inteligenta artificiala

Inteligen artificial Curs 1

Lect.dr. Elena Butu

[email protected]

Organizare

7 martie 2014 https://sites.google.com/site/elenabautu/ 2

Pagina web a cursului: http://ebautu.homenet.org/

Notare: 50% nota la laborator + 50% nota la examen Nota la laborator: 4 proiecte, fiecare cu pondere 25% Examen: test scris

Manuale Stuart Russell and Peter Norvig, Artificial Intelligence: A Modern

Approach, Prentice Hall, 2003, http://aima.cs.berkeley.edu/ Crina Groan and Ajith Abraham. Intelligent systems: A modern approach.

Vol. 17. Springer, 2011. https://archive.org/details/Intelligent_Systems Poole, David L., and Alan K. Mackworth. Artificial Intelligence: foundations

of computational agents. Cambridge University Press, 2010. Dan Cristea, Mdlina Raschip, Ionu Pistol Curs de Inteligena

artificial, Universitatea Al. I. Cuza, Iai, 2013

Cursuri online Intro to AI Udacity Artificial Intelligence EdX

Obiective


Metode inteligente pentru rezolvarea problemelor reale

Recunoaterea problemelor ce pot fi abordate cu metode din sfera IA

Formularea problemei i utilizarea unei metode din IA pentru rezolvarea ei

Preliminarii


Familiarizarea cu algoritmi de rezolvare a problemelor

Specificarea

Structuri de date i implementare

Elemente de calcul a complexitii

Programare

n special programare orientat obiect

Indiferent de limbaj

Coninut


Scurt introducere n Inteligena Artificial Metode de cutare pentru rezolvarea problemelor

Formularea problemelor Strategii de cutare a soluiei

Strategii de cutare neinformate Strategii de cutare informate

Strategii de cutare local Metode tip traiectorie Metode tip populaie

Tehnici de nvare automat nvare supervizat

nvare nesupervizat

Sisteme care nva Sisteme bazate pe reguli n medii certe

Sisteme bazate pe reguli n medii incerte Sisteme care nva singure

Cuprins


Ce este Inteligena artificial?

Scurt istoric

Domenii ale IA

Exemple de aplicaii IA

Definiii ale inteligenei


Capacitatea de a nelege uor i bine, de a sesiza ceea ce este esenial, de a rezolva situaii sau probleme noi pe baza experienei acumulate anterior (DEX 98)

Psihologul Howard Gardner definete 7 subtipuri de inteligen Inteligena lingvistic

Inteligena logico-matematic

Inteligena spaial

Inteligena corporal-kinestezic

Inteligena muzical

Inteligena interpersonal

Inteligena intrapersonal

Testele de inteligen testeaz primele 3



Capacitate a sistemelor tehnice evoluate de a obine performane cvasiumane (DEX 98)

tiina crerii de maini inteligente, n special programe de calculator inteligente. Este similar cu utilizarea calculatoarelor n scopul nelegerii inteligenei umane, dar IA nu se rezum doar la metode ce pot fi observate biologic (John McCarthy, What is AI?)



Abilitatea unui calculator sau robot controlat de calculator de a realiza sarcini efectuate (n general) de fiine inteligente (Enciclopedia britanica)

Procese intelectuale caracteristice oamenilor, cum ar fi capacitatea de a raiona, de a descoperi semnificaii, de a generaliza, de a nva din experiene trecute.

IA este tiina, parte a informaticii, care proiecteaz sisteme artificiale cu comportament inteligent adic sisteme ce manifest proprieti pe care n mod obinuit le asociem cu existena inteligenei n comportamentul uman - nelegerea limbajului, nvare, raionament, rezolvarea problemelor .a.m.d. (Barr, Feigenbaum, 1981)



Maini(programe) inteligente, ce obin performane (mai bune) ca oamenii la anumite taskuri

Interpretarea scrisului de mn

Luarea deciziilor

Sisteme care asist medicii n diagnosticare

Identificarea locului propice pentru forri dup petrol

Calcule

Interpretarea datelor (de dimensiuni foarte mari)

nelegerea limbajului natural, transcrierea acestuia

Strong AI vs. Weak AI


Strong AI

Este posibil programarea calculatoarelor aa nct s gndeasc la nivel uman i s fie contiente.

