Intelektikos pagrindai

1. Intelektikos pagrindai P176B100 2012 m. Robertas Damaševičius robertas.damasevicius@ktu.lt

2. Intelektika. Dirbtinis intelektas. Mašininis mokymas

3. Intelektikos mokslas • Intelektas • gebėjimas gauti žinias ir jas panaudoti • Intelektika – • pažinimo mokslo (cognitive science) dalis • nagrinėjanti „dirbtinio intelekto“ problemas • ir jų taikymus

4. Kompiuterinė intelektika • Kompiuterinė Intelektika • informatikos mokslo šaka, • tirianti kompiuterių naudojimą • imituojant žmogaus proto savybes

5. Intelektikos objektai • Intelektualios elgsenos modeliavimas (išmanieji agentai) • Mąstymo proceso modeliavimas (sprendimų teorija) • Smegenų ir nervų sistemos modeliavimas (neuroniniai tinklai)

6. Intelektiniai sugebėjimai • gebėjimas mąstyti; • gebėjimas skaičiuoti – gebėjimas dirbti su skaičiais ir atlikti aritmetinius veiksmus; • žodinis lankstumas – gebėjimas lengvai, laisvai ir tinkamais žodžiais išdėstyti savo mintis; • verbalinis suvokimas – gebėjimas suvokti žodinę ir rašytinę informaciją; • atmintis; • erdvinė orientacija – gebėjimas įsivaizduoti erdvėje įvairius daiktus ir objektus.

7. Pagr. intelektikos mokslo tikslai • Suprasti (žmonių, gyvūnų, dirbtinių agentų) intelektą įgalinančius principus • Kurti protingas mašinas ar agentus, sugebančias atlikti sudėtingas užduotis, kurių negali ar nenori daryti žmonės • Formalizuoti pažinimo ir samprotavimo žinias • Palengvinti žmonių darbą su kompiuteriu • Kurti žmonių-kompiuterio sąsajas, grįstas žmogaus ir kompiuteriu intelektualiu bendradarbiavimu

8. Intelektikos tyrimų šakos Žinių atvaizdavimas Paieška Logika Mašininis mokymasis Valdymo, planavimo algoritmai Ekspertinės sistemos Kalbos atpažinimas Vaizdo atpažinimas Robotika

9. Dirbtinis intelektas • Terminas naudojamas nuo 1956 m. • Dirbtinis intelektas skiriasi nuo įprastų kompiuterinių algoritmų tuo, kad gali apsimokyti, tai atlikdamas tą patį veiksmą gali elgtis kitaip priklausomai nuo prieš tai atliktų veiksmų • Siejasi su jutimu, kalbos apdorojimu, vaizdo apdorojimu, planavimo ir valdymo algoritmais, apsimokymu, adaptavimusi

10. Sistemos, kurios mąsto kaip žmonės Sistemos, kurios mąsto racionaliai Sistemos, kurios veikia kaip žmonės Sistemos, kurios veikia racionaliai Dirbtinio intelekto sistemos MĄSTYMAS ELGSENA KOMPIUTERIS (skaitmeninė logika) ŽMOGUS

11. Jei pagal atsaką negalima patikimai nuspręsti, ar jo šaltinis yra žmogus ar kompiuterinė sistema, tokia sistema yra intelektuali (sumani, protinga) Žmogus ne visada mąsto racionaliai Logika ne visada tinka neapibrėžtumui išspręsti Protinga ≠ Racionalu ≈ Tikslinga Tikslingumą aprašo tikslo funkcija ? Intelekto atpažinimas: Tiuringo testas (1950)

12. Totalinis Tiuringo testas • Papildomai apima • kompiuterinį vaizdo apdorojimą • Matyti aplinkos objektus • robotiką • Judėti / perkelti objektus

13. Ekspertinės sistemos • Sistemos, kurios elgiasi (priima sprendimus) racionaliai (kaip žmonės) • Loginio samprotavimo nepakanka • Reikalingos srities žinios

14. Agentų technologija • Agentas - kompiuterinė sistema, kuri, veikdama tam tikroje aplinkoje, gali atlikti savarankiškus veiksmus, atitinkančius jo veikimo paskirtį • Savarankiškumas suprantamas kaip veikimas be tiesioginio žmogaus ar kito agento pagalbos ir sugebėjimas keisti savo vidinę būseną bei valdyti veiksmus pagal tam tikrą nustatytą valdomo proceso dėsningumą. • Programinis agentas – programa, kuri nepertraukiamai ir autonomiškai funkcionuoja tam tikroje aplinkoje ir gali bendrauti su kitais agentais ar procesais

15. Agentų tipai (1) • Svarstymo agentai • turi simbolinį aplinkos modelį ir atlieka loginius samprotavimus • Bendradarbiaujantieji agentai • pasižymi autonomija, greita reakcija, iniciatyva, ir gebėjimu bendradarbiauti su kitais agentais, kad galėtų atlikti savo užduotis • Sąsajos agentