1. Inteligncia Artificial - IA Prof. Dr. Carlos Estombelo montesco Contato: estombelo@ufs.br Fundamentos da Computao:

2. Introduo Ser que no futuro, talvez no muito distante, as mquinas iro dominar o mundo? Ser possvel construir um crebro eletrnico que realize todas as tarefas intelectuais humanas? 3. Introduo Preocupaes influenciadas Mdia Rpida disseminao da informtica At que ponto esto apenas alimentando apenas fantasias da fico cientfica? 4. Introduo A tecnologia realmente tem fascinado ... a ponto de muitos adorarem o trabalho com tarefas complicadas de computao ... e paradoxalmente deixarem de lado a Matemtica, Estatstica, lgebra e outros Fundamentos, ... Sem se aperceberem da estreita unio que h entre estas reas com IA. 5. Introduo Uso indiscriminado de jogos eletrnicos no contribui. Por que no aproximar o conhecimento cientfico do cotidiano? Projetar e Desenvolver com suas prprias mos! Descobrir e ter o prazer de conhecer o mundo pelos olhos da razo.! 6. Introduo IA Sistematiza e automatiza Tarefas intelectuais O que relevante em qualquer esfera de atividade intelectual humana. MAS o que IA? ... Definies de IA de acordo com 8 livros... 7. O que Inteligncia Artificial? Definio desse termo motivo de discusso Vamos por partes: Definio de Artificial ? Definio de Inteligncia ? ... Pode se tornar bem mais complicado ... 8. O que Inteligncia Artificial? Uma definio Esclarecedora para Inteligncia Artificial: IA o estudo de como fazer os computadores realizarem tarefas as quais, at o momento, os homens fazem melhor (Rich, 1994) 9. O que Inteligncia Artificial? Uma (OUTRA) definio Esclarecedora para Inteligncia Artificial: todo problema para o qual nenhuma soluo algortmica conhecida um problema de IA (Laurire, 1990) 10. Outras definies segundo Russell e Norvig (2010) Definio de IA (2 dimenses) Processos de pensamento e raciocnio Processos de Comportamento (agindo, atuam) Medem sucesso em termos de desempenho humano Medem sucesso em termos de racionalidade faz tudo certo 11. Introduo Agindo de forma humana: abordagem do teste de Turing Alan Turin (1950) Projetado : para fornecer uma definio operacional satisfatria de inteligncia Teste baseado na impossibilidade de distinguir entre entidades inegavelmente inteligentes os seres humanos A 12. Introduo Agindo de forma humana: abordagem do teste de Turing A O computador passar no teste se um interrogador humano, depois de propor algumas perguntas por escrito, no conseguir descobrir se as respostas escritas vm de uma pessoa ou no. 13. Introduo Agindo de forma humana: abordagem do teste de Turing O que precisa? 1. Processamento da linguagem natural (PLN) 2. Representao de conhecimento 3. Raciocnio automatizado (novas concluses) 4. Aprendizado de mquina (para se adaptar a novas circunstancias e para detectar a extrapolar padres) A Teste de Turing evita ... Interao fsica (ela desnecessria para a inteligncia) 14. Introduo Agindo de forma humana: abordagem do teste de Turing Teste de Turing Total 5. Viso de computador (para testar habilidades de percepo) 6. Robtica(para passar objetos fsicos pela tela) A Essas 6 disciplinas compem a maior parte de IA 15. Outras definies segundo Russell e Norvig (2010) Definio de IA (2 dimenses) Sistemas que pensam como seres humanos Sistemas que pensam racionalmente Sistemas que atuam como seres humanos Sistemas que atuam racionalmente B C A D O novo e interessante esforo para fazer os computadores pensarem ... Mquinas mentes, no sentido total e literal (Haugeland, 1985) [Automatizao de] atividades que associamos ao pensamento humano, atividades como a tomada de decises, a resoluo de problemas, o aprendizado ... (Bellman, 1978) O estudo das faculdades mentais pelo uso de modelos computacionais (Charniak e McDermott, 1985) O estudo das computaes que tornam possvel perceber, raciocinar e agir. (Winston, 1992) A arte de criar mquinas que executam funes que exigem inteligncia quando executadas por pessoas. (Kurzweil, 1990) A Inteligencia Computacional o estudo do projeto de agentes inteligentes (Poole et al., 1998) 16. ... Agentes racionais ... Nossa abordagem ser: Princpios gerais de agentes racionais e nos componentes para constru-los. O conceito de racionalidade pode ser aplicado a uma ampla variedade de agentes que operam em qualquer ambiente. 17. Agentes e Ambientes Aqui um agente Pode perceber seu ambiente (sensores) Pode agir sobre esse ambiente (atuadores) 18. Agente Idia simples 19. Agente Idia simples Um agente humano Um agente robtico Um agente de software, etc. 20. Aplicaes da IA As aplicaes da IA vo desde jogos at prova de teoremas. 21. Aplicaes da IA TAREFAS CORRIQUEIRAS Percepo Viso Fala Linguagem natural Entendimento Gerao traduo Raciocnio de senso somum Controle de robs TAREFAS FORMAIS Jogos Xadrez Etc. Matemtica Geometria Lgica Clculo integral TAREFAS ESPECIALISTAS Engenharia Projeto Descoberta de falhas Planejamento de manufatura Anlise cientfica Diagnstico mdico Anlise financeira (Rosa, 2011) 22. Aplicaes da IA (Rosa, 2011) Fazer o computador se lembrar de fatos complicados inter-relacionados e obter concluses a partir deles INFERNCIA LGICA ! Fazer o computador planejar sequncias de aes para alcanar metas PLANEJAMENTO ! 23. Aplicaes da IA (Rosa, 2011) Fazer o computador oferecer ajuda baseada em regras complicadas para vrias situaes SISTEMAS ESPECIALISTAS OU SISTEMAS DE DEDUO BASEADOS EM REGRAS 24. Aplicaes da IA (Rosa, 2011) Fazer o computador olhar atravs de cmeras e ver o que estiver l VISO ARTIFICIAL Fazer o computador se mover entre objetos do mundo real ROBTICA 25. Como fazer tudo isso ? (Rosa, 2011) Mgica? 26. Como fazer tudo isso ? (Rosa, 2011) IA trabalha com vrias ferramentas Desde lgica de predicados (lgica clssica) ... ... at simulaes das redes neurais, as redes de clulas nervosas do crebro. 27. Agente de resoluo de problemas Abstrao: remover detalhes irrelevantes 28. Agente de resoluo de problemas Exemplos Quebra-cabea de 8 peas Estados: diferentes configuraes com o espao vazio 9!/2 = 181.440 estados acessveis Estado inicial: qualquer estado Funo sucessor: estados vlidos resultados das aes o espao desloca para Esquerda, Direita, Acima ou Abaixo Teste Objetivo: seqncia ordenada iniciando pelo espao vazio Custo de caminho: cada passo custa 1 Abstrao 29. Agente de resoluo de problemas Exemplos Oito rainhas Estados: qualquer disposio de 0 a 8 rainhas no tabuleiro Estado inicial: nenhuma rainha no tabuleiro Funo sucessor: colocar uma rainha em qualquer quadrado vazio Teste Objetivo: as 8 rainhas no tabuleiro e nenhuma atacada Custo de caminho: sem interesse porque o estado final o mais importante Abstrao 30. Estratgias de busca Busca em profundidade 31. Estratgias de busca Busca em profundidade 32. Algoritmos Genticos Estados sucessores so gerados pela combinao de dois estados pais. Inicia com uma populao (k estados) Cada indivduo (ou estados) representado como uma cadeia sobre um alfabeto finito. . 33 33. Algoritmos Genticos . 34 34. Observao Em muitos problemas de IA voc vai observar que sempre se BUSCA por uma soluo tima ... Ou pelo menos o mais prximo possvel. 35. IA uma abordagem de Aprendizado de Mquina Exemplo: Em um supermercado ... Como descobrir qual cliente deve receber material de propaganda ? Se voc tem o cadastro dos clientes voc pode realizar um processo de induo de uma hiptese (ou aproximao de funo) a partir da experincia passada Isto pode ser chamado de Aprendizado de Mquina (Faceli, 2011) 36. IA uma abordagem de Aprendizado de Mquina Definio de Aprendizado de Mquina Capacidade de melhorar o desempenho na realizao de alguma tarefa por meio da experincia (Mitchell, 1997) 37. IA uma abordagem de Aprendizado de Mquina Aplicaes de Aprendizado de Mquina (Faceli, 2011) Reconhecimento de palavras faladas Predio de taxas de cura de pacientes com diferentes doenas Deteco de uso fraudulento de cartes de crdito Conduo de automveis de forma autnoma em rodovias Ferramentas que jogam xadrez semelhante aos campees Diagnstico de cncer por meio da anlise de dados de expresso gnica. 38. IA uma abordagem de Aprendizado de Mquina Devemos considerar ... Modelos Descritivos Minerao de Padres Freqentes Anlise de agrupamentos 39. Redes Neurais O termo Redes Neurais Redes Neurais Artificiais nfase nas aplicaes: inteligncia artificial, engenharia, processamento de dados e imagens, medicina, finanas, etc; Objetivo: Resolver problemas de reconhecimento e classificao de padres, controle adaptativo e previso de series temporais; Principais ferramentas: modelos de unidades inspiradas nos neurnios biolgicos com alto grau de interconexo e processamento paralelo, tendo os pesos das conexes modificados por algoritmos de aprendizado supervisionado ou no supervisionado (backpropagation, aprendizado hebbiano etc), implementados via pacotes comerciais ou outros programas ; tcnicas estatsticas de processamento e tratamento de dados. 40. Elementos de Neurobiologia Necessrios para a construo de um Modelo de Neurnio de uma Rede Neural Artificial Esquema de uma Clula Piramidal. Um Neurnio Tpico 41. As Redes Neurais Artificiais Uma classe importante de redes neurais a das que tm arquitetura em camadas. Elas podem ser do tipo feedforward ou do tipo recorrente. 42. Espao de Solues Uma funo como E, que tem que ser minimizada (ou maximizada) para a obteno de uma soluo tima, costuma ser chamada de funo custo. . 43. No esquecer IA no Mgica IA trabalha com as seguintes Ferramentas (ou Fundamentos) Matemtica Lgica lgebra Matricial Estatstica ... 44. Bibliografia 45. Bibliografia RUSSELL, Stuart J; NORVIG, P. Artificial intelligence: a modern approach. New Jersey, Estados Unidos: Prentice Hall, 1995. 932 p. (Prentice Hall series in artificial intelligence) ISBN 0131038052 Nmero de Chamada (UFS): 004.8 R959a LUGER, George F. Artificial intelligence: structures and strategies for complex problem solving. 6th ed. Harlow: Addison Wesley Longman, 2009. 754 p. ISBN 9780321545893 Nmero de Chamada (UFS) : 004.8 L951a 6th ed. KATTI FACELI;ANA CAROLINA LORENA;JOAO GAMA;ANDRE C. P. L. F. DE CARVALHO. INTELIGNCIA ARTIFICIAL - UMA ABORDAGEM DE APRENDIZADO DE MQUINA 2011 - Rosa, J. L. G. . Fundamentos da Inteligncia Artificial. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. v. 1. 228 p 46. Vdeo Pessoal aqui um link muito interessante, comentado nesse vdeo sobre Batman ! Vocs tem como selecionar a legenda em portugus. http://www.ted.com/talks/dennis_hong_my_seven_species_of_robot.html 47. Inteligncia Artificial - IA Prof. Dr. Carlos Estombelo montesco Contato: estombelo@ufs.br Fundamentos da Computao: