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Introducción a la Inteligencia Artificial

Universidad Wiener

INTELIGENCIA ARTIFICIAL Y ROBÓTICA

22

Aplicaciones

Mapa Conceptual del Curso

33

Tabla de ContenidoObjetivos

1. Inteligencia1. Inteligencia2. El Cerebro Humano

2. Inteligencia Artificial1. Definición del concepto IA2. Test de Turing3. Modelo Cognoscitivo4. Pensamiento Racional5. Actuación Racional

3. ¿Inteligencia Artificial?4. Técnicas de la IA

Bibliografía

44

1. Objetivos1. Exponer el conceptos inteligencia natural2. Presentar las características del cerebro humano.3. Exponer los aspectos de la inteligencia natural.4. Identificar los aspectos de la inteligencia artificial según la

definición del AIMA5. Preguntar si es posible la IA6. Presentar las técnicas de la IA

55

1.1. INTELIGENCIA

66

¿Inteligencia?• Es la facultad que tienen las

personas de conocer, analizar, comprender situaciones.

• Es un conjunto de habilidades, destrezas y experiencias sobre cierto dominio.

• Es la capacidad de resolver problemas.

¿tienen inteligencia los animales?

¿el libre albedrío es inteligencia?¿la conciencia de si mismo es inteligencia?

77

Ejercicio 1• Diga el orden en que se puede clasificar la “inteligencia”

de los siguientes animales. Argumente su respuesta.1. Chimpancé2. Gorila3. Mono4. Perro5. Gato6. Loro7. Delfín8. Pollo

88

Signos de Inteligencia• Aprender de la experiencia

• Encontrar sentido a mensajes ambiguos

• Responder rápidamente a situaciones nuevas.

• Entender e inferir en forma racional.

• Aplicar conocimiento para manipular el medio que nos rodea.

• Aplicar y adquirir conocimiento nuevo.

• Pensar y razonar.

99

Ejercicio 2• Diga cuál es el valor de A y B, si se cumple la siguiente

operación:

• Diga el valor de A, B y C si se cumple la siguiente operación:

A B +B A

1 A 0

A B +B A

1 B 0

A B C +C B AX X X

1010

Ejercicio 3. Anagramas• Con las mismas letras de cada una de estas palabras, sin

obviar ni repetir ninguna de ellas, forme otras tres que pertenecen al mismo tema.

ORCULICORDCAUADGONTIRAUL

EL COMERCIOlunes 1 de agosto 2005, página C8

1111

Aspectos de la Inteligencia Natural1. Percepción2. Aprendizaje3. Memoria y Asociación4. El pensamiento abstracto.5. Razonamiento6. Solución de problemas7. Imaginación o Creatividad8. Conciencia9. Comunicación

¿Cuáles de estas facultades no pueden tener los animales?¿Cuáles de estas facultades no lo pueden tener las máquinas?

1212

Aspectos de la InteligenciaINTELIGENCIA HUMANA1. Percepción2. Aprendizaje3. Memoria y asociación4. El pensamiento abstracto.5. Razonamiento6. Solución de problemas7. Creatividad e imaginación8. Conciencia9. Comunicación

INTELIGENCIA ARTIFICIAL1. Percepción2. Aprendizaje3. Memoria y asociación4. El pensamiento abstracto.5. Razonamiento6. Solución de problemas7. Creatividad e imaginación8. Conciencia9. Comunicación

1313

Ejercicio 4En qué se diferencian los siguientes conceptos:

1. Percepción y aprendizaje, ¿cuál es primero?

2. Aprendizaje y memoria, ¿se puede memorizar sin aprender?

3. Memoria y comportamiento,

4. Memoria y asociación, [a � b; a ∴ b ]5. Percepción y comunicación.

1414

Ejercicio 5• Indicar qué facultades que no correspondan a la

inteligencia natural. 1. Aprender por prueba y error.2. Mover las extremidades.3. Responder rápidamente a situaciones aprendidas

previamente.4. Encontrar el sentido a mensajes ambiguos.5. Girar la cabeza hacia la fuente de un sonido

persistente.6. Corta un trozo de papel.7. Retirar el brazo ante un pinchazo.

1515

Ejercicio 6• ¿Donde se genera la inteligencia?• ¿Donde se almacenan los datos?• ¿Cómo se procesa la información?• ¿Cómo se inicia una nueva acción?• ¿Cómo se inicia un nuevo pensamiento?

1616

1.2 EL CEREBRO HUMANO

1-Médula Espinal2-Bulbo Raquídeo3-Cerebelo4-Amígdala Cerebral5-Hipotálamo6-Glándula Pituitaria7-Tálamo8-Corteza Cerebral9-Cuerpo Calloso

1717

Cerebro Humano• 1011 Neuronas

(procesadores)• Poder desconocido• 1000 – 10000

conexiones por neurona

• Capacidad basada en las conexiones.

• Cada neurona es muy compleja.

• Almacenamiento redundante.

• No binario, no estable y no asíncrono.

1818

Neuronas

¿Cómo funciona ?

Olor

Color

Sabor

Sonido

Tersura

información

acciones

Conexiones

1919

Sensores humanosSonido � 102 Hz, 104 Hz

Color � 1015 Hz

Sabor � ¿es una onda?

Olor � ¿es una reacción química?

Tersura� ¿es una onda?

104 Hz

102 Hz

2020

Ejercicio 7Diga qué perciben los siguientes sensores:

¿Existen sensores para medir?:• Tersura de un objeto.• El sabor de una sustancia.• El olor de una sustancia

1. Fotodiodo2. Giroscopio3. Micrófono4. Sonar5. Termistor6. Voltímetro

1. Distancia2. Luz3. Orientación4. Sonido5. Temperatura6. Voltaje

2121

• adaptabilidad • aprendizaje continuo

• distribución del procesamiento y del “almacenamiento”• alta redundancia• plasticidad (creación/modificación de sinapsis).• tolerante a fallas

• 10 a 100 billones de neuronas, cada una conectado a otras 10.000 neuronas

• Los humanos pierden aprox.. 1000 neuronas por día.

Características del Sistema Nervioso

2222

AprendizajePatrones de actividad.• Ésta forma de aprendizaje es la que explica la memoria de

corto plazo.

Cambios físicos y químicos en las neuronas.• En este aprendizaje se modifican las conexiones entre

unidades haciendo que grupos de neuronas se vuelvan más o menos eficientes para excitar o inhibir a otras neuronas.

• Explica la memoria de largo plazo.

Creación de nuevas conexiones.• En este aprendizaje se crean nuevas conexiones.

2323

Ejercicio 8• ¿Cómo se puede medir el aprendizaje?• ¿Medir la capacidad de memoria es medir la capacidad de

aprendizaje?• ¿Memorizar el capítulo 1 de AIMA implica que se aprendió

el capítulo?• ¿Leer esta transparencia es suficiente para aprender los

conceptos de la inteligencia artificial?• ¿qué falta?

2424

Aprendizaje• El aprendizaje es un proceso por el cual el individuo cambia

de actitud .• Es un proceso unido a la experiencia.• El proceso fundamental del aprendizaje es la imitación , es

decir la repetición de un proceso observado.• El aprendizaje se define técnicamente como un cambio

relativamente estable en la conducta del sujeto como resultado de la experiencia, producidos a través del establecimiento de asociaciones entre estímulos y respuestas mediante la práctica en un nivel elemental

2525

Ejercicio 9

1. ¿Conoce algún sistema que memorice datos?

2. ¿Conoce algún sistema que aprenda comportamientos (es decir acciones)?

Extendiendo la definición de aprendizaje, diga si los sistemas de información tienen capacidad de memorizar o de aprender.Explique su respuesta con un ejemplo.

2626

2. INTELIGENCIA ARTIFICIAL

2727

Inteligencia Artificial• Nació en 1943 cuando Warren McCulloch y Walter Pitts

propusieron un modelo de neurona del cerebro humano y animal.

• Es una ciencia que intenta la creación de programas para máquinas que imiten el comportamiento y la comprensión humana, que sea capaz de aprender, reconocer y pensar.

2828

Inteligencia Artificial• Ciencia. ¿arte, religión?• Intento. ¿se logrará alguna vez?• Crear programas para máquinas. ¿software o hardware?• Imitar. ¿simulación o imitación?• Comportamiento. ¿comportamiento == acción?• Comprensión. ¿compresión == pensamiento?• Humano. ¿cómo piensan o actúan los humanos?• Capacidad de aprender. ¿memorizar o aprender?• Capacidad de reconocer. ¿igual o parecido?• Capacidad de pensar. ¿lógica?

2929

Objetivos de la Inteligencia Artificial• Es la comprensión de nosotros mismos como entidades

inteligentes• Es la construcción de entidades inteligentes artificiales.• Es el arte de crear máquinas que realizan funciones que

requieren inteligencia cuando dichas funciones son realizadas por el hombre.

• Es el estudio de cómo hacer que los ordenadores ejecuten cosas que, por el momento, los seres humanos lo hacemos mejor.

• Hace uso intensivo del software y algoritmos.

