Introducció a la Intel·ligència Artificial

Els orígens

• El nom “Intel·ligència Artificial”• Origen: Dartmouth, 1956

– Organització: J. McCarthy, C. Shannon, M. Minsky i N. Rochester

– Assistents: T. More (Princeton), A. Samuel (IBM), R. Solomonoff i O. Selfridge (MIT) i A. Newell, H. Simon (CMU).

Els orígens

• 1943, W. McCulloch, M. Pitts• Model de neurones artificials basat en:

– Coneixements sobre la fisiologia– Funcionament de les neurones del cervell– Lògica proposicional de Russell i Whitehead– Teoria de la computació de Turing

Russell i NorvigTransparències AIMA

Alguns dels primers sistemes construïts

• Problemes de primària: – EVANS

• ELIZA

http://hmi.ewi.utwente.nl/Conferences/AI2/Minsky/sld004.htm

http://hmi.ewi.utwente.nl/Conferences/AI2/Minsky/sld002.htm

Eliza• Manipulacions sintàctiques 

• (((* x) recordo (* y))• (hi penses sovint en (* y) ?) • (((* x) he somniat (* y))• (segur-- (* y) ?)• (i ara perquè em parles de somnis ?)• (has somniat amb (* y) abans ?))

• ?- "ara encara recordo el viatge a París", • ELIZA > "hi penses sovint en el viatge a París"

La “prehistòria” (I)

• Aristòtil: Sil·logismes– (Analítics Posteriors, I, IV)

• Ramon Llull (S. XIII): proposa una lògica combinatòria per descobrir i demostrar les veritats científiques. El raonament pot realitzar-se o ajudar-se mitjançant un procés mecànic– (Ars magna et ultima)

• Frege (1879): Lògica de primer ordre

La “prehistòria” (II)

• Babbage (1791-1871): Va concebre la construcció de programes per la seva màquina analítica

• Torres Quevedo (finals s. XIX): Màquina per jugar a escacs (Rei i Torre contra Rei)

Dificultats

• Alguns dels sistemes no disposaven de coneixement de l'entorn de l'aplicació o aquest era molt petit i únicament consistent en algunes manipulacions sintàctiques simples. – Cas ELIZA

• Problemes intractables– La complexitat: problemes NP (no hi ha prou temps

per trobar la solució)• Limitacions de les estructures bàsiques

– Perceptrons i classificació separable: El cas de la XOR

Que és la IA?

Definicions

“Tants caps tants barrets”

Què és la IA?1) Construcció de programes• Construcció de programes

– (part de la informàtica):

"The moment of the truth is a running program". [Simon, 1995, p.96]

Què és la IA?2) Conducta vs. Raonament

Actuar com les persones: Test de Turing

Raonar com les persones

• Model cognoscitiu -> Ciència cognitiva• General Problem Solver

– (Newell i Simon, 1961)

Raonar racionalment

• Seguir les “lleis del pensament”

– Tots els homes són mortals – Pipí el breu és un home– ____________________________– Pipí el breu és mortal

– Pipí el breu (714-768), rei dels francs (751-768) i pare de Carlemany

Actuar racionalment: l’agent racional

• El que és important no és que les conclusions que obté un sistema s'obtinguin a partir de deduccions lògiques (inferències correctes) del coneixement.

• El que interessa és que s'aconsegueixin els objectius (a partir de les pròpies creences – d'allò que es creu que és cert).

• Avaluació d’objectius en base a un concepte general de racionalitat: definible de forma explícita.

Actuar racionalment (II)

• L’important no és imitar les persones ....• En un programa de jocs: GUANYAR• En un càlcul: FER-LO CORRECTAMENT• En un aire condicionat: QUE LA

TEMPERATURA SIGUI LA “BONA”, i SENSE OSCIL·LACIONS

• En un sistema de control: QUE LA VARIABLE CONTROLADA ES COMPORTI CORRECTAMENT

Actuar racionalment (III)

• Si comparem aquest darrer punt de vista amb el de les lleis del pensament, hem de subratllar que ara la intel·ligència artificial no està limitada a la inferència lògica. Podem usar altres mecanismes si són adequats per aconseguir els resultats.

Què és la IA?2) Ciència i Enginyeria• Construcció de programa

– > IA com a enginyeria; desenvolupar sistemes• Però també com a ciència:

– S’experimenta, fent servir els programes per estudiar la intel·ligència natural

• Dualitat: treballs orientats a aspectes formals i altres d’aplicats

Les hipòtesis de la IA

• Els fonaments

Les hipòtesis de la IA1) Els símbols físics

• The physical symbol system hypothesis. A physical symbol system has the necessary and sufficient means for general intelligent action. [Newell et al., 1976]

Les hipòtesis de la IA1) Els símbols físics• Un sistema de símbols físics

disposa d'un conjunt d'entitats, els símbols, que són patrons físics. A més a més existeixen un conjunt de processos (operacions) que operen sobre expressions per a produir noves expressions.

Les hipòtesis de la IA1) Els símbols físics• Càlcul de la solució: Problema dels recursos• Heuristic Search Hypothesis. The

solutions to problems are represented as symbol structures. A physical symbol system exercises its intelligence in problem solving by search – that is, by generating and progressively modifying symbol structures until it produces a solution structure. [Newell et al., 1976]

Les hipòtesis de la IA1) Els símbols físics• Posant-ho tot junt:

– Símbols: representen els elements significatius d'un problema

– Operacions: que operen sobre els símbols i permeten generar les solucions

– Cerca: per a seleccionar una solució entre les solucions possibles que es poden generar a partir de les operacions.

Les hipòtesis de la IA1) Els símbols físics• Les dues hipòtesis anteriors justifiquen els esforços

per a construir màquines intel·ligents i fan explícites les suposicions que formen la base de la intel·ligència artificial. En particular, permeten distingir entre els patrons de símbols i el mitjà que s'usa per a implementar-los. Si la intel·ligència només s'obté de l'estructura d'un sistema simbòlic, llavors qualsevol mitjà que implementi de forma adequada aquests patrons i els processos que operen sobre ells podrà aconseguir la intel·ligència amb independència de si el sistema està format de neurones o de circuits lògics.

• La hipòtesis del sistema de símbols físics implica:– (1) definir les estructures simbòliques i les

operacions necessàries per a resoldre problemes

– (2) desenvolupar estratègies per a cercar, de forma correcta i eficient, les solucions potencials generades per aquestes estructures i operacions.

• Aquests són els aspectes interrelacionats de cerca i representació del coneixement

Les hipòtesis de la IA1) Els símbols físics: nucli d’IA

Discussió

• No tothom hi està d’acord amb aquesta hipòtesi:– The physical symbol system

hypothesis. A physical symbol system has the necessary and sufficient means for general intelligent action. [Newell et al., 1976]

Les hipòtesis de la IA2) Els models biològics• The physical symbol system

hypothesis. A physical symbol system has the necessary and sufficient means for general intelligent action. [Newell et al., 1976]– > Alternativa: Les xarxes neurals

Les hipòtesis de la IA3) Els sistemes emergents• The physical symbol system

hypothesis. A physical symbol system has the

necessary and sufficient means for general intelligent action. [Newell et al., 1976]– > Alternativa: No es parteix d’un únic sistema

individual

Les hipòtesis de la IA4) Acció situada i IA corpòria• La intel·ligència no és un procés de

construcció i avaluació de models del món sinó com un procés menys estructurat d'actuar en el món i respondre als resultats obtinguts.

• Es dóna més importància a l'habilitat d'actuar que a la d'explicar aquestes accions; es prima la conducta al raonament. – > Sistemes reactius

Les hipòtesis de la IA4) Acció situada i IA corpòria• Necessària l’habilitat de “sentir”

(sense) l’entorn– > La “instanciació” del sistema és

important– > Intel·ligència artificial corpòrea

Les hipòtesis de la IA4) Acció situada i IA corpòria• Enlloc de IA corpòria, • cal parlar d’Inclusió social

Les hipòtesis de la IA4) Acció situada i IA corpòria• The conceptual world too is "situated". The later

philosophy of Wittgestein shows that what we take as loggically and scientifically compelling is what we do not know how to doubt. What we take as certain is what follows for us, as a matter of course, in the way we live in the world. In the last resort there is no more compelling proof. Even logical syllogisms cannot be proved if we are unwilling just to "see" and act as though they follow in the situations in which we find ourselves. Thinking and acting in the world are but two sides of the same coin. [Collins, 1996] 

Les hipòtesis de la IA4) Acció situada i IA corpòria• In sum, the shape of the bodies of the members of a

social collectivity and the situations in which they find themselves give rise to their form of life. Collectivities whose members have different bodies and encounter different situations develop different forms of life. But given the capacity for linguistic socialisation, an individual can come to share a form of life without having a body or the experience of physical situations which correspond to that form of life. What we don't know is how to make something with the capacity to be socialized in this way. [Collins, 1996]

Algunes aplicacions• Logic Theorist (1957)• MYCIN (1975)• AM (1977)• PROSPECTOR (1979)• Metro de Sendai (1987)• EQP (1997)• Deep Blue (1997)• P3 i ASIMO (1997, 2000)• Stanley (2005)

Logic Theorist:http://www.richmond.edu/~pli/teaching/psy333/ai_logic.html

• Newell and Simon took this approach in the 1950s. In 1956, they presented the Logic Theorist, a program that could solve 38 of the 52 mathematical theorems in Whitehead’s and Russell’s book Principia Mathematica. It proved theorems such as “given that either X or Y is true, and given further than Y is false, it follows that X is true”. The Logic Theorist was run on the computer JOHNNIAC, created by John von Neumann. This was the first time a computer proved abstract statements, rather than just performing specific calculations.

• Per un dels teoremes (el 2.85) va trobar una demostració més curta que la dels autors del llibre.

Algunes característiques

• Informació simbòlica• Descripcions del domini d’aplicació• Empren dades incompletes, inexactes o en

conflicte• Utilitzen mètodes heurístics• Són adaptatius