Umelá inteligencia 1Úvod do symbolickej UI

Doc. Ing. Kristína Machová, PhD.

Úvod do symbolickej UIOsnova:

Čo je to UI?Systémy, ktoré myslia a konajú ako ľudia.Systémy, ktoré myslia a konajú rozumneUmelá kontra prirodzená inteligenciaRozumný agentProgram rozumného agentaDejiny umelej inteligencie

Úvod do symbolickej umelej inteligencie (UI)Čo je to UI?

Cieľom UI je vytvoriť, zostrojiť inteligentné objekty a porozumieť im.UI: (Návrat P.: Umelá inteligencia)dlhá doba v informatike = okamih z perspektívy logikysľubuje poodkryť záhadu podstaty inteligencie

(homo sapiens ~ iné bytosti)hľadá spôsoby ako opísať algoritmicky procesy hľadania riešení,

ktoré predpokladajú inteligenciuSú možné štyri pohľady na inteligentné systémy:Systémy, ktoré myslia ako ľudiaSystémy, ktoré konajú ako ľudiaSystémy, ktoré myslia rozumneSystémy, ktoré konajú rozumne

Úvod do symbolickej UISystémy, ktoré myslia ako ľudia

GPS (general problem solver) – všeobecný riešič problémov:jeden z prvých inteligentných systémovautori sú Newell a Simon (1961)snaha vyriešiť daný problém spôsobom vlastným človekuKognitívna veda (cognitive science):veda na pomedzí umelej inteligencie a psychológiespája skúmanie výpočtových modelov z UI s experimentálnymi

metódami psychológiehľadá presné a overiteľné teórie fungovania ľudskej mysle

Úvod do symbolickej UISystémy, ktoré konajú ako ľudia

Turingov test umelej inteligencie:je test, ktorý má odhaliť či systém (počítač) koná ako človek.Systém by mal zvládnuť:spracovanie prirodzeného jazykareprezentáciu poznatkov(informácie počas vyšetrovania)automatické usudzovanie(odvodenie správnych záverov)učenie sa

Úvod do symbolickej UISystémy, ktoré myslia rozumne

Už Sokrates (tisícročná tradícia) sa pokúšal definovať správne myslenie, odvádzanie poznatkov (reasoning):jeho slávne sylogizmy, napr.: „Sokrates je človek, všetci ľudia sú smrteľníci, preto Sokrates je smrteľník.“tieto vzory myslenia boli základom pre logikuBudovanie systémov UI na základe matematickej logiky naráža na dve prekážky:Vyjadriť znalosti pomocou jazyka matematickej logiky je neľahké a nie vždy možné (neurčitosť).Vyjadrenie znalostí je mimoriadne výpočtovo náročné.

Úvod do symbolickej UISystémy, ktoré konajú rozumne

Systém, ktorý koná rozumne, koná tak aby dosiahol svoje ciele.Z tohto pohľadu UI je disciplína, ktorá skúma rozumné agenty a spôsoby ich zostrojovania.Pozn.: Vo svete UI konajú agenty (konatele) nie agenti (konatelia, špióni), teda stroje, programy, nie ľudia. Agent je systém, ktorý vníma a koná.Rozumný agent vníma informácie z prostredia, uvažuje o nich a na ich základe koná, čím je v nepretržitej spätnej väzbe s prostredím, opísaným bázou poznatkov. Keď koná, volí taký čin, ktorý vedie k najväčšiemu úžitku z hľadiska dosahovania cieľa.

Úvod do symbolickej UIUmelá a prirodzená inteligencia

Umelá inteligencia:Je stabilnejšia (zabúdanie, odchod z organizácie).Je jednoduchšie ju rozširovať (zdĺhavý proces učenia).Je lacnejšia (cena práce človeka).Je stála (nevypočitateľní ľudia).Je dokumentovateľná.Prirodzená inteligencia:Je tvorivá.Umožňuje ľuďom priamo používať vnemy (nemusia interpretovať informácie zo senzorov).Používa široký kontext skúseností.Počítače môžu spracovať veľké objemy informácií.Človek často koná na základe intuície, čo je ťažko zabudovateľné do stroja.

Úvod do symbolickej UIÚdaje, informácie a poznatky

Údaje:spracovávané fakty numerické, alfanumerické reťazcesamé o sebe nemajú význam Informácie:majú význam pre prijímateľaPoznatky - znalosti:odvodzovaním nad bázou poznatkov a údajmi o probléme získava systém schopnosť riešiť problémy nejakého okruhu.získa teda znalosť tejto problematiky

ÚDAJE

INFORMÁCIE

ZNA-LOSTI

množstvo

úroveňabst-rakcie

Úvod do symbolickej UIRozumný agent

Rozumný agent koná správne. Správnosť konania hodnotí miera úspešnosti agenta, napríklad:Ako blízko je expertný diagnostický systém k diagnóze stanovenej konzíliom lekárskych expertov.Cena, o ktorú je expertným systémom navrhnutá konfigurácia počítačov lacnejšia ako tá, ktorú navrhol návrhár.Ideálny rozumný agent by mal vykonať akciu, od ktorej sa očakáva najväčšie ohodnotenie mierou úspešnosti.

