Download Sistemas Inteligentes Artificiales - Alejandro J. García

Sistemas Inteligentes Artificiales
Dr. Alejandro J. García
5 de octubre de 2016
Sistemas Inteligentes Artificiales
Clase 1:
Introducción.
BIENVENIDOS
Dr. Alejandro J. García
http://cs.uns.edu.ar/~ajg
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
Bahía Blanca - Argentina
Opinión
Dominio de aplicación: AGV
• Las computadoras (de propósito general o empotradas en
otros sistemas) están presentes en todos los ámbitos.
• Posiblemente la revolución tecnológica (e informática)
tenga un impacto en la sociedad tan importante como fue la
revolución industrial hace 200 años.
• En su vida profesional seguramente tendrá que integrar
sistemas de cómputo a áreas donde actualmente aún no se
usan o deberían usarse de una mejor manera.
• Dadas las características de la carrera que están cursando
es muy probable que en su futuro profesional tenga a cargo
el desarrollo de aplicaciones de software que deban exhibir
un comportamiento inteligente, o el desarrollo de sistemas
robóticos aplicados a resolver problemas industriales.
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
3
Un vehículo de guiado automático (en inglés
AGV o automated guided vehicle) es un robot
móvil que realiza tareas de transporte de manera
autónoma, siguiendo marcas en el piso o usando
otro tipo de percepción para realizar una
navegación (visión, magnetismo o lasers).
Usualmente se usa en la industria para mover
materiales (ya sea pesados, peligrosos, etc).
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
4
Aplicaciones domésticas
Otras aplicaciones domésticas
iRobot Mirra™ Pool Cleaning Robot
iRobot Roomba® Vacuum Cleaning Robot
http://www.irobot.com/For-the-Home/Outdoor-Maintenance/Mirra.aspx
http://www.irobot.com/For-the-Home/Vacuum-Cleaning/Roomba.aspx
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
5
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
6
El uso total o parcial de este material está permitido siempre que se haga mención explícita de su fuente:
“Sistemas Inteligentes Artificiales. Notas de Clase”. Alejandro J. García. Universidad Nacional del Sur. (c) 05/10/2016.
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
1
Sistemas Inteligentes Artificiales
Dr. Alejandro J. García
Introducción
5 de octubre de 2016
El origen del término Inteligencia Artificial.
• ¿Qué es lo que motiva a dotar de inteligencia a robots
computadoras, smart-phones,o smart-TVs?
Imagine este escenario:
Está mirando una serie en su Smart TV
y de entonces aparece este mensaje….
Son las 23:35hs. Deberías descansar bien para la
clase de mañana. ¿Grabo el resto del programa?
[Iniciar grabación y apagar TV] [Seguir viendo]
• ¿Qué motiva a construir máquinas inteligentes?
Hace tiempo que se está pensando en esto, como se sabe de los trabajos
de Ada Lovelace (1815-1852) y Alan Turing (1912-1954) entre otros.
Dartmouth summer research project on artificial intelligence, 1956.
“Proponemos un estudio de 2 meses con 10 investigadores sobre
Inteligencia Artificial.
Dicho estudio se basa en la conjetura que todo aspecto del aprendizaje o
toda otra característica de la inteligencia puede, en principio, ser descripta
tan precisamente que una máquina podría ser construida para simularla.
Se realizará el intento de descubrir como hacer que las máquinas usen el
lenguaje, formen abstracciones y conceptos, resuelvan problemas que por
ahora solo pueden resolver los humanos, y se mejoren a si mismas.
Pensamos que puede hacerse un avance significativo en uno o más de
estos aspectos, si un grupo de científicos, cuidadosamente seleccionados,
trabaja en conjunto durante un verano.”
http://www-formal.stanford.edu/jmc/history/dartmouth/dartmouth.html
• ¿Qué significa “inteligente”? ¿Es algo humano?
La reunión se llevó a cabo. Se acuñó el área, y aunque los problemas planteados
no fueron resueltos, cada uno de los 10 científicos volvió a su universidad con la
semilla de un nuevo desafío científico.
El término “Inteligencia Artificial” se acuño en 1955 para una reunión de
investigadores organizada por John McCarthy : “A proposal for the
Dartmouth summer research project on artificial intelligence”.
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
7
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
8
¿Qué es Inteligencia Artificial?
¿Qué es Inteligencia Artificial?
Algunas formas de definir Inteligencia Artificial:
• Es la rama de las Ciencias de la Computación que se
ocupa de la automatización del comportamiento
inteligente.
George Luger, William Stubblefield
Algunas formas de definir Inteligencia Artificial:
[What is Artificial Intelligence? by John McCarthy]
• Es la Ciencia e Ingeniería de construir artefactos
inteligentes, en especial programas inteligentes de
computadora. También se relaciona con el uso de
computadoras para entender la inteligencia
humana.
Si está interesado en leer más:
• Es el estudio de los procesos computacionales que hacen
posible percibir, razonar y actuar.
Patrick Winston
http://www-formal.stanford.edu/jmc/whatisai/whatisai.html
• Es el estudio de como lograr que las máquinas hagan
cosas que por el momento los seres humanos hacen
mejor.
Elaine Rich, Kevin Knight
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_intelligence
9
Agentes en Inteligencia Artificial
Un agente es una entidad computacional (programa o robot)
autónoma, que puede percibir su entorno a través de sensores
y actuar en ese entorno utilizando efectores.
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
10
Un agente es una entidad computacional (programa o robot)
autónoma, que puede percibir su entorno a través de sensores
y actuar en ese entorno utilizando efectores.
percibe su entorno
actua
Entorno
Conceptos de Inteligencia Artificial
Al actuar, el agente produce cambios
en el entorno. Luego percibirá los
cambios en un nuevo ciclo, y así
durante todo su tiempo de vida.
Dr. Alejandro J. García
11
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
12
El uso total o parcial de este material está permitido siempre que se haga mención explícita de su fuente:
“Sistemas Inteligentes Artificiales. Notas de Clase”. Alejandro J. García. Universidad Nacional del Sur. (c) 05/10/2016.
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
2
Sistemas Inteligentes Artificiales
Dr. Alejandro J. García
Agentes
5 de octubre de 2016
Interacción con su entorno
Un agente es una entidad computacional (programa o robot)
autónoma, que puede percibir su entorno a través de sensores
y actuar en ese entorno utilizando efectores.
Si el entorno no es completamente acotado, entonces por
más complejo que sea el agente:
• La percepción del entorno será parcial
• Al actuar la influencia sobre el entorno también será
parcial
sensores
efectores
Sky train
(Vancouver, Canada)
Tren automático,
sin conductor desde
1998.
Conceptos de Inteligencia Artificial
La misma acción ejecutada dos veces puede tener efectos
diferentes, el agente debe estar preparado para que la
acción falle o que los efectos no sean los previstos.
Dr. Alejandro J. García
13
Dominio de aplicación (súper) reducido
Dr. Alejandro J. García
15
Dominio de aplicación: seguridad en museo
Dr. Alejandro J. García
En este ejemplo de “seguridad en el museo”. Un agente de
software, podría obtener información con sensores de
movimiento, humo, calor, etc.; y tomar acciones como llamar
a los bomberos, policía, activar alarmas sonoras, etc..
Para desarrollar un agente
con esta capacidad,
hay que considerar:
percibe su entorno
• ¿Cómo almacenar la
información del entorno?
•
¿Qué conocimiento del
actua
Agente
dominio se debe tener?
• ¿Cómo se llega a tomar
una decisión de que
acción realizar?
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
16
En la materia presentaremos los conceptos básicos y
fundamentales del área de inteligencia artificial que incluye
agentes de software inteligentes y agentes físicos (robots)
que requieren de un comportamiento autónomo.
Ver clase1.pl
si lunes entonces museo_cerrado
si sensor_activo_sala1 entonces hay_movimiento
si sensor_activo_sala2 entonces hay_movimiento
si (hay_movimiento y museo_cerrado) entonces posibles_ladrones
si posibles_ladrones entonces llamar_911
Conceptos de Inteligencia Artificial
14
Qué incluye esta materia
El agente podría tener las siguientes reglas de inferencia que
le permitan deducir nueva información a partir de datos de
sensores o de la situación actual:
Y además, tener una base de datos donde actualiza
la información de los sensores
lunes.
percibe su entorno
sensor_activo_sala2.
llamar_911
actua
Dr. Alejandro J. García
Agentes en Inteligencia Artificial
Considere el problema de la seguridad en una galería de arte o museo
(la foto es del MALBA Museo de Arte Latinoamericano de Buenos Aires):
Escenario 1: Si se contrata a una persona de seguridad
¿cómo decide la persona cuando llamar a la policía, bomberos, o 911?
Escenario 2: Si se quiere construir un agente de software (o hardware) para
la seguridad del lugar ¿cómo decide cuando llamar al 911?
Además:

¿qué sensores/información necesita?
percibe

¿qué acciones puede realizar?
Agente
actua

¿qué conocimiento requiere?
Conceptos de Inteligencia Artificial
Conceptos de Inteligencia Artificial
Esto incluye:
• Representación de conocimiento.
• Razonamiento automático.
• Resolución automática de problemas.
• Razonamiento con conocimiento incierto o tentativo.
• Planificación de cursos de acción.
• Aprendizaje.
Agente
17
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
18
El uso total o parcial de este material está permitido siempre que se haga mención explícita de su fuente:
“Sistemas Inteligentes Artificiales. Notas de Clase”. Alejandro J. García. Universidad Nacional del Sur. (c) 05/10/2016.
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
3
Sistemas Inteligentes Artificiales
Dr. Alejandro J. García
5 de octubre de 2016
Lógica
Lógica
Lógica, de acuerdo al diccionario, es: “...la ciencia que trata
con los principios y criterios para establecer la validez de la
inferencia y demostración: es la ciencia de los principios
formales del razonamiento”
Lógica, de acuerdo al diccionario, es: “...la ciencia que trata
con los principios y criterios para establecer la validez de la
inferencia y demostración: es la ciencia de los principios
formales del razonamiento”
Algunas aplicaciones de la Lógica que ya han visto:
Otras aplicaciones que veremos en esta materia:
• En circuitos lógicos.
• En lenguajes de programación.
• En bases de datos.
• Lenguaje para representar conocimiento y poder construir
una Base de Conocimiento (KB) de una agentes.
• Programación Lógica, la cual brinda un mecanismo
computacional para inferir automáticamente nuevo
conocimiento a partir de una base de conocimiento (KB)
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
Conceptos de Inteligencia Artificial
19
Dr. Alejandro J. García
20
Desarrollo de la Lógica
Para tener una perspectiva de la evolución de la lógica que
disfrutamos hoy, se mencionan algunos científicos muy influyentes
en esa evolución (perdón a los que no han sido incluidos).
Representación de conocimiento
y deducción en Prolog.
Aristóteles
George Boole
Augustus De Morgan
Gottlob Frege
(Grecia -384 a -322)
(Irlanda 1815-1864)
(Inglaterra 1806-1871)
(Alemania 1848-1925)
?
XX
XXI
XIX
Dr. Alejandro J. García
XV
XII
X
XI
IX
V
III
I
II
0
100
200
300
Conceptos de Inteligencia Artificial
Prolog (1971-…
21
El área (casi real) del dominio de aplicación
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
22
El área (casi real) del dominio de aplicación
23
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
24
El uso total o parcial de este material está permitido siempre que se haga mención explícita de su fuente:
“Sistemas Inteligentes Artificiales. Notas de Clase”. Alejandro J. García. Universidad Nacional del Sur. (c) 05/10/2016.
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
4
Sistemas Inteligentes Artificiales
Dr. Alejandro J. García
Representación de conocimiento (+ abstracción)
5 de octubre de 2016
Representación de conocimiento (+ abstracción)
Cnel.
Suarez
Cnel.
Pringles
Tornquist
Tres
Arroyos
Bahía
Blanca
Cnel.
Dorrego
Punta
Alta
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
Conceptos de Inteligencia Artificial
25
Considere esta aplicación
Dr. Alejandro J. García
26
Considere esta otra aplicación
http://www.ruta0.com/
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
Construiremos una (más modesta) en Prolog
Welcome to SWI-Prolog
Cnel.
% rutas.pl compiled 0.00 sec,
Pringles
?- indicaciones(bahia,pringles).
Comenzando en Bahía Blanca
luego continúe hasta Punta Alta
luego continúe hasta Coronel Dorrego
luego continúe hasta Tres Arroyos
luego continúe hasta Coronel Pringles y llegará al destino.
true
Cnel.
Dorrego
Bahía
Blanca
Conceptos de Inteligencia Artificial
27
28
Hechos y reglas de inferencia para simetría
Cnel.
Suarez
Tornquist
Tres
Arroyos
? ayuda.
ruta(bahia,punta,28,muybuena).
ruta(bahia,dorrego,96,muybuena).
ruta(bahia,tornquist,70,buena).
ruta(punta,dorrego,82,muybuena).
ruta(tornquist,pringles,125,buena).
ruta(pringles,tresarroyos,115,regular).
ruta(tresarroyos,dorrego,92,buena).
ruta(tornquist, suarez, 120, buena).
ruta(suarez, pringles, 90 , buena ).
Cnel.
Pringles
% Reglas para definir la simetría
hay_ruta(Ciudad,Otra):-ruta(Ciudad,Otra,_,_).
hay_ruta(Ciudad,Otra):-ruta(Otra,Ciudad,_,_).
Ver rutas.pl
Punta
Alta
Dr. Alejandro J. García
Bahía
Blanca
Tres
Arroyos
Cnel.
Dorrego
Punta Alta
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
29
Conceptos de Inteligencia Artificial
Dr. Alejandro J. García
30
El uso total o parcial de este material está permitido siempre que se haga mención explícita de su fuente:
“Sistemas Inteligentes Artificiales. Notas de Clase”. Alejandro J. García. Universidad Nacional del Sur. (c) 05/10/2016.
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
5