86
Inteligenţă artificială 14. Viaţa artificială Florin Leon Universitatea Tehnică „Gh. Asachi” Iaşi Facultatea de Automatică şi Calculatoare http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

Embed Size (px)

DESCRIPTION

asxcv

Citation preview

Page 1: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

Inteligenţă artificială

14. Viaţa artificială Florin Leon

Universitatea Tehnică „Gh. Asachi” Iaşi Facultatea de Automatică şi Calculatoare

http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 2: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

2

Viaţa artificială

1. Introducere

2. Automate celulare

3. Sisteme Lindenmeyer

4. Inteligenţa colectivă

5. Simulări bazate pe agenţi

6. Concluzii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 3: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

3

Viaţa artificială

1. Introducere

2. Automate celulare

3. Sisteme Lindenmeyer

4. Inteligenţa colectivă

5. Simulări bazate pe agenţi

6. Concluzii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 4: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

4

Termenul “ALife”

Propus la un workshop organizat de Los Alamos National Laboratory, 1987

Domeniul încearcă să îmbine cercetările multidisciplinare cu privire la modelările şi simulările biologice

Aceste fenomene sunt neliniare, ceea ce poate conduce la: Haos: schimbări mici în condiţiile iniţiale produc

diferenţe mari la rezultate

Trăsături de nivel superior: emergenţă, atractori

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 5: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

5

Caracteristicile simulărilor ALife

Abordare bottom-up

Control local

Reguli simple de acţiune

Modele multi-agent

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 6: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

6

Viaţa naturală şi viaţa artificială

Dicţionarul Webster:

Viaţa este condiţia generală care distinge organismele de elementele anorganice şi de organismele moarte, manifestată prin:

creştere pe baza metabolismului

mijloace de reproducere

reglaj intern ca răspuns la mediu

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 7: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

7

Scopurile vieţii artificiale

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 8: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

8

VA şi IA

Viaţa artificială este pentru biologie ceea ce inteligenţa artificială este pentru psihologie

Simulările bazate pe agenţi sunt interesante şi pentru sociologie şi psihologie socială

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 9: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

9

Viaţa artificială

1. Introducere

2. Automate celulare

3. Sisteme Lindenmeyer

4. Inteligenţa colectivă

5. Simulări bazate pe agenţi

6. Concluzii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 10: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

10

Sisteme complexe

Sunt sisteme dinamice alcătuite din componente similare, cu o structură relativ simplă

Componentele interacţionează după reguli locale, de asemenea simple (uşor de înţeles)

Comportamentul global al unui astfel de sistem este emergent

Nu poate fi estimat apriori pe baza regulilor locale şi nu poate fi explicat uşor

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 11: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

11

Automate celulare

engl. “cellular automata”

Mediul este o latice, o mulţime discretă de celule alăturate

Timpul este de asemenea discret

Celulele au o serie de proprietăţi care se pot modifica în timp (au stare)

Starea unei celule la momentul t+1 depinde de starea proprie şi de starea altor celule vecine la momentul t

Actualizările stărilor se fac în paralel

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 12: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

12

Exemplu

Automat celular unidimensional

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 13: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

13

Exemplu

Automat celular bidimensional

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 14: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

14

Tipuri de mediu

infinit

limite fixe, cu stări predefinite

limite reflective, influenţează numai celulele „interioare”

periodic

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 15: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

15

Exemplu

XOR

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 16: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

16

Rezultate

Configuraţie simetrică, 128 de paşi

Configuraţie iniţială aleatorie, apar totuşi modele în evoluţie

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 17: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

17

Jocul vieţii

engl. “Game of Life”, Conway (1970)

Automat celular bidimensional

Fie n numărul de vecini vii ai unei celule

Reguli:

Dacă n < 2, celula moare de singurătate

Dacă n > 3, celula moare de supra-aglomerare

Dacă n = 3, celula renaşte (se naşte o nouă celulă)

Altfel, celula îşi păstrează starea anterioară

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 18: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

18

Modele emergente

Modele statice

Modele oscilante

Modele glisante

Modele de dezvoltare

Modele instabile (neperiodice)

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 19: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

19

http://florinleon.byethost24.com/home/prog_jt.htm

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 20: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

20

Proprietatea de calcul universal

Capacitatea de a putea calcula tot ce poate fi calculat Maşina Turing

Automatele celulare Memorie: modelele statice

Numărătoare: modelele oscilante

Flux de informaţii: modelele glisante

Nu se poate spune dacă o anumită configuraţie va genera în timp configuraţia nulă sau va evolua într-o configuraţie stabilă sau periodică Problema opririi la Maşina Turing: nu se poate prezice dacă

pentru o anumită intrare, un algoritm se va termina sau va rula la infinit

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 21: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

21

Viaţa artificială

1. Introducere

2. Automate celulare

3. Sisteme Lindenmeyer

4. Inteligenţa colectivă

5. Simulări bazate pe agenţi

6. Concluzii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 22: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

22

Sisteme Lindenmeyer

engl. “Lindenmeyer systems”, “L-systems”

Propus iniţial ca formalism matematic pentru modelarea creşterii plantelor (Aristid Lindenmeyer, biolog, 1968)

Sistem de producţie

+ roteşte dreapta

- roteşte stânga

[ salvează poziţia şi unghiul

] reface poziţia şi unghiul

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 23: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

23 Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 24: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

24

LOGO

“Turtle graphics”

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 25: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

25

Exemple

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 26: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

26

Exemple

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 27: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

27

Modele 3D

mentă traista ciobanului

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 28: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

28

Fractali

Structuri auto-similare la scări multiple

O porţiune mică dintr-un fractal arată la fel ca întregul

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 29: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

29

Exemple

Ferigă fractală Model al sistemului vascular

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 30: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

30

http://florinleon.byethost24.com/home/prog_gf.htm

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 31: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

31

Viaţa artificială

1. Introducere

2. Automate celulare

3. Sisteme Lindenmeyer

4. Inteligenţa colectivă

5. Simulări bazate pe agenţi

6. Concluzii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 32: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

32

Albinele: căutarea hranei

Colectarea hranei depinde de timpul de aşteptare la livrarea hranei în stup

Dacă stupul are deja multă hrană, albinele care o depozitează au nevoie de mai mult timp pentru a găsi celule goale

Timpul de aşteptare mai mare determină albinele colectoare să caute hrană de calitate mai bună, mai greu de găsit şi care necesită deci mai mult timp

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 33: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

33

Viespile: diferenţierea rolurilor

Organizarea: un singur şef, un grup de căutători de hrană şi un grup de îngrijitori ai larvelor

Toate rolurile sunt ocupate de viespi identice din punct de vedere genetic

Fiecare viespe are doi parametri:

Forţă – determină mobilitatea

Pragul de căutare – probabilitatea de a merge să caute hrană (prag mai mic ⇒ probabilitate mai mare)

Larvele au un parametru Cerere, care stimulează căutătorii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 34: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

34

Viespile: diferenţierea rolurilor

Când 2 viespi se întâlnesc, are loc o confruntare, cu probabilitatea de succes:

Când larvele primesc hrană, Cererea scade

Căutarea hranei scade Cererea şi deci şi stimularea de a căuta hrană

Şeful se plimbă prin cuib şi confruntă alte viespi, astfel încât echilibrează variabilele din cadrul populaţiei

Auto-organizare prin interacţiuni repetate:

Căutători: Forţă mare şi Prag de căutare mic

Îngrijitori: Forţă mică şi Prag de căutare mare

Şef: Forţă mare şi Prag de căutare mare

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 35: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

35

Termite: construirea muşuroiului

Termitele depun resturi de metabolizare, care conţin feromoni

Alte termite vor depune resturi lângă grămezile cu feromoni mai puternici

Concentraţia de feromoni scade în timp

La început apar depozite distribuite aleatoriu

Apoi apar coloane

Coloanele se unesc prin arce

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 36: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

36

Furnicile: sortarea

Furnicile au tendinţa să grupeze hrana, larvele Dacă se distribuie conţinutul unui muşuroi pe o suprafaţă

plană, lucrătoarele încep să sorteze hrana şi larvele

Reguli: Furnicile văd numai obiectele apropiate din faţă

Dacă un obiect este departe de altele, probabilitatea de a fi ridicat este mare; dacă sunt prezente şi alte obiecte, probabilitatea este mică

Probabilitatea de a pune jos un obiect creşte dacă în apropiere sunt şi alte obiecte similare

f este fracţiunea de obiecte similare

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 37: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

37

Rezultate timp

simulare furnici reale

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 38: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

38

Cooperarea

Comportamentul cooperant al speciilor mai evoluate poate fi simulat ca o trăsătură emergentă a interacţiunilor individuale

Strategia unui individ de a da înapoi atât cât a primit de la altul

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 39: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

39

Optimizarea rutei

Stigmergie

O formă de comunicare indirectă prin modificarea mediului

Urme de feromoni

Probabilitatea de a alege o rută depinde de concentraţia de feromoni

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 40: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

40

Ant-Based Control

Hewlett-Packard, British Telecom: aplicarea ideii pentru echilibrarea încărcării şi rutarea mesajelor în reţele de telecomunicaţii

Se creează în continuu agenţi / furnici în fiecare nod şi li se atribuie destinaţii aleatorii

Urmele de feromoni contribuie la actualizarea tabelelor de rutare

Probabilităţile de alegere a unui nod vecin

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 41: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

41

Ant-Based Control

pentru nodul de unde a venit furnica

pentru celelalte intrări

furnicile îmbătrânesc şi depun mai puţini feromoni Δp scade în timp

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 42: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

42

Ant Colony Optimization

„Optimizarea de tip colonie de furnici”

Metodă probabilistică pentru rezolvarea unor probleme care pot fi reduse la găsirea unor căi în grafuri

Caracteristici:

Mulţime de indivizi cooperanţi

Comunicare prin stigmergie

Indivizii descoperă calea de la starea iniţială la starea finală (soluţia problemei)

Deciziile sunt locale şi stohastice

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 43: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

Parcurgerea grafului

Iniţial, m furnici sunt plasate aleatoriu în m noduri

În fiecare iteraţie t, fiecare furnică k se mută din nodul i în nodul j, reprezentând o soluţie intermediară mai completă

Alegerea este stohastică, pe baza nivelului de feromoni τij al arcului (i,j) şi a atractivităţii ηij a arcului

43 Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 44: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

Selecţia unui arc

ηij este în general o funcţie de lungimea arcului, de obicei ηij = 1 / dij

α ≥ 0, β ≥ 1

Nik este o vecinătate fezabilă a furnicii k,

adică mulţimea nodurilor nevizitate încă

44 Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 45: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

Actualizarea feromonilor

ρ este persistenţa urmei de feromoni iar (1 – ρ) este rata de evaporare, 0 ≤ ρ < 1

este cantitatea de feromoni depozitată de furnica k pe arcele traversate

Lk(t) este lungimea turului furnicii k

45

dacă arcul (i,j) este traversat de furnica k în iteraţia t

altfel

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 46: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

46

Probleme tipice

Problema comis-voiajorului

Atribuirea cuadratică

“Job-shop scheduling”

Rutarea vehiculelor

Cea mai scurtă supersecvenţă comună

Colorarea grafurilor

Ordonarea secvenţială

Reţele de comunicaţii Pentru explicaţii, vezi suportul de curs

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 47: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

47

Boids

Simulează un stol de păsări (Reynolds, 1987)

Reguli:

Apropierea de centrul de greutate al vecinilor

Evitarea coliziunilor cu vecinii

Potrivirea vitezei cu aceea a vecinilor

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 48: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

48

Pseudocod

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 49: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

49

Regula 1: Apropierea

se mută 1% înspre centru

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 50: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

50

Regula 2: Evitarea coliziunilor

se dublează distanţa dintre 2 boids, separare lină

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 51: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

51

Regula 3: Potrivirea vitezei

se adaugă o fracţie

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 52: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

52

Comportament

Comportamentul de „stol” este emergent

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 53: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

53

Particle Swarm Optimization

„Optimizarea de tip roi de particule”

Metodă de optimizare bazată pe indivizi care imită comportamentul stolurilor de păsări sau roiurilor de insecte (Kennedy & Eberhart, 1995)

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 54: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

54

Algoritmul PSO

Fiecare particulă are:

xi: poziţia curentă

vi: viteza curentă

yi: poziţia personală cea mai bună

y^i: poziţia cea mai bună a vecinătăţii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 55: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

55

Iniţializarea

Pentru fiecare particulă, se iniţializează aleatoriu poziţiile xi şi vitezele vi

Iniţial, vitezele pot fi setate la 0

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 56: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

56

Ajustările (I)

Se evaluează funcţia obiectiv a particulei, f(xi)

Se actualizează optimul personal

Problemă de minimizare

Se calculează optimul social (al vecinătăţii)

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 57: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

57

Ajustările (II)

Pentru fiecare dimensiune, se actualizează viteza

Se actualizează poziţia curentă

Se repetă paşii până este satisfăcut un criteriu de convergenţă

ponderea inerţiei componenta cognitivă componenta socială c1,2 - constante de acceleraţie r1,2 - numere aleatorii în (0,1)

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 58: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

58

Variante

Varianta prezentată este globală: gbest

În varianta locală, lbest, se consideră mai multe vecinătăţi posibil suprapuse

Vecinătatea poate fi definită de indicii particulelor sau de poziţiile lor

y^i se calculează pentru fiecare vecinătate

Abordarea lbest conduce la o diversitate mai mare, dar este mai lentă decât abordarea gbest

Criterii de convergenţă

Număr maxim de iteraţii

Actualizări ale vitezelor apropiate de 0

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 59: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

59

Parametrii

Ponderea inerţiei w defineşte compromisul între explorare şi exploatare

O valoare mai mică scade viteza particulelor mai multă exploatare

O valoare mai mare creşte viteza particulelor mai multă explorare

Pentru a asigura convergenţa algoritmului:

Viteza poate fi limitată la un Vmax

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 60: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

60

PSO şi AE

Asemănări şi deosebiri între Particle Swarm Optimization şi Algoritmii evolutivi:

Indivizii din PSO au funcţii obiectiv

Ajustările sunt asemănătoare cu încrucişările

PSO este inspirat de comportamentul social, nu de selecţia naturală

Indivizii din PSO au „memorie”

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 61: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

61

Avantaje

PSO este un algoritm continuu, AE pot fi discreţi

PSO este mai bun decât AE pentru unele probleme continue de optimizare şi în special pentru probleme de dimensiuni mari

Performanţele PSO nu depind de numărul de particule; trebuie doar să nu fie prea mic

PSO cu un număr redus de particule are performanţe comparabile cu AE cu populaţii mai mari

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 62: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

62

Dezavantaje

Convergenţa prematură

PSO găseşte soluţiile mai rapid decât algoritmii evolutivi, dar de obicei soluţia nu se mai îmbunătăţeşte în timp

O particulă converge la un punct dintre optimul personal şi optimul social; acest punct poate să nu fie nici măcar optim local al problemei

Performanţele depind de problemă

Parametrii trebuie aleşi pentru fiecare problemă în parte

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 63: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

63

Viaţa artificială

1. Introducere

2. Automate celulare

3. Sisteme Lindenmeyer

4. Inteligenţa colectivă

5. Simulări bazate pe agenţi

6. Concluzii

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 64: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

64

Modelul Sugarscape

Mediul are cantităţi variabile de zahăr

Agenţii au metabolism şi consumă zahăr

La fiecare mişcare, agenţii consumă o cantitate de zahăr; când consumă tot zahărul, mor

Agenţii pot privi în direcţii paralele cu axele, dar nu în diagonală

Agenţii merg în celula cu cea mai mare cantitate de zahăr din câmpul lor vizual (la egalitate, cea mai apropiată celulă) şi o consumă

Agenţii pot depozita zahărul neconsumat

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 65: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

65

Modelul Sugarscape

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 66: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

66

Sugarscape, G∞

zahărul consumat se regenerează complet

într-un pas

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 67: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

67

Sugarscape, G1

zahărul consumat se regenerează cu o unitate

la fiecare pas

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 68: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

68

Evoluţia populaţiei

Populaţia se stabilizează la un număr de agenţi care pot fi hrăniţi de mediu

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 69: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

69

Distribuţia „averii”

O mică parte din agenţi au cea mai mare parte din cantitatea de zahăr

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 70: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

70

Diagonale de migraţie emergente

Agenţii individuali nu se pot mişca pe diagonală

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 71: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

71

Economia: zahăr şi mirodenii

MRS = rata de substituţie marginală

preţul local

w – acumularea t – metabolismul

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 72: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

72

Modelul segregării al lui Schelling

Este un exemplu de comportament emergent puternic, care arată că într-o societate pot exista fenomene segregaţioniste evidente chiar dacă indivizii nu sunt neapărat foarte segregaţionişti

În model există agenţi de 2 culori

Fiecare agent este mulţumit dacă are n vecini de aceeaşi culoare

Dacă nu este mulţumit se mută aleatoriu în altă celulă

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 73: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

73

Comunitatea lui Schelling

n=2

n=1

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 74: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

74

Comunitatea lui Schelling

În primul caz, fiecare agent ar fi mulţumit dacă ar avea 2 vecini de aceeaşi culoare şi 2 vecini de altă culoare

La echilibru ar fi stabilă o situaţie ca aceea de mai jos

Apare totuşi un fenomen de segregare involuntar

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 75: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

75

Modelul lui Hammond

Este un model al corupţiei sociale

Societatea are cetăţeni şi birocraţi, care pot fi corupţi (C) sau oneşti (O)

Interacţiuni posibile C + C recompensă pozitivă

C + O denunţ

O + O recompensă nulă

După un număr (necunoscut) de denunţuri, un corupt este arestat

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 76: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

76

Modelul lui Hammond

Galben: corupţi

Albastru: oneşti

Roşu: arestaţi

Un agent ştie ce i se întâmplă lui şi prietenilor lui

Dacă mai mulţi prieteni sunt arestaţi, agentul va deveni mai cinstit

Presiunea socială (frica) determină creşterea numărului de indivizi oneşti

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 77: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

77

Modelul lui Hammond

Dacă numărul de agenţi arestaţi este necunoscut, frica îi determină să devină oneşti

Când numărul arestaţilor din întreaga societate este cunoscut, presiunea nu mai este suficientă pentru a-şi schimba comportamentul

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 78: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

78

Modelul lui Epstein

Coexistenţă paşnică

Genocid artificial

Când tensiunea socială depăşeşte un prag, un agent omoară alt agent de altă culoare

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 79: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

79

SWARM: Heatbugs

Fiecare „gândac” generează o cantitate mică de căldură

Gândacii sunt mai fericiţi când au mai multă căldură

Rezultatul este gruparea acestora pentru a avea mai multă căldură împreună

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 80: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

80

SWARM: Mousetrap

Model al fisiunii nucleare

Fiecare cursă de şoareci conţine două mingi de ping-pong

La început se aruncă o minge de ping-pong în mijlocul curselor

O cursă se închide şi aruncă cele două mingi la rândul ei, care determină închiderea altor curse

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 81: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

81

Mousetrap Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 82: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

NetLogo: Etnocentrism (Axelrod & Hammond)

82 Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 83: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

83

Framsticks: creaturi evoluate artificial

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 84: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

84

Framsticks

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 85: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

85

Framsticks

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm

Page 86: 47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

86

Concluzii

Viaţa artificială este un domeniu interdisciplinar care implică biologia, psihologia, ştiinţele cognitive şi matematica

Dezvoltarea de modele în biologia sintetică îşi găseşte aplicabilitatea în biomedicină, unde standardizarea componentelor biologice sintetizate şi formalizarea metodologiilor rămâne o problemă nerezolvată

Florin Leon, Inteligenta artificiala, http://florinleon.byethost24.com/curs_ia.htm