w1/1 w1/2
Informacje o przedmiocie
Metody sztucznej inteligencji
" Strona KPKM:
Politechnika ÅšlÄ…ska
http://kpkm.polsl.pl
Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn
Informacje dydaktyczne/Semestr IV/
Rok akademicki 2003/04
Metody Sztucznej Inteligencji/Strona przedmiotu
(AiR)
User: msiair Hasło: ????
Materiały na prawach rękopisu
" Kontakt: Wojciech Moczulski [e-mail]
Wyłącznie do użytku studentów Wydziału
MT Politechniki ÅšlÄ…skiej
" Konsultacje (s. 406 Wydz. MT):
 Poniedziałek 10:00 - 12:00
 Wtorek 15:00 - 16:00
Wprowadzenie
" Kolokwium zaliczeniowe: 01.06.2004
w1/3 w1/4
Sztuczna inteligencja
Poddziedziny AI
(AI=Artificial Intelligence)
" Percepcja " Sztuczne sieci
" Dotyczy prób rozumienia istot inteligentnych
neuronowe
" rozumowanie logiczne
" formalnie powstała w 1956, wcześniejsze
" teoria gier
" rozpoznawanie
badania od 1951
obrazów " tłumaczenie tekstów
" dziedzina nauki o charakterze teoretycznym i
" rozumienie mowy " automatyczne
eksperymentalnym
dowodzenie twierdzeń
" uczenie maszynowe
" ze względu na próby zastosowań we
" malowanie obrazów
" odkrywanie nowej
wszystkich dziedzinach działalności człowieka
wiedzy " pisanie poezji
ma prawdziwie uniwersalny charakter
w1/5 w1/6
Czym jest AI? Definicje AI - 4 kategorie
Ekscytująca próba uczynienia Badanie zdolności umysłowych z
Systemy Systemy
" Wiersze:
komputerów myślącymi maszynami z zastosowaniem modeli obliczeniowych
myślące w myślące
pamięcią, w pełnym i dosłownym sensie (Charniak & Mc Dermott, 1985)
 górny - procesy myślenia
sposób racjonalnie
tego pojęcia (Haugeland, 1985)
Automatyzacja działań, które łączymy z Badanie algorytmów, które umożliwiają  dolny - sposób działania
podobny do
ludzkim myśleniem, jak: podejmowanie spostrzeganie, rozumowanie i działanie
ludzi
" Kolumny:
decyzji, myślenie, uczenie się, ... (Winston, 1992)
(Bellman, 1978)
Systemy Systemy
 lewa - odnosi siÄ™ do
Sztuka tworzenia maszyn, które Dziedzina badań, poszukująca wyjaśnie-
działające działające
wykonują działania wymagające nia i sposobu emulowania zachowań właściwości człowieka
podobnie racjonalnie
inteligencji wtedy, gdy są wykonywane inteligentnych za pomocą pojęć
 prawa - określenia z
przez człowieka (Kurzweil, 1990) dotyczących procesów obliczeniowych
jak ludzie
(Schalkoff, 1990) zastosowaniem terminu
Badanie, jak można umożliwić Dziedzina informatyki dotycząca
 racjonalny
komputerom wykonywanie zadań, w automatyzacji inteligentnego
których jak dotychczas ludzie są lepsi zachowania (Luger & Stubblefield,
(Rich & Knigth, 1991) 1993)
w1/7 w1/8
Warunki, aby komputer przeszedł
Test Turinga (1950)
test Turinga
" Operacyjna definicja inteligencji " przetwarzanie języka naturalnego (komunikacja
z rozmówcą)
" Zachowanie inteligentne to zdolność do
osiągania umiejętności na poziomie " reprezentowanie wiedzy
człowieka we wszystkich zadaniach
" automatyczne rozumowanie z wykorzystaniem
poznawczych, wystarczajÄ…cych do
zgromadzonych informacji:
wykpienia człowieka zadającego pytania.
 do zadawania pytań
" Komputer jest  odpytywany przez
 do wyciągania wniosków (konkluzji)
człowieka; OK, jeśli człowiek nie zgadł, że
" uczenie się, adaptacja do nowych okoliczności
odpytuje komputer.
w1/9 w1/10
Myśleć podobnie jak człowiek Myśleć racjonalnie
" przedmiot  modelowania poznawczego " Ujęcie z zastosowaniem praw rozumowania
" konieczna znajomość sposobu działania " Pierwowzór: sylogizm Arystotelesa
ludzkiego mózgu: (wzorzec struktur argumentowania, które
dajÄ… zawsze poprawnÄ… konkluzjÄ™, pod
 przez introspekcjÄ™
warunkiem zastosowania poprawnych
 przez eksperymenty psychologiczne
przesłanek)
" Gdyby istniała precyzyjna teoria ludzkiego
" Przykład: Sokrates jest człowiekiem;
umysłu, byłoby możliwe opracowanie
wszyscy ludzie są śmiertelni; dlatego
programu działającego zgodnie z tą teorią
Sokrates jest śmiertelny.