3030

Inteligencia Artificial

• Es la construcción de algoritmos para imitar el comportamiento y el razonamiento de los humanos.

Observar que la definición no menciona el hardware.El hardware es administrado finalmente por el software

3131

Motivación para la investigación en IA• La IA es una de las disciplinas más nuevas (inició

formalmente en 1956).

• A diferencia de otros campos de estudio donde “todo estádescubierto” (como la física o las matemáticas), la IA tiene muchas áreas con grandes oportunidad para la investigación e innovación.

3232

Alcance de la IA• La IA abarca desde áreas generales (percepción,

razonamiento lógico) hasta específicas (ajedrez, teoremas, etc.)

• Permite automatizar el trabajo intelectual a científicos de otras áreas.

• Ofrece a los científicos de IA el aplicarla en cualquier área donde se aplique el intelecto humano.

3333

2.1. DEFINICIÓN DEL CONCEPTO DE INTELIGENCIA

ARTIFICIAL

3434

Proceso de Razonamiento y Comportamiento

¿Razonar � Actuar?

¿Actuar � Razonar?

Razonamiento � (Lógica) razonamiento para llegar a conclusiones.Comportamiento � (Acción) acciones para llegar a objetivos.

3535

Categorías para las definiciones de IA

Sistemas que piensan como humanos

Sistemas que piensan racionalmente

Pensamiento

Humano Racional

3636


Sistemas que actúan como humanos

Sistemas que actúan racionalmente (idealmente)

Comportamiento(actuación)

Humano Racional

3737

¿Qué es la Inteligencia Artificial?“La interesante tarea de lograr que las computadoras piensen... Máquinas con mente, en su amplio sentido literal” (Haugeland, 1985)

“El arte de crear máquinas con capacidad de realizar funciones que realizadas por personas requieren inteligencia” (Kurzweil, 1990)

“[La automatización de] actividades que vinculamos con procesos de pensamiento humano, actividades tales como la toma de decisiones, resolución de problemas, aprendizaje...” (Bellman, 1978)

“”El estudio de cómo lograr que las computadores realicen tareas que, por el momento, los humanos hacen mejor” (Rich y Knight, 1991)

“El estudio de las facultades mentales mediante el uso de modelos computacionales”(Carniak y McDermott, 1985)

“El estudio de los cálculos que permiten percibir, razonar y actuar”(Winston, 1992)

“Un campo de estudio que se enfoca a la explicación y emulación de la conducta inteligente en función de procesos computacionales” (Schalkoff, 1990).

“La rama de la ciencia de la computación que se ocupa de la automatización de la conducta inteligente” (Luger y Stubblefield, 1993).

3838



Sistemas que piensan racionalmente (idealmente)



Pensamiento


Humano Racional

1

2 3

4

Razonamiento � (Lógica) razonamiento para llegar a conclusiones.Comportamiento � (Acción) acciones para llegar a objetivos.

3939

2.2. TEST DE TURING





Pensamiento


Humano Racional

1

2 3

4

4040

Actuar como humano:La prueba de Turing

• Propuesto por Alan Turing (1950).

• Turing definió la conducta inteligente como “la capacidad de lograr eficiencia humana en todas las actividades cognoscitivas, suficiente para engañar a un evaluador”.

4141

1. Test de TuringEscenario: dos seres humanos y un ordenador; uno de los seres humanos, el interrogador, debe averiguar cuál de los otros dos participantes es el ordenador; el interrogador puede preguntar cualquier cosa, sin importar el tema o la profundidad, y al ordenador se le permite hacer todo lo posible por provocar la errónea identificación. El ser humano participante debe, sin embargo, responder siempre verazmente a las cuestiones que se le formulen.

http://cogsci.ucsd.edu/~asaygin/tt/ttest.html

4242

1. La prueba de Turing• Para que una computadora pase la prueba de Turing, debe

por lo menos:– Procesar lenguaje natural– Representar el conocimiento– Razonar automáticamente– Auto aprender

• Para la prueba total de Turing, la computadora debe tener– Vista– Robótica

4343

Ejercicio 11• ¿Cómo se puede inhabilitar la prueba de turing?

• ¿Qué preguntas se puede hacer a una persona de tal forma que se pueda diferenciar de un computador?

• ¿Qué preguntas se puede hacer a un computador de tal forma que se pueda diferenciar de una persona?

4444

2.3. MODELO COGNOSCITIVO





Pensamiento


Humano Racional

1

2 3

4

4545

Pensar como humano: El modelo cognoscitivo

• Primero habría que definirse ¿cómo piensan los humanos?. Lo hacen mediante– Introspección– Experimentos psicológicos

• GPS (General Problem Solver), de Newell y Simon (1961) vs. Wang (1960).

