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Introdução à IA (Parte 2)

UPE – Caruaru – Sistemas de Informação Disciplina: Inteligência Artificial Prof.: Paulemir G. Campos. Introdução à IA (Parte 2). Os Fundamentos da IA (De Filosofia à Economia). Introdução.

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Introdução à IA (Parte 2)

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Presentation Transcript

  1. UPE – Caruaru – Sistemas de InformaçãoDisciplina: Inteligência ArtificialProf.: Paulemir G. Campos Introdução à IA (Parte 2) IA - Prof. Paulemir Campos

  2. Os Fundamentos da IA (De Filosofia à Economia) IA - Prof. Paulemir Campos

  3. Introdução • Neste tópico será apresentado um histórico de áreas do conhecimento humano que contribuíram com idéias, pontos de vista e técnicas para a IA. IA - Prof. Paulemir Campos

  4. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Aristóteles (384-322 a.C.) formulou um conjunto preciso de leis que governam a parte racional da mente; • Ele desenvolveu um sistema informal de silogismos, permitindo gerar conclusões mecanicamente dadas as premissas iniciais. IA - Prof. Paulemir Campos

  5. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Em 1315, Ramon Lull apresentou a idéia de que o raciocínio útil pode ser conduzido por um artefato mecânico. • Thomas Hobbes (1588-1679) propôs que o raciocínio assemelha-se à computação humana, isto é, que “efetuamos somas e subtrações em nossos pensamentos silenciosos”. IA - Prof. Paulemir Campos

  6. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Anos antes, por volta de 1500, Leonardo da Vinci (1452-1519) projetou uma calculadora mecânica, mas não a construiu; • Recentemente verificou-se que esse projeto era funcional. IA - Prof. Paulemir Campos

  7. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Em 1623, o alemão Wilhelm Schickard (1592-1635) construiu a primeira máquina de calcular; • Contudo, a Pascalina (1642) de Blaise Pascal (1623-1662) é mais famosa. IA - Prof. Paulemir Campos

  8. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) construiu um dispositivo mecânico destinado a efetuar operações sobre conceitos, com escopo muito limitado. IA - Prof. Paulemir Campos

  9. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Considerando a mente como um sistema físico, René Descartes (1596-1650) introduziu uma discussão clara da distinção entre mente e matéria; • A maior crítica a concepção puramente física da mente é a falta de espaço para o livre-arbítrio; IA - Prof. Paulemir Campos

  10. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Neste caso, se a mente é governada inteiramente por leis físicas, então ela não tem mais livre-arbítrio do que uma pedra que “decide” cair em relação ao centro da Terra. IA - Prof. Paulemir Campos

  11. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Porém, Descartes também era um proponente do dualismo apenas em humanos; • Descartes sustentava que havia uma parte da mente humana (ou alma, ou espírito) que transcende a natureza, isenta das leis físicas. IA - Prof. Paulemir Campos

  12. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Por outro lado, o materialismo sustenta que a operação do cérebro de acordo com as leis da física constituem a mente; • Assim, o livre-arbítrio é simplesmente o modo como a percepção das escolhas disponíveis se mostra para o processo de escolha. IA - Prof. Paulemir Campos

  13. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Com o empirismo, o foco passou a ser a origem do conhecimento; • Este movimento caracterizou-se por uma frase de John Locke (1632-1704): • “Não há nada na compreensão que não estivesse primeiro nos sentidos” IA - Prof. Paulemir Campos

  14. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Em “A Treatise of Human Nature” (1739), David Hume propôs o que se conhece hoje por princípio de indução. IA - Prof. Paulemir Campos

  15. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Já o positivismo lógico surgiu de um trabalho de Ludwig Wittgenstein (1889-1951) e Bertrand Russel (1872-1970); • Esta doutrina sustenta que todo conhecimento pode ser caracterizado por teorias lógicas conectadas. IA - Prof. Paulemir Campos

  16. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Na teoria da confirmação de Carnap e Carl Hempel (1905-1997) tentava-se compreender como o conhecimento pode ser adquirido a partir da experiência; IA - Prof. Paulemir Campos

  17. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Inclusive, Carnap definiu no livro “The Logical Structure of the World” (1928) um procedimento computacional explícito para extrair conhecimento de experiências elementares; • Provavelmente, a primeira teoria da mente como um processo computacional. IA - Prof. Paulemir Campos

  18. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Outro ponto filosófico importante é a conexão entre conhecimento e ação; • Essa questão é vital para a IA, porque a inteligência exige ação, bem como raciocínio. IA - Prof. Paulemir Campos

  19. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Isto porque, pela compreensão de como as ações são justificadas pode-se entender como construir um agente racional. • Tanto é que, Aristóteles argumentava que as ações se justificam por uma conexão lógica entre metas e conhecimento do resultado da ação. IA - Prof. Paulemir Campos

  20. Filosofia (de 428 a.C. até hoje) • Na obra “Ética a Nicômaco” (Livro III.3, 112b), Aristóteles desenvolveu esse tópico de forma algorítmica; • Cerca de 2.300 anos depois, o algoritmo de Aristóteles foi implementado por Newell e Simon no programa GPS. IA - Prof. Paulemir Campos

  21. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Contribuiu com a IA fornecendo a formalização matemática em três áreas fundamentais: • Lógica; • Computação; • E, Probabilidade. IA - Prof. Paulemir Campos

  22. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • O desenvolvimento matemático da lógica formal deve-se a George Boole (1815-1864), pois, definiu os detalhes da lógica proposicional ou lógica boolena (Boole, 1847); IA - Prof. Paulemir Campos

  23. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Em 1879, Gottlob Frege (1848-1925) ampliou a lógica de Boole para incluir objetos e relações, criando a lógica de primeira ordem; • Por sua vez, Alfred Tarski (1902-1983) introduziu uma teoria de referência que mostra como relacionar os objetos de uma lógica a objetos do mundo real. IA - Prof. Paulemir Campos

  24. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Na área de Computação, acredita-se que o primeiro algoritmo não-trivial seja o de Euclides para calcular o maior denominador comum; • Em 1900, David Hilbert (1862-1943) apresentou uma lista com 23 problemas que ocuparia os matemáticos durante a maior parte do século XX; IA - Prof. Paulemir Campos

  25. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • O último desses 23 problemas questionava: • “Existe um algoritmo para determinar a verdade de qualquer proposição lógica envolvendo os números naturais” (famoso problema de decisão) IA - Prof. Paulemir Campos

  26. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Na realidade, Hilbert indagava se haveria limites fundamentais para a capacidade de procedimentos efetivos de prova. IA - Prof. Paulemir Campos

  27. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Em 1930, Kurt Gödel (1906-1978) mostrou que existe um procedimento efetivo para provar qualquer afirmação verdadeira na lógica de primeira ordem de Frege e Russel. IA - Prof. Paulemir Campos

  28. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Contudo, essa lógica não poderia captar o princípio de indução matemática necessário para caracterizar os números naturais. IA - Prof. Paulemir Campos

  29. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Um ano depois, no Teorema da Incompleteza de Gödel mostrou-se que: • Em qualquer linguagem suficientemente expressiva para descrever as propriedades dos números naturais, existem afirmações verdadeiras que são indecidíveis, não havendo algoritmo para estabelecê-la. IA - Prof. Paulemir Campos

  30. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Isso motivou Alan Turing (1912-1954) a tentar caracterizar exatamente que funções sobre os inteiros são calculáveis. • O problema é que a noção de uma computação ou um procedimento efetivo não pode ter uma definição formal. IA - Prof. Paulemir Campos

  31. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • A tese de Church-Turing afirma que a máquina de Turing (1936) é capaz de calcular qualquer função computável. • Outra contribuição de Turing é que ele mostrou a existência de algumas funções que nenhuma máquina de Turing poderia calcular. IA - Prof. Paulemir Campos

  32. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Ex.: Problema de Decidibilidade. Nenhuma máquina pode determinar se um dado programa retornará uma resposta sobre uma certa entrada ou se continuará funcionando para sempre. IA - Prof. Paulemir Campos

  33. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Embora a indecidibilidade e a não-computabilidade sejam importantes para a compreensão da computação, a noção de intratabilidade teve um impacto muito maior. IA - Prof. Paulemir Campos

  34. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Um problema é intratável se o tempo necessário para resolver instâncias do problema cresce exponencialmente com o tamanho das instâncias. IA - Prof. Paulemir Campos

  35. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Na teoria da NP-Completude apresentada por Steven Cook (1971) e Richard Karp (1972) foi demonstrado a existência de grandes classes de problemas canônicos de busca combinatória e de raciocínio que são NP-Completos. IA - Prof. Paulemir Campos

  36. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Em geral, qualquer classe de problemas a qual a classe NP-Completos pode ser reduzida provavelmente é intratável. • Por outro lado, apesar da crescente velocidade dos computadores, o uso moderado de recursos é que caracterizará os Sistemas Inteligentes. IA - Prof. Paulemir Campos

  37. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Já em Probabilidade, o italiano Gerolamo Cardano (1501-1576) concebeu a idéia de probabilidade; • Ele a descreveu em termos de resultados possíveis de jogos de azar. IA - Prof. Paulemir Campos

  38. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • A probabilidade tornou-se rapidamente uma parte valiosa de todas as ciências quantitativas, permitindo tratar de medidas incertas e teorias incompletas; • Vários pesquisadores aperfeiçoaram essa teoria e introduziram novos métodos estatísticos. IA - Prof. Paulemir Campos

  39. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Contudo, Thomas Bayes (1702-1761) destacou-se por ter proposto uma regra para atualizar probabilidades com base em novas evidências. IA - Prof. Paulemir Campos

  40. Matemática (Cerca de 800 até hoje) • Assim, a regra de Bayes e o campo resultante chamado Análise Bayesiana formam a base da maioria das abordagens modernas para raciocínio incerto em sistemas de IA. IA - Prof. Paulemir Campos

  41. Economia (de 1776 até hoje) • O filosófo escocês Adam Smith (1723-1790) foi o primeiro a tratar o pensamento econômico como ciência, iniciada em 1776. IA - Prof. Paulemir Campos

  42. Economia (de 1776 até hoje) • O tratamento matemático de “resultados preferênciais” ou utilidade foi formalizado por Léon Walras (1834-1910) e aperfeiçoado por Frank Ramsey (1931) e por John von Neumann e Oskar Morgenstern no livro “The Theory of Games and Economic Behavior” (1944). IA - Prof. Paulemir Campos

  43. Economia (de 1776 até hoje) • A Teoria da Decisão (teoria da probabilidade mais teoria da utilidade) fornece uma estrutura formal e completa para decisões (econômicas ou outras) tomadas sob a incerteza. IA - Prof. Paulemir Campos

  44. Economia (de 1776 até hoje) • A Teoria da Decisão é adequada para “grandes” economias, onde cada agente não precisa considerar as ações de outros agentes como indivíduos; • No entanto, em “pequenas” economias, as ações de um agente pode afetar significativamente a utilidade de outro (como num jogo). IA - Prof. Paulemir Campos

  45. Economia (de 1776 até hoje) • Na Teoria dos Jogos (John von Neumann e Morgenstern) admiti-se que, em alguns jogos, um agente racional deva agir de forma casual. IA - Prof. Paulemir Campos

  46. Economia (de 1776 até hoje) • O campo da Pesquisa Operacional trata de casos em que o lucro resulta de uma seqüência de ações. IA - Prof. Paulemir Campos

  47. Economia (de 1776 até hoje) • Outra contribuição importante foi o trabalho de Hebert Simon (1916-2001), pesquisador pioneiro da IA, onde demonstrou que modelos baseados em satisfação (tomada de decisões “boas o suficiente”, em vez de decisão ótima) descreve melhor o comportamento humano real. IA - Prof. Paulemir Campos

  48. Economia (de 1776 até hoje) • Inclusive, por este trabalho, Simon recebeu o prêmio nobel de Economia em 1978. IA - Prof. Paulemir Campos

  49. Referências • Russel, S. e Norvig, P. Inteligência Artificial. Tradução de: “Artificial Intelligence: A Modern Approach”, 2 ed. Editora Campus, 2004. (Capítulo 1, seção 1.2). IA - Prof. Paulemir Campos

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