w1/11 w1/12
Myśleć racjonalnie: Ujęcie logicystyczne
" Ujęcie logicystyczne (bazujące na logice " Zbudowanie programu logicznego,
formalnej) działającego jak system inteligentny
" Ujęcie z zastosowaniem racjonalnych " Problemy:
agentów
 nie jest łatwe ujęcie nieformalnej wiedzy w
wyrażenia rachunku zdań i rach. Predykatów
 rozwiązanie praktycznych problemów może
wymagać niedostępnych mocy obliczeniowych
" Reprezentacja wiedzy i systemy rozumowania
ściśle określone i łatwo zrozumiałe
w1/13 w1/14
Ujęcie z zastosowaniem Podstawy AI (1)
racjonalnych agentów Filozofia (428 pne. - obecnie)
 Platon - pytanie o algorytm rozróżniania pojęć
" Działać racjonalnie = osiągnąć cel, gdy są
 Arystoteles - system sylogizmów
dane przekonania
 Leibnitz (materializm) 1646-1716 - mechaniczny
" Agent: jednostka, która spostrzega i działa
układ do przeprowadzania operacji mentalnych
" Zalety:
 Hume (empirycyzm) - zasada indukcji
 ujęcie bardziej ogólne niż stosowanie  praw
 Russel (1872-1970) - logiczny pozytywizm: cała
myślenia
wiedza może być przedstawiona za pomocą teorii
 bardziej podatne na rozwój naukowy
logicznych, połączonych ze zdaniami
" Ograniczona racjonalność obserwacyjnymi (obserwacje dokonane za pomocą
czujników)
w1/15 w1/16
Podstawy AI (2)
Problemy
Matematyka (ok. 800 - obecnie)
 al-Khowarazmi: wprowadził algorytm
" Trudne (intractable): czas wymagany do
 Boole (1847): formalny język rozumowania
rozwiązania przykładowego problemu danej
logicznego
klasy rośnie co najmniej wykładniczo w
 Frege (1879): logika 1. Rzędu
stosunku do wymiaru tego problemu
 Tarski (1902-1983): teoria referencji (jak obiekty
" NP-zupełne (NP-complete): typowe np. dla
logiczne odnoszą się do obiektów świata)
kanonicznego przeszukiwania lub procesów
 Gödel (1931): twierdzenie o niezupeÅ‚noÅ›ci (w
rozumowania; problem klasy NP-zupełnej
każdym języku umożliwiającym opis własności
daje się zredukować do problemu trudnego
liczb naturalnych istnieją zdania prawdziwe, które
sÄ… nierozstrzygalne)
w1/17 w1/18
Podstawy AI (3)
Podstawy AI (4)
Psychologia (1879 - obecnie)
" behawioryzm (istotne są obiektywne związki: " Informatyka (1940 - obecnie) - rozwój
bodziec-odpowiedz
; wiedza, przekonania, środowisk sprzętowych i programowych
cele i rozumowanie są nienaukowe) koniecznych do badań w zakresie AI
" psychologia poznania (cognitive psychology): " Lingwistyka (1957 - obecnie) - rozwój
Craik (1943) - podstawy agentów bazujących wspólnie z AI:
na wiedzy
 lingwistyka obliczeniowa
 przetwarzanie języka naturalnego
w1/19 w1/20
Historia AI (1952-1969)
Historia AI (1943-1956)
Wczesny entuzjazm, wielkie
PoczÄ…tki AI
oczekiwania
 Mc Culloch & Pitts (1943) - model sztucznego
 Newell & Simon - GPS (General Problem
neuronu
Solver) - pierwszy program myślący  po
 Shannon, Turing (ok. 1950) - programy do gry w
ludzku
szachy
 McCarthy (1958) - LISP (LISt Processing)
 Minsky (1951) - pierwszy komputer neuronowy
 Minsky (ok. 1963) - mikroświaty (np. świat
(3000 lamp + autopilot z B-24; 40 neuronów!!!)
