Inteligência Artificial

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1 Inteligência Artificial Introdução a Inteligência Artificial: histórico, aplicações, abordagens e problemas Prof. MSc. Hugo Vieira L. Souza

2 Este documento está sujeito a copyright. Todos os direitos estão reservados para o todo ou quaisquer partes do documento, em especial a interpretação de tradução, reprodução, distribuição ou comercialização física ou na Web do conteúdo contido nos slides, estão sujeitas a autorização prévia pelo autor. Hugo Vieira Lucena de Souza, 2015 Todos os textos, nomes, marcas e figuras de outras publicações e autores contidos neste documento estão devidamente referenciados através de suas obras originais e protegidos pelas leis de propriedades intelectuais.

3 Agenda Introdução a Inteligência Artificial Histórico e surgimento Motivação para a evolução Concepção dos conceitos Aplicações da Inteligência Artificial Moderna Áreas de conhecimento Tecnologia da Informação Abordagens e Problemas Inteligência Artificial e a Computação Comparação com a computação convencional Referências

4 Introdução a Inteligência Artificial Quando escutamos a palavra Inteligência imaginamos vários aspectos comuns de serem encontrados nas pessoas: Conhecimento Educação Decisão Solução Estes aspectos estão presentes e são fundamentais para que novas tecnologias possam ser criadas, inovando principalmente paradigmas e conceitos da computação;

5 Introdução a Inteligência Artificial Em nossa área, especificamente, tratamos o tema como algo futurista, representado por uma área da computação que tem alavancado pesquisas e bons resultados nos últimos anos. Estamos falando da Inteligência Artificial; Como podemos então tentar definir [existem vários e incontáveis conceitos] o termo Inteligência Artificial?

6 Introdução a Inteligência Artificial Do latim [intelligentia], a palavra inteligência é composta por dois termos: Inter [entre/espaço] e legere [escolha/decisão] O dicionário Michaelis [1] classifica a inteligência como a capacidade de resolver situações novas com rapidez;

7 Introdução a Inteligência Artificial Ainda segundo o dicionário Michaelis [1], Artificial, do latim [artificiale], significa algo produzido pela arte ou indústria do homem; Se alinharmos os termos, podemos dizer que: A inteligência artificial é a área da computação que pesquisa, implementa e expande as teorias evolucionais da inteligência do homem aplicadas à maquina;

8 Introdução a Inteligência Artificial Os paradigmas da I.A. surgiu em meados da década de cinquenta, quando os primeiros computadores modernos estavam no ápice da evolução; O americano John McCarthy propôs com seus colegas cientistas Marvin Minsky, Claude Shannon, Allen Newell, Herbert Simon da University of Carnegie Mellon [EUA] que o comportamento humano fosse simulado e posteriormente abstraído pelos computadores; Como teria sido isso na prática? [2]

9 Introdução a Inteligência Artificial A adequação dos problemas aritméticos às notações computacionais através de fórmulas, corolários e fundamentos da lógica; A adequação dos tipos de entrada de dados aos métodos de percepção humana para a resolução dos problemas computacionais, estando dentre estes métodos a percepção, o sensoriamento, a adaptação e a cognição; O processamento das informações de forma seletiva, o que seria para a época uma espécie de escolha [não havia software até 1960] o que viria depois com o surgimento das linguagens de programação;

10 Introdução a Inteligência Artificial Entretanto, esse conceito de inteligência foi sendo interpretado de várias formas ao longo dos anos; Muitos cientistas achavam que essa ciência não dependia apenas de fatores considerados técnicos, mas sim, do entendimento dos fatores e princípios também filosóficos, sociológicos e epistemológicos; Desde aquela época até hoje estão entre eles: Religião; Ética; Biologia;

11 Introdução a Inteligência Artificial Os primeiros experimentos da evolução computacional com a I.A. se deram na década de cinquenta; Alan Turing publicou um artigo na revista filosófica Mind [3] com o título Computing Machine and Intelligence em que propunha inferir se uma máquina podia ou não alinhar características comportamentais do homem; Neste artigo ele propôs o famoso Teste de Turing, consistindo de um teste de perguntas e respostas que buscava identificar se o computador identificaria, em uma sequencia ordenada se as perguntas estavam sendo respondidas por outro computador ou pelo homem;

12 Introdução a Inteligência Artificial [4] Simulador desenvolvido pela Universidade Estadual de Maringá [UEM];

13 Introdução a Inteligência Artificial Com o surgimento do Teste de Turing, muitos pesquisadores da academia reviram seus conceitos e construíram a hipótese de que a I.A. poderia ser concebida através de duas formas: Inteligência Artificial Forte: baseada na capacidade do computador em resolver problemas através do raciocínio e da lógica; Inteligência Artificial Fraca: baseada na solução de problemas através de métodos não determinísticos, estando entre o processamento e reconhecimento com uma linguagem natural; A criação desses corolários desencadeou muitas críticas que respaldaram na evolução dos computadores;

14 Introdução a Inteligência Artificial Por um lado muitos cientistas, profissionais e pesquisadores defendiam o aprofundamento nas pesquisas e experimentos com computadores avançados enquanto ao mesmo tempo poderiam temer uma revolução das máquinas, o que fora considerado engraçado para a época; O que crescia [e ainda cresce] a passos lentos, expandiu-se em subáreas de modo que a I.A. tida como original tornou-se desfocada para as épocas de setenta e oitenta; A partir das décadas de noventa e dois mil, muitos conceitos surgiram e o avanço se tornou notório;

15 Introdução a Inteligência Artificial A concepção dos engenheiros nos últimos anos foi a de criar teoremas de integração, linguagens próprias, metamodelos, tipos de dados e várias terminologias independentes que fortificassem o entendimento e a integração da neurologia humana à lógica computacional; A I.A. passou, e almeja atualmente, resultados precisos da relação Homem-Máquina. Os campos de atuação, trabalho, desenvolvimento e proprietários de novas teorias conseguiram alavancar essas perspectivas para outras áreas como podemos ver nos dias de hoje;

16 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna A I.A. opera nos anos atuais em diversos campos. Os principais, segundo explicam Stuart Russel et. al. [5] e Ben Coppin [6], são: Área Nanotecnologia Biotecnologia/Neurologia Robótica Astronomia Física Aplicação Dispositivos micro e nano produzidos para reconhecimento de informações precisas; Métodos, meios e técnicas implementadas com redes e sistemas neurais, sensoriais e responsoriais Equipamentos e dispositivos pré ou pós programados com o hardware ou com o software com métodos e técnicas de mapeamento I.A. e algoritmos Aplicativos de mapeamento espacial, ciberespacial, simulação solar, lunar Reconhecimento de padrões, métodos e fórmulas

17 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna A nanotecnologia é uma área de pesquisa e construção de nanodispositivos construídos em escalas atômicas; Muitos pesquisadores consideram a nanotecnologia como umas das revoluções dos últimos anos para o desenvolvimento de novos conceitos, leis e teoremas revolucionários, principalmente para serem aplicados à medicina, a própria T.I., entre outras áreas; A I.A. atua nesse segmento, principalmente com a padronização de dados, tipos de fontes, reconhecimentos sensoriais e cognitivos e de várias maneiras, como podemos ver na seguinte figura:

18 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Aplicação da T.I. e I.A. com nano-dispositivos: [7]

19 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Funcionamento de um nano-dispositivo: [8]

20 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna A Biotecnologia é a ciência que integra as tecnologias aos processos de evolução dos seres vivos. Essa área tem como objetivo propor novas técnicas e métodos que integrem o entendimento da constituição do homem aos meios tecnológicos de pesquisa e produção; A I.A. está fortemente presente neste segmento, quando abrange o mapeamento e o estudo da neurologia. Um dos desafios dos pesquisadores atuais é entender como funciona a combinação do DNA humano para compor novas tecnologias e solucionar problemas presentes no cotidiano da vidas das pessoas;

21 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Primeira Rede Neural artificial com mapeamento do DNA criada em 2011: [9] Processador molecular com fitas de DNA [QIAN e WINFREE, 2011];

22 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna A Robótica é uma das principais [se não principal] áreas de atuação e pesquisas com o uso de inteligência artificial; Muitos profissionais costumam dizer que a projeção de robôs é uma arte que busca alcançar autonomia de funcionamento e manutenção nos aspectos mecatrônicos, funcionais e lúdicos; Para o ramo da I.A., o lúdico representa as técnicas de aprendizagem. Muitos robôs desenvolvidos pelas grandes empresas integram, em parte, um aprendizado parcialmente autônomo. Como podemos entender isso?

23 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna A inteligência humana decorre de vários aspectos de percepção e resposta. Para o primeiro termo, a indústria da robótica trabalha com sensores que captam o meio, habitat ou o nicho em que estão presentes, processando as informações por software avançados; Na prática, a inteligência artificial plena é aquela que alinha os sinais neurais do homem ao processamento e os sinais de respostas são processados pela máquina; Como resultado da simulação da inteligência, os robôs são implementados com sistemas de controle e processamento lógico com linguagens de baixo nível;

24 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Cubo criado por cientistas na suíços é capaz de se movimentar sozinho e funciona com sensores: [10]

25 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Nas áreas de Astronomia e Física, os projetos com I.A. também são extremamente importantes. Muitos institutos e universidades pelo mundo desenvolvem pesquisas espaciais mapeando dados e informações com técnicas de recombinação e mineração de dados; Recombinação de dados: é uma técnica de simulação de dados de diferentes origens e valores para verificar o comportamento de variáveis, algoritmos e tipos de dados; Mineração de dados: é o processo de coletar, analisar e interpretar grandes quantidades de dados. Utilizado em bases de dados com um grande volume de transações por tempo;

26 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Na Tecnologia da Informação, a I.A. está presente em várias subáreas. Dentre as principais, respaldam principalmente planejamento, gestão, decisão e desenvolvimento de software; Para o planejamento temos como exemplo, sistemas estratégicos de negócios. Imagine que as grandes empresas precisam elaborar suas novas campanhas, e que para isso, torna-se necessário analisar vários fatores, dados, informações para elaborar estimativas, simulações, projeções e estudos de casos descritivos; Exemplos práticos: Data warehouse e Group warehouse;

27 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Para a Gestão de negócios, os algoritmos que integram a I.A. também são importantes. Neste contexto, a literatura recomenda que os profissionais desenvolvam sistemas conhecidos como [11]: Sistemas especialistas são: são sistemas que armazenam e gerenciam os domínios de dados utilizando como estratégia a simulação do raciocínio humano. Um domínio contém um conjunto de entidades [objetos] que reportam ações e estados através de relações em um espaço definido e mapeado; Os sistemas especialistas contém: as redes semânticas, que consistem em nós intercomunicados entre as entidades. A lógica é definida através de formalismos, autômatos, estados que possibilitam descrever as propriedades de todo o conjunto;

28 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna Definição de um SE em um contexto da I.A. [11]

29 Aplicação da Inteligência Artificial Moderna As tomadas de decisões são alinhadas à aplicativos considerados inteligentes. Quando os desenvolvedores implementam, por exemplo, engenhos de busca ou algoritmos heurísticos; Os engenhos de busca são: algoritmos que captam e encaminham para uma central de pré-processamento, dados de pessoas e empresas. Na central, são realizados cálculos combinados/não-combinados que geram mais dados, para que estes possam ser relacionados com outros formando um ciclo; Os algoritmos heurísticos são: são aqueles que interpretam dados utilizados e os reutilizam em funções ou procedimentos. Neste caso, os dados servem como fonte de experiência para auxiliar a solução de problemas considerados complexos;

30 Abordagens e problemas Falamos ao longo dos slides as perspectivas de crescimento da I.A., mas dentre tantas teorias e conceitos publicados até hoje, alguns problemas também surgiram; Para a filosofia, a professora da UFSC, Sofia Miguens [12] elenca vários aspectos considerados importantes a serem observados: Desenvolvimento da consciência: percepção dos valores e princípios; Desenvolvimento da analogia interpretativa: se não entender um problema, o que irei fazer? Pesquisar? Desenvolvimento analítico: o que pode ou não inferir no resultado? Há mais de um resultado e como analisar?

31 Abordagens e problemas A abordagem para os problemas da I.A. na Computação abrangem os chamados problemas clássicos. Os problemas refletem situações em que possíveis comportamentos e ações são avaliadas diante à implementação de novas soluções; Podemos citar como problemas clássicos: Problema da Jarra de Água; Problema do caixeiro-viajante; Torres de Hanói;

32 Abordagens e problemas No problema das jarras de água o objetivo é entender como as opções da escolha lógica associada a percepção influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Raciocínio: Você tem duas jarras de água, uma contendo 4 litros e outra contendo 3 litros. Em nenhuma delas estão marcados os níveis de volume ou quaisquer medidas. Existe a possibilidade de encher as jarras com uma bomba que pode ser usada também sem informar a quantidade de água a ser inserida. Como você poderia colocar exatos 2 litros de água na jarra de 4 litros?

33 Abordagens e problemas No problema das jarras de água o objetivo é entender como as opções da escolha lógica associada a percepção influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Resposta: Encha totalmente a jarra de 3 litros. Quando a mesma estiver em seu volume máximo, despeje a água na jarra de 4 litros. Como só foram depositados 3 litros, está faltando 1 litro para completar o volume total da jarra de 4 litros. Encha a jarra de 3 litros novamente e complete a jarra de 4 litros, que só faltava 1 litro para ficar cheia. Sobrou 2 litros na jarra de 3 litros. Jogue fora a água da jarra de 4 litros e coloque a água da jarra de 3 litros na jarra de 4 litros;

34 Abordagens e problemas No problema do caixeiro-viajante o objetivo é entender como as opções de escolha cognitiva e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Raciocínio: Um vendedor tem uma lista de cidades que precisa visitar precisamente uma vez. Há várias estradas diretas entre cada par de cidades na lista que ele contém. Encontre a rota em que o vendedor deverá seguir para que a viagem seja a menor possível, e que comece e termine em uma mesma cidade, que poderá ser qualquer uma de sua lista;

35 Abordagens e problemas No problema do caixeiro-viajante o objetivo é entender como as opções de escolha cognitiva e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Resposta: Neste problema do cacheiro viajante, as soluções podem ser variadas. É possível obter uma solução através dos seguintes métodos: 1. Análise combinatória em Pn=n!, onde n será a quantidade de clientes visitados; 2. Permutabilidade em n com as combinações de estados possíveis em relação a quantidade de clientes visitados;

36 Abordagens e problemas No problema das Torres de Hanói o objetivo é entender como as opções de escolha lógica e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Raciocínio: Em algum lugar perto de Hanói há um mosteiro onde os monges dedicam suas vidas a uma tarefa simples. No pátio do mosteiro há três postes altos. Em cima deles há 64 discos, cada um com um buraco no centro e com raios diferente. Quando o mosteiro foi criado, todos os discos estavam em apenas um poste, e cada disco estava em cima daquele com tamanho maior que o seu respectivamente. A tarefa dos monges é basicamente mover todos discos para um dos outros postes. Apenas um disco pode ser deslocado de cada vez, e todos os outros discos precisam estar em um dos postes. Além disso, em nenhum momento, durante a mudança, nenhum disco pode ser colocado sobre um disco menor. É claro que o terceiro poste pode ser usado como local temporário para os discos. Qual a maneira mais rápida para os monges concluírem sua missão?

37 Abordagens e problemas No problema das Torres de Hanói o objetivo é entender como as opções de escolha lógica e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Resposta: Observe como as torres estão dispostas: [13]

38 Abordagens e problemas No problema das Torres de Hanói o objetivo é entender como as opções de escolha lógica e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema; Resposta: A solução deste problema é simples. Supondo que para cada disco serão realizados um movimento em duas torres, a organização poderá caracterizar uma progressão geométrica com a fórmula: Desta forma, n representará a quantidade de disco contidos nas torres e o resultado será a quantidade de movimentos a serem realizados;

39 Abordagens e problemas Antes de concluirmos nossa aula, é importante lembrar a I.A. é uma área de estudos complexa, que exige plena dedicação para entender todos os aspectos e demais áreas de conhecimento abordadas pela mesma; Cada conceito que estudamos nesses slides representam apenas algumas abordagens simples, mas, que, são fundamentais para que possamos entender as demais teorias e as implementações que iremos trabalhar ao longo das próximas aulas; Portanto, baixem o material no unipêvirtual ou no site para que possamos estudar os agentes na próxima aula;

40 Referências [1] Dicionário Michaelis Online. Português. Disponível em: < > Acesso em 07 fev. 2014; [2] Wordpress. Foto-reprodução John McCarthy. Disponível em: < > Acesso em 07 fev. 2014; [3] UMBC. Computer Science and Electrical Engineering. Computing Machine and Intelligence. Disponível em: < turing.pdf > Acesso em 07 fev. 2014; [4] Grupo de Sistemas Inteligentes. Departamento de Informática da Universidade Estadual de Maringá UEM. Teste de Turing. Disponível em: < ia/a_correl/pensar/turing.htm > Acesso em 07 fev. 2014; [5] RUSSEL,S.NorvigP.InteligênciaArtificial.RiodeJaneiro:Campus,2004; [6] COPPIN,B.Inteligênciaartificial.RiodeJaneiro:LTC,2010; [7] Ciclo Básico. Centro Técnico Cientifico da PUC-Rio. Foto-reprodução Nanotecnologia. Disponível em: < nanotecnologia.jpg> Acesso em 07 fev. 2014; [8]HSW. Foto-reprodução Como funciona a nanotecnologia. Disponível em: < > Acesso em 07 fev. 2014; [9] Inovação Tecnológica. Cientistas criam primeira rede neural artificial usando DNA. Disponível em: < artigo=rede-neural-artificial-dna > Acesso em 07 fev. 2014; [10] EXAME.com. Foto-reprodução Cubo robótico pula e se equilibra sozinho. Disponível em: < > Acesso em 07 fev. 2014; [11] DEE-UFMA. Foto-reprodução Sistemas Especialistas. Arquivo institucional da Universidade Federal do Maranhão. Disponível em: < ~lpaucar/teaching/ia2000-1/cap4.html > Acesso em 07 fev. 2014; [12] MIGUENS. Sofia. Alguns problemas da filosofia da I.A. Arquivo institucional da Universidade Federal de Santa Catarina. Disponível em: < ~wfil/ia.htm> Acesso em 07 fev. 2014; [13] DEVMEDIA. Foto-reprodução Torres de Hanói. Disponível em: < > Acesso em 07 fev. 2014;

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