SISTEME INTELIGENTEDE SUPORT DECIZIONAL
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU
Curs 5 – Fundamente ale inteligenței artificiale. Inteligență computațională.
2
Cuprins
➢Fundamente ale inteligenței artificiale➢ Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
3
Fundamente ale inteligenței artificiale
➢ Care sunt mecanismele de comportament inteligent?➢ Ce reprezintă și care sunt tehnicile IA?➢ Ce sunt agenții inteligenți?
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
4
Modele de inspirație biologică
Proprietăți➢ auto-organizare➢ auto-configurare➢ auto-optimizare➢ auto-depanare➢ auto-protecție➢ auto-analizare a lor și a contextului lor de execuție
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
5
Mecanisme de comportament inteligent ale IA
➢ raționament
➢ învățare sau instruire
➢ capacitatea de rezolvare a sarcinilor
➢ comunicare prin limbaj natural
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
6
Mecanisme de comportament inteligent ale IARaționament
➢ deductiv – concluzia decurge din premise
Toți oamenii sunt muritori.Socrate este om.Socrate este muritor.
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
7
Mecanisme de comportament inteligent ale IARaționament
➢ inductiv – trecere de la particular la general
a) inducere a unei proprietățiToate păsările pe care le-am văzut au aripi.Toate păsările au aripi.
b) inducere a unei reguli0, 2, 4, 6, 8....
c) inducere a unei structuriProfesorul este pentru student ceea ce medicul este pentru:
pacient medicină
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
8
Mecanisme de comportament inteligent ale IAÎnvățare sau instruire
➢ supervizată (dirijată de un expert)
➢ nesupervizată (bazată pe auto-organizare)
➢ cu întărire (cu feedback din partea mediului)
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
9
Mecanisme de comportament inteligent ale IACapacitate de rezolvare a sarcinilor
Sarcini➢ formale: demostrare teoreme, jocuri logice (raționament deductiv)
➢ elementare: percepție, motricitate, recunoaștere de forme
➢ de tip expert: proiectare, depanare, control, diagnoză
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
10
Mecanisme de comportament inteligent ale IAComunicare prin limbaj natural
➢ sarcină extrem de complexă
➢ bazată pe recunoașterea cuvintelor (a vorbirii)
➢ implică raționament deductiv/inductiv
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
11
Tehnici ale IA= metode numerice de descriere și exploatare a cunoașterii
➢ reprezentarea cunoașterii (formalizare)
➢ căutarea sau raționamentul
➢ învățarea sau instruirea
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
12
Tehnici ale IAÎnvățarea sau instruirea
➢ mecanică/inductivă/deductivă/prin analogie/din observații
➢ supervizată/cu întărire/nesupervizată
➢ online/offline
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
13
Agenți inteligenți
”entitate autonomă, care observă prin intermediul senzorilor și folosește actuatori pentru a acționa asupra mediului.”
Ex: termostatgrup de persoane
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
14
Artificial stupidity= introducere deliberată a erorilor
”to dumb down”
Fundamente ale IA
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
15
Inteligență computațională
➢ Ce înseamnă IC?➢ Care sunt diferențele fundamentale între IC și IA?➢ Care sunt domeniile IC?➢ Cum pot fi descrise pe scurt domeniile IC abordate în acest curs?➢ Ce înseamnă adaptare, respectiv autoorganizare?
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
16
Inteligență computațională (soft computing)
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
17
Inteligență computațională (soft computing)
IC = modelarea numerică a inteligenței biologice
- exploatează toleranţa la imprecizie, nesiguranţă şi adevăr parţial, pentru a obţine flexibilitate, robusteţe şi costuri scăzute
- poate lucra cu adevăruri parțiale (între 0 – fals și 1 - adevărat), spre deosebire de logica binară utilizată în hard computing
- diferă fundamental de calculul convenţional (hard), caracterizat de lipsa impreciziei şi a adevărurilor parţiale
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
18
Harta conceptelor
[IEEE Computational Intelligence Magazine, 2006]
172 concepte
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
19
Harta densității conceptelor
[IEEE Computational Intelligence Magazine, 2006]
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
20
Domenii ale IC
➢ Logică fuzzy
➢ Calcul evoluționist (evolutionary computation)
➢ Algoritmi genetici
➢ Rețele neuronale artificiale
➢ Sisteme hibride, etc
Logica fuzzy oferă posibilitatea aproximării, algoritmii geneticirealizează o căutare “sistematică” a soluției, rețelele neuronale aucapacitatea de a învăța și de a se adapta.
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
21
Mituri despre IC
➢ necesitatea supercomputerelor/laureaților Nobel/sumelor mari de bani pentru a obține rezultate utilizând IC
➢ implementările IC sunt cele mai rapide, mai ieftine și mai bune
➢ IC elimină nevoia de programare
➢ într-un sistem, partea de IC este mult mai importantă decât partea de prelucrare a datelor
➢ numai experții în biologie pot utiliza IC
➢ logica fuzzy este vagă, imprecisă
➢ logica fuzzy este un alt fel de probabilitate
➢ IC furnizează întotdeauna optimizarea absolută (optim global).
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
22
Rețele neuronale artificiale
Creierul, cu uimitoarele sale capacităţi de învăţare,înmagazinare a cunoştinţelor şi prelucrare a informaţieieste sursa de inspiraţie pentru dezvoltarea reţelelorneuronale artificiale (RNA).
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
23
Rețele neuronale artificiale
- sisteme de prelucrare a informației, ce modelează structura paralelă masivă acreierului – inspirație biologică
- număr mare de elemente de prelucrare (neuroni) relativ simple
- conexiuni ponderate între neuroni
- cunoștințele sunt stocate în ponderile conexiunilor
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
24
Calcul evoluționist
Domenii: - algoritmi genetici (genetic algorithms)- programare evoluționistă (evolutionary programming)- strategii evolutive (evolution strategies)- programare genetică (genetic programming)- optimizarea roiurilor de particule (particle swarm optimization)
- modelează procese naturale: selecție, recombinare, mutație, etc
- lucrează cu populații de soluții potențiale
- aplică principiul supraviețuirii celui mai bun (teoria evoluționistă - Darwin)
Procesul natural de evoluţie a speciilor, selecţia naturală şi alţioperatori genetici stau la baza strategiilor evolutive, în particular a algoritmilor genetici.
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
25
Logica fuzzy
Fuzzy: vag, neclar, imprecis, scămos, pufos, nuanţat
Fuzziness: imprecizie nestatistică și caracter vag al informațiilor și datelor
Mulțimi fuzzy: clase de obiecte cu granițe neprecise; apartenența la o clasă este graduală, între 0 (totală neapartenență) și 1 (apartenență completă)
Limbajul natural, modul de acţiune, capacitatea de raţionament chiar în situaţii de informaţii insuficiente şi/sau imprecise, specifice oamenilor, sunt preluate în logicafuzzy şi în sistemele cu logică fuzzy (SLF).
- logica raționamentului aproximativ (extensie a logicii multivalente)
- generalizare a logicii convenționale
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
26
Logica fuzzy
“Pe măsură ce creşte complexitatea, formulările precise pierd dinînţeles şi formulările pline de înţeles pierd din precizie.” (Lotfi Zadeh)
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
27
Viziune simplificată a IC
Ce înseamnă adaptare și autoorganizare?
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
28
Adaptare
= capacitatea unui sistem de a-și modifica parametrii, cu scopul de a-și realiza mai bine sarcinile= proces în cadrul căruia o structură este modificată, pentru a furniza performanțe mai bune
Tipuri de adaptare
➢ supervizată (supervised)➢ nesupervizată (unsupervised)➢ cu întărire (reinforcement)
Legea suficienței: Dacă soluția unei probleme este destul de bună/rapidă/ieftină,
atunci este suficient.
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
29
Adaptarea supervizată
- ieșirea este apriori cunoscută, pentru toate datele de intrare
- antrenarea este dirijată de eroare
- potrivită pentru aproximareafuncțiilor
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
30
Adaptarea nesupervizată
- fără critic extern
- interpretarea rezultatelor se face la final
- potrivită pentru probleme de clasificare(grupare, clustering)
- elementele dintr-un grup au un grad ridicat de asociere între ele
- grupurile sunt distincte
Etape: determinarea numărului de grupurirepartizarea fiecărui punct într-un grup
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
31
Adaptarea întărită
- critic care oferă ajutor, sprijin
- cea mai apropiată de sistemele biologice
- evaluarea se face la final
- măsura potrivirii: cât de bună este o soluțiefață de alta
Ex. Particle swarm optimization
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
32
Autoorganizare
= proprietate a unui sistem evolutiv de a-și elabora noi forme de organizare, noi modele sau structuri interne= încercarea continuă a sistemului de a se organiza în structuri mai complexe
Exemple de autoorganizare
➢ formarea cristalelor de gheață➢ cristalizarea sării➢ creierul uman
Inteligență computațională
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
33
Sumar
➢ Fundamente ale inteligenței artificiale➢ Inteligență computațională
Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.
În episodul următor: Rețele Neuronale Artificiale.
Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional