.M. Turing Computing Machinery and Intelligence Mind 49, 1950, s.433-460 MSI-w1_2004/05_3 MSI-w1_2004/05_4 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 1 Inne definicje AI Dziedziny i zastosowania AI EkscytujÄ…ca próba uczynienia Badanie zdolnoÅ›ci umysÅ‚owych z " Percepcja " Sztuczne sieci komputerów myÅ›lÄ…cymi maszynami z zastosowaniem modeli obliczeniowych pamiÄ™ciÄ…, w peÅ‚nym i dosÅ‚ownym sensie (Charniak & Mc Dermott, 1985) neuronowe " rozumowanie logiczne tego pojÄ™cia (Haugeland, 1985) Automatyzacja dziaÅ‚aÅ„, które Å‚Ä…czymy z Badanie algorytmów, które umożliwiajÄ… " teoria gier " rozpoznawanie ludzkim myÅ›leniem, jak: podejmowanie spostrzeganie, rozumowanie i dziaÅ‚anie decyzji, myÅ›lenie, uczenie siÄ™, ... (Winston, 1992) obrazów " tÅ‚umaczenie tekstów (Bellman, 1978) " rozumienie mowy " automatyczne Sztuka tworzenia maszyn, które Dziedzina badaÅ„, poszukujÄ…ca wyjaÅ›nie- wykonujÄ… dziaÅ‚ania wymagajÄ…ce nia i sposobu emulowania zachowaÅ„ dowodzenie twierdzeÅ„ " uczenie maszynowe inteligencji wtedy, gdy sÄ… wykonywane inteligentnych za pomocÄ… pojęć przez czÅ‚owieka (Kurzweil, 1990) dotyczÄ…cych procesów obliczeniowych " malowanie obrazów " odkrywanie nowej (Schalkoff, 1990) Badanie, jak można umożliwić Dziedzina informatyki dotyczÄ…ca wiedzy " pisanie poezji komputerom wykonywanie zadaÅ„, w automatyzacji inteligentnego których jak dotychczas ludzie sÄ… lepsi zachowania (Luger & Stubblefield, (Rich & Knigth, 1991) 1993) MSI-w1_2004/05_5 MSI-w1_2004/05_6 Maszyna Turinga (1937) 4 kierunki rozwoju AI Maszyna Turinga nie jest obiektem fizycznym. Systemy Systemy Jest to abstrakcyjny schemat dziaÅ‚ania wedÅ‚ug " Wiersze: myÅ›lÄ…ce w myÅ›lÄ…ce zadanego algorytmu. Jego istotÄ™ oddaje angielskie górny - procesy myÅ›lenia sposób racjonalnie dolny - sposób dziaÅ‚ania okreÅ›lenie discrete-state machine, co odpowiada podobny do ludzi " Kolumny: polskiemu terminowi maszyna stanów Systemy Systemy lewa - odnosi siÄ™ do dyskretnych. dziaÅ‚ajÄ…ce dziaÅ‚ajÄ…ce wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci czÅ‚owieka podobnie racjonalnie prawa - okreÅ›lenia z jak ludzie zastosowaniem terminu Maszyna Turinga byÅ‚a odpowiedziÄ… na problem racjonalny liczb nieobliczalnych. MSI-w1_2004/05_7 MSI-w1_2004/05_8 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 2 Test Turinga (1950) Test Turinga (1950) Test Turinga jest wzorowany na grze retro w Test Turinga podaje: naÅ›ladownictwo (imitation game). operacyjnÄ… definicjÄ™ inteligencji W grze uczestniczyÅ‚y cztery osoby: A (kobieta), B (mężczyzna), C (goniec) i D (sÄ™dzia). Zadaniem Test okreÅ›la: sÄ™dziego byÅ‚o odgadnąć kto jest kim na podstawie zadawanych pytaÅ„. Zachowanie inteligentne maszyny na poziomie czÅ‚owieka we wszystkich zadaniach poznawczych, wystarczajÄ…cych do porozumiewania siÄ™ z Turing zastÄ…piÅ‚ A maszynÄ…. Celem testu jest czÅ‚owiekiem, w taki sposób jak robi to czÅ‚owiek. odgadniÄ™cie tego czy sÄ™dzia rozmawia z maszynÄ… czy czÅ‚owiekiem. MSI-w1_2004/05_9 MSI-w1_2004/05_10 Warunki, aby komputer przeszedÅ‚ NaÅ›ladowanie myÅ›lenia czÅ‚owieka (1) test Turinga " przetwarzanie jÄ™zyka naturalnego " przedmiot modelowania poznawczego (komunikacja z rozmówcÄ…) " konieczna znajomość sposobu