Ar putea exista programe de calculator corect scrise care s emuleze o minte adic ar fi posibil s nu existe diferene ntre un program ce imit aciunile creierului i aciunile unei persoane, inclusiv nelegerea i contiina.

Weak AI

O main ce ruleaz un program este cel mult capabil s simuleze comportament uman i nelegere.

Programe care efectueaz sarcini de gndire exist deja.

Percepia popular despre IA

AI (2001, Spielberg) Her (2014)


Scurt istoric


Originile IA: matematic, logic, informatic, filozofie, biologie, psihologie

Primul sistem expert se consider a fi un papirus egiptean, datnd din mileniul III .Hr., care consta n 48 de observaii asupra diagnosticrii i tratrii rnilor la cap

Blaise Pascal (sec XVII) realizeaz un calculator mecanic

Charles Babbage the Analytical Engine (1842)

George Boole, An investigation into the Laws of Thought (1854) bazele Logicii booleana

Studiul logicii a dus la primul calculator electronic programabil (Turing i alii)

Scurt istoric


1940 1950 primele preocupri pentru construirea unui creier artificial

1951 Marvin Minski construiete prima main neuronal artificial (neural net machine)

1950 -1960 primele programe ce implementeaz juctori automat pentru ah i dame (Game AI)

1951 Turing propune un test pentru a rspunde la ntrebarea Can machines think?

The Imitation game-> Testul Turing

1951 Turing (pe hrtie), Shannon programe pentru jocul de ah/dame

1958 programul a nvins un juctor uman pentru prima data

Scurt istoric


1956 conferina Dartmouth, este pentru prima dat formulat termenul de Inteligen artificial

Newell i Simon primul program pentru demonstrarea automat a teoremelor, Logic Theorist

a demonstrat automat 38 din 52 de teoreme propuse, propunnd demonstraii noi, elegante

1958 McCarthy, MIT propune limbajul LISP

Axiomatizarea programrii

Lista = structura de date principal pentru cod i pt date

Multiple elemente de noutate ce stau la baza limbajelor moderne

Recursivitate, Runtime typing, garbage collection samd

Scurt istoric


1958 Perceptronul (reea neuronal, Rosenblatt)

Bazele conexionismului (PDP parallel distributed processing)

Modelarea fenomenelor mentale ori comportamentale reele interconectate de uniti simple (procese emergente)

1964 Evans program (ANALOGY) pentru rezolvarea de teste de inteligen

IQTests are not for machines, yet (Intelligence, 2012)

Calcul simbolic n software de larg audien Maple, Mathematica

Scurt istoric


1956 1974 Epoca de aur Programe automate pentru jocuri, demonstrarea automat de

teoreme, programe ce poart conversaii n limbaj natural Direcii

Reasoning as search rezolvarea problemelor n manier pas cu pas (deducie, aplicarea de tranziii, recurgnd la backtracking deseori) Modaliti de tratare a exploziei combinatoriale de ci posibile n cutare ->

euristici

Procesarea limbajului natural ELIZA (Feigenbaum, 1965) Robotul Shakey (Stanford, 1969) combin locomoia, percepia i

rezolvarea problemelor

Algoritmii evolutivi (prin 1970)

1970, Marvin Minsky (in Life Magazine): "In from three to eight years we will have a machine with the general intelligence of an average human being.

