Plano de Aula. Teste de Turing. Definição. Máquinas Inteligentes. Definição. Inteligência Computacional: Definições e Aplicações

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1 Potifícia Uiversidade Católica do Paraá Curso de Especialização em Iteligêcia Computacioal 2004/2005 Plao de Aula Iteligêcia Computacioal: Defiições e Aplicações Luiz Eduardo S. Oliveira, Ph.D. soares@ppgia.pucpr.br O que é Iteligêcia Computacioal? Máquias Iteligetes. Iteligêcia Artificial ou Computacioal? Teoria e Prática Relacioameto com outras disciplias. Aplicações Itrodução à Iteligêcia Computacioal 1 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 2 Defiição Iteligêcia Computacioal pesquisa o desevolvimeto de máquias (agetes) iteligetes. Máquia: Agete, sistema, algoritmo, etc... Algo que age em um ambiete. Máquia Iteligete Possui a habilidade de apreder e lidar com situações descohecidas. Teste de Turig Teste de Turig Duas pessoas (a e b) uma sala e uma pessoa (c) fora dela. A pessoa (c) se comuica com (a) e (b) de maiera idireta (teclado por exemplo). Subistitui-se (a) por uma máquia (m). Se ao fial, (c) ão coseguir distiguir etre humao e máquia etão a máquia é iteligete C MA B Itrodução à Iteligêcia Computacioal 3 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 4 Defiição Segudo Bezdek (1994), um sistema é computacioalmete iteligete se tiver: Adaptabilidade computacioal. Tolerâcia a falhas. Velocidade de processameto comparável à de processos cogitivos humaos. Taxa de erros que se aproximam do desempeho humao. Máquias Iteligetes Como costruir uma máquia iteligete? Imitar os seres humaos o setido de: Adquirir cohecimeto e tomar decisões sem serem programados especificamete para tal. Poto de partida: Sistemas biológicos aturais (cérebro por exemplo) Resultado de um logo processo evolutivo. Adaptabilidade. Tolerate a falhas (dois olhos). Itrodução à Iteligêcia Computacioal 5 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 6 1

2 Máquias Iteligetes Algus paradigmas: Redes Neurais (Sistema biológico humao). Computação Evolucioária (Evolução humaa). ACO, PSO (Modelagem comportametal). Um Exemplo Um exemplo ode um algoritmo clássico é ieficiete. Algoritmo clássico: Defiição da tarefa + solução matemática = algoritmo. Supoha que você queira cotrolar o acesso a um determiado lugar pelo recohecimeto da face. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 7 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 8 Um Exemplo Uma imagem = diferete âgulo Aa João Exemplo de teste (,?) Maria Quem é? Pedro Paulo Cojuto de dados para a apredizagem {(face, idetidade)} Itrodução à Iteligêcia Computacioal 9 Em Exemplo Viziho mais próximo Muitos Exemplos = Tempo de processameto elevado Iviável para aplicações de tempo real!! Uma solução ão muito Iteligete seria escolher o exemplo de apredizagem que mais se assemelha ao exemplo de teste. Idetidade = Paulo Itrodução à Iteligêcia Computacioal 10 Um Exemplo Se ão temos cohecimeto explícito suficiete para obter um algoritmo que resolva o problema. Mas temos bastate exemplos deste problema (base de dados = exemplos). Apreder a partir dos exemplos. Iteligêcia Artificial ou Computacioal? IA teve seu iício (real) após a seguda guerra mudial. Alam Turig, por volta de O termo IA cobria todas as disciplias relacioadas a ciêcia e egeharia da costrução de máquias (sistemas) iteligetes. Sistemas biologicamete ispirados ou ão. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 11 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 12 2

3 Iteligêcia Artificial ou Computacioal? Disciplias relacioadas cresceram e muitas se toraram campos de pesquisa autôomos: Recohecimeto de Padrões. Apredizagem de Máquia. Artificial? Iteligêcia Simulada. A idéia da IC ão é a simulação e sim a criação de uma máquia iteligete. Iteligêcia Artificial ou Computacioal? Parâmetro: Iteligêcia humaa. O que seria mais iteligete que humaos? Orgaizações Uma formiga pode ão ser iteligete, mas uma colôia pode agir de uma maeira iteligete. Ecotrar comida. Adaptar-se em fução das mudaças de ambiete. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 13 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 14 Iteligêcia Artificial ou Computacioal? Portato... A sociedade humaa vista como uma máquia é provavelmete a máquia mais iteligete que cohecemos. Exercícios Porque um cojuto de máquias pode forecer melhores resultados do que uma úica máquia? Como compor o resultado? Itrodução à Iteligêcia Computacioal 15 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 16 Teoria e Prática Teoria da IC: Eteder os pricípios que toram a costrução de uma máquia iteligete possível. Se queremos costruir algo que pesa baseado o ser humao, é importate saber como o ser humao pesa. Mesma coisa vale para sistemas evolucioários e comportametais. Teoria e Prática Prática da IC: Especificar métodos (algoritmos) para a costrução de máquias iteligetes. Usar uma teoria que explique a implemetação que se quer costruir. Teoria pode e deve explicar ambos, sucesso e fracasso da implemetação. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 17 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 18 3