dziaÅ‚ania " reprezentacja wiedzy ludzkiego mózgu: przez introspekcjÄ™ " automatyczne wnioskowanie z wykorzystaniem przez eksperymenty psychologiczne zgromadzonych informacji: do zadawania pytaÅ„ " Gdyby istniaÅ‚a precyzyjna teoria ludzkiego do wyciÄ…gania wniosków (konkluzji) umysÅ‚u, byÅ‚oby możliwe opracowanie programu dziaÅ‚ajÄ…cego zgodnie z tÄ… teoriÄ… " uczenie siÄ™, adaptacja do nowych okolicznoÅ›ci MSI-w1_2004/05_11 MSI-w1_2004/05_12 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 3 NaÅ›ladowanie myÅ›lenia czÅ‚owieka (2) Dwa główne ujÄ™cia AI " UjÄ™cie z zastosowaniem praw rozumowania " UjÄ™cie logicystyczne " Pierwowzór: sylogizm Arystotelesa bazujÄ…ce na logice formalnej (wzorzec struktur argumentowania, które (bÄ™dzie przedmiotem wiÄ™kszej części dajÄ… zawsze poprawnÄ… konkluzjÄ™, pod wykÅ‚adów) warunkiem zastosowania poprawnych przesÅ‚anek) " UjÄ™cie z zastosowaniem agentów (krótki opis zawarto w dalszej części " PrzykÅ‚ad: Sokrates jest czÅ‚owiekiem; wykÅ‚adu) wszyscy ludzie sÄ… Å›miertelni; dlatego Sokrates jest Å›miertelny. MSI-w1_2004/05_13 MSI-w1_2004/05_14 UjÄ™cie logicystyczne UjÄ™cie z zastosowaniem agentów " Zbudowanie programu logicznego, " DziaÅ‚ać racjonalnie = osiÄ…gnąć cel, gdy sÄ… dziaÅ‚ajÄ…cego jak system inteligentny dane przekonania " Problemy: " Agent: jednostka, która spostrzega i dziaÅ‚a nie jest Å‚atwe ujÄ™cie nieformalnej wiedzy w " Zalety: wyrażenia rachunku zdaÅ„ i rach. Predykatów ujÄ™cie bardziej ogólne niż stosowanie praw rozwiÄ…zanie praktycznych problemów może myÅ›lenia wymagać niedostÄ™pnych mocy obliczeniowych bardziej podatne na rozwój naukowy " Reprezentacja wiedzy i systemy rozumowania " Ograniczona racjonalność Å›ciÅ›le okreÅ›lone i Å‚atwo zrozumiaÅ‚e MSI-w1_2004/05_15 MSI-w1_2004/05_16 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 4 Podstawy AI (1) Sztuczna inteligencja Filozofia (428 pne. - obecnie) Sztuczna inteligencja jest naukÄ… kognitywnÄ…. Platon - pytanie o algorytm rozróżniania pojęć Arystoteles - system sylogizmów Jest poÅ‚Ä…czeniem wiedzy i metod z zakresu: Leibnitz (materializm) 1646-1716 - mechaniczny - filozofii, ukÅ‚ad do przeprowadzania operacji mentalnych - matematyki, Hume (empirycyzm) - zasada indukcji - psychologii, Russel (1872-1970) - logiczny pozytywizm: caÅ‚a wiedza może być przedstawiona za pomocÄ… teorii - lingwistyki, logicznych, poÅ‚Ä…czonych ze zdaniami - informatyki. obserwacyjnymi (obserwacje dokonane za pomocÄ… MSI-w1_2004/05_17 MSI-w1_2004/05_18 czujników) Podstawy AI (2) Podstawy AI (3) Matematyka (ok. 800 - obecnie) Psychologia (1879 - obecnie) al-Khowarazmi: wprowadziÅ‚ algorytm " behawioryzm (istotne sÄ… obiektywne zwiÄ…zki: Boole (1847): formalny jÄ™zyk rozumowania bodziec-odpowiedz; wiedza, przekonania, logicznego cele i rozumowanie sÄ… nienaukowe) Frege (1879): logika 1. RzÄ™du " psychologia poznania (cognitive psychology): Tarski (1902-1983): teoria referencji (jak obiekty Craik (1943) - podstawy agentów bazujÄ…cych logiczne odnoszÄ… siÄ™ do obiektów Å›wiata) na wiedzy Gödel (1931): twierdzenie o niezupeÅ‚noÅ›ci (w każdym jÄ™zyku umożliwiajÄ…cym opis wÅ‚asnoÅ›ci liczb naturalnych istniejÄ… zdania prawdziwe, które sÄ… nierozstrzygalne) MSI-w1_2004/05_19 