klocków)
 Newell & Simon - LT=Logic Theorist (program
 Rosenblatt (1962) - perceptron (sieć neuronów,
komputerowy zdolny do myślenia
która się uczy)
nienumerycznego)
w1/21 w1/22
Historia AI (1966-1974)
Entuzjazm (1957)
Dawka realizmu
" H. Simon: " Programy początkowo nie zawierały wiedzy
i działały stosując 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 okazało się zbyt trudnych
learn and that create. Moreover, their ability to
lub NP-zupełnych
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)
w1/23 w1/24
Historia AI (1969-1979) Historia AI (1980-1988)
Nowe, skuteczne koncepcje AI staje się przemysłem
" WÄ…skie dziedziny problemowe " Komercyjny system doradczy R1
(Mc Dermott, 1982)
" Systemy doradcze
" V generacja komputerów (Japonia, 1981)
 MYCIN: diagnostyka chorób krwi i płynu
mózgowo-rdzeniowego (450 reguł, uwzględnienie
" Sprzedaż 2 mld $ w 1988
niepewności i sprzecznych opinii ekspertów)
 PROSPECTOR: wspomaganie prac wiertniczych
 inne skuteczne wdrożenia
" Minsky (1975): reprezentacja wiedzy -  ramy
w1/25 w1/26
Podsumowanie
" Filozofia: myśl jest pod pewnym względem jak
Historia AI (1986-obecnie)
maszyna, która działa na wiedzy zakodowanej
w określonym języku,
" Powrót sieci " Inżynieria wiedzy
neuronowych
" Matematyka: dostarczyła narzędzi do opisu
" Uczenie maszynowe
" Algorytmy genetyczne i odkrycia w bazach procesu myślenia,
i programy danych
" Psychologia: teoria, że ludzie i zwierzęta mogą
ewolucyjne
" ...
być postrzegani jako maszyny przetwarzające
" Systemy szkieletowe
informacje,
" Sieci przekonań
" Technologia komputerowa: pozwala na
implementację algorytmów,
w1/27 w1/28
Inteligentny agent
Inteligentny Agent
" Agent postrzega swoje otoczenie poprzez
sensory
" Agent oddziałuje na otoczenie poprzez efektory
w1/29 w1/30
Przykład idealnego racjonalnego
Inteligentny agent - przykłady
agenta: SQRT w kalkulatorze
" Człowiek:
 sensory: oczy, uszy, nos, ...
 Efektory: ręce, nogi, usta, ...
" Robot:
 sensory: kamera TV, czujniki IR, sonar, ...
 Efektory: chwytaki, głośnik, wyświetlacz, ...
" Agent programowy:
 sensory i efektory: ciągi bitów
w1/31 w1/32
Struktura inteligentnego agenta Przykłady
AGENT = ARCHITEKTURA + PROGRAM
Typ agenta Percepcje Akcje Cele Åšrodowisko
System Symptomy, Pytania, Zdrowy Pacjent,
Środowisko, w którym Funkcja, diagnostyki wyniki, testy, terapie pacjent, szpital
medycznej odpowiedzi minimalne
można realizować realizująca
pacjenta koszty
program: odwzorowanie
System Punkty (pixe- Drukuj Poprawna Obrazy z
od percepcji do
" komputer 1-układowy analizy le) o zmien- kategoryzację kategoryzacja orbitującego
obrazów nej intensyw- sceny satelity
akcji
" kamera
satelitarnych ności, kolor
" mikrofon
Interaktywny Wpisywane Drukuj Maksymali- Zbiór
nauczyciel słowa ćwiczenia, zuj ocenę studentów
" ...
angielskiego sugestie, studenta z
" Oprogramowanie
poprawki testu
umożliwiające
realizacjÄ™ programu
agenta (np. BIOS)
w1/33 w1/34
Agent działający na zasadzie odruchów
Przykład agenta - taksówkarz
Typ agenta Percepcje Akcje Cele Åšrodowisko
Sensory
AGENT
Taksówkarz Kamery, Kierowanie, Bezpieczeń- Droga, Jaki jest świat w
prędkościomierz, przyspieszanie stwo korki, tej chwili ?
GPS, mikrofon hamowanie, szybkość, piesi
rozmowa z komfortowa
pasażerem jazda,
przestrzeganie
kodeksu,
Jakie działania
maksymalne Warunki - reguły działania
trzeba wykonać?
zyski
Efektory
w1/35 w1/36
Agent ukierunkowany na cel
Agent działający na zasadzie odruchów
ze stanem wewnętrznym
Sensory
Stan
Sensory
Stan
Jaki jest świat w tej
Jak zmienia sie świat?
chwili ?
Jaki jest świat w
Jak zmienia sie świat?
tej chwili ?
Co się stanie jeżeli
Co powoduje moje działanie ?
Co powoduje moje działanie ?
wykonam działanie A ?
Jakie działania
Jakie działania trzeba
Warunki - reguły działania
Cel
trzeba wykonać?
wykonać?
Efektory
Efektory
AGENT AGENT
Åš
rodowisko
Åš
rodowisko
Åš
rodowisko
w1/37 w1/38
Agent ukierunkowany na użyteczność
Podsumowanie
Sensory
Stan
" Agent
Jaki jest świat w tej
Jak zmienia sie świat?
chwili ?
" Agent inteligentny
Co się stanie jeżeli
Co powoduje moje działanie ?
wykonam działanie A ?
" Cztery typy agentów
Jak szczęśliwy będę
Użyteczność
w tym nowym stanie ?
Jakie działania trzeba
wykonać?
Efektory
AGENT
Åš
rodowisko