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Sistemas Inteligentes – Sistemas Inteligentes – if684if684
Patricia Tedesco e Teresa Ludermir– {pcart, tbl}@cin.ufpe.brHorários: 4as e 6as 10 às 12Sala: D002Página da Disciplina: www.cin.ufpe.br/~îf684
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Mas... Esta disciplina serve Mas... Esta disciplina serve para quê mesmo?para quê mesmo?Ao fim da disciplina, a gente deverá
ser capaz de...◦Conhecer e diferenciar as duas
abordagens da IA especialmente no que diz respeito à Inteligência Individual
◦Modelar problemas e encontrar as técnicas mais apropriadas para suas soluções
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Então... No primeiro módulo da Então... No primeiro módulo da Disciplina veremos (1/2)Disciplina veremos (1/2)Parte I - Busca
1. Aula Introdutória (Apresentação do Curso e Visões da IA)2. Busca I (Resolução de Problemas)3. Busca 2 (Busca cega e heurística até A*)4. Busca 3 (Otimização - hill climbing)5. Resolução de Exercícios6. Prova (fim de agosto, aprox)
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No primeiro módulo da No primeiro módulo da Disciplina veremos (2/2)Disciplina veremos (2/2)Parte II - Conhecimento
7. Sistemas Baseados em Conhecimento ( + apresentação da lista a ser entregue)8. Regras de Produção9. Engenharia de Conhecimento + Ontologias10. Aula Prática Protegé11. Orientação a Objetos12. Aula Prática Drools13. Agentes Inteligentes14. Raciocínio com Incerteza
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Inteligência ArtificialInteligência Artificial
Plano da aula ◦Aplicações (Motivação...)◦Definições e abordagens◦Evolução histórica e problemas principais
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Aplicações da IA: RobóticaAplicações da IA: RobóticaComo obter navegação segura e eficiente,
manipulação fina e versátil, autonomia? E no caso de ambientes dinâmicos e imprevisíveis?
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Aplicações da IA: Automação Aplicações da IA: Automação de sistemas complexosde sistemas complexos
Como modelar os componentes do sistema e dar-lhes autonomia?
Como assegurar boa comunicação e coordenação entre esses componentes?
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Automação de Software Automação de Software ComplexoComplexoSegundo o Autonomic Computing
Manifesto (IBM 2001), o que queremos são sistemas capazes de:◦Conhecer o ambiente◦Auto conhecimento◦Auto-Configuração◦Auto-Recuperação◦Auto-Otimização◦Auto-Proteção◦Conhecimento do contexto◦Integração automática◦Realizar predição
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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Sistemas de controleSistemas de controle
Como frear o carro sem as rodas deslizarem em função da velocidade, atrito, ...?
Como focar a câmera em função de luminosidade, distância...?
Como ajustar a temperatura em da quantidade de roupa, fluxo de água, ...?
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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Simulações e jogosSimulações e jogos
Como modelar o ambiente físico e o comportamento/personalidade dos personagens?
Como permitir interação interessante com o usuário?
11FIFA SoccerThe Sims
Aplicações da IA: PrevisãoAplicações da IA: PrevisãoComo prever o valor do dólar (ou o clima)
amanhã?Que dados são relevantes? Há comportamentos
recorrentes?
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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Sistemas de RecomendaçãoSistemas de Recomendação
Como fazer recomendações personalizadas de produtos? Como modelar os perfis dos compradores? Como recomendar experts capazes de ajudar usuários a
resolver problemas?
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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Recuperação de informaçãoRecuperação de informação
Como localizar a informação relevante?
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Aplicações da IA: Detecção de Aplicações da IA: Detecção de intrusão e filtragem de spamintrusão e filtragem de spam
Como saber se uma mensagem é lixo ou de fato interessa?
Como detectar usuários suspeitos e como lidar com isto?
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Aplicações da IA: Aplicações da IA: Interação Humano MáquinaInteração Humano Máquina
Como dar ao usuário a ajuda de que ele precisa? Como interagir (e até navegar na web) com celular sem ter de digitar (hands-free)? Como adaptar a informação e funcionalidades ao dispositivo e à situação do usuário?
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Aplicações da IAAplicações da IA Internet e Web Redes e Sistemas
Distribuídos Banco de dados Engenharia de software Hardware (projeto e
análise) Robótica Interfaces Computação Gráfica Jogos Etc.
