Introdução à Inteligência Artificial

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1 Tópicos do curso Introdução à Inteligência Artificial André de Carvalho Marcílio Souto Renato Tinós PAE Sílvia Modonese Fundamentos 1 Fundamentos Busca Jogos Lógica Aprendizado de Máquina Redes Neurais Computação Evolutiva Árvores de Decisão Aprendizado Bayesiano Mineração de Dados Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 2 2 Plano de aulas Aula de hoje Semana Aula 1 (27/02) Introdução 2 (10/03) Busca 3 (17/03) Busca 4 (24/03) Jogos 5 (31/03) Lógica 6 (07/04) Aprendizado de Máquina 7 (28/04) Redes Neurais 8 (05/05) Redes Neurais 9 (12/05) Prova I 10 (19/05) Computação Evolutiva 11 (26/05) Robótica 13 (02/06) Árvores de Decisão 14 (09/06) Aprendizado Bayesiano 15 (16/06) Mineração de Dados 16 (23/06) Prova II Inteligência Inteligência Artificial Definições Busca Representação de conhecimento Aprendizado de máquina Aplicações Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 3 3 Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 4 4 O que é um Dado? Hierarquia de Dados Fotos, imagens ou sons podem, por si só, não ser úteis para uma dada aplicação Dado é a estrutura fundamental sobre a qual um sistema de informação é construído Precisão é um critério importante na avaliação da validade de um dado Dados: Campo: características representando atributos específicos Registro - coleção de campos interligados relacionados a um objeto comum Arquivo - coleção de registros interligados relatando um tópico comum campo arquivo registro Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 5 5 Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 6 6

2 Exemplo de um dado Informação 100,00 130,00 200,00 500,000 Registro Dados Dados cuja forma e conteúdo o tornam úteis no processo de tomada de decisão A transformação de dados em informação ocorre geralmente através da apresentação dos dados em uma forma compreensível pelo usuário Parte do processo de criar informação é realizado a partir da base de dados (arquivo) Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 7 7 Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 8 8 Exemplo de informação Conhecimento Asdrubal recebe por mês 930,00 Reais 100,00 130,00 200,00 500,000 Bicos Mesada Monitoria Bolsa de Iniciação Permite resolver problemas, inovar e aprender a partir de experiências prévias Uma combinação de instintos, idéias, regras e procedimentos que guiam as ações e decisões O êxito do conhecimento em explicar a forma como as coisas acontecem é um critério importante na validação desse conhecimento Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 9 9 Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Exemplo de conhecimento Alguns pontos importantes Asdrubal recebe por mês 930,00 Reais Com os recursos que ele recebe, Asdrúbal pode alugar um quarto em uma boa república, trocar de carro todo ano e freqüentar barzinhos nos finais de semana Algum conhecimento é intuitivo e baseado na socialização ou em experiências passadas aplicadas a um caso semelhante Este conhecimento é aprendido de outros por imitação (crianças imitando seus pais) e/ou troca de informações (pessoas trabalhando juntas) não estritamente codificadas Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 12 12

3 Estrutura Importante observar que... SÍNTESE ANÁLISE COMPREENSÃO Dado não é Informação Informação não é Conhecimento CONHECIMENTO INFORMAÇÃO DADOS Conhecimento não é Inteligência Inteligência não é Sabedoria Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Inteligência e sabedoria Paradigmas da Inteligência Inteligência Se Asdrúbal trocar o whisky por chopp, sobra dinheiro para ele jantar fora Sabedoria Se Asdrúbal guardar um dinheirinho todo mês, quando ele se formar ele pode: Viajar, montar uma empresa, comprar um apartamento Saber combinar racional com emocional O que é inteligência? Boa pergunta!!! Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP O que é inteligência? Teste de Turing Tarefas inteligentes são aquelas que pessoas realizam bem Reconhecimento Preferência? Como definir que uma máquina possui inteligência???? Teste de Turing Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Realização do teste Selecionar 3 indivíduos: A, B, C A: Interrogador B: Máquina C: Ser humano Supor que não existe contato físico entre A, B e C A comunica-se com B e C indiretamente Se A for incapaz de descobrir quem, entre B e C, é a máquina, então esta máquina é considerada inteligente Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 18 18

4 Teste de Turing Aspectos da inteligência A B C Intuição Bom senso Criatividade Raciocínio lógico e matemático Capacidade de aprender Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Procedimento Inteligente Procedimento Inteligente Aprende por experiência Raciocina e pensa Usa conhecimento adquirido por experiência Soluciona problemas na ausência de alguma informação Reage rapidamente perante uma nova situação Determina o que é importante Entende imagens visuais Processa e manipula símbolos É criativo e imaginativo Usa heurísticas (macetes) Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP O que é Inteligência Artificial? O que é Inteligência Artificial? O que é inteligência Artificial? Uma área de pesquisa que investiga formas de habilitar o computador a realizar tarefas nas quais, até o momento, o ser humano tem um melhor desempenho. Elaine Rich O que diferencia inteligência artificial de inteligência natural? Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 24 24