Finanare masiv din partea (D)ARPA Au permis cercetri n direciile dorite de cercettori, neimpuse

Scurt istoric


Prima iarna IA (AI Winter) 1974 1980 Puterea de calcul era limitat Explozia combinatorial i intractabilitatea (demonstrat) a unor

probleme Problemele toy abordate n IA nu preau a fi scalabile la probleme din

viaa real

Nevoia de informaii din domeniul problemei Abordarea sintactic nu era suficient

Dimensiunea datelor era imens, nu putea fi imaginat un program (baz de date) care s rein atta informaie

Paradoxul lui Moravec Rezolvarea de probleme de geometrie dificile i demonstrarea de teoreme

necesit mai puin putere de calcul dect simularea de sarcini simple ce presupun percepie i mobilitate.

Sistarea fondurilor 1966 - Eecul iniiativelor privind lingvistica computaional (mai ales

traducerea automat a textelor)

Scurt istoric


1963 Robinson a descoperit o metod simple de a implementa deducia algoritmul de rezoluie, bazat pe unificare (logic) Implementare cu succes sub forma Prolog (Kowalski,

Colmerauer i Roussel prin 1970)

Sisteme bazate de cunotine -> sisteme expert Sistem ce rezolv probleme sau rspunde la ntrebri despre

un anumit domeniu, folosind reguli logice deduse din cunotine (foarte specifice) ale experilor n domeniu. (Feigenbaum, 1965)

Adoptate rapid n lumea afacerilor, unde au produse profituri uriae

Fonduri imense investite n cercetare Puterea sistemelor expert provine din baza de cunotine

expert de care dispun. LISP machines

Scurt istoric


Boom (1980 1987) XCON (eXpert CONfigurer) sistem expert pentru alegerea

componentelor unui calculaor conform cerinelor clienilor (Carnegie Mellon University)

MYCIN sistem expert pentru identificarea bacteriilor ce cauzeaz boli infecioase i pentru recomandarea de terapii cu antibiotice, cu dozajul ajustat individual pentru pacieni

CYC (ongoing) proiect nceput n 1984 pentru a realiza o baz de cunotine uzuale (everyday common sense knowledge)

Sisteme bazate pe cunotine (knowledge based systems) i ingineria de date (knowledge engineering)

Investiii n paralel n Japonia, UK, SUA Hopfield propune un nou model de reea neuronal, care,

mpreun cu un nou algoritm de nvare (backpropagation)vor fi de succes la probleme de recunoatere a caracterelor sau de recunoatere a vocii

Scurt istoric


A doua iarna IA (1987 1993) Computerele Apple i IBM mai puternice i mai ieftine dect

LISP machines

Banii direcionai ctre alte domenii de cercetare

Un motiv comun pentru dezamgirea produs de AI: scopurile prea nalte trmbiate dintru nceputuri

n timpul rzboiului din golf (1991), SUA au dezvoltat un program de IA de planificare i analiza (DART - Dynamic Analysis and Replanning Tool) pentru a optimiza i planifica transportul echipamentelor i persoanelor, i pentru alte probleme logistice Se zice c pn n 1995, DART a economisit echivalentul

tuturor fondurior investite de DARPA pentru AI n anteriorii 30 de ani

Scurt istoric


Aplicarea meticuloas a metodelor din sfera IA i putere de calcul crescut a calculatoarelor moderne

1997 Deep Blue l-a nvins pe Gary Kasparov la ah

2000 robot-pets interactive

2005 un robot la Stanford a ctigat o provocare DARPA (navigare automat prin inut deertic necunoscut)

2011 Google self driving cars

2011 IBMs Watson a nvins doi campioni la jocul Jeopardy

Domenii ale IA


Reprezentarea cunotinelor Reele semantice

Sisteme bazate pe logic

Reele neuronale

Raionament Demonstrarea automat a teoremelor

Web semantic

Raionament ce implic timp i spaiu

Prelucrarea limbajului natural scris Scop: nelegerea limbajului scris

Metode: analiz la nivel morfologic, sintactic, semantic, fenomene ale discursului, inferene textuale, generarea limbajului, lexicografie computaional (vezi curs Dan Cristea)