Agent je hocijaký objekt, ktorý vníma svoje prostredie pomocou senzorov a koná v tom prostredí pomocou efektorov.

Úvod do symbolickej UIRozumný agent

Rozumný agent prijíma na vstupe postupnosť vnemov. Výstupom je konanie.Špecifikácia agenta opisuje zobrazenie postupností vnemov do akcií, resp. rozhodnutí. Toto zobrazenie môže mať formu funkcie alebo tabuľky. Zobrazenie postupností vnemov do akcií sa spravidla navrhuje formou programu.

rozumný agent = program + technické zariadenie

Umelá inteligencia sa sústreďuje na navrhovanie programov pre rozumné agenty.Ak chce UI navrhovať rozumné agenty, musí skúmať nielen ich konanie, ale aj ich štruktúru.

Úvod do symbolickej UIPríklady rozumných agentov

Úvod do symbolickej UIProgram rozumného agenta

ako funkcia, ktorá má na vstupe postupnosť v pamäti uchovaných vnemov a ako výstup akciu:

function AGENT-KOSTRA(vnem) returns akciastatic: pamäť, pamäť agenta o svete

pamäť OBNOV-PAMäŤ(pamäť, vnem)akcia VYBER-NAJ-AKCIU(pamäť)pamäť OBNOV-PAMäŤ(pamäť, akcia)

return akcia

Úvod do symbolickej UIVyhľadávacia tabuľka

Agent, ktorý reprezentuje zobrazenia postupností v vnemov do akcií pomocou tabuľky:

function AGENT-RIADENÝ-TABUĽKOU(vnem) returns akciastatic: vnemy, postupnosť na začiatku prázdna

tabuľka, položky sprístupnené podľa postupnostívnemov, na začiatku úplne špecifikovaná

pripoj vnem na koniec vnemyakcia VYHĽADAJ(vnemy, tabuľka)

return akcia

Úvod do symbolickej UIVyhľadávacia tabuľka

Agent riadený tabuľkou:Je odsúdený na neúspech.Tabuľka pre realistické triedy problémov by bola extrémne veľká (šach, 35100 položiek).Nie je autonómny, jeho správanie nie je spoluurčované jeho doterajšou skúsenosťou. Koná iba na základe v tabuľke zapísaných znalostí.Pri neočakávanej zmene podmienok prostredia by nevedel reagovať.Preto skúsme vyjadriť závislosť akcie od skupín postupností vnemov (redukcia položiek). Vzniknú tak pravidlá situácia –>akcia. Teda if-then pravidlá, alebo produkčné pravidlá.

Úvod do symbolickej UIAgent s odrazom

Agent s odrazom je založený na pravidlách situácia –>akcia, ktoré vyjadrujú ako agent vnem odráža do akcie:

function AGENT-S-ODRAZOM(vnem) returns akciastatic: stav, opis súčasného stavu prostredia

pravidlá, množina pravidiel: stav-akcia

stav OBNOV-STAV(stav, vnem)akcia URČI-AKCIU(NÁJDI-PRAVIDLO(stav, pravidlá))stav OBNOV-STAV(stav, akcia)

return akcia

Agent s odrazom si neporadí na križovatke. Správna voľba závisí od konečného cieľa cesty.

Úvod do symbolickej UIAgent zvažujúci cieľ

Agent zvažujúci cieľ vyberá zo všetkých akcií, ktoré sú v danom stave vykonateľné, takú, ktorá povedie k cieľu:

function AGENT-ZVÁŽ-CIEĽ(vnem) returns akciastatic: stav, opis súčasného stavu prostredia

cieľ, na začiatku prázdny

stav OBNOV-STAV(stav, vnem)if cieľ je prázdny then cieľ VYJADRI-CIEĽ(stav)akcia URČI-AKCIU(cieľ, NÁJDI-NASLEDNÍKOV(stav))stav OBNOV-STAV(stav, akcia)

return akcia

Agent zvažujúci cieľ je pružnejší na zmeny stavu prostredia. Cieľ sa vytvorí na základe vnemu zo súčasného stavu.

Úvod do symbolickej UIAgent zvažujúci užitočnosť

Agent zvažujúci cieľ:Zahrnutie cieľa do uvažovania nie je zárukou optimálneho postupu.Do cieľa môže viesť viac ciest.Niektoré sú kratšie, lacnejšie, bezpečnejšie, rýchlejšie, ...

Agent zvažujúci užitočnosť:Potrebujeme agenta, ktorý bude vyberať stavy na základe miery užitočnosti.Miera užitočnosti vyjadruje užitočnosť dosiahnutia daného stavu z hľadiska efektívneho dosiahnutia cieľa.

Úvod do symbolickej UIAgent zvažujúci užitočnosť

Agent zvažujúci užitočnosť využije mieru užitočnosti stavu pri určovaní akcie, ktorá sa má vykonať:

function AGENT-ZVÁŽ-UŽITOČNOSŤ(vnem) returns akciastatic: stav, opis súčasného stavu prostredia

užitočnosť, funkcia oceňujúca užitočnosť stavu

stav OBNOV-STAV(stav, vnem)akcia URČI-AKCIU(úžitok, NÁJDI-NASLEDNÍKOV(stav))stav OBNOV-STAV(stav, akcia)

return akcia

Úvod do symbolickej UIRozumný agent - diskusia

Rozumnosť rozumného agenta je ohraničená:Výpočtovými prostriedkami (pamäť, rozhodnutie v reálnom čase).Nákladmi na úsilie, ktoré možno vynaložiť na získanie údajov z prostredia (doba získavania, finančné náklady).Neúplnosťou, prípadne aj protirečivosťou získaných poznatkov (v báze znalostí).Neurčitosťou poznatkov, resp. znalostí.Nepresnosťou niektorých údajov, resp. faktov.

Úvod do symbolickej UIDejiny umelej inteligencie

Už stáročia existujú legendy o umelom človeku (android, homunkul). Umelý človek je častým hrdinom fantastickej literatúry (science fiction).UI ako vedná disciplína existuje iba niečo viac ako pol storočia. Šachový automat bol už v 18. storočí skonštruovaný bratislavským rodákom W. Kempelenom (počítače kontra šachoví veľmajstri).Pojem mysliaci stroj zaviedol viedenský profesor J.M. Petzval (narodený v Spišskej Belej).V roku 1947 napísal britský matematik A. Turing esej na tému mysliaci stroj – Turingov stroj. Pričinil sa o vznik počítačov.

Úvod do symbolickej UIDejiny umelej inteligencie

Prvý výskumný výsledok umelej inteligencie bol model umelého neurónu navrhnutý W. McCullochom a W. Pittsom v roku 1943.. Pojem umelá inteligencia vznikol až roku 1956 na seminári organizovanom J. McCarthym. V nasledujúcom období vznikli systémy, vytvárali veľké očakávania:

Newell a Simon vytvorili GPS (general problem solver)).V roku 1959 zostrojil H. Gelenter dokazovač geometrických viet.Evansov program ANALOGY (1968) riešil problémy geometrickej podobnosti z testov inteligencie.J. Slage zostrojil program SAINT (1963) na riešenie matematických problémov vyžadujúcich programovanie.Symbolické integrovanie sa stalo súčasťou systému MACSYMA.

Tieto systémy predznamenali myšlienkovo príchod expertných systémov

Úvod do symbolickej UIDejiny umelej inteligencie

Viaceré výsledky sa dosiahli pri skúmaní aspektov sveta jednoduchých geometrických útvarov:

Rozpoznávanie scény (Waltz, 1975)Teórie učenia sa (Winston, 1980)Porozumenie prirodzeného jazyka (Winograd, 1975)Robot Shakey (1969) - vedel rozpoznať jednoduchú scénu, plánovať činnosť (rozumné činnosti) a pohybovať sa (fyzická činnosť)

Expertné systémy sú spojené so 70tými rokmi:Nultý bol DENDRAL (odvodenie štruktúry molekuly)Prvý bol MYCIN (medicínsky, Shortliffe, 1976)PROSPEKTOR našiel ložisko molybdénovej rudy)R1 požívala firma DEC na konfigurovanie počítačových zostáv.

Úvod do symbolickej UIDejiny umelej inteligencie

V 80-tych rokoch sa pozornosť opäť upriamila na: neurónové siete počítače 5-tej generácie (Japonská vláda, inteligentný počítač, strojový jazyk Prolog). V súčasnosti: genetické algoritmyspracovanie textových dokumentovvyhľadávanie informácií na webe a sémantický web.

Úvod do symbolickej UILiteratúra

Pavol Návrat a kol.: Umelá inteligencia. STU v Bratislave, 2002, Bratislava, 393 strán, ISBN 80-227-1645-6.

Stuart Russel, Peter Norvig: Artificial Intelligence. A Modern Approach. Prentice Hall, 2003, USA, 1081 ps., ISBN 0-13-080302-2.