Τεχνητή Νοημοσύνη (ΥΠ23) 6 ο εξάμηνο Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Ουρανία Χατζή

Transcript

1 Τεχνητή Νοημοσύνη (ΥΠ23) 6 ο εξάμηνο Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Ουρανία Χατζή raniah@hua.gr 1

2 Εισαγωγή «Τεχνητή Νοημοσύνη (Artificial Intelligence) είναι ο τομέας της Επιστήμης των Υπολογιστών που ασχολείται με τη σχεδίαση ευφυών υπολογιστικών συστημάτων, δηλαδή συστημάτων που επιδεικνύουν χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τη νοημοσύνη στην ανθρώπινη συμπεριφορά» (Barr & Feigenbaum) Πρέπει πρώτα να ορισθεί ο όρος νοημοσύνη (intelligence) 2

3 Ορισμοί Νοημοσύνης Howard Gardner, Developmental Psychologist, Harvard Διακρίνει σε κάθε άνθρωπο 8 τύπους νοημοσύνης (Frames of Mind: The theory of Multiple Intelligences, 1983): γλωσσική, λογική/μαθηματική, μουσική, χωρική, σωματική, διαπροσωπική, ενδοπροσωπική, φυσιοκρατική (προστέθηκε το 97). Οι τύποι αυτοί είναι ευδιάκριτοι μέσα στον εγκέφαλο, αλλά στην πράξη χρησιμοποιούμε έναν συνδυασμό τους σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή. Cambridge Η ικανότητα για μάθηση, κατανόηση και κρίση, ή αιτιολογημένη έκφραση γνώμης 3

4 Abstract thought, understanding, selfawareness, communication, reasoning, learning, having emotional knowledge, retaining, planning, and problem solving More definitions The capacity to acquire and apply knowledge, the faculty of thought and reason, superior powers of mind Oxford The ability to acquire and apply knowledge and skills The ability to learn or understand or to deal with new or trying situations, the skilled use of reason, the ability to apply knowledge to manipulate one's environment or to think abstractly as measured by objective criteria (as tests) 4

5 Even more Ο Douglas Hofstadter (professor of cognitive science) προτείνει ότι νοημοσύνη περιλαμβάνει: Ανταπόκριση σε καταστάσεις με ελαστικότητα (όχι μηχανική συμπεριφορά) Κατανόηση ασαφών και αντιφατικών μηνυμάτων από τα συμφραζόμενα Αναγνώριση και ιεράρχηση καταστάσεων με βάση τη σπουδαιότητά τους Εύρεση ομοιοτήτων σε φαινομενικά ανόμοιες καταστάσεις Εύρεση διαφορών σε φαινομενικά όμοιες καταστάσεις Οι παραπάνω καταστάσεις έχουν τουλάχιστον ένα κοινό χαρακτηριστικό: αποκτώνται εύκολα από τους ανθρώπους και βασίζονται συνήθως σε ένα σύνολο σταθερών / στερεότυπων απόψεων ή γνώσεων που κατέχει οποιοσδήποτε άνθρωπος και αποκαλείται κοινή λογική (common sense). 5

6 Γενικός ορισμός της Τεχνητής Νοημοσύνης Τεχνητή Νοημοσύνη είναι ο τομέας της Επιστήμης των Υπολογιστών που ασχολείται με τη σχεδίαση και την υλοποίηση προγραμμάτων τα οποία είναι ικανά να μιμηθούν τις ανθρώπινες γνωσιακές ικανότητες, εμφανίζοντας έτσι χαρακτηριστικά που αποδίδουμε συνήθως σε ανθρώπινη συμπεριφορά, όπως για παράδειγμα η επίλυση προβλημάτων, η αντίληψη μέσω της όρασης, η μάθηση, η εξαγωγή συμπερασμάτων, η κατανόηση φυσικής γλώσσας κτλ. 6

7 Γνωσιακή Επιστήμη Η επιστήμη που ερευνά τους μηχανισμούς της ανθρώπινης ευφυΐας αναφέρεται ως γνωσιακή ή γνωσιολογική επιστήμη (cognitive science). Όσο πιο απλή και αυτονόητη είναι μια λειτουργία για τους ανθρώπους, τόσο πιο δύσκολα μπορεί να μεταφερθεί σε έναν υπολογιστή, δηλαδή να περιγραφεί με ένα πρόγραμμα (π.χ. αναγνώριση χαρακτήρων, σχηματισμός λέξεων, κατανόηση νοήματος ομιλιών, αναγνώριση προσώπων κτλ). Αντίθετα αν μια εργασία είναι αρκετά δύσκολη ώστε να απαιτεί σχεδιασμό των βημάτων που πρέπει να εκτελεστούν για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα, τότε είναι ευκολότερο να περιγραφούν αυτά τα βήματα με κάποιο πρόγραμμα (π.χ. επίλυση μαθηματικού προβλήματος, επεξεργασία φορολογικής δήλωσης). 7

8 Προσεγγίσεις για την Τεχνητή Νοημοσύνη Κλασική ή Συμβολική (Symbolic AI): Βασίζεται στην κατανόηση των νοητικών διεργασιών και ασχολείται με τη προσομοίωση της ανθρώπινης νοημοσύνης προσεγγίζοντάς την με αλγορίθμους και συστήματα δομικές μονάδες τα σύμβολα, π.χ. λογική, συστήματα κανόνων, πλαίσια Υπολογιστική Νοημοσύνη (computational intelligence) ή Συνδετική (connectionist) ή Μη-Συμβολική: Βασίζεται στη μίμηση της βιολογικών λειτουργιών όπως η διαδικασία της εξέλιξης των ειδών ή η λειτουργία του εγκεφάλου π.χ. γενετικοί αλγόριθμοι, νευρωνικά δίκτυα. 8

9 Η δοκιμασία Turing Ο Alan Turing ( ), ο οποίος θεωρείται ο πατέρας της Τεχνητής Νοημοσύνης, εμπνεύστηκε το 1950 ένα τεστ (Turing test), για τον χαρακτηρισμό μιας μηχανής ως ευφυούς. Το τεστ βασίζεται σε μια σειρά από ερωτήσεις που υποβάλλει κάποιος ταυτόχρονα σε έναν άνθρωπο και μια μηχανή, χωρίς να γνωρίζει εκ των προτέρων ποιος είναι τι. Αν στο τέλος ο εξεταστής δεν καταφέρει να ξεχωρίσει τον άνθρωπο από τη μηχανή, τότε η μηχανή πετυχαίνει το τεστ και θεωρείται ευφυής. Ο προγραμματισμός ενός υπολογιστή για να περάσει το τεστ απαιτεί τη συμμετοχή αρκετών επιστημονικών πεδίων, όπως επεξεργασία φυσικής γλώσσας, αναπαράσταση γνώσης, αυτοματοποιημένη συλλογιστική, μηχανική μάθηση, κτλ. Το πλήρες Turing test είναι επέκταση του αρχικού που περιλαμβάνει την αναγνώριση εικόνων και αντικειμένων, και απαιτεί συμμετοχή κι άλλων επιστημονικών πεδίων όπως η μηχανική όραση και η ρομποτική. 9

10 Οριοθέτηση Τεχνητή Νοημοσύνη = Αναπαράσταση γνώσης + Αναζήτηση Εφαρμογές 10

11 Περιοχές της Τεχνητής Νοημοσύνης Επίλυση προβλημάτων Απόδειξη Θεωρημάτων Επεξεργασία Φυσικής Γλώσσας Τεχνητή Όραση Μηχανική Μάθηση Σχεδιασμός Ενεργειών και Χρονοπρογραμματισμός Αυτόνομα Ρομπότ Έμπειρα Συστήματα Συστήματα Γνώσης Ευφυείς Πράκτορες Ευφυείς Υπηρεσίες Διαδικτύου και Σημασιολογικό Διαδίκτυο Προσαρμοζόμενα και Εξελισσόμενα Ευφυή Συστήματα 11

12 Περιεχόμενο μαθήματος Περιγραφή Προβλημάτων Αλγόριθμοι Αναζήτησης Αναπαράσταση Γνώσης Συλλογιστικές Λογική Δομημένες Αναπ. Γνώσης Κανόνες Αβεβαιότητα Ασάφεια Σχεδιασμός Ενεργειών Ικανοποίηση Περιορισμών Μηχανική Μάθηση Λογικός Προγραμματισμός Prolog Γενετικοί αλγόριθμοι Νευρωνικά δίκτυα 12

13 Δομή και Βαθμολόγηση Μαθήματος Δομή: Τρίωρες διαλέξεις (Πιθανόν) Εργαστήριο Prolog Ασκήσεις Prolog Υλικό και υποστήριξη μέσω e-class Βαθμός: 80% γραπτή εξέταση 20% ασκήσεις 13

14 Συγγράμματα και Εκπαιδευτικό Υλικό Ι. Βλαχάβας, Π. Κεφαλάς, Ν. Βασιλειάδης, Φ. Κόκκορας και Η. Σακελαρίου. «Τεχνητή Νοημοσύνη» εκδόσεις Β. Γκιούρδας. Stuart Russel and Peter Norvig. «Τεχνητή Νοημοσύνη: Μια σύγχρονη προσέγγιση», εκδόσεις Κλειδάριθμος. Συμπληρωματικό υλικό & σημειώσεις Prolog. 14

15 Ενδεικτική Βιβλιογραφία Ενότητα 1.1 (1.1.1 και 1.1.2) του βιβλίου «Τεχνητή Νοημοσύνη», Ι. Βλαχάβας, Π. Κεφαλάς, Ν. Βασιλειάδης, Φ. Κόκκορας και Η. Σακελλαρίου. 15