4 Como Modelar um Determiado Comportameto? Cohecimeto a priori Experiêcias passadas (evidêcias) Objetivos Observações Máquia Iteligete Ambiete Creças sobre o ambiete e dela mesma Ações Exemplos: a) professor Ações: apresetar ovos coceitos, explicar, aplicar testes,... Observações: Resultado dos testes, expressões faciais,... Objetivos: Passar cohecimeto, habilidades,... Experiêcias passadas: Resultados de testes ateriores, efeitos de estratégias de esio,... Cohecimeto a priori: Estratégias de esio, cohecimeto da disciplia. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 19 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 20 Exemplos: b) robô Ações: Movimeto, fala,... Observações: Visão, recohecimeto da fala, voz,... Objetivos: Pegar, filmar ou ecotrar um objeto, explorar,... Experiêcias passadas: Como as pessoas se movem, ode estão determiados objetos,... Cohecimeto a priori: O que a câmera de visão vê, o que o sesor mede, etc... Exercício Costrua um outro exemplo. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 21 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 22 Como Obter Sucesso? Futuro Distate O sucesso depede do problema em questão. Algus problemas são adequados, já outros ão. Exemplos? Aida existe um grade abismo etre uma máquia iteligete de propósito geral e um ser humao. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 23 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 24 4

5 Limitações Futuro Próximo Máquias iteligetes geralmete são bastate caras (computacioalmete). Requerem bastate tempo de máquia. ASCI Purple. trilhões de operações por segudo. O dobro de processameto é esperado em 2 aos. 100 Processameto Cluster Supercomputador da IBM paralelo. computig. Nosso cérebro: Estima-se em trilhões de operações por segudo. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 25 Disciplias Relacioadas Disciplias Relacioadas Itimamete ligada à Ciêcia da Computação. IC poderia ser descrita como: Epistemologia (estudo do cohecimeto) computacioal. Filosofia Experimetal. A tecologia existete permite: Algoritmos, Estrutura de Dados, etc Estatística. Neuro-biologia, Psicologia, Biologia Evolucioária Ligüística Costruir teorias (modelos) e fudametá-los empiricamete. Atigamete costruía-se modelos, e discutia-se suas propriedades de maeira abstrata. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 27 Aplicações - Negócios Aplicações: Negócios Utilização de variadas fotes de iformação para se defiir estratégias de competitividade os egócios da empresa. Em geral as empresas tem um mote de iformações e ão sabem como tirar vatagem disso. Tecologias bastate empregadas: 28 Itrodução à Iteligêcia Computacioal Busiess Itelligece (BI) 26 Itrodução à Iteligêcia Computacioal Data Miig Warehouse Data Marts RH Distrib. Fiac. Data Warehouse, Data Marts, Data Miig Itrodução à Iteligêcia Computacioal 29 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 30 5

6 Aplicações: Negócios WalMart: Estratégia de vedas Relação etre cerveja e fraldas. Operadoras de cartão de crédito Aálise dos milhões de trasações para oferecer determiados produtos a determiados clietes. Aplicações: Mercado Fiaceiro Predição baseado em séries temporais (time series) Ações, moedas, etc... Suporte a tomada de decisão. Estimação Risco de crédito, probabilidade de fraude, prêmios de seguro, etc Itrodução à Iteligêcia Computacioal 31 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 32 Aplicações - Idústria Recohecimeto de padrões. Recohecimeto de Caracteres Off-lie. Leitura de evelopes postais. (50-60%) Leitura automática de cheques bacários Mauscritos. Placas de carros Caracteres impressos em rótulos Itrodução à Iteligêcia Computacioal 33 Sortig Machie Hitachi Cetral Research Laboratory Itrodução à Iteligêcia Computacioal 34 Recohecimeto de caracteres O-lie. Recohecimeto de Voz Celulares. Serviço de Atedimeto a Clietes (SAC). Direcioameto através de palavras chaves. Sistema de Ajuda a Deficietes. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 35 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 36 6

7 Logística (Distribuição) Logística (Distribuição) Detecção do rótulo (etiqueta) Verificação do coteúdo (OCR/V) NDC DIN Itrodução à Iteligêcia Computacioal Biometria Itrodução à Iteligêcia Computacioal 38 Biometria (Cotrole de Acesso) Recohecimeto de digital. Aquisição Características Itrodução à Iteligêcia Computacioal 39 Aálise de images médicas, eletrocardiogramas, etc... Desafios Diagóstico Itrodução à Iteligêcia Computacioal 40 Aplicações: Seguraça em Redes de Computadores Aplicações: Medicia médico (apoio a decisão). Costrução de IDS (Itrusio Detectio Systems) iteligetes. Melhorar o desempeho daqueles baseados em assiaturas. Costruir base de dados. vezes, temos que esperar o paciete morrer para saber ao certo a doeça. Algumas Itrodução à Iteligêcia Computacioal 41 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 42 7

8 Aplicações: Ciêcias Forese Documetoscopia Detecção automática de adulterações e obliterações. Judiciário (cível, crimial, trabalhista e família) Aplicações: Ciêcia Forese Recostrução de documetos Um problema de otimização. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 43 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 44 Gerêcia Eletrôica de Documetos (GED) Documet Imagig: Coversão de documetos físicos em images digitais. Gereciameto e idexação OCR (Impressos e Mauscritos) Aálise de Images de Satélite Aplicações Militares Detecção de alvos. Apredizagem icremetal Fast Learig Alto custo, pois milhares de images devem ser aalisadas. Moitorameto (remote sesig) Icêdios e outros feômeos... Itrodução à Iteligêcia Computacioal 45 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 46 Exemplo Sites Úteis Áreas de Apredizagem Itrodução à Iteligêcia Computacioal 47 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 48 8

9 Extraido medidas Calcular a Semelhaça: 1) Extrair características. 2) Calcular a distâcia etre dois idivíduos. Itrodução à Iteligêcia Computacioal 49 Itrodução à Iteligêcia Computacioal 50 9