Inteligência Computacional

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1 Inteligência Computacional INTRODUÇÃO À INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL (ARTIFICIAL) Renato Dourado Maia Faculdade de Ciência e Tecnologia de Montes Claros Fundação Educacional Montes Claros

2 Lembrando da Primeira Aula... O que é Inteligência Computacional? O que é Inteligência Artificial? O que é um Sistema Inteligente? Aliás, o que é inteligência? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 2/54

3 Lembrando da Primeira Aula... Definição de Inteligência segundo o Dicionário Aurélio: Capacidade de aprender, apreender e interpretar. O que, então, define uma pessoa ou sistema inteligente? Qual é o aspecto fundamental da inteligência humana? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 3/54

4 Lembrando da Primeira Aula... Alguém inteligente: Aprende por experiência e utiliza conhecimento adquirido por experiência. Soluciona problemas mesmo se as informações disponíveis forem incompletas e/ou imprecisas. Reage rapidamente perante uma nova situação. Determina aquilo que é importante em cada contexto. Raciocina, pensa e compreende imagens visuais. Processa e manipula símbolos. É criativo, imaginativo e utiliza heurísticas. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 4/54

5 Lembrando da Primeira Aula... Os computadores podem ser inteligentes? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 5/54

6 Lembrando da Primeira Aula... O aspecto fundamental da inteligência humana é o aprendizado. O ser humano é pré-programado para o aprendizado. Portanto, pode-se considerar que o aprendizado é a essência da inteligência. Assim, pode-se concluir que para uma máquina apresentar um comportamento inteligente ela deve ser capaz de aprender. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 6/54

7 Lembrando da Primeira Aula... Os computadores são incrivelmente rápidos, precisos e burros. Os homens são incrivelmente lentos, imprecisos e brilhantes. Juntos, seu poder ultrapassa os limites da imaginação. Albert Einstein Se o homem pode, por que não a máquina? Alan Turing 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 7/54

8 Pergunta Inicial O que é Inteligência Artificial (IA)? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 8/54

9 O que é Inteligência Artificial (IA)? A seguir, estão apresentadas três caracterizações intuitivas e simples: IA é o estudo de como fazer os computadores realizarem funções que, no momento, são feitas melhor por seres humanos. IA é o estudo das ideias que permitem habilitar os computadores a fazer coisas que tornam os seres humanos inteligentes. IA é o campo de conhecimentos onde se estudam sistemas capazes de reproduzir atividades mentais do ser humano. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 9/54

10 O que é Inteligência Artificial (IA)? As três caracterizações apresentadas têm um ponto comum: Mencionam os seres humanos! Fica, então, o questionamento: O que torna os seres humanos inteligentes? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 10/54

11 O que é Inteligência Artificial (IA)? Livros especializados em psicologia humana mencionam que os seres humanos apresentam as seguintes capacidades psíquicas: Sensação, percepção, representação, conceituação, juízo, raciocínio, memória, atenção, consciência, orientação, afetividade, volição, linguagem. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 11/54

12 O que é Inteligência Artificial (IA)? Sensação: É o fenômeno elementar resultante de estímulos físicos ou químicos. Seria, no contexto da automação, a função realizada por um sensor, como um termômetro ou um barômetro. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 12/54

13 O que é Inteligência Artificial (IA)? Percepção: É a tomada de conhecimento de um objeto exterior considerado real e segue à sensação. Em um sistema de controle, poderia corresponder ao processo de chegada do sinal do sensor a um controlador. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 13/54

14 O que é Inteligência Artificial (IA)? Representação: É a assimilação das características dos objetos percebidos. Agora, o sinal percebido é devidamente convertido em u- ma forma adequada para ser tratado pelo controlador. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 14/54

15 O que é Inteligência Artificial (IA)? Conceituação: É a construção simbólica que busca captar a essência dos objetos representados. Uma vez que o sinal enviado pelo sensor foi devidamente representado em um formato adequado para ser tratado pelo controlador, pode-se caracterizar a sua natureza. Exemplo: A temperatura está elevada. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 15/54

16 O que é Inteligência Artificial (IA)? Juízo: É o estabelecimento de relações entre os fatos e os objetos da Natureza. A partir do conceito de temperatura elevada, pode-se estabelecer, por exemplo, o juízo de que o aquecedor está ligado. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 16/54

17 O que é Inteligência Artificial (IA)? Raciocínio: É a concatenação disciplinada dos juízos, gerando novos juízos. A partir do juízo de que o aquecedor está ligado e de que um aquecedor ligado consome energia, pode-se, por raciocínio, concluir que se está consumindo energia. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 17/54

18 O que é Inteligência Artificial (IA)? Memória: É o armazenamento das informações para utilização posterior. O armazenamento do fato de que se consumiu energia ontem pode colaborar para explicar a razão de a bateria estar descarregada hoje. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 18/54

19 O que é Inteligência Artificial (IA)? Atenção: É a concentração da atividade psíquica sobre um dado estímulo que a solicita. Em uma imagem, por exemplo, podem estar o objeto que um robô deve seguir, bem como detalhes do cenário. O robô deve dar atenção ao objeto-alvo, e não a nuvens, galhos balançando com o vento, reflexos na janela, etc. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 19/54

20 O que é Inteligência Artificial (IA)? Consciência: É um complexo de fenômenos psíquicos que permite conhecer a si próprio e ao Mundo que o cerca. Orientação: É a consciência de sua situação no tempo e no espaço. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 20/54

21 O que é Inteligência Artificial (IA)? Afetividade: É a manifestação de sentimentos e emoções que correspondem a uma valorização qualitativa de determinados estados do indivíduo. Volição: É o elemento psíquico que leva um indivíduo a iniciar e realizar atividades voluntárias. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 21/54

22 O que é Inteligência Artificial (IA)? Linguagem: É o mecanismo de comunicação por meio da expressão simbólica. A linguagem utilizada na programação de um computador é precisa e livre de contexto, enquanto a utilizada pelos humanos é mais flexível e ambígua: Quando se diz que pão com manteiga é melhor do que nada e que nada é melhor do que férias, não se está argumentando que pão com manteiga é melhor do que férias. Isso evidencia que a tarefa de desenvolver um sistema que permita a comunicação homem-máquina é bastante complexa. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 22/54

23 O que é Inteligência Artificial (IA)? A Inteligência Artificial (IA), Inteligência de Máquina ou Inteligência Computacional (IC) busca dotar equipamentos/artefatos/sistemas construídos pelo ser humano de algumas das capacidades psíquicas anteriormente citadas. O desafio é imenso, não é? Para mim, o essencial da investigação em IA reside na tentativa de compreender a própria natureza da inteligência natural. Seymor Papert 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 23/54

24 Organização das Definições de IA Processos de Pensamento e de Raciocínio Comportamento Sistemas que pensam como seres humanos Sistemas que atuam como seres humanos Sistemas que pensam racionalmente Sistemas que atuam racionalmente Desempenho Humano Racionalidade 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 24/54

25 Respondendo: Organização das Definições Agindo como humanos: A abordagem do Teste de Turing. Pensando como humanos: A abordagem da modelagem cognitiva. Pensando racionalmente: A abordagem das leis do pensamento Agindo racionalmente: A abordagem de agentes racionais. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 25/54

26 Agindo como Humanos: O Teste de Turing Interface Humano Interrogador Sistema Computacional 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 26/54

27 Algumas Áreas de Aplicação Interfaceamento Homem-Máquina. Fusão de Dados. Agrupamento, Classificação e Reconhecimento de Padrões. Raciocínio sob Incerteza. Tomada de Decisão. Sistemas Especialistas. Sistemas Adaptativos. Descoberta de Conhecimentos. Etc, etc, etc... Controle e Automação? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 27/54

28 Paradigmas Simbólico: Metáfora linguística/lógica. Utiliza formalismos do tipo lógico para simular o comportamento inteligente expresso por meio da linguagem. Representante Principal: Sistemas Especialistas. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 28/54

29 Conexionista: Metáfora cerebral. Modelagem da inteligência humana por meio da simulação dos componentes do cérebro, isto é, de seus neurônios e de suas interligações (conexões). Representante Principal: Redes Neurais Artificiais. Paradigmas 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 29/54

30 Probabilista: Inspirado na Estatística e na Probabilidade. Modelagem do raciocínio por meio das leis das probabilidades e da estatística. Representante Principal: Redes Bayesianas. Paradigmas 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 30/54

31 IA Distribuída: Metáfora Social. Procura se servir de um conjunto de partes, ou módulos, para resolver de modo cooperativo um determinado problema. Representante Principal: Paradigmas Sistemas Multiagentes ou Inteligência de Enxame (Coletiva). 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 31/54

32 Evolucionista: Inspirado na Seleção Natural. Simula a evolução natural para encontrar soluções para problemas complexos. Representante Principal: Algoritmos Genéticos. Paradigmas 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 32/54

33 As principais diferenças entre os paradigmas referem-se às seguintes questões: Como representar o conhecimento? Como raciocinar com esse conhecimento? Como adquirir esse conhecimento? De uma forma resumida, as técnicas podem ser alocadas em dois paradigmas: Simbólico. Não-Simbólico. Paradigmas 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 33/54

34 Paradigmas No paradigma Simbólico, o conhecimento é representado por sentenças declarativas (símbolos), sendo as consequências deduzidas por métodos de raciocínio lógico. Segundo a IA Simbólica, é necessário: Identificar o conhecimento do domínio (modelo do problema). Representá-lo utilizando uma linguagem formal de representação. Implementar um mecanismo de inferência para utilizá-lo. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 34/54

35 Paradigmas No paradigma Não-Simbólico, o conhecimento não é representado explicitamente por meio de símbolos, e sim construído a partir de um processo de aprendizado, adaptação ou inferência. Normalmente, as técnicas que se enquadram no paradigma Não-Simbólico são consideradas técnicas de Inteligência Computacional, e as técnicas que se enquadram no paradigma Simbólico são consideradas técnicas de Inteligência Artificial. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 35/54

36 A Confusão das Nomenclaturas Provavelmente vocês devem estar confusos em função de existência de várias nomenclaturas: Inteligência Artificial, Inteligência de Máquina, Inteligência Computacional, Sistemas Inteligentes, Computação Flexível (Soft Computing), Computação Natural... Há razões históricas que justificam a existência dessas diferentes nomenclaturas, bem como algumas pequenas diferenças conceituais entre o que cada u- ma delas trata. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 36/54

37 O Nascimento Formal da IA Considera-se que a Inteligência Artificial (IA) surgiu formalmente como uma nova linha de pesquisa em meados de 1956, durante uma escola de verão no Campus da Faculdade de Dartmouth em Hanover, New Hampshire. Nesse encontro, pesquisadores e estudantes se juntaram para discutir a possibilidade de criar ferramentas computacionais inteligentes. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 37/54

38 O Nascimento Formal da IA Vários dos participantes foram personagens importantes para o desenvolvimento da IA: John McCarthy, Marvin Minsky, Herbert Simon e Allen Newell. Curiosamente, esse encontro aconteceu apenas algumas semanas antes do simpósio intitulado Mecanismos Cerebrais do Comportamento, que levou ao surgimento das Ciências Cognitivas. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 38/54

39 O Nascimento Formal da IA Após várias tentativas frustradas por parte da IA de desenvolver sistemas capazes de resolver uma grande quantidade de problemas, denominados Resolvedores Universais de Problemas (General Problem Solvers GPS), os pesquisadores começaram a perceber as limitações dessas abordagens e passaram a considerar ferramentas dedicadas. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 39/54

40 O Nascimento Formal da IA As técnicas tradicionais (clássicas) de Inteligência Artificial eram simbólicas, ou seja, propunham que u- ma manipulação algorítmica de estruturas simbólicas é necessária e suficiente para o desenvolvimento de sistemas inteligentes. Essa tradição simbólica também engloba as abordagens baseadas em lógica, nas quais os símbolos são utilizados para representar objetos e relações entre objetos, e estruturas simbólicas são utilizadas para representar fatos conhecidos. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 40/54

41 O Nascimento Formal da IA Uma característica marcante da IA Clássica era a forma utilizada para construir o sistema inteligente. Existia uma visão procedural sugerindo que sistemas inteligentes poderiam ser projetados codificando-se conhecimentos especialistas em algoritmos específicos. Esses sistemas foram denominados genericamente de Sistemas Baseados em Conhecimento (Knowledge-Based Systems) ou Sistemas Especialistas (Expert Systems). Exemplo: sistema para diagnóstico médico. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 41/54

42 O Nascimento Formal da IA Atualmente, a IA Clássica (Simbólica) envolve basicamente os Sistemas Especialistas, diversos métodos de busca, alguns sistemas baseados em agentes e sistemas de raciocínio ou inferência baseados em lógica. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 42/54

43 Inteligência Artificial e Inteligência Em meados dos anos 1960, novos técnicas começaram a ser desenvolvidas, a partir da observação de outros fenômenos inteligentes naturais além da inteligência humana. Quem classificaria o mecanismo utilizado pelos cupins para a construção de seus ninhos como um comportamento inteligente? Vários outros exemplos existem na natureza: Computacional Evolução das espécies, construção de colmeias de abelhas, coleta de comida por formigas, etc. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 43/54

44 Inteligência Artificial e Inteligência Computacional A dificuldade encontrada pelos pesquisadores da IA Clássica em cumprir as suas promessas (robôs inteligentes, etc.) gerou várias discordâncias entre eles e os pesquisadores das novas técnicas, como as Redes Neurais Artificiais. Um dos motivos principais era a disputa por financiamentos. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 44/54

45 Inteligência Artificial e Inteligência Computacional Houve então uma necessidade de dissociar as novas técnicas, especialmente as Redes Neurais Artificiais, das técnicas de IA Clássica. Nesse contexto, foi criada uma nova linha de pesquisa a Inteligência Computacional. FINALMENTE! 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 45/54

46 Inteligência Computacional Sistemas Nebulosos Computação Inspirada na Natureza Redes Neurais Artificiais 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 46/54

47 Computação Flexível (Soft Computing) Computação Flexível (Soft Computing) foi um termo introduzido por L. Zadeh para descrever uma nova metodologia de computação que permitiu a manipulação de variáveis linguísticas e raciocínio aproximado. Atualmente, Computação Flexível é o termo utilizado para descrever basicamente técnicas híbridas de Computação Inteligente, como Sistemas Neuro-Nebulosos, Neuro-Evolutivos, etc. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 47/54

48 Inteligência Artificial e Computação Natural Normalmente, as técnicas utilizadas para o desenvolvimento de equipamentos, artefatos/sistemas inteligentes são normalmente concebidas a partir da observação não apenas da inteligência humana, mas também de outros fenômenos inteligentes naturais. Portanto, essas técnicas podem ser consideradas técnicas de Computação Natural e, mais especificamente, técnicas de Computação Inspirada na Natureza. 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 48/54

49 Alguns Tópicos Correlatos Importantes Filosofia: Regras formais podem ser utilizadas para que sejam obtidas conclusões válidas? Como a mente, ou o intelecto, se desenvolve a partir de um cérebro físico? De onde vem o conhecimento? Como o conhecimento conduz à ação? Linguística: Como a linguagem se relaciona com o pensamento? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 49/54

50 Alguns Tópicos Correlatos Importantes Neurociência: Como o cérebro processa informações? Teoria do Controle e Cibernética: Como artefatos podem operar sob seu próprio controle? Educação: Como transmitir conhecimento para uma outra entidade? Economia: Como tomar decisões para maximizar o lucro? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 50/54

51 Alguns Tópicos Correlatos Importantes Engenharia da Computação: Como construir computadores eficientes? Psicologia: Como os seres humanos e demais animais pensam e a- gem? Sociologia: Como os seres vivos convivem e interagem? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 51/54

52 Alguns Tópicos Correlatos Importantes Matemática: Quais são as regras formais para se obter conclusões válidas? O que pode ser computado? Como raciocinamos com informações incertas? Ciência da Computação: Como desenvolver sistemas que emulem o comportamento inteligente? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 52/54

53 Reflexão Final É mesmo possível se obter inteligência num computador, ou uma entidade inteligente requer a riqueza das sensações e experiências que só podem ser encontradas numa existência biológica? 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 53/54

54 That's All Folks! Obrigado pela Atenção! 19/02/12 Inteligência Computacional Renato Dourado Maia 54/54