• La ciencia cognoscitiva usa modelos de IA y experimentos psicológicos.

• Aportaciones:– Visión, lenguaje natural, aprendizaje

4646

2.4. PENSAMIENTO RACIONAL





Pensamiento


Humano Racional

1

2 3

4

4747

Pensar racionalmente:Las leyes del pensamiento

• Aristóteles intentó codificar la “manera correcta de pensar”(silogismos). De ahí surge la lógica.

• La tradición logicista de IA trata de hacer sistemas inteligentes basados en la lógica.

• Problemas: pasar conocimiento informal e incierto en términos lógicos formales y realizar la solución teórica obtenida en la práctica.

Representación del conocimiento imprecisoVersus

Notación Lógica

• Lógica fuzzy(1968)

4848

2.5. ACTUACIÓN RACIONAL





Pensamiento


Humano Racional

1

2 3

4

4949

Racionalidad• La racionalidad se entiende referida a la acción y designa

aquel tipo de acción configurada de forma que permita obtener ciertos objetivos predefinidos.

• La racionalidad consiste en la inteligente persecución de fines mediante acciones adecuadas.

• Un agente racional es aquel que saca el máximo provecho (objetivo, meta) de una dada situación (restricciones).

• Actuar racionalmente significa elegir una alternativa con la jerarquía más alta dentro de un grupo de alternativas factibles.

5050

Racionalidad• Está referida a la decisión tomar dado que no

necesariamente se dispone de toda la información.

• La racionalidad está referida al logro del objetivo planteado minimizando las desviaciones.

• Esta relacionada a la conducta, pero no significa que los humanos sean irracionales o mentalmente desequilibrados.

RACIONALIDAD Ξ DECISIONES

RACIONALIDAD ≠ OMNICENCIA

5151

Ejercicio 12Diga que haría en los siguientes casos:1. Cómo llegaría a visitar en el menor tiempo posible todas

las capitales de departamento del Perú.2. Tiene una pregunta con dos alternativas y no sabe la

respuesta. ¿qué alternativa marca?3. Está manejando su automóvil a 80 k/m y repentinamente

se cruza una persona. (usted logra ver a la persona a 5 metros de distancia).

4. Ve a su enamorada besándose con su mejor amigo.5. Está en la orilla de la playa y viene una ola muy grande.6. Está caminando y se aparecen 3 delincuentes armados y

le solicitan dinero.

5252

Racionalidad Limitada• Actuar racionalmente cuando no se dispone de tiempo para

efectuar los cálculos para tomar una decisión.

5353

Ejercicio 13• Estas trabajando en una empresa distribuidora de

alimentos y te asignan la tarea de entregar un paquete a cada uno de 100 clientes.

• ¿Cuánto tiempo tomarías en decidir en qué orden visitar a los clientes?

• Se intenta minimizar la distancia recorrida en cada viaje.

100 * 99 * 98 * 97 * …. * 1 = 100!

5454

Actuar racionalmente:El agente racional

• Actuar racionalmente es hacerlo de tal manera que se logran los objetivos deseados.

• Un agente es algo que percibe y actúa. De acuerdo a esto, la IA es el estudio y construcción de agentes racionales.

• Actuar racionalmente no implica sólo actuar por inferencias lógicas (ejemplo, reflejos).

5555

3. ¿INTELIGENCIA ARTIFICIAL?

5656

¿Inteligencia Artificial?• ¿Puede pensar realmente un sistema inteligente artificial

dentro de una computadora?

• ¿Tiene realmente libre albedrío?

• ¿Puede llegar a reemplazar al ser humano?

• ¿Hasta que punto puede un sistema ser inteligente?

5757

4. TÉCNICAS DE LA IA

5858

Técnicas de la IA

• Sistemas Basados en Conocimiento.• Visión Computacional• Procesamiento de Voz y Lenguaje Natural• Lógica Difusa• Redes Neuronales• Computación Evolutiva• Sistemas Multiagente• Robótica• Aprendizaje Mecánico.• Técnicas Heurísticas (recocido simulado)

5959

Modelos Inspirados en la Naturaleza• Neuronas � Red Neuronal• Evolución Natural � Algoritmo genético• Experiencia � Sistema Experto• Razonamiento � Lógica Difusa• Enfriamiento de metales � Recocido Simulado• Hormigas � Colonia de Hormigas

6060

Bibliografía• Artificial Intelligence: A Modern Approach

Stuart Russell & Peter NorvingPrentice Hall, 1995Capitulo 1

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