MSI-w1_2004/05_20 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 5 Historia (1933-1942) która zapoczÄ…tkowaÅ‚a AI Podstawy AI (4) Konrad Zuse (1933) maszyna wykorzystujÄ…ca potencjaÅ‚ elektryczny komputer zerowej generacji " Informatyka (1940 - obecnie) - rozwój Å›rodowisk sprzÄ™towych i programowych John Atanasoft i Clifford Berry (1937-1942) komputer ABC; zasada dziaÅ‚ania oparta na arytmetyce binarnej koniecznych do badaÅ„ w zakresie AI Howard M. Aiken (1939-1944) maszyna Mark I z " Lingwistyka (1957 - obecnie) - rozwój przekazników elektromagnetycznych. wspólnie z AI: John Mauchly i Presper Eckert (1940) ENIAC lingwistyka obliczeniowa (Electronic Numerical Integrator and Computer) przetwarzanie jÄ™zyka naturalnego George Stibitz (1940) The Complex Number Calculator; cztery podstawowe dziaÅ‚ania w systemie dwójkowym, MSI-w1_2004/05_21 MSI-w1_2004/05_22 IMB (1942) Selective Electronic Calculator Historia AI (1943-1956) Historia AI (1952-1969) PoczÄ…tki AI dynamiczny rozwój Mc Culloch & Pitts (1943) - model sztucznego neuronu Newell & Simon - GPS (General Problem Turing (1950) test Turinga Solver) - pierwszy program myÅ›lÄ…cy po Shannon, Turing (ok. 1950) - programy do gry ludzku w szachy McCarthy (1958) - LISP (LISt Processing) Minsky (1951) - pierwszy komputer neuronowy Minsky (ok. 1963) - mikroÅ›wiaty (np. Å›wiat (3000 lamp + autopilot z B-24; 40 neuronów!!!) klocków) Newell & Simon - LT=Logic Theorist (program Rosenblatt (1962) - perceptron (sieć neuronów, komputerowy zdolny do myÅ›lenia która siÄ™ uczy) nienumerycznego) MSI-w1_2004/05_23 MSI-w1_2004/05_24 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 6 Historia AI (1966-1974) Entuzjazm (1957) Dawka realizmu " H. Simon: " Programy poczÄ…tkowo nie zawieraÅ‚y wiedzy i dziaÅ‚aÅ‚y stosujÄ…c jedynie pewne It is not my aim to surprise or shock you - but the simplest way I can summarize is to say that there manipulacje na tekstach (ELIZA) are now in the world machines that think, that " Wiele problemów okazaÅ‚o siÄ™ zbyt trudnych learn and that create. Moreover, their ability to lub NP-zupeÅ‚nych do these things is going to increase rapidly until - " Stwierdzono fundamentalne ograniczenia in a visible future - the range of problems they can handle will be coextensive with the range to zwiÄ…zane z podstawowymi strukturami AI which human mind has been applied. (np. neuronów) MSI-w1_2004/05_25 MSI-w1_2004/05_26 Historia AI (1969-1979) Historia AI (1980-1988) Nowe koncepcje AI staje siÄ™ przemysÅ‚em " WÄ…skie dziedziny problemowe " Komercyjny system doradczy R1 " Systemy doradcze (Mc Dermott, 1982) MYCIN: diagnostyka chorób krwi i pÅ‚ynu " V generacja komputerów (Japonia, 1981) mózgowo-rdzeniowego (450 reguÅ‚, uwzglÄ™dnienie niepewnoÅ›ci i sprzecznych opinii ekspertów) " Sprzedaż 2 mld $ w 1988 PROSPECTOR: wspomaganie prac wiertniczych inne skuteczne wdrożenia " Minsky (1975): reprezentacja wiedzy - ramy MSI-w1_2004/05_27 MSI-w1_2004/05_28 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 7 Podsumowanie " Filozofia: myÅ›l jest pod pewnym wzglÄ™dem jak Historia AI (1986-obecnie) maszyna, która dziaÅ‚a na wiedzy zakodowanej w okreÅ›lonym jÄ™zyku, " Powrót sieci " Inżynieria wiedzy neuronowych " Matematyka: dostarczyÅ‚a narzÄ™dzi do opisu " Uczenie maszynowe " Algorytmy genetyczne i odkrycia w bazach procesu myÅ›lenia, i programy danych " Psychologia: teoria, że ludzie i zwierzÄ™ta mogÄ… ewolucyjne " ... być postrzegani jako maszyny przetwarzajÄ…ce " Systemy szkieletowe informacje, " Sieci przekonaÅ„ " Technologia komputerowa: pozwala na implementacjÄ™ algorytmów, MSI-w1_2004/05_29 MSI-w1_2004/05_30 Inteligentny agent Część II " Agent postrzega swoje otoczenie poprzez sensory " Agent oddziaÅ‚uje na otoczenie poprzez efektory UjÄ™cie AI z zastosowaniem agentów MSI-w1_2004/05_31 MSI-w1_2004/05_32 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 8 PrzykÅ‚ad idealnego racjonalnego Inteligentny agent - przykÅ‚ady agenta: SQRT w kalkulatorze " CzÅ‚owiek: sensory: oczy, uszy, nos, ... Efektory: rÄ™ce, nogi, usta, ... " Robot: sensory: kamera TV, czujniki IR, sonar, ... Efektory: chwytaki, gÅ‚oÅ›nik, wyÅ›wietlacz, ... " Agent programowy: sensory i efektory: ciÄ…gi bitów MSI-w1_2004/05_33 MSI-w1_2004/05_34 Struktura inteligentnego agenta PrzykÅ‚ady AGENT = ARCHITEKTURA + PROGRAM Typ agenta Percepcje Akcje Cele Åšrodowisko System Symptomy, Pytania, Zdrowy Pacjent, Åšrodowisko, w którym Funkcja, diagnostyki wyniki, testy, terapie pacjent, szpital medycznej odpowiedzi minimalne można realizować realizujÄ…ca pacjenta koszty program: odwzorowanie System Punkty (pixe- Drukuj Poprawna Obrazy z od percepcji do " komputer 1-ukÅ‚adowy analizy le) o zmien- kategoryzacjÄ™ kategoryzacja orbitujÄ…cego obrazów nej intensyw- sceny satelity akcji " kamera satelitarnych noÅ›ci, kolor " mikrofon Interaktywny Wpisywane Drukuj Maksymali- Zbiór nauczyciel sÅ‚owa ćwiczenia, zuj ocenÄ™ studentów " ... angielskiego sugestie, studenta z " Oprogramowanie poprawki testu umożliwiajÄ…ce realizacjÄ™ programu agenta (np. BIOS) MSI-w1_2004/05_35 MSI-w1_2004/05_36 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 9 Agent typ I Agent typ II (dziaÅ‚ajÄ…cy na zasadzie odruchów) (dziaÅ‚ajÄ…cy na zasadzie odruchów ze stanem wewnÄ™trznym) Sensory AGENT Sensory Stan Jaki jest Å›wiat w Jaki jest Å›wiat w tej chwili ? Jak zmienia sie Å›wiat? tej chwili ? Co powoduje moje dziaÅ‚anie ? Jakie dziaÅ‚ania Warunki - reguÅ‚y dziaÅ‚ania Jakie dziaÅ‚ania trzeba wykonać? Warunki - reguÅ‚y dziaÅ‚ania trzeba wykonać? Efektory Efektory AGENT MSI-w1_2004/05_37 MSI-w1_2004/05_38 Agent III Agent typ 4 (ukierunkowany na cel) (ukierunkowany na użyteczność) Sensory Stan Sensory Stan Jaki jest Å›wiat w tej Jak zmienia sie Å›wiat? Jaki jest Å›wiat w tej chwili ? Jak zmienia sie Å›wiat? chwili ? Co siÄ™ stanie jeżeli Co siÄ™ stanie jeżeli Co powoduje moje dziaÅ‚anie ? Co powoduje moje dziaÅ‚anie ? wykonam dziaÅ‚anie A ? wykonam dziaÅ‚anie A ? Jak szczęśliwy bÄ™dÄ™ Użyteczność w tym nowym stanie ? Jakie dziaÅ‚ania trzeba Cel wykonać? Jakie dziaÅ‚ania trzeba wykonać? Efektory AGENT Efektory AGENT MSI-w1_2004/05_39 MSI-w1_2004/05_40 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 10 Åš rodowisko Åš rodowisko Åš rodowisko Åš rodowisko Podsumowanie " Agent " Agent inteligentny " Cztery typy agentów MSI-w1_2004/05_41 W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Åšl., Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05 11