Maior valor agregado quando embutida em sistemas de computação
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Aplicações da IA hojeAplicações da IA hoje
Agriculture, Natural Resource Management, and the Environment
Architecture & Design Art Artificial Noses Astronomy & Space Exploratio
n
Assistive Technologies Banking, Finance & Investing Bioinformatics Business & Manufacturing
Drama, Fiction, Poetry, Storytelling & Machine Writing
Earth & Atmospheric Sciences Engineering Filtering Fraud Detection & Prevention Hazards & Disasters Information Retrieval &
Extraction Knowledge Management
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página da AAAI:http://www.aaai.org/AITopics/pmwiki/pmwiki.php/AITopics/Applicationsl
Mercado fatura alto...Mercado fatura alto...Faturamento da indústria da IA:
◦2007: $17.9 bilhões só para Jogos◦Robótica em franco crescimento◦50 Bilhões só para produtos de Semantic
Web em 2010◦fonte: www.aaai.org/AITopics/html/stats.html
Empresas especializadas em IA:◦http://dmoz.org/Computers/
Artificial_Intelligence/Companies/
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Mercado fatura alto...Mercado fatura alto...Grandes empresas desenvolvendo e utilizando
IA:◦ IBM, HP, Sun, Microsoft, Unisys, Google, Amazon.com,
Oracle ...Grandes empresas utilizando IA:
◦ www.businessweek.com/bw50/content/mar2003/a3826072.htm
◦ Wal-Mart, Abbot Labs, US Bancorp, LucasArts, Electronic Arts...
Órgãos governamentais utilizando IA:◦ US National Security Agency
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O que esses problemas O que esses problemas têm em comum?têm em comum? Grande complexidade
◦número, variedade e natureza das tarefas Não há “solução algorítmica”
◦mas existe conhecimento (em intenção) sobre o problema
Requerem modelagem do comportamento de um ser inteligente ◦autonomia, aprendizagem, conhecimento,
etc.
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Máquinas inteligentes?Máquinas inteligentes? Inteligência Artificial (IA)
◦Surgiu na década de 50◦Objetivo: desenvolver sistemas para
realizar tarefas que, no momento são melhor realizadas por seres humanos
que por máquinas, ou não possuem solução algorítmica viável pela
computação convencional
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Se o ser humano pode, por que não a máquina? (tese de Church-Turing)
Definições da IADefinições da IA
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Realiza tarefas tarefas Para qual não existe algoritmo conhecido ou prático No entanto efetuada com alto desempenho por humanos
Abstrações de IA
+ P(A|B)
X
AlgoritmoProblema
Definições de IADefinições de IA
Máquina que age humanamenteage humanamente:◦Teste de Turing
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??
Teste de Turing envolve:
Processamento de Linguagem NaturalRepresentação de ConhecimentoRaciocínio AutomáticoAprendizagemVisão ComputacionalRobótica
Definições de IADefinições de IA
Máquina que raciocina raciocina humanamentehumanamente:◦Ciências Cognitivas, Psicologia,
Neurociência,…
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Ciências Cognitivas
Inteligência Artificial
Teorias
ModelosComputacionais
Definições de IADefinições de IA
Máquina que raciocina raciocina racionalmenteracionalmente:◦Em direção a um conceito idealideal de
inteligência◦Formalização de “leis do
pensamento” que governam a mente◦ Lógica, Probabilidades,…◦ Inferências corretas
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P(A|B)
Definições de IADefinições de IA
Máquina que age racionalmenteage racionalmente:◦Para atingir o melhormelhor resultado, ou
em situações de incerteza, o melhor resultado esperado
◦I.e., escolha de ações que maximizam chances do agente atingir determinados objetivos Obs.: Não necessáriamente envolvendo
raciocínio racional (e.g., ato reflexo)
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Pensando
Agindo
Humanamente Idealmente(racionalmente)
“A automação de atividades que associamos com o pensamento
humano”
“A arte de criar máquinas que realizam funções que requerem inteligência
quando realizadas por pessoas”
“O estudo das faculdades mentais através do uso de
modelos computacionais”
“O ramo da Ciência da Computação que estuda a automação de comportamento inteligente”
Definições de IADefinições de IA
Histórico da IA – Histórico da IA – Primeiros Passos (1943 - 1956)Primeiros Passos (1943 - 1956)
