Introducere in Inteligenta Artificiala

October 4, 2016

Detalii contact

I Anca Marginean

I sala 21, Baritiu 26-28

I anca.marginean@cs.utcluj.ro

I http://cs-gw.utcluj.ro/~anca

Bibliografie

Artificial Intelligence: A Modern Approach (3rd edition), autori:Stuart Russell, Peter Norvig

I http://aima.cs.berkeley.eduI Stuart Russell - University of California, Berkeley

I Director of the Center for Intelligent SystemsI Adjunct Professor of Neurological Surgery, University of

California, San Francisco

I Peter Norvig - Director of Research GoogleI director responsabil pentru algoritmii de cautare web intre

2002-2005

I pozitia 22 in citari in domeniul Computer Science pe Citeseer

I utilizata in 1325 scoli/universitati din 118 tari

I pozitia 4 in acest secol

Final Position from Game 6 of Kasparov vs. Deep Blue, 1997

Honda Asimo robotI mentinerea echilibruluiI integrarea informatiilor de la mai multi senzori si estimarea

schimbarilor din mediu - miscarea oameniorI generarea comportamentului autonom http://world.

honda.com/ASIMO/technology/2011/index.html

http://world.honda.com/news/2011/

c111108All-new-ASIMO/video01/index.html

Thomas Bayes(1702-1761)

- probabilitatea drept masura a gradului de incredere (partialbelief), nu o frecventa

2004 - Mars Exploration Rovers - Spirit and Opportunity

Alan Turing(1912-1954)

Turing Test. Concept formalization for Algorithm andComputation with the Turing machine

I machine learning

I genetic algorithm

I reinforcement learning

Robotul Shakey (1966-1972)

I perception

I world-modeling

I planning

I learning

Aristotel (384 iHr - 322 iHr) - Logica formala

Ce e Inteligenta?

Ce e inteligenta?

I definitii din dictionar:I capacitatea de a aduna si aplica cunostinteI abilitatea de a gandi si de a rationaI abilitatea de a intelege si de a profita din experienta

I homo-sapiens (wise-man) - a gandi: perceptie, intelegere,predictie si manipulare a lumiimanipulate = handle or control (a tool, mechanism, information, etc.) in

a skillful manner.

Ce e Inteligenta?

Ce e inteligenta?I definitii din dictionar:

I capacitatea de a aduna si aplica cunostinteI abilitatea de a gandi si de a rationaI abilitatea de a intelege si de a profita din experienta

I homo-sapiens (wise-man) - a gandi: perceptie, intelegere,predictie si manipulare a lumiimanipulate = handle or control (a tool, mechanism, information, etc.) in

a skillful manner.

Ce e Inteligenta Artificiala?

I studiul agentior care (1) percep mediul si (2) realizeaza actiuni

I The study of computations that make it possible toperceive, reason and act.

Scopuri:

I ingineresc: rezolvarea problemelor din lumea reala utilizand AIdrept un set de idei despre reprezentarea cunostintelor,utilizarea cunostintelor si asamblarea sistemelor

I stiintific: determinarea acelor idei despre reprezentareacunostintelor, utiizarea acestora si asamblarea sistemelor careexplica diverse feluri de inteligenta

Ce e Inteligenta Artificiala?

Imagine preluata din cursul AI edXsisteme care gandesc ca oamenii sisteme care gandesc rational

sisteme care actioneaza ca oamenii sisteme care actioneaza rational

omul rationalitatea

A actiona ca oameniiTestul Turing (1950) - test operational pentru comportamentinteligent: Imitation Game

duplicare vs studiul principiilor inteligentei (zborul artificial: aripavs studiul aerodinamicii)A sugerat componentele majore ale AI:

I procesarea limbajului natural (natural language processing)I reprezentarea cunostintelor (knowledge representation)I rationare automata (automated reasoning)I invatare (machine learning)I computer visionI robotica - manipularea obiectelor si miscarea

A actiona ca oameniiTestul Turing (1950) - test operational pentru comportamentinteligent: Imitation Game

duplicare vs studiul principiilor inteligentei (zborul artificial: aripavs studiul aerodinamicii)A sugerat componentele majore ale AI:

I procesarea limbajului natural (natural language processing)I reprezentarea cunostintelor (knowledge representation)I rationare automata (automated reasoning)I invatare (machine learning)

I computer visionI robotica - manipularea obiectelor si miscarea

A actiona ca oameniiTestul Turing (1950) - test operational pentru comportamentinteligent: Imitation Game

duplicare vs studiul principiilor inteligentei (zborul artificial: aripavs studiul aerodinamicii)A sugerat componentele majore ale AI:

I procesarea limbajului natural (natural language processing)I reprezentarea cunostintelor (knowledge representation)I rationare automata (automated reasoning)I invatare (machine learning)I computer visionI robotica - manipularea obiectelor si miscarea

A gandi ca oamenii: Cognitive Science

Cum functioneaza mintea umana

I introspectie

I experimente psihologice

Necesita teorii stiintifice ale activitatilor interne ale creieruluiCum se valideaza astfel de teorii

I predictia si testarea comportamentului subiectilor umani(top-down) - Cognitive Science

I identificare directa din date neuronale (bottom-up) -Cognitive Neuroscience

A gandi ca oamenii: Cognitive Science

Cum functioneaza mintea umana

I introspectie

I experimente psihologice

Necesita teorii stiintifice ale activitatilor interne ale creieruluiCum se valideaza astfel de teorii

I predictia si testarea comportamentului subiectilor umani(top-down) - Cognitive Science

I identificare directa din date neuronale (bottom-up) -Cognitive Neuroscience

A gandi rational: ”Laws of Thought”

NormativAristotel: ”right thinking”: care sunt argumentele, procesele degandire corecte?Silogism: ”Socrate e un om. Toti oamenii sunt muritori. Inconsecinta, Socrate e muritor”LogicaProbleme:

I nu toate comportamentele inteligente sunt mediate dedeliberare logica

I cunostintele informale → termeni formali ceruti de notatiilelogice + incertitudinea

I ”Ce ganduri ar trebui sa am dintre cele pe care le pot avea?” -resurse computationale

A actiona rational

Comportament rational: ”doing the right thing” - a face ceea cetrebuieThe right thing - atingerea optima a unor scopuri predefinite incontextul informatiei disponibileNu necesita neaparat gandit - ex: clipitul - dar gandirea ar trebuisa duca la comportament rationalAristotel: Every art and every inquiry, and similarly every actionand pursuit, is thought to aim at some gooda fi rational - a maximiza utilitatea asteptata

Rationalitate computationalaUn agent este o entitate care percepe si actioneazaUn agent rational este un agent care actioneaza in asa fel incatsa-si maximizeze utilitatea asteptata

IA - Designul agentilor rationali

Bazele inteligentei artificiale

Filozofie logica, metode de rationament, mintea ca sistem fizicbazele invatarii, ratiuniiPot regulile formale sa conduca la concluzii valide?Care e legatura intre minte si creier?Cum apar cunostintele?Com conduc cunostintele la actiune?

Matematica reprezentare formala si demonstratii, algoritmi, probabilitateCare sunt regulile formale care conduc la concluzii valide?Ce poate fi calculat?Cum rationam in prezenta informatiilor incerte?

continuare Bazele AI

Economia teorii formale ale deciziilor rationaleCum ar trebui sa luam deciziile pentru a maximiza profitul?Cum ar trebui sa facem aceasta cand profitul este departe in viitor?

Psihologia adaptarea, perceptia, actiuneatehnici experimentaleCum gandesc si actioneaza oamenii si animalele?

Lingvistica reprezentarea cunostintelor, gramaticiNeurostiinta substrat fizic pentru activitatea mentala

Cum proceseaza creierul informatia?

Scurta istorie a Inteligentei ArtificialeI 1940-1950: Inceputurile

I 1943: McCulloch si Pitts: circuit boolean ca model al creieruluiI 1950: Turing’s Computing Machinery and Intelligence

I 1950 - 70: Excitement: Look, Ma, no hands!I 1950s: Programe AI: Samuel’s checkers program, Newell si

Simon’s Logic Theorist, Gelernter’s Geometry EngineI 1956: intalnirea de la Dartmouth: a fost adoptat termenul de

”Artificial Intelligence” John McCarthyI 1965: Robinson’s complete algorithm for logical reasoningI 1966: ”the spirit is willing, but the flesh is weak” - ”the vodka

is good but the meat is rotten”I 1970 - 90: Abordarea bazata pe cunostinte

I 1969 - 79: Early development of knowledge-based systemsI 1980 - 88: Expert systems industry boomsI 1988 - 93: Expert systems industry busts: AI Winter

I 1990 -: Abordarea statisticaI Resurgence of probability, focus on uncertaintyI General increase in technical depthI Agents and learning systems AI Spring

I 2000 -: Avant si omniprezenta

Exemple

Viziune, planificare, rationare, control

I 2002: https://www.youtube.com/watch?v=PtL777DZvXM

I RoboCup 2016https://www.youtube.com/watch?v=XgRw42oHN-Y

I RobotDogshttps://www.youtube.com/watch?v=T1i1LcCKwfM

I Cautare in labirinthttps://www.youtube.com/watch?v=bproY7G2t4o

I Folding https://www.youtube.com/watch?v=5FGVgMsiv1s

I Uber autonomous carhttps://www.youtube.com/watch?v=NodzOaLJENo

Exemple: Procesarea limbajului natural

I Eliza http:

//www.alicebot.org/articles/wallace/eliza.html,Google chat bot activityhttp://www.cnbc.com/2016/09/20/

google-bought-a-chatbot-start-up-for-a-future-where-well-all-be-talking-to-robots.

html

I Sentiment analysis http://nlp.stanford.edu/sentiment/

I Alchemy http://www.alchemyapi.com/products/demo/

alchemylanguage

I Speech technologies: Siri, text2Speech

I text classification, spam filter

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Ce poate AI

I Poate juca un joc decent de tenis?

I Poate juca un joc decent de Jeopardy?

I Poate conduce in siguranta o masina?

I Poate cumpara alimente necesare pentru o saptamana de peweb?

I Poate descoperi si demonstra noi teoreme matematice?

I Conversa cu succes cu o alta persoana pentru o ora?

I Poate realiza o operatie chirurgicala?

I Poate impatura hainele si pune vasele la loc?

I Traduce Chineza vorbita in Engleza vorbita in timp real?

I Poate scrie o poveste intentionat comica?

Stadiu actual

I planificare automata

I control automat

I game playing: Deep Blue 1997 victorie impotriva campionuluila sah Garry Kasporov

I diagnoza

I planificare logistica

I intelegerea limbajului

Povesti cu umor neintentionat

I One day Joe Bear was hungry. He asked his friend Irving Birdwhere some honey was. Irving told him there was a beehive inthe oak tree. Joe walked to the oak tree. He ate the beehive.The End.

I Joe Bear was hungry. He asked Irving Bird where some honeywas. Irving refused to tell him, so Joe offered to bring him aworm if he’d tell him where some honey was. Irving agreed.But Joe didn’t know where any worms were, so he askedIrving, who refused to say. So Joe offered to bring him aworm if he’d tell him where a worm was. Irving agreed. ButJoe didn’t know where any worms were, so he asked Irving,who refused to say. So Joe offered to bring him a worm ifhe’d tell him where a worm was..

Rezumat

I Ce e Inteligenta Artificiala?

I Scurta istorie.

I Stadiu actual.

Temele cursului

Primul semestru de AI: Introducere in Inteligenta Artificiala -I Problem solving

I Search (ex: Pacman run c3.sh, c4.sh)I Adversarial search (ex: Pacman c5.sh)I Constraint Satisfaction Problem

I Knowledge, reasoning and planningI propositional logic, First order logic (ex: demonstratoare de

teoreme)I Planning

Exemple: Demonstratoare de teoreme

Lion lies on Monday, Tuesday and Wednesday.Unicorn lies on Thursday, Friday and Saturday.Both tell truth on other days.Both say yesterday was one of their lying days.Prove that today is Thursday.http://www.cs.miami.edu/~tptp/cgi-bin/SeeTPTP?

Category=Problems&Domain=PUZ&File=PUZ005-1.p

Exemple: Reprezentarea cunostintelor

Knights and Knaves - Raymond SmullyanThe Island of Knights and Knaves has two types of inhabitants:knights, who always tell the truth, and knaves, who always lie.One day, three inhabitants (A, B, and C) of the island met aforeign tourist and gave the following information aboutthemselves:

1. A said that B and C are both knights.

2. B said that A is a knave and C is a knight.

What types are A, B, and C?(answer set programming)

Activitate curs/laborator

I Pacmanhttp://ai.berkeley.edu/project_overview.html -solutii originale, (penalizare plagiat = nota 1 la laborator)

I Short-questions

I AI competitions: http://vindinium.org/,http://theaigames.com/competitions,https://www.battlecode.org/contestants/lectures

I Proiect individual