Inteligência Artificial
Introdução a Inteligência Artificial: histórico, aplicações, abordagens e problemas
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© Hugo Vieira Lucena de Souza, 2015
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Agenda
❑Introdução a Inteligência Artificial ❑Histórico e surgimento
❑Motivação para a evolução ❑Concepção dos conceitos
❑Aplicações da Inteligência Artificial Moderna ❑Áreas de conhecimento
❑Tecnologia da Informação ❑Abordagens e Problemas
❑Inteligência Artificial e a Computação
❑Comparação com a computação convencional ❑Referências
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Quando escutamos a palavra Inteligência imaginamos vários aspectos comuns de serem encontrados nas pessoas:
❑ Conhecimento
❑ Educação
❑ Decisão
❑ Solução
❑ Estes aspectos estão presentes e são fundamentais para que novas tecnologias possam ser criadas, inovando principalmente paradigmas e conceitos da computação;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Em nossa área, especificamente, tratamos o tema como algo futurista, representado por uma área da computação que tem alavancado pesquisas e bons resultados nos últimos anos. Estamos falando da
Inteligência Artificial;
❑ Como podemos então tentar definir [existem vários e incontáveis conceitos] o termo Inteligência Artificial?
❑ Do latim [intelligentia], a palavra inteligência é composta por dois termos:
Inter [entre/espaço] e legere [escolha/decisão]
❑ O dicionário Michaelis [1] classifica a inteligência como a capacidade de
resolver situações novas com rapidez;
❑ Ainda segundo o dicionário Michaelis [1], Artificial, do latim [artificiale], significa algo produzido pela arte ou indústria do homem;
❑ Se alinharmos os termos, podemos dizer que:
A inteligência artificial é a área da computação que pesquisa, implementa e expande as teorias evolucionais da inteligência do homem aplicadas à maquina;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Os paradigmas da I.A. surgiu em meados da década de cinquenta, quando os primeiros computadores modernos estavam no ápice da evolução;
❑ O americano John McCarthy propôs com seus colegas cientistas Marvin Minsky, Claude
Shannon, Allen Newell, Herbert Simon da University of Carnegie Mellon [EUA] que o
comportamento humano fosse simulado e posteriormente abstraído pelos computadores;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ A adequação dos problemas aritméticos às notações computacionais através de fórmulas, corolários e fundamentos da lógica;
❑ A adequação dos tipos de entrada de dados aos métodos de percepção humana para a resolução dos problemas computacionais, estando dentre estes métodos a percepção, o sensoriamento, a adaptação e a cognição;
❑ O processamento das informações de forma seletiva, o que seria para a época uma espécie de escolha [não havia software até 1960] o que viria depois com o surgimento das linguagens de programação;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Entretanto, esse conceito de inteligência foi sendo interpretado de várias formas ao longo dos anos; ❑ Muitos cientistas achavam que essa ciência não dependia apenas de fatores considerados técnicos,
mas sim, do entendimento dos fatores e princípios também filosóficos, sociológicos e epistemológicos;
❑ Desde aquela época até hoje estão entre eles:
❑ Religião; ❑ Ética; ❑ Biologia;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Os primeiros experimentos da evolução computacional com a I.A. se deram na década de cinquenta;
❑ Alan Turing publicou um artigo na revista filosófica Mind [3] com o título Computing
Machine and Intelligence em que propunha inferir se uma máquina podia ou não alinhar
características comportamentais do homem;
❑ Neste artigo ele propôs o famoso Teste de Turing, consistindo de um teste de perguntas e respostas que buscava identificar se o computador identificaria, em uma sequencia ordenada se as perguntas estavam sendo respondidas por outro computador ou pelo homem;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Simulador desenvolvido pela Universidade Estadual de Maringá [UEM];
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Com o surgimento do Teste de Turing, muitos pesquisadores da academia reviram seus conceitos e construíram a hipótese de que a I.A. poderia ser concebida através de duas formas:
❑ Inteligência Artificial Forte: baseada na capacidade do computador em resolver
problemas através do raciocínio e da lógica;
❑ Inteligência Artificial Fraca: baseada na solução de problemas através de
métodos não determinísticos, estando entre o processamento e reconhecimento com uma linguagem natural;
❑ A criação desses corolários desencadeou muitas críticas que respaldaram na evolução dos computadores;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ Por um lado muitos cientistas, profissionais e pesquisadores defendiam o aprofundamento nas pesquisas e experimentos com computadores avançados enquanto ao mesmo tempo poderiam temer uma revolução das máquinas, o que fora considerado engraçado para a época;
❑ O que crescia [e ainda cresce] a passos lentos, expandiu-se em subáreas de modo que a I.A. tida como original tornou-se desfocada para as épocas de setenta e oitenta;
❑ A partir das décadas de noventa e dois mil, muitos conceitos surgiram e o avanço se tornou notório;
Introdução a Inteligência Artificial
❑ A concepção dos engenheiros nos últimos anos foi a de criar teoremas
de integração, linguagens próprias, metamodelos, tipos de dados e
várias terminologias independentes que fortificassem o entendimento e a integração da neurologia humana à lógica computacional;
❑ A I.A. passou, e almeja atualmente, resultados precisos da relação Homem-Máquina. Os campos de atuação, trabalho, desenvolvimento e proprietários de novas teorias conseguiram alavancar essas perspectivas para outras áreas como podemos ver nos dias de hoje;
❑ A I.A. opera nos anos atuais em diversos campos. Os principais, segundo explicam Stuart Russel et. al. [5] e Ben Coppin [6], são:
Área Aplicação
Nanotecnologia Dispositivos micro e nano produzidos para reconhecimento de informações precisas;
Biotecnologia/Neurologia Métodos, meios e técnicas implementadas com redes e sistemas neurais, sensoriais e responsoriais
Robótica Equipamentos e dispositivos pré ou pós programados com o hardware ou com o software com métodos e técnicas de mapeamento I.A. e algoritmos Astronomia Aplicativos de mapeamento espacial, ciberespacial, simulação solar, lunar Física Reconhecimento de padrões, métodos e fórmulas
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ A nanotecnologia é uma área de pesquisa e construção de nano-dispositivos construídos em escalas atômicas;
❑ Muitos pesquisadores consideram a nanotecnologia como umas das revoluções dos últimos anos para o desenvolvimento de novos conceitos, leis e teoremas revolucionários, principalmente para serem aplicados à medicina, a própria T.I., entre outras áreas;
❑ A I.A. atua nesse segmento, principalmente com a padronização de dados, tipos de fontes, reconhecimentos sensoriais e cognitivos e de várias maneiras, como podemos ver na seguinte figura:
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Aplicação da T.I. e I.A. com nano-dispositivos:Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Funcionamento de um nano-dispositivo:Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ A Biotecnologia é a ciência que integra as tecnologias aos processos de evolução dos seres vivos. Essa área tem como objetivo propor novas técnicas e métodos que integrem o entendimento da constituição do homem aos meios tecnológicos de pesquisa e produção;
❑ A I.A. está fortemente presente neste segmento, quando abrange o mapeamento e o estudo da neurologia. Um dos desafios dos pesquisadores atuais é entender como funciona a combinação do DNA humano para compor novas tecnologias e solucionar problemas presentes no cotidiano da vidas das pessoas;
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Primeira Rede Neural artificial com mapeamento do DNA criada em 2011:
[9]
Processador molecular com fitas de DNA [QIAN e WINFREE, 2011];
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ A Robótica é uma das principais [se não principal] áreas de atuação e pesquisas com o uso de inteligência artificial;
❑ Muitos profissionais costumam dizer que a projeção de robôs é uma arte que busca alcançar autonomia de funcionamento e manutenção nos aspectos mecatrônicos, funcionais e lúdicos;
❑ Para o ramo da I.A., o lúdico representa as técnicas de aprendizagem. Muitos robôs desenvolvidos pelas grandes empresas integram, em
parte, um aprendizado parcialmente autônomo. Como podemos
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ A inteligência humana decorre de vários aspectos de percepção e resposta. Para o primeiro termo, a indústria da robótica trabalha com sensores que captam o meio, habitat ou o nicho em que estão presentes, processando as informações por software avançados;
❑ Na prática, a inteligência artificial plena é aquela que alinha os sinais neurais do homem ao processamento e os sinais de respostas são processados pela máquina;
❑ Como resultado da simulação da inteligência, os robôs são implementados com sistemas de controle e processamento lógico com linguagens de baixo nível;
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Cubo criado por cientistas na suíços é capaz de se movimentar sozinho e funciona com sensores:
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Nas áreas de Astronomia e Física, os projetos com I.A. também são extremamente importantes. Muitos institutos e universidades pelo mundo desenvolvem pesquisas espaciais mapeando dados e informações com técnicas de recombinação e mineração de dados;
❑ Recombinação de dados: é uma técnica de simulação de dados de diferentes origens e valores para verificar o comportamento de variáveis, algoritmos e tipos de dados;
❑ Mineração de dados: é o processo de coletar, analisar e interpretar grandes quantidades de dados. Utilizado em bases de dados com um grande volume de transações por tempo;
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Na Tecnologia da Informação, a I.A. está presente em várias subáreas. Dentre as principais, respaldam principalmente planejamento, gestão,
decisão e desenvolvimento de software;
❑ Para o planejamento temos como exemplo, sistemas estratégicos de negócios. Imagine que as grandes empresas precisam elaborar suas novas campanhas, e que para isso, torna-se necessário analisar vários fatores, dados, informações para elaborar estimativas, simulações,
projeções e estudos de casos descritivos;
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Para a Gestão de negócios, os algoritmos que integram a I.A. também são importantes. Neste contexto, a literatura recomenda que os profissionais desenvolvam sistemas conhecidos como [11]:
❑ Sistemas especialistas são: são sistemas que armazenam e gerenciam os domínios
de dados utilizando como estratégia a simulação do raciocínio humano. Um domínio
contém um conjunto de entidades [objetos] que reportam ações e estados através de relações em um espaço definido e mapeado;
❑ Os sistemas especialistas contém: as redes semânticas, que consistem em nós intercomunicados entre as entidades. A lógica é definida através de formalismos, autômatos, estados que possibilitam descrever as propriedades de todo o conjunto;
Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ Definição de um SE em um contexto da I.A.Aplicação da Inteligência Artificial Moderna
❑ As tomadas de decisões são alinhadas à aplicativos considerados inteligentes. Quando os desenvolvedores implementam, por exemplo, engenhos de busca ou algoritmos heurísticos;
❑ Os engenhos de busca são: algoritmos que captam e encaminham para uma
central de pré-processamento, dados de pessoas e empresas. Na central, são realizados cálculos combinados/não-combinados que geram mais dados, para que estes possam ser relacionados com outros formando um ciclo;
❑ Os algoritmos heurísticos são: são aqueles que interpretam dados utilizados e os
reutilizam em funções ou procedimentos. Neste caso, os dados servem como fonte de experiência para auxiliar a solução de problemas considerados complexos;
Abordagens e problemas
❑ Falamos ao longo dos slides as perspectivas de crescimento da I.A., mas dentre tantas teorias e conceitos publicados até hoje, alguns problemas também surgiram;
❑ Para a filosofia, a professora da UFSC, Sofia Miguens [12] elenca vários aspectos considerados importantes a serem observados:
❑ Desenvolvimento da consciência: percepção dos valores e princípios;
❑ Desenvolvimento da analogia interpretativa: se não entender um problema, o que irei fazer? Pesquisar? ❑ Desenvolvimento analítico: o que pode ou não inferir no resultado? Há mais de um resultado e como
Abordagens e problemas
❑ A abordagem para os problemas da I.A. na Computação abrangem os chamados problemas clássicos. Os problemas refletem situações em que possíveis comportamentos e ações são avaliadas diante à implementação de novas soluções;
❑ Podemos citar como problemas clássicos:
❑ Problema da Jarra de Água; ❑ Problema do caixeiro-viajante; ❑ Torres de Hanói;
Abordagens e problemas
❑ No problema das jarras de água o objetivo é entender como as opções da escolha lógica associada a percepção influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Raciocínio:
Você tem duas jarras de água, uma contendo 4 litros e outra contendo 3 litros. Em nenhuma delas estão marcados os níveis de volume ou quaisquer medidas. Existe a possibilidade de encher as jarras com uma bomba que pode ser usada também sem informar a quantidade de água a ser inserida. Como você poderia colocar exatos 2 litros de água na jarra de 4 litros?
Abordagens e problemas
❑ No problema das jarras de água o objetivo é entender como as opções da escolha lógica associada a percepção influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Resposta:
Encha totalmente a jarra de 3 litros. Quando a mesma estiver em seu volume máximo, despeje a água na jarra de 4 litros. Como só foram depositados 3 litros, está faltando 1 litro para completar o volume total da jarra de 4 litros. Encha a jarra de 3 litros novamente e complete a jarra de 4 litros, que só faltava 1 litro para ficar cheia. Sobrou 2 litros na jarra de 3 litros. Jogue fora a água da jarra de 4 litros e coloque a água da jarra de 3 litros na jarra de 4 litros;
Abordagens e problemas
❑ No problema do caixeiro-viajante o objetivo é entender como as opções de escolha cognitiva e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Raciocínio:
Um vendedor tem uma lista de cidades que precisa visitar precisamente uma vez. Há várias estradas diretas entre cada par de cidades na lista que ele contém. Encontre a rota em que o vendedor deverá seguir para que a viagem seja a menor possível, e que comece e termine em uma mesma cidade, que poderá ser qualquer uma de sua lista;
Abordagens e problemas
❑ No problema do caixeiro-viajante o objetivo é entender como as opções de
escolha cognitiva e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Resposta:
Neste problema do cacheiro viajante, as soluções podem ser variadas. É possível obter uma solução através dos seguintes métodos:
1. Análise combinatória em Pn=n!, onde n será a quantidade de clientes visitados; 2. Permutabilidade em n com as combinações de estados possíveis em relação a quantidade de clientes visitados;
Abordagens e problemas
❑ No problema das Torres de Hanói o objetivo é entender como as opções de escolha lógica e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Raciocínio:
Em algum lugar perto de Hanói há um mosteiro onde os monges dedicam suas vidas a uma tarefa simples. No pátio do mosteiro há três postes altos. Em cima deles há 64 discos, cada um com um buraco no centro e com raios diferente. Quando o mosteiro foi criado, todos os discos estavam em apenas um poste, e cada disco estava em cima daquele com tamanho maior que o seu respectivamente. A tarefa dos monges é basicamente mover todos discos para um dos outros postes. Apenas um disco pode ser deslocado de cada vez, e todos os outros discos precisam estar em um dos postes. Além disso, em nenhum momento, durante a mudança, nenhum disco pode ser colocado sobre um disco menor. É claro que o terceiro poste pode ser usado como local temporário para os discos. Qual a maneira mais rápida para os monges concluírem sua missão?
Abordagens e problemas
❑ No problema das Torres de Hanói o objetivo é entender como as opções de escolha lógica e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Resposta:
Observe como as torres estão dispostas:
Abordagens e problemas
❑ No problema das Torres de Hanói o objetivo é entender como as opções de escolha lógica e decisão influenciam o pensamento a reportar a solução de um simples problema;
❑ Resposta:
A solução deste problema é simples. Supondo que para cada disco serão realizados um movimento em duas torres, a organização poderá caracterizar uma progressão geométrica com a fórmula:
Desta forma, n representará a quantidade de disco contidos nas torres e o resultado será a quantidade de movimentos a serem realizados;
Abordagens e problemas
❑ Antes de concluirmos nossa aula, é importante lembrar a I.A. é uma área de estudos complexa, que exige plena dedicação para entender todos os aspectos e demais áreas de conhecimento abordadas pela mesma;
❑ Cada conceito que estudamos nesses slides representam apenas algumas abordagens simples, mas, que, são fundamentais para que possamos entender as demais teorias e as implementações que iremos trabalhar ao longo das próximas aulas;
❑ Portanto, baixem o material no unipêvirtual ou no site para que possamos estudar os agentes na próxima aula;
Referências
[1] Dicionário Michaelis Online. Português. Disponível em: < http://michaelis.uol.com.br/ > Acesso em 07 fev. 2014;
[2] Wordpress. Foto-reprodução John McCarthy . Disponível em: < http://dbenn.files.wordpress.com/2008/11/jmcbw.jpg > Acesso em 07 fev. 2014;
[3] UMBC . Computer Science and Electrical Engineering. Computing Machine and Intelligence. Disponível em: < http://www.csee.umbc.edu/courses/471/papers/
turing.pdf > Acesso em 07 fev. 2014;
[4] Grupo de Sistemas Inteligentes. Departamento de Informática da Universidade Estadual de Maringá UEM. Teste de Turing. Disponível em: < http://www.din.uem.br/
ia/a_correl/pensar/turing.htm > Acesso em 07 fev. 2014;
[5] RUSSEL,S.NorvigP.InteligênciaArtificial.RiodeJaneiro:Campus,2004; [6] COPPIN,B.Inteligênciaartificial.RiodeJaneiro:LTC,2010;
[7] Ciclo Básico. Centro Técnico Cientifico da PUC-Rio. Foto-reprodução Nanotecnologia. Disponível em: < http://www.cbctc.puc-rio.br/Publicacao/
nanotecnologia.jpg> Acesso em 07 fev. 2014;
[8]HSW. Foto-reprodução Como funciona a nanotecnologia. Disponível em: < http://static.hsw.com.br/gif/nanotecnologia-2.gif > Acesso em 07 fev. 2014;
[9] Inovação Tecnológica. Cientistas criam primeira rede neural artificial usando DNA. Disponível em: < http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?
artigo=rede-neural-artificial-dna > Acesso em 07 fev. 2014;
[10] EXAME.com . Foto-reprodução Cubo robótico pula e se equilibra sozinho. Disponível em: <
http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/cubo-robotico-pula-e-se-equilibra-sozinho > Acesso em 07 fev. 2014;
[11] DEE-UFMA. Foto-reprodução Sistemas Especialistas. Arquivo institucional da Universidade Federal do Maranhão. Disponível em: < http://www.dee.ufma.br/ ~lpaucar/teaching/ia2000-1/cap4.html > Acesso em 07 fev. 2014;
[12] MIGUENS. Sofia. Alguns problemas da filosofia da I.A. Arquivo institucional da Universidade Federal de Santa Catarina. Disponível em: < http://www.cfh.ufsc.br/ ~wfil/ia.htm> Acesso em 07 fev. 2014;
[13] DEVMEDIA. Foto-reprodução Torres de Hanói. Disponível em: < http://www.devmedia.com.br/torres-de-hanoi-solucao-recursiva-em-java/23738 > Acesso em 07