Aplicaii complexe Sisteme de traducere automat

Sisteme de extragerea informaiilor din texte

Sisteme de rezumare de texte

Sisteme pentru clasificat documente

Domenii ale IA


Prelucrarea vorbirii Generarea vorbirii (incluziv generarea de voci cu emoii) nelegerea vorbirii (cu accent pe nelegerea vocilor izolate,

nelegerea vocilor n medii cu zgomot, urmrirea unui vorbitor ntr-un grup)

Interpretarea imaginilor Recunoaterea formelor, persoanelor n imagini Recunoaterea similaritii ntre obiecte identificate n imagini Segmentarea imaginilor (n pri semnificative), mpachetarea

imaginilor Indexarea imaginilor

Interpretarea secvenelor de film Recunoaterea persoanelor/formelor ntr-o secven Urmrirea personajelor n imagini

Robotica Sisteme de articulaie, de echilibru, etc.

Domenii ale IA


nvare

Supervizat, Nesupervizat, Hibrid

nvare cu algoritmi genetici

Metode inspirate din natura

Metode statistice

Maini pe vectori suport (PSO, ACO, Calcul cuantic)

Data mining

Testul Turing


Turing (1950) "Computing machinery and intelligence": "Can machines think?" "Can machines behave intelligently?"

Test operaional pentru verificarea comportamentului inteligent: Imitation Game

Turing a prezis c pn n anul 2000, o main ar avea 30% anse s pcleasc o persoan pentru 5 minute

A anticipat problemele majore ntlnite n urmtorii 50 de ani A sugerat domenii majore in IA reprezentarea cunotinelor,

raionament, nelegerea limbajului, nvare

Chatbots


Competiia Loebner Prize

Chatbots http://www.chatbots.org/

ELIZA psychotherapist, http://nlp-addiction.com/eliza/

ALICE Leobner prize winner 2004

Valerie Carnegie Mellon University receptionist

IBMs Watson Jeopardy

Turing test for poems

Ai Dreams

Testul camera chinezeasca


Testul lui Searle un argument mpotriva existenei strong AI

Cutiile cu simboluri chinezeti = baza de date

Cartea cu instruciuni = programul (forma de IA)

ntrebrile n chinez = input

Rspunsurile = output

Un calculator ce ruleaz un program de IA ,chiar dac trece testul Turing, de fapt nu gndete i nici nu nelege, doar simuleaz



Selectarea automat a tirilor provenite din diferite surse

Opus aranjrii manuale a tirilor (vezi ziare, tv)

https://news.google.com/

Dpdv teoretic

nvare nesupervizat (clustering)



Traducere automat Google translate, Bing translator, Yahoo Babel Fish,

Systran

Dpdv teoretic Sisteme bazate pe reguli

Metode statistice

Metode bazate pe exemple



Procesarea limbajului natural recunoaterea vocii Ton pentru transmiterea numarului de card

Software pentru dictare automat

Dpdv teoretic Modele Markov Ascunse, Cautare A*, transformate Fourier



Recomandri bazate pe comportamentul colectiv/individual al utilizatorilor Netflix

Netflix prize competiie pentru cel mai bun algoritm colaborativ de filtrare care s prezic ratingul unui film pe baza ratingurilor cunoscute pentru filme (fr alte informaii privind utilizatorii ori filmele, acetia fiind codificai numeric)

Dpdv teoretic Tehnici de nvare automat (machine learning)

nvare nesupervizat (clustering)



Pantofi inteligeni adaptarea pernei de aer la particularitile deplasrii (vitez, drum etc)

Smart shoes

Dpdv teoretic

Modele de regresie



Sisteme de tip ntrebare rspuns Aplicaii majore n medicin IBMs Watson a nvins doi campioni la jocul Jeopardy

Dpdv teoretic Parsarea limbajului natural stocat n fiiere text Tehnici de nvare automat (machine learning) De exemplu:

One clue was: It was introduced by the Coca-Cola Company in 1963. Watson can find a passage stating that Coca-Cola first manufactured Tab (the correct response) in 1963, so in order to answer the question, Watson needed to understand that introducing and manufacturing can be equivalent if a company is introducing a product. But that is highly dependent on context: if you introduce your uncle, it doesn't mean you manufactured him.

16 terrabytes, 2800 processor cores, 6 million logic rules 10 server racks x 750 IBM servers Does Watson think?

How do you define think? Does a submarine swim?



Telescopul Hubble

Elaborarea de hri grafice ale universului

Planificare

Dpdv teoretic

Machine learning (clustering, regresie)

Procesarea imaginilor digitale

Drizzle (Variable-Pixel Linear Reconstruction)

Probleme de planificare

Probleme de satisfacere a constrngerilor



AI art Evolutionary art evolving Monalisa, Bill Gates or Darwin

Dpdv teoretic Programare genetic



Intelligent Computing in Bioinformatics

Intelligent Computing in Neuroinformatics & Cheminformatics

Intelligent Computing in Computational Biology and Drug Design

Intelligent Computing in Signal Processing

Intelligent Computing in Pattern Recognition

Intelligent Computing in Biometrics Recognition

Intelligent Computing in Image Processing

Intelligent Computing in Robotics

Intelligent Computing in Computer Vision

Intelligent Computing in Brain Imaging and Bio-medical Engineering

Intelligent Computing in Management

Intelligent Computing in Finance/Banking

Intelligent Computing in Communication Networks

Intelligent Computing in Petri Nets/Transportation Systems

Intelligent Computing in Social Networking

Intelligent Computing in Network Software/Hardware

Intelligent Control and Automation

Intelligent Image/Document Retrievals

Intelligent Data Fusion and Information Security

Intelligent Prediction & Time Series Analysis

Intelligent Agent and Web Applications

Intelligent Sensor Networks

Intelligent Fault Diagnosis

Knowledge Representation/Reasoning and Expert Systems

Virtual Reality and Human-Computer Interaction

Optical Networks/Processing

Business Intelligence and Multimedia Technology

Intelligent E-services/Smart Homes

IA astzi


Paradigma agenilor inteligeni

Un program de IA = agent inteligent

Sistem ce percepe mediul i acioneaz asupra acestuia, pentru ndeplinirea unui scop

Artificial intelligence: What you really need to know (Forbes magazine, 2014)

http://aitopics.org/ the Internet's largest collection of information about the

research, the people, and the applications of Artificial Intelligence.

IA astzi


Magia IA

Optimizare

Teoria probabilitilor i statistic matematic

Logic

Algoritmi

Rezumat



Scurt istoric

Domenii ale IA


ntrebri?

inteligenta artificiala - curs 1

Documents

Inteligenta artificiala: Logica vaga / fuzzy

47327396 Inteligenta Artificiala Viata Artificiala

Curs1 Inteligenta Artificiala

Inteligenta Artificiala poitehnica bucuresti

inteligenta artificiala curs1

Inteligenta artificiala: Tehnici de clasificare

Curs Inteligenta Artificiala-master

13 Inteligenta Artificiala Sisteme Expert

Inteligenta artificiala: Jocuri. Satisfacerea constrangerilor

Inteligenta artificiala: Invatarea cu intarire

Inteligenta artificiala- Teorie

Inteligenta artificiala: Reprezentarea cunoasterii

Inteligenta artificiala: Introducere

Introducere in Inteligenta Artificiala

Curs Inteligenta Artificiala

Inteligenta artificiala: Strategii de cautare

inteligenta artificiala licenta

Proiect Inteligenta Artificiala

inteligenta artificiala curs2