Aula 01.

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1 Aula 01

2 Simulação da capacidade humana de:
Recapitulando – Aula 13/02 DEFINIÇÃO A inteligência artificial (IA) é uma importante área de pesquisa da Ciência da Computação dedicada a buscar métodos ou dispositivos computacionais que possuam ou simulem a capacidade humana de resolver problemas, pensar ou, de forma ampla, ser inteligente. Simulação da capacidade humana de: - Resolver problemas - Pensar - Ser inteligente Através de máquinas

3 Neurologista e matemático
IDEALIZADORES Marvin Minsky Cientista cognitivo norte-americano do campo da Inteligência Artificial Herbert Simon Pesquisador nos campos de Psicologia Cognitiva, Informática, Administração Pública, Sociologia Económica, e Filosofia Allen Newell Professor graduado em Física na Universidade de Stanford e Pós-Graduação em Matemática na Universidade de Princeton. John McCarthy Cientista da computação e criador da criador da linguagem de programação Lisp Warren MuCulloch Neurologista e matemático Walter Pitts

4 MÚLTIPLAS INTERPRETAÇÕES
Inicialmente a IA visava reproduzir o pensamento humano. A Inteligência Artificial abraçou a idéia de reproduzir faculdades humanas: Criatividade Auto-aperfeiçoamento Uso da linguagem Porém, o conceito de inteligência artificial é bastante difícil de se definir. Por essa razão, Inteligência Artificial foi (e continua sendo) uma noção que dispõe de múltiplas interpretações.

5 (Charniak and McDermott, 1985)
“o excitante esforço apra fazer computadores pensarem, máquinas com mentes, no sentido completo e literal” (Haugeland 1985)  “a automação de atividades que associamos com o pensamento humano, tais como tomada de decisões, solução de problemas e aprendizado” (Bellman 1978)  “a arte de criar máquinas que realizem atividades que requerem inteligência quano realizadas por pessoas” (Kurzweil, 1990) “como fazer os computadores fazerem coisas nas quais os seres humanos hoje em dia são mais eficientes.” (Rich and Knight, 1991)    “o estudo das faculdades mentais através do uso de modelos computacionais” (Charniak and McDermott, 1985)  “o estudo das computações que fazem com que sejam possível perceber, raciocinar e agir” (Winston, 1992)    “um campo de estudo que procura explicar e emular o comportamento inteligente em termos de processos computacionais” (Schalkoff, 1990) “o ramo da ciência de computação que está preocupada com a automação do comportamento inteligente” (Luger and Stubblefield, 1993) 

6 INÍCIO DO TRABALHO O trabalho começou logo após a Segunda Guerra Mundial, e o próprio nome foi cunhado em 1956; Entretanto, o trabalho real começou cerca de 5 anos antes; O campo ainda não encontrou seu “Einstein”; É muito diverso, seu escopo indo desde processamento de linguagem natural até jogos.

7 APLICAÇÕES PRÁTICAS DE TÉCNICAS DE IA
Enquanto que o progresso direcionado ao objetivo final de uma inteligência similar à humana tem sido lento, muitas derivações surgiram no processo. Exemplos notáveis incluem as linguagens LISP e Prolog. Muitos outros sistemas úteis têm sido construídos usando tecnologias que ao menos uma vez eram áreas ativas em pesquisa de IA. EXEMPLOS Planejamento autônomo e escalonamento: a uma centena de milhões de quilômetros da Terra, o programa Remote Agent da NASA se tornou o primeiro programa de planejamento autônomo de bordo a controlar o escalonamento de operações de uma nave espacial. O Remote Agent gerou planos de metas de alto nível especificadas a partir do solo e monitorou a operação da nave espacial à medida que os planos eram executados – efetuando a detecção, o diagnóstico e a recuperação de problemas conforme eles ocorriam.

8 Jogos: O Deep Blue da IBM se tornou o primeiro programa de computador a derrotar o campeão mundial em uma partida de xadrez, ao vencer Garry Kasparov por um placar de 3,5 a 2,5 em uma partida de exibição. Kasparov disse que sentiu “uma nova espécie de inteligência” do outro lado do tabuleiro. O valor das ações da IBM teve um aumento de 18 bilhões de dólares. Controle autônomo: O sistema de visão de computador ALVINN foi treinado para dirigir um automóvel, mantendo-o na pista. Ele foi colocado na minivan controlada por computador NAVLAB da CMU e foi utilizado para percorrer os Estados Unidos – ao longo de quase Km o ALVINN manteve o controle da direção do veículo durante 98% do tempo. Um ser humano assumiu o comando nos outros 2%, principalmente na saída de declives. A NAVLAB tem câmeras e vídeo que transmitem imagens da estrada para ALVINN, que então calcula a melhor forma de guiar, baseado na experiência obtida em sessões de treinamento anteriores. Diagnóstico: Programas de diagnóstico médico baseados na analise probabilística foram capazes de executar tarefas no nível de um medico especialista em diversas áreas da medicina. Heckerman (1991) descreve um caso em que um importante especialista em patologia de gânglios linfáticos ridiculariza o diagnostico de um programa em um caso especialmente difícil. Os criadores do programa sugeriram que ele pedisse ao computador uma explicação do diagnostico. A máquina destacou os principais fatores que influenciaram sua decisão e explicou a interação sutil de vários sintomas nesse caso. Mais tarde, o especialista concordou com o programa.

9 Planejamento logístico: Durante a crise do Golfo Pérsico em 1991, as forças armadas dos Estados Unidos distribuíram uma ferramenta denominada Dynamic Analysis and Replanning Tool, ou DART, a fim de realizar o planejamento logístico automatizado e a programação de execução do transporte. Isso envolveu até veículos, transporte de carga aérea e de pessoal ao mesmo tempo, e teve de levar em conta os pontos de partida, destinos, rotas e resolução de conflitos entre todos os parâmetros. As técnicas de planejamento da IA permitiram a geração em algumas horas de um plano que exigiria semanas com outros métodos. A Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) declarou que essa única aplicação compensou com folga os 30 anos de investimentos da DARPA em IA. Robótica: Muitos cirurgiões agora utilizam robôs assistentes em microcirurgias. O HipNav é um sistema emprega técnicas de visão computacional para criar um modelo tridimensional da anatomia interna de um paciente, e depois utiliza controle robótico para orientar a inserção de uma prótese de substituição do quadril. Reconhecimento de linguagem e resolução de problemas: O PROVERB é um programa computador que resolve quebra-cabeças de palavras cruzadas melhor que a maioria dos seres humanos, utilizando restrições sobre possíveis preenchimentos de palavras, um grande banco de dados de quebra-cabeças anteriores e uma variedade fonte de informações que incluem dicionários e bancos de dados on-line, como uma lista de filmes e dos atores que participam deles. Por exemplo, ele descobre que a pista “Nice Story”

10 pode ser resolvido por “ETAGE”, porque seu banco de dados inclui o par pista/solução ”Story in France/ETAGE” e porque reconhece que os padrões “Nice X” e “X in France” com freqüência tem mesma solução. O programa não sabe que Nice é uma cidade da França, mas consegue resolver o quebra-cabeça. Chinook: foi declarado o campeão Homem-Máquina em Damas em 1994. Deep Blue: um computador jogador de xadrez, derrotou Garry Kasparov em uma famosa disputa em 1997. Lógica Incerta: uma técnica para raciocinar dentro de incertezas, tem sido amplamento usada em sistemas de controles industriais. Sistemas Especialistas: vêm sendo usados a uma certa escala industrial. Sistemas tradutores: tais como SYSTRAN, têm sido largamente usados (no entanto, os resultados não são ainda comparáveis com tradutores humanos). Redes Neurais: vêm sendo usadas em uma larga variedade de tarefas, de sistemas de detecção de intrusos a jogos de computadores. Sistemas de reconhecimento óptico de caracteres (OCR) podem traduzir letra escrita de forma arbitrária em texto.

11 Reconhecimento de escrita a mão é usada em milhões de Assistentes Pessoais Digitais.
Reconhecimento de voz está disponível comercialmente e é amplamente usado. Sistemas de álgebra computacional, tais como Mathematica e Macsyma, são bons exemplos de aplicações de IA na solução de problemas algébricos. Sistemas com Visão computacional são usados em muitas aplicações industriais. Aplicações utilizando Vida Artificial são utilizados na indústria de entretenimento e no desenvolvimento da Computação Gráfica. Sistemas baseados na idéia de agentes artificiais, denominados Sistemas Multiagentes, têm se tornado comuns para a resolução de problemas complexos. Chatter bots (robôs de software para conversação), personagens virtuais que conversam em linguagem natural como se fossem humanos de verdade, são cada vez mais comuns na internet.

12 A visão da Inteligência Artificial substituindo julgamento humano profissional tem surgido muitas vezes na história do campo, em Ficção Científica e, hoje em dia, em algumas áreas especializadas onde "Sistemas Especialistas" são usados para melhorar ou para substituir julgamento profissional em engenharia e medicina, por exemplo.

13 Aula 02

14 Aula 27/02 HISTÓRICO DA IA A Inteligência Artificial (IA) não é recente. Sua história se inicia nos idos dos anos 40, onde havia alguma pesquisa em torno de seqüências de estratégia e análise do funcionamento do cérebro com objetivos de formalização de seu comportamento. Estes dois ramos de pesquisa eram dissociados entre si, sem nenhuma preocupação com a construção de uma Inteligência Artificial. Buscava-se, apenas, novas alternativas de utilização do computador, ainda em projeto. Mas, com o passar dos anos, foram sendo distinguidas duas linhas de pesquisa: uma biológica, calcada em torno do funcionamento do cérebro e dos neurônios; e outra, fruto do estudo da cognição, do raciocínio.

15 HISTÓRICO DA IA - Anos 40 Segunda Guerra Mundial. Há a necessidade do avanço tecnológico para fornecer mais instrumentos para o combate bélico. O dinheiro de pesquisas científicas está à disposição dos cientistas que se preocupem em desenvolver mecanismos para a morte em massa, de modo a fazer com que a guerra seja ganha pelo poder tecnológico. A maior arma idealizada na época (que matava mais gente em menos tempo) era a bomba atômica, mas para seu desenvolvimento seria necessária uma quantidade gigantesca de cálculos, os quais deveriam ser precisos. Neste contexto, e para que fosse possível o cálculo da bomba atômica, foi desenvolvido o computador. Como diz seu nome, uma máquina de fazer cômputos (cálculos). Mas não somente para cálculos, o computador foi utilizado também em outros recursos voltados à morte: o planejamento de ações estratégicas de exércitos. Simulações do avanço de tropas era possível informando-se as variáveis envolvidas na ação, permitindo, assim, a elaboração automática de diversas hipóteses de estratégias.

16 Tal como um jogo de guerra, combinações eram simuladas
Tal como um jogo de guerra, combinações eram simuladas. Foi então o início dos jogos por computador, utilizados também para situações mais reais além de jogos de dama e xadrez. Por outro lado, havia outro ramo de pesquisas interessado na realização da representação das células nervosas do ser humano no computador, uma vez que o cérebro é formado de neurônios e é ele que realiza o processamento das informações do corpo. Esta linha de pesquisas motivou o desenvolvimento de uma formalização matemática para o neurônio, estabelecendo o neurônio formal. Esta formalização permitiu a realização de diversas concepções matemáticas sobre a forma de aprendizado dos neurônios, ou seja, como os neurônios armazenam informações.

17 HISTÓRICO DA IA - Anos 50 Nessa década iniciou-se o estudo, na linha de pesquisa psicológica, da utilização da lógica de estratégia para finalidades matemáticas, como a prova de teoremas. Iniciou-se, também, a modelagem através de regras de produção, regras estas baseadas na lógica de predicados. A introdução da programação através de comandos de lógica de predicados proporcionou um grande avanço para a programação de sistemas que utilizassem esquemas de raciocínio. Daí foi possível o aperfeiçoamento do que já existia: jogos, aplicações matemáticas e simuladores. Mas, passando à história da linha biológica, essa década foi de grande sucesso dada a implementação do primeiro simulador de redes neurais artificiais e do primeiro neurocomputador. A partir do modelo matemático de MacCulloc e Pitts (1943) e da teoria de aprendizado de Donald Hebb (1949), foi possível nessa década a união desses conhecimentos no modelo de rede neural artificial chamado Perceptron.

18 HISTÓRICO DA IA - Anos 50 Na linha biológica, prosseguiram os desenvolvimentos de conceitos relativos às redes neurais artificiais com o aprimoramento do modelo Perceptron e o surgimento de uma variante, o Adaline. Ambos utilizavam as mesmas idéias de rede, porém a lógica de aprendizado os diferenciava. Para a linha psicológica essa década foi a descoberta da Inteligência Artificial. Utopicamente, os pesquisadores desta linha acreditavam ser possível realizar tarefas humanas, tais como o pensamento e a compreensão da linguagem, através do computador. Realmente acreditava-se ser possível a reprodução pura e simplesmente do raciocínio humano no computador. Neste sentido, foi tentada a interpretação da linguagem no computador, tal como compreendida pelo ser humano. No ímpeto da racionalização imposta pelo desenvolvimento de suas pesquisas, acreditaram que apenas através do raciocínio seria possível a interpretação da linguagem. Obviamente a linguagem humana não é fruto apenas da razão, mas de todo o aparato sensorial e lógico do ser humano. Por outro lado, em 1969, Marvin Minsky e Sigmour Papert publicaram um livro denominado Perceptrons, o qual se destinava a ridicularizar as pesquisas em torno das redes neurais artificiais. Os autores sustentavam a hipótese que os modelos apresentados não tinham sustentação matemática para terem credibilidade. Tiveram êxito na sua empreitada, levando ao ostracismo os pesquisadores da linha biológica.

19 HISTÓRICO DA IA - Anos 70 Para a linha biológica, essa foi uma década negra. Apesar disso, houve pesquisadores que, por outros caminhos, chegaram a novas concepções de redes neurais artificiais. Estas concepções analisavam o aprendizado de informações como sendo fruto de uma união das potencialidades de redes de neurônios interagindo entre si. Nasciam as redes neurais representadas na forma de mapas cerebrais, onde não havia o aprendizado de um neurônio, mas de toda uma rede, através do compartilhamento de recursos. Já na linha psicológica, estudos mais aprofundados demonstraram o óbvio: que não seria possível a representação numa máquina dos estados mentais humanos responsáveis pelo pensamento. A saída para esta linha de desenvolvimento era dada por uma empresa: a Rand Corporation. Foi de sua equipe de pesquisa que partiram os sistemas especialistas, os quais foram responsáveis pela ampliação da Inteligência Artificial Tradicional.

20 HISTÓRICO DA IA - Anos 80 As redes neurais artificiais tiveram seu reconhecimento recuperado através do físico John Hopfield, que em 1982 provou ser possível a simulação de um sistema físico através de um modelo matemático baseado na teoria das redes neurais. Assim, em 1986, uma equipe de especialistas das mais diversas áreas reuniram-se para validar as pesquisas em torno das redes neurais, possibilitando a volta da pesquisa nesta linha. Uma das formas de recuperação do prestígio das redes neurais foi a proposta de um modelo, chamado Backpropagation, que ampliava o potencial do Perceptron de modo a permitir a superação das limitações do modelo primitivo. Enquanto isso, na IA Tradicional, ampliavam-se as técnicas e aplicações dos sistemas especialistas. Além disso, houve o interesse de trabalho conjunto com outras áreas, tais como interfaces inteligentes, sistemas de apoio à decisão, controle de robôs, etc.

21 HISTÓRICO DA IA - Anos 90 Nessa década, as redes neurais tiveram uma explosão exponencial de aplicações e desenvolvimento de modelos. São centenas de propostas de novos ou aperfeiçoamento de modelos a cada ano, tal o interesse pela área. A partir daí, consolidam-se as redes neurais como parte integrante do estudo da Inteligência Artificial propriamente dita. Reconhece-se, também, que os paradigmas biológico e psicológico são complementares e necessários para sistemas mais evoluídos. Desta forma, começam nesta década a serem construídos os chamados Sistemas Híbridos. Estes sistemas são a união das concepções das duas linhas de pesquisa, permitindo a construção de grandes sistemas que pretendem abranger uma forma mais completa de representação do comportamento humano. Ideal este da própria Inteligência Artificial.

22 Ficção HAL 9000 em 2001: Uma Odisséia no Espaço
HARLIE em When H.A.R.L.I.E. was One (Quando H.A.R.L.I.E. era Um), por David Gerrold A.I.: Artificial Intelligence (A.I. - Inteligência Artificial) O Homem Bicentenário A Inteligência Artificial -- principalmente suas implicações filosóficas e seu impacto em ciências humanas -- é um tema central no romance Campus de David Lodge Thinks ... (2001). Rosie e outros robôs em Os Jetsons Mike em The Moon is a Harsh Mistress de Robert A. Heinlein Neuromancer Vários romances de Isaac Asimov e as Três Leis da Robótica. São ainda consideradas as melhores no gênero.

23 Ghost in the Shell The Matrix e suas continuações A série The Terminator Curto Circuito Vários "personagens" de Star Trek, notadamente Data. Deep Thought in The Hitch Hikers Guide to the Galaxy The bomb in Dark Star (1974, by John Carpenter) Harry Harrison / Marvin Minsky: The Turing Option (romance) The Mind´s I editado por Daniel C. Dennett e Douglas Hofstadter Personoids, romances e livros de Stanislaw Lem Arthur, da série de vídeo game The Journeyman Project [WarGames](Jogos de Guerra;1983)

24 Fim.