5 Outras definições de IA As 4 categ. das definições de IA Conjunto de técnicas para a construção de máquinas inteligentes, capazes de resolver problemas que requerem inteligência humana (Nilsson) Ramo da Ciência da Computação dedicado à automação do comportamento inteligente (Luger e Stubble) Tecnologia de processamento de informação que possibilita raciocínio, aprendizado e percepção (Winston) Sistemas que pensam como os seres humanos Sistemas que atuam como seres humanos Sistemas que pensam racionalmente Sistemas que atuam racionalmente Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP As 4 categ. das definições de IA Áreas de apoio para IA Agindo como humanos: A abordagem do Teste de Turing Agindo racionalmente: A abordagem de agentes racionais Pensando como humanos: A abordagem do modelamento cognitivo Pensando racionalmente: A abordagem das leis do pensamento Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Sub-áreas de IA Temas de pesquisa de IA Redes Neurais Raciocínio Baseado em Casos Agentes Inteligentes Computação Evolutiva Raciocínio Baseado em Regras Outros Lógica Fuzzy Robótica Linguagem Natural Implementação em hardware Mineração de Dados Vida artificial Programação genética Sistemas tutores inteligentes Música e IA Visão computacional Jogos Lógicas Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 30 30

6 Objetivos de IA Inteligência Natural vs Artificial Engenharia: Resolver problemas do mundo real utilizando IA como ferramenta Previsão de vazão de reservatórios usando RN Científico: Explicar os princípios por traz da inteligência Cientistas podem implementar teorias sugerindo hipóteses para aspectos da inteligência e testá-las no computador Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Características Natural Artificial - Adquire uma grande quantidade de informação externa Alto Baixo - Usa sensores (visão, audição, tato,...) Alto Baixo - É criativo ou tem imaginação Alto Baixo - Aprende por experiência Alto Baixo - Retém dados detalhados Baixo Alto - Faz cálculos complexos Baixo Alto - É adaptável Alto Baixo - Usa uma variedade de fontes de informação Alto Baixo - Transfere informação Baixo Alto Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Aplicações de IA Fatos históricos Primeiras aplicações de IA Motivadas principalmente pelo desejo dos cientistas em mostrar seu valor prático Aplicações mais recentes Motivadas, principalmente, pelo desejo de mostrar ganhos sociais ou financeiros Comercio Industria serviços Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP McCulloch & Pitts Proposto o Teste de Turing Conferência de Dartmouth Primeira vez que o termo IA é usado McCarthy, Minsky, Newell & Simon Sistemas Adaptativos de Holland ELIZA de Wwizenbaum DENDRAL Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Fatos históricos (cont) História de IA Lançado o livro Perceptrons de Minsky & Papert SHRDLU de Winograd MYCIN Frames de Minsky PDP de Rumelhart & McClelland s Conferência de Artificial Life Assim como na literatura, a história de IA pode ser dividida nas épocas: Clássica Romântica Moderna Contemporânea Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 36 36

7 IA Clássica Fase romântica Período: 1956 a 1970 Objetivo:simular a inteligência humana Métodos utilizados: resolvedores gerais de problemas e lógica Razão do fracasso: subestimou a complexidade dos problemas Período: 1970 a 1980 Objetivo:simular a inteligência humana em situações pré-determinadas Métodos utilizados: técnicas formais de representação de conhecimento adaptadas ao tipo de problema Razão do fracasso: subestimou a quantidade de conhecimento necessário para tratar mesmo os problemas mais simples Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Fase moderna Fase contemporânea Período: 1980 a 1990 Objetivo:simular o comportamento de um especialista humano ao resolver problemas em um domínio específico Métodos utilizados: sistemas de regras (sistemas especialistas), representação de incerteza, redes neurais Razão do fracasso: subestimou a complexidade do problema de aquisição de conhecimento Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Período: a partir de 1990 Objetivo: resolver problemas práticos da forma mais eficiente possível Métodos utilizados: árvores de decisão, métodos estatísticos, redes neurais, mineração de dados, comitês, sistemas inteligentes híbridos Razão do fracasso: Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Potencial de IA Linguagens para IA IA gerou vários produtos comerciais bem sucedidos IA está resolvendo problemas que até o momento pareciam muito complexos para serem resolvidos Existe uma crescente necessidade de software mais sofisticado que possa tomar decisões, aprender, se adaptar, etc Prolog LISP POP-11 Smalltalk C C++ Ambientes e ferramentas Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 42 42

8 Conclusão Bibliografia IA é o estudo de computações que permitem perceber, raciocinar e agir IA possui objetivos científicos e de engenharia IA pode ajudar a resolver problemas do mundo real, abrindo novas oportunidades em comércio, engenharia, biologia e muitas outras áreas Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP Rezende S. e outros (2003). Sistemas Inteligentes: Fundamentos e Aplicações. Editora Manole. Winston, P. H. (1992). Artificial Intelligence. Addison- Wesley (Third edition). Russel, S. and Norvig, P. (1995). Artificial Intelligence: A Modern Approach. Prentice Hall Rich, E. and Knight, K. (1994). Inteligência Artificial. Makron Books do Brasil (Segunda edição). Charniak, E. and MCDermott, D. (1987). Introduction to Artificial Intelligence. Addison-Wesley. Fischel, M. A. and Firschein, O. (1987). Intelligence: The Eye, the Brain, and the Computer. Addison-Wesley. Andre de Carvalho - Copyright ICMC-USP 44 44