Modelo matemático de um neurônio por Warren McCulloch e Walter Pitts (1943)
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x1
x2
x3
θ
y
y = 1 se i wi * xi > θy = 0 caso contrário
w1
w2
w3
Histórico da IA – Histórico da IA – Primeiros Passos (1943 - 1956)Primeiros Passos (1943 - 1956)
Regra de Donald Hebb para aprendizado de neurônios (1949)
Implementação de modelos neurais por Marvin Minsky (1950)
“Computing Machinery and Intelligence”, Allan Turing (1950)
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Histórico da IA – Histórico da IA – Nascimento da IA (1956)Nascimento da IA (1956)
Dartmond Workshop organizado por John McCarthy (1956)
Adoção do termo: Inteligência ArtificialLogic TheoristLogic Theorist por Allen Newell and
Hebert Simon
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Histórico da IA – Histórico da IA – “Look Ma, No hands” (1952-“Look Ma, No hands” (1952-1969)1969)
Criação de laboratórios, grupos de pesquisa, linguagens e programas para resolução de problemas
Resultados expressivos:◦ General Problem Solver por Newell e Simon◦ Advice Taker por McCarthy (1958)◦ Perceptron por Rosemblatt (1962)
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Histórico da IA – Histórico da IA – “Look Ma, No hands” (1952-“Look Ma, No hands” (1952-1969)1969)
“Não é minha intenção supreender ou chocar vocês, mas o que eu posso dizer é que atualmente existem no mundo máquinas que pensam, que aprendem e que criam. Além disso, a habilidade dessas máquinas de realizar tarefas está crescendo tão rápido que, em um futuro visível, a quantidade de problemas que elas resolveram será comparável com a quantidade com que a mente humana tem se ocupado.”
Hebert Simon (1957)
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Histórico da IA – Histórico da IA – Fase realista (1966-1973)Fase realista (1966-1973)
Entusiasmo da fase anterior foi revisto◦Primeiros programas tratavam apenas de
instâncias simples de problemas genéricos E.g., provar teoremas simples
◦Resolver problemas complexos não era uma questão somente de mais hardware e memória
◦Limitações básicas existentes nos modelos mais bem sucedidos E.g., Perceptrons (Minski e Papert, 1969)
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Histórico da IA – Sistemas Histórico da IA – Sistemas Baseados Baseados em Conhecimento (1969-1979)em Conhecimento (1969-1979)
Sistemas para resolução de problemas mais específicos usando conhecimento do domínio
Fase dos Sistemas EspecialistasSistemas Especialistas◦ Dendral (1969) – Classificação de estrutura
modecular a partir de dados de espectrômetro◦ Mycin (1976) – Diagnóstico de infecções
sanguíneas
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Histórico da IA – Histórico da IA – Consolidação (1980---)Consolidação (1980---)
Aplicação intensiva de sistemas especialistas na indústria
Retorno das Redes Neurais◦ Redes Multilayer Perceptron e o algoritmo de
BackPropagation (Rumelhart, Hinton 1986)Inteligência Artificial consolidada como
área de conhecimentoárea de conhecimento científico
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Inteligência ArtificialInteligência Artificial
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• Busca heurística• Representação do conhecimento• Raciocínio• Planejamento • Aprendizagem• Sistemas Multi-Agentes• Reconhecimento de Padrões•Processamento de Linguagem Natural
Problemas • Jogos• Sistemas Especialistas• Robótica• Bioinformática •Sistemas de Controle •Reconhecimento de Imagens •Recuperação de Informação
Aplicações
•Filosofia•Matemática
• Lógica• Proba. e Estat.• Cálculo
• Sociologia• Lingüística• Psicologia• Genética• Neuro-fisiologia•Economia •Computação tradicional
Fundamentos
Problemas genéricos da IAProblemas genéricos da IABusca heurística e resolução de problemasPlanejamentoRepresentação de conhecimentoModelagem de Agentes e Sistemas
MultiagentesAprendizagem de MáquinaReconhecimento de padrões
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IA no BrasilIA no BrasilFracamente representada nas graduações em
computação◦ normalmente, só 1 disciplina obrigatória◦ geralmente, depois do sexto período◦ Mas hoje já temos eletivas interessantes sendo ofertadas
nos cursosEconomicamente ainda incipiente
◦ por falta de demanda ou de profissionais bem formados?Visão “distorcida e incompleta” do que é IA No exterior o mercado fatura alto
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