AS F

2016 © Adam Meissner
Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej
Politechniki Poznańskiej
Adam Meissner
[email protected]
http://www.man.poznan.pl/~ameis
SZTUCZNA INTELIGENCJA
Problematyka sztucznej inteligencji
Literatura
[1] Flasiński M., Wstęp do sztucznej inteligencji, PWN,
2011.
[2] Marciszewski W. (red.), Logika formalna; zarys encyklopedyczny z zastosowaniem do informatyki i
lingwistyki, PWN, Warszawa, 1987.
[3] Martinek J., Materiały do wykładów z przedmiotu
sztuczna inteligencja, prowadzonych w latach 1998
- 2008 na Wydz. Elektrycznym Politechniki Poznańskiej.
[4] Nilsson N.J., Artificial Intelligence: A New Synthesis,
Morgan Kaufmann Pub.,1998.
[5] Russell S.J., Norvig P., Artificial Intelligence: A Modern Approach, Prentice Hall, New Jersey, 2003.
1
2016 © Adam Meissner
Tematy wykładów
1. Problematyka sztucznej inteligencji
2. Podstawy logiki pierwszego rzędu
3. Problemy o modelu w postaci grafu stanów i metody ich rozwiązywania poprzez
przeszukiwanie
4. Architektury systemów eksperckich
5. Elementy logik deskrypcyjnych
6. Reprezentowanie i przetwarzanie wiedzy o
czasie
7. Elementy uczenia maszynowego
8. Podstawy sztucznych sieci neuronowych
2
2016 © Adam Meissner
Znaczenie terminu sztuczna inteligencja (SI)
Sztuczny
Przymiotnik określający substancje, przedmioty
lub zjawiska stworzone przez człowieka w celu zastąpienia odpowiedników naturalnych [za: Słownik
języka polskiego PWN].
Inteligencja
(a) Zespół zdolności umysłowych umożliwiających
jednostce korzystanie z nabytej wiedzy przy rozwiązywaniu nowych problemów i racjonalne, skuteczne zachowanie się wobec nowych zadań i warunków życia”
[Encyklopedia PWN]
(b) Zdolność do postrzegania, wnioskowania, uczenia
się, porozumiewania się i działania w złożonym środowisku” [3 na podstawie 4].
Sposoby klasyfikowania metod i systemów SI [4, 5]
• „przejawianie się” SI we wnioskowaniu lub w działaniu
• SI jako naśladowanie postępowania człowieka lub jako
postępowanie racjonalne
• forma reprezentowania wiedzy
− metody symboliczne - przetwarzanie wiedzy reprezentowanej za pomocą symboli (ciągów znaków)
− metody niesymboliczne - inne metody reprezentowania i
przetwarzania wiedzy (np. sygnały w sztucznych sieciach
neuronowych)
3
2016 © Adam Meissner
Rys historyczny
• IV w. p.n.e., Arystoteles – wnioskowanie za pomocą sylogizmów
• XIV w., Ramon Llull – dzieło Ars Magna, „generator idei”
• przełom XVI i XVII w., rabin Jehuda Loew ben
Bazalel z Pragi – Golem
• XVII w., Gottfried Leibniz – zamysł skonstruowania uniwersalnego rachunku logicznego
• XVIII w., Adam Smith – sformułowanie podstaw
ekonometrii
• połowa XIX w., George Boole – podstawy rachunku zdań
• koniec XIX w., Gottlieb Frege – podstawy logiki I
rzędu
• pierwsza połowa XX w., Kurt Goedel, Stephen
Kleene, Emil Post, Alonzo Church, Alan Turing –
badania nad własnościami logiki I rzędu, sformułowanie teorii wnioskowania automatycznego
• rok 1943, Warren McCulloch i Walter Pitts – proste modele neuronów, system SNARC (Marvin
Minsky i Dean Edmonds, 1950)
• lata 40-te XX w., Alan Turing, John von Neumann, John Mauchly, John Atanasoff, Konrad
Zuse – pierwsze maszyny liczące
• lata 50-te XX w. – pierwsze programy wnioskujące
• rok 1956, konferencja w Dartmouth
4
2016 © Adam Meissner
• Okres wielkich oczekiwań (1956-1975)
− system GPS oraz system LT (Newell, Simon)
− język LISP, system Advice Taker (John McCarthy, 1958)
− system MACSYMA (Carl Engelman, 1968)
− język Prolog (Alain Colmerauer, R. Kowalski,
1971)
− system SHRDLU (Terry Winograd, 1972)
• Początki systemów z wiedzą (1970-1980)
− DENDRAL (Buchanan et al., 1969)
− MYCIN (Ed Feigenbaum, 1976)
• Okres dojrzały (od 1980)
− zastosowanie systemów eksperckich w przemyśle (np. PROSPECTOR, G2)
− projekt „maszyn piątej generacji”
− wpływ SI na inne nauki: logika formalna (np. logiki deskrypcyjne), probabilistyka (np. formalizm
sieci Bayesa)
5
!
!∀#∃%∀%&∋
∋
∀#∃ %&∋ ∋()∗∋( ∋+,,−
∀+∃ (./∋ ∋()∋( ∋#012
∀3∃ )4∋56∋78∋8
8
8.+/∋6(9:7∋#00;
∀<∃ (=
>
∋∋
>)∋ #010
()∗+∗,−+,(.
∗/.
.012!034
??
∋=8≅Α≅
Β
?
# :5 #∋+∋
+ Χ
#∋+∋
3 :
?&8
.>,/
#∋+∋
< :
? &8
.≥,/
#∋+∋
; :
?8
• =∼.8/∋∧./∋∨. /∋
←.
/∋↔.= ∆Ε/∋
• ∀.8=/∋∃.8=5 /
− :
? ∋
.012%35
54
Χ?=
= ?
5≅
Β
# :5 ≅
+ Χ
≅
3 6 &8
?
#∋∋≅
∋.#∋∋/
∗
?88
Β
Α
.0120
∋6
4
6 &8
?
#∋∋≅
∋.#∋∋/.
/
.012%350
∋670
∋6%684
Χ?= ?
5≅
Β
# Φ
5
≅
5
+ 6 5≅∋
5≅∼ 3 6 ≅
5
∋≅
∧ ∋ ∨ ∋
←∋↔
< 6 5≅∋ ≅∋
5≅= . /
Φ
5?Α≅
∆Α
.012%&∀# 0#4
6 5≅∋ ≅∋
5Α Α !
Β
. /Χ5Α
∋
Β
Α Α88 ≅8
5
5
.012%
!7%
%9%4
) Γ. / = Α∋ ∀
( ≅
Α
∋∆
∆Α
6 ≅ ∋ = Β
Α≅
∋ Β
≅ ≅
.012∀5!7 %:%∀56 %
#&: 0
∋6 7
0
∋6%
#&4
) ?Α 5≅∋ ∆ #∋∋ ≅ Φ
5Α 2∀4111
2∀
4∋ ≅ 2∀4∋ Α # !
∋∆
5Α 2∃41112∃
4∋Β
≅ 2∃4∋ Α #!
∃! . /Β
5∋= )∗
.012∃:;0
∋6 ;4
%
ΑΑ.&∋ Φ/∋
8 & ./ ?
∋ ∆ Φ ≅≅ ≅≅5
?
Β
Α≅
∆∋8Β
Α≅
85
# Η
? 5 &
+ Η
&8
? ≅ & &
3 Η
&8
? &
≅ ?=Φ./?Α≅
?
&
.012<:%
:=4
∋(
) % Γ.&∋Φ/
∗ ∆?
Β
∋
∋∗./∈ &)+,.%/
?Α?
∆ Β
% +,∗−.%/ ⊂ +,.%/?= ∆ ∋=≅Α
5= ∗
.012<>
∋4
)?Α ∋(.
∀∃%∋∗
% ∆ ∗∈+,.%/∆ΑΑ≅
# ∀∃%−∗ = Φ(/∋
+ ∀∃%−∗ = ∗(/∋
3 ∀.#∋∋/∃ %−∗ = Φ(/.∀#∃%−∗∋∋∀∃%−∗/
.012<>!∀:%4
(8 8Α =Α ∆Β
8( 5 Α .012<>0
∋6 4
6 %Γ.&∋Φ/ ≅ ≅∋ ∗∈+,.%/ ∆ ∋ = ∆Ε 5
∀.#∋∋/∃∆ΑΑ≅
∋.∀#∃%−∗∋∋∀∃%−∗/∈Φ./
∀.#∋∋/∃%−∗Γ
∋.∀#∃%−∗∋∋∀∃%−∗/∉Φ./
(∆
55≅85
∋∀∃%−∗Γ
∀∼ ∃%−∗Γ
∋∀∃%−∗Γ
∋∀∃%−∗Γ8∗∈+,∗−.%/
∀.∀/∃%−∗Γ
∋∗∈+,∗−.%/∋∀∃%−∗Γ
∋∗∈+,∗−.%/∋∀∃%−∗Γ
∀.∃/∃%−∗Γ
∋∀∃%−∗Γ8∗∈+,∗−.%/
∧
Ι ∨ ←↔
Ι Ι Ι .012∃67∃6!<>7∃%<>7
?
!7∋!∀4
# Φ
5
% Β
∆ ∗∈+,.%/ ∋8∀∃ %−∗Γ Φ
5 8 % ∆ ∗∈+,.%/∋∀∃%−∗Γ
+ Φ
5 % .%
∋%
/ ∋8∀∃ %−∗Γ8
∆ ∗∈+,.%/
3 Φ
5
./ ∋8
5
.0120! 0#!<>706% <>7#∋!∀4
# Φ
5 Α % ∋
8 ∆ ∗∈+,.%/∋∀∃%−∗Γ
+ Φ
5
% ∋8∀∃ %−∗Γ
8 ∆ ∗∈+,.%/
3 Φ
5 .
∋ /
∋85 .012##:;!∀:%4
) ΨΓϑ#∋∋Κ ?Α ?
5 Φ
5 ?
5 Ψ .Ψ /∋
5#∧∧
Β
6 ΨΓϑΚ∋ 8Β
Α
5
)∗+)+≅..∗))
.0127%4
/
! / . = / Α
?=
Α 8ΑΑ 8∋ 8∋/ ∈ /
Η
Α
.012%35#;
54
Χ?
= + / Α?=
/? 5∆∋/ΓϑΛ+ Κ
Χ?=
= 8=∆Β
Ε 5≅? .+/
5Α #)∋8Μ8
?=.+,/ ≅ ∋ /Ν≅8
∆∋=8Α
.012∀∋6#4
0
Α 5 5
1#∋Ο∋ 1∋ 5 ∋#∋Ο∋ ∋∋∋ϑ1#∋Ο∋ 1Κ ∋#∧Ο∧ ∋Π85Α Α
1#∋∋1
∋#∋∋∋
Φ
51#, Ο,1 Α
∋
Β
5∋#, Ο, ∋∆Α
.012 54
) , ?Α ?
5 ∋
?
2, Α ≅8Β
5∋ =8 5 = .#/∈ +∋.+/∈ ,∋.3/
Β
Ε ∆85 Β
5?Α≅
5
≅
≅8
.012 50
∋6 7 ∃%!<>4
∋
2: Α Β
=?,∋=8
5
∋Α, Ν
= Α∋
? ? ,∋
ΑΒ
5≅?
,
.01250
∋6 70
∋6!4
&
/ Α =
5
?
= ∋+, ∃
Ν
= Α∋
/
.012∃∃<>∃6<>4
) ?Α ≅
5≅/ ?Α ≅
≅ ?
= +, 78
8Α.+, +, /
.+, +, /
.012∃%:%<>4
/
/
∋8
55Β
/
.0125∃4
&
/ Α Β
=
55 ?/∪ϑ!Κ
.012∃6<>%3∋∀∋6#4
)/?Α≅0?Α?
85 Β
Ν?0
= Α∋5∋Β
/ Ε 5≅
≅85≅?0
% #625=∃% 4
%:%Α
•
•
•
•
Θ 5∋
Θ ∋
1− Θ 5∋
1./Θ 51∋ =
Α
∋
• 1.Λ/Θ 51∋ = ≅Β
≅
∀∋6 Α
Π# 1∋1→
∀∋6∃Α
Π+ .∀/1./
1.Λ/
Α
#.∀Ρ/.5 .Ρ/→
.Ρ//
+5 ./
=∃%Α
./
5Α
Μ#5 ./→
./ϑΠ+#Κ
Μ+
./ϑΠ#+Μ#Κ