Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e Automação DAS 6607

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1 Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e Automação DAS 6607 Guilherme Bittencourt Departamento de Automação e Sistemas Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis - SC - Brazil Internet: gb gb@das.ufsc.br Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.1/39

2 Sumário Epistemologia Fundamentos In the Quest of the Missing Link Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.2/39

3 Epistemologia O conhecimento é um atributo da mente. O conhecimento se refere à realidade. Qual a natureza da mente e da realidade? A alma material Participation Mystique Homero, Shakespeare: sombra, fantasma, vapor, sopro. Heráclito: processos, fogo. A alma abstrata Pitágoras: alma como um número. Platão: formas, idéias. Ética: a mente como piloto do corpo. Aristóteles: enteléquias. Inspiração biológica. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.3/39

4 Epistemologia O essencialismo Conjectura Percepção intuitiva da essência. Descartes: intuições e percepções representam seguros critérios de verdade. extensão é a essência da materialidade. a mente é inextensa e sua essência é pensante. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.4/39

5 Epistemologia Inconsistência da teoria de Descartes: corpos extensos os espíritos animais receberem impulso de um inextenso a alma. Soluções: Ocasionalistas: paralelismo mediado por Deus (intervensão direta). Baruch Spinoza: Deus é a única substância, o pensamento e a extensão são apenas dois dos infinitos atributos de Deus. Gottfried Wilhelm von Leibniz: Deus, ao criar o mundo, pré-estabeleceu a harmonia (Mônadas). David Hume (monismo neutro): paralelismo epistemológico, não existe corpo ou mente, o que existe é um ordenamento físico e um ordenamento mental das mesmas coisas neutras, chamadas dados. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.5/39

6 Epistemologia Fim do essencialismo: Isaac Newton: teoria baseada na atração gravitacional, e não em impulso ou repulsão. James Clerck Maxwell: As ondas eletromagnéticas não têm extensão. Albert Einstein: o tempo e o espaço não correspondem à intuição. Mecânica Quântica: princípio da incerteza de Heisenberg, a matéria só pode ser concebida em termos de ondas de probabilidade. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.6/39

7 Epistemologia Karl Popper ( ): Assumir tacitamente a existência de estados físicos e estados mentais e sua interação e tentar ampliar o entendimento a respeito de como é possível a interação entre entidades tão distintas. mundos 1: o mundo físico, o universo das entidades físicas. mundo 2: o mundo dos estados mentais, estados de consciência e inconsciência. mundo 3: o mundo do conteúdo do pensamento e dos produtos da mente humana. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.7/39

8 Epistemologia Karl Popper ( ): Problema corpo-mente, dois subproblemas: A interação entre o mundo externo (via sentidos) e os estados mentais. A interação entre estados mentais e os elementos do mundo 3. Utilizar o conhecimento sobre a interação entre o mundo 2 e mundo 3 para entender melhor a interação entre mundo 1 e mundo 2. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.8/39

9 Epistemologia Autopoiesis: O ser humano existe em dois domínios que não se intersectam: o domínio da corporalidade e o domínio de nossas interações e relações enquanto seres humanos (Humberto Maturana). organização: define o sistema enquanto unidade composta, determinando a classe de sistemas à qual o sistema pertence, suas propriedades e o domínio no qual ele pode interagir. estrutura: determina o espaço no qual o sistema existe como unidade composta, e que pode ser perturbado através de interações de seus componentes, mas não determina suas propriedades enquanto unidade. Sistema determinado estruturalmente: pode mudar de estado, caso mude a sua estrutura mantendo a organização, ou desintegrar-se, quando a mudaça de estrutura leva a uma mudança de organização. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.9/39

10 Epistemologia Autopoiesis: A linguagem se deve à existência de um domínio consensual, criando através do acoplamento estrutural de diversos organismos, cada um fazendo papel de meio ambiente para o outro. Este acoplamento estrutural é formado por coordenações de coordenações de ações e é construído através das interações do organismo com o meio e com outros organismos. A idéia de realidade objetiva não não faz sentido, pois toda descrição é sujeito-dependente e só tem significado quando é realizada em um domínio consensual. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.10/39

11 Epistemologia C.S. Peirce semiótica: Um signo S representa um objeto O para outro signo, o interpretante I. A relação triádica r(s, O, I) não é redutível: o signo peirceano é vago e geral em extensão e compreensão lógicas. Semiosis: atualização da série I, I 1, I 2,...,I n, onde, I: hábito ou lei mental, que pode determinar um interpretante I 1, etc. O resultado da semiosis é a diminuição da vagueza e o aumento da generalidade dos signos envolvidos, uma ação (as vezes) ou mudança de hábitos (sempre). A teoria de Peirce tem profundas raízes matemáticas e pode ser vista como uma teoria geral da evolução dos sistemas cognitivos. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.11/39

12 Epistemologia Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus: (...) The whole sense of the book might be summed up the following words: what can be said at all can be said clearly, and what we cannot talk about we must pass over in silence. Thus the aim of the book is to draw a limit to thought, or rather not to thought, but to the expression of thoughts: for in order to be able to draw a limit to thought, we should have to find both sides of the limit thinkable (i.e. we should have to be able to think what cannot be thought). It will therefore only be in language that the limit can be drawn, and what lies on the other side of the limit will simply be nonsense. (...) Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.12/39

13 Epistemologia Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus (1922): 1 The world is everything that is the case. 1.1 The world is the totality of facts, not of things. 1.2 The world divides into facts. 2 What is the case, the fact, is the existence of atomic facts. 3 The logical picture of the facts is the thought. 3.4 The proposition determines a place in logical space: the existence of this logical place is guaranteed by the existence of the constituent parts alone, by the existence of the significant proposition The propositional sign and the logical co-ordinates: that is the logical place. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.13/39

14 Epistemologia Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus: 4 The thought is the significant proposition The proposition shows its sense. The proposition shows how things stand, if it is true. And it says, that they do so stand. 4.1 A proposition presents the existence and non-existence of atomic facts. 4.2 The sense of a proposition is its agreement and disagreement with the possibilities of the existence and non-existence of the atomic facts The proposition shows what it says, the tautology and the contradiction that they say nothing. The tautology has no truth-conditions, for it is unconditionally true; and the contradiction is on no condition true. Tautology and contradiction are without sense. (Like the point from which two arrows go out in opposite directions.) (I know, e.g. nothing about the weather, when I know that it rains or does not rain.) Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.14/39

15 Epistemologia Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus: 5 Propositions are truth-functions of elementary propositions. (An elementary proposition is a truth-function of itself.) 6 The general form of truth-function is: [p, ξ, N(ξ)]. This is the general form of proposition. 7 Whereof one cannot speak, thereof one must be silent. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.15/39

16 Epistemologia António Damásio (1944-): sem emoção não há razão... O Erro de Descartes - Emoção, Razão e Cérebro Humano (1996). O Mistério da Consciência (2000). Em Busca de Espinosa: Prazer e Dor na Ciência dos Sentimentos (2004). Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.16/39

17 Fundamentos Suposições que orientam e dividem as opiniões sobre como a inteligência pode ser capturada por um mecanismo artificial: a simulação da inteligência requer conhecimento declarativo e algum tipo de mecanismo de raciocínio; a inteligência pode ser estudada independentemente dos detalhes de percepção e controle motor; a evolução dos estados de conhecimento de um agente pode ser descrita em forma de linguagem (lógica ou natural); a inteligência pode ser estudada independentemente dos processos de aprendizagem, desenvolvimento psicológico e mudança evolutiva; existe uma arquitetura única na qual qualquer tipo de inteligência pode ser simulada. Programas de pesquisa em IA: combinações das suposições acima ou de Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.17/39 suas negações.

18 Conhecimento e conceitualização Teorias em nível de conhecimento: especificação do conhecimento necessário a uma capacidade cognitiva (e.g., solução de problemas, uso de linguagem, tomada de decisões, percepção e alguns elementos de controle motor). Exemplo: o projeto CYC ( Cycorp was founded in 1994 to research, develop, and commercialize Artificial Intelligence. Cycorp s vision is to create the world s first true artificial intelligence, having both common sense and the ability to reason with it. At the present time, the Cyc KB contains nearly two hundred thousand terms and several dozen hand-entered assertions about/involving each term. New assertions are continually added to the KB by human knowledge enterers. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.18/39

19 Conhecimento e conceitualização A capacidade cognitiva pode ser dividida em duas partes: uma base de conhecimento declarativa e um motor de inferência, i.e., um mecanismo capaz de, a partir da descrição de uma situação e da base de conhecimento, gerar novos conhecimentos declarativos que serão, por sua vez, armazenados na base de conhecimento e, eventualmente, utilizados como instruções para ação. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.19/39

20 Conhecimento e conceitualização Conceitualização: escolher uma estrutura matemática formada por objetos, funções e relações que descreva o estado das coisas no mundo. conceito: componente modular do conhecimento codificado em estruturas declarativas na memória do computador. entendimento de um conceito: de que maneira um conceito reflete a situação no mundo real? Como este conceito se relaciona com outros conceitos? Como isto influencia o comportamento do agente que possui o conceito? Mas, um programa reflexivo deve representar suas próprias representações, o que cria problemas de recursividade e auto-referência similares aos problemas encontrados no Paradoxo de Russel e no Teorema de Gödel. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.20/39

21 Conhecimento e conceitualização Jerry A. Fodor: Mentalese, the language of thought. "... assume that psychological laws are typically implemented by computational processes. There must be an implementing mechanism for any law of a non-basic science, and the putative intentional generalisations of psychology are not exceptions... Computational processes are ones defined over syntactically structured objects; viewed in extension, computations are mappings from symbol to symbol; viewed in intension, they are mappings of symbols under syntactic description to symbols under syntactic description..." Since sciences all have laws governing their phenomenon, psychology and the workings of the brain are not an exception. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.21/39

22 Cognitivo ou reativo Todo homem é mortal Sócrates é homem Logo, Sócrates é mortal Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.22/39

23 Percepção e controle motor Rodney Brooks (moboticistas): sistemas inteligentes sem representação, construídos incrementalmente de maneira que a cada passo obtenham-se sistemas completos, com capacidades crescentes em termos de inteligência, quando julgados através de seu comportamento no mundo real. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.23/39

24 Percepção e controle motor Rodney Brooks (moboticistas): suposições que levam a uma interpretação errônea da natureza das atividades cognitivas: a interface entre o sistema perceptivo e o mecanismo central da cognição pode ser descrita através de uma linguagem lógica; a atividade cognitiva é caracterizada pela atualização regular, através da percepção ou de inferência, de uma representação interna do estado do mundo; as seqüências de ações que permitem a um agente inteligente realizar tarefas são previamente planejadas através do exame das possibilidades e da escolha da melhor alternativa. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.24/39

25 Percepção e controle motor Problema: a complexidade do mundo não permite que este tipo de mecanismo cognitivo seja executado em tempo real. Argumentos filosóficos contra a possibilidade de um mecanismo cognitivo totalmente abstrato: teorias axiomáticas que não levam em conta uma teoria da percepção e controle motor são excessivamente incompletas para servir de base para um modelo da cognição e conhecimento axiomático não é suficiente para capturar todo conhecimento que um agente pode ter sobre o mundo. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.25/39

26 Percepção e controle motor Um planejador abstrato, incapaz de perceber o mundo ou agir sobre ele, mas informado sobre as propriedades do domínio, é capaz de fazer previsões e propor explicações? A única maneira de dar sentido à linguagem de um tal planejador seria adotar uma interpretação em teoria dos modelos do possível significado dos termos que compõem a linguagem. Mas a teoria de modelos é uma teoria que trata da validade e das conseqüências lógicas e nada tem a dizer sobre intencionalidade e significado. Asas do Desejo de Win Wenders Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.26/39

27 Linguagem e cognição Enfoque lógico: raciocinar é passar de um estado cognitivo a outro. Estes estados são caracterizados por funções e relações, cujo significado foi especificado pelo projetista do sistema, e a passagem de um estado a outro é uma inferências válida na linguagem lógica. Problemas: a caracterização de um conceito através da linguagem natural pode tornar-se tão complexa a ponto de não ser mais racionalmente compreensível. os conceitos primários utilizados na caracterização não são compartilhados pelo usuário e pelo sistema. formas de processamento não seqüenciais (processamento paralelo, processamento distribuído, redes neurias) não têm uma descrição semântica em termos da teoria de modelos. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.27/39

28 Aprendizado e cognição Enfoque lógico: a aprendizagem é uma função que recebe uma conceitualização e retorna uma outra mais madura e pode ser estudada separadamente da competência do sistema. Restrições: em uma rede neuronal não é possível descrever em uma linguagem lógica o estado de conhecimento do sistema e a aprendizagem inseparável da competência. as trajetórias de conhecimento, mesmo em sistemas simbólicos, são imprevisíveis. Uma reorganização da base de conhecimento pode ter um efeito não linear sobre a competência do sistema. sistemas com capacidade interna de automodificação requerem mecanismos para integrar novo conhecimento ao antigo (indexação do conhecimento). Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.28/39

29 Arquiteturas Não existe consenso na comunidade de IA sobre a questão de qual arquitetura é a mais indicada para a simulação da inteligência, ou se esta arquitetura é única ou não. Projeto SOAR: toda cognição pode ser simulada em um único tipo de arquitetura e a interação e composição de um pequeno conjunto de mecanismos é capaz de servir de base para a implementação de qualquer tipo de atividade cognitiva. Minsky A sociedade da mente: a inteligência é o produto de inúmeros mecanismos computacionais especializados (agentes) Brooks: arquiteturas em diversos níveis onde cada nível é capaz de agir sobre os níveis inferiores eliminando ou redirecionando entradas e saídas. A questão da arquitetura ideal é aquela que menos pode ser esclarecida por argumentos filosóficos ou não experimentais. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.29/39

30 Missing Link A Connectionist-Symbolic Model for Cognition. In: International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems (ISMIS 93), Trondheim, Norway, June 15-18, In the Quest of the Missing Link, International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI 97), Nagoya, Japan, August 23-29, An Embodied Model for Higher-Level Cognition, 29th annual meeting of the Cognitive Science Society (CogSci2007), August 1-4, Gaylord Opryland Hotel Resort, Nashville, Tennessee, USA, Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.30/39

31 Missing Link Cognition is an emergent property of a cyclic dynamic self-organizing process. Cognitive models should be epistemologically compatible with the Theory of Evolution. Learning and cognitive activity are closely related. Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.31/39

32 Missing Link Three levels: Reactive level: insects Instinctive level: cats and dogs Cognitive level: humans Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.32/39

33 Missing Link Cognitive models in AI: logical models sense-model-plan-act knowledge representation, inference engines, planning (SAT), reasoning about action compositionality, modularity, explicit semantic reactive models behavior-based artificial creatures situated in the world subsumption architecture, connexionism, fuzzy control, evolutionary computation, reinforcement learning self-organization, embodiment, learning Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.33/39

34 Missing Link N System Perception Genetically determined by the environment Action Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.34/39

35 Missing Link Fitness function (emotions) Memory Genetically determined by the emotions Genetically determined by the environment N System Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.35/39

36 Missing Link Culturally determined Cognition Thought Memory Emotions Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.36/39

37 Conclusão Referências [Bau04] Eric B. Baum. What is thought? A Bradford Book The MIT Press, p [Bro91] Rodney A. Brooks. Intelligence without representation. Artificial Intelligence (Special Volume Foundations of Artificial Intelligence), 47(1-3): , January [Dav05] Darryl N. Davis, editor. Visions of Mind Architectures for Cognition and Affect. IDEA Group INC., ISBN: [Mat97] H. Maturana. A Ontologia da Realidade. Editora da UFMG, [McC77] J. McCarthy. Epistemological problems of artificial intelligence. In Proceedings of IJCAI 5, pages , [McD78] J. McDermott. Tarskian semantics, or no notation without denotation. Cognitive Science, 2(3): , July-September Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.37/39

38 Conclusão Referências [Min86] M.L. Minsky. The Society of Mind. Simon and Schuster, New York, [MV80] Humberto R. Maturana and Francisco J. Varela. Autopoiesis and cognition: The realization of the living. In Robert S. Cohen and Marx W. Wartofsky, editors, Boston Studies in the Philosophy of Science, volume 42. Dordecht (Holland): D. Reidel Publishing Co., [New80] A. Newell. Physical symbol systems. Cognitive Science, 4: , [New82] A. Newell. The knowledge level. Artificial Intelligence, 18:87 127, [Pei74] C.S. Peirce. The Collected Papers of C.S. Peirce. Harvard University Press, Cambridge, Mass., [Sch02] Matthias Scheutz, editor. Computationalism New Directions. A Bradford Book The MIT Press, Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.38/39

39 Conclusão Referências [Smi82] Brian Cantwell Smith. Reflection and Semantics in a Procedural Language. PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA, [Smi96] Brian Cantwell Smith. On the Origin of Objects. A Bradford Book The MIT Press, p [Var79] Francisco J. Varela. Principles of Biological Autonomy. New York: Elsevier (North Holland), [Var89] Francisco J. Varela. Autonomie et Connaissance: Essai sur le Vivant. Editions du Seuil, Paris, [VTR91] F.J. Varela, E. Thompson, and E. Rosch. The Embodied Mind: Cognitive Science and Human Experience. MIT Press, Cambridge, MA, [Wit33] Ludwig Wittgenstein. Tractatus Logico-Philosophicus. Routledge & K. Paul, London, Originally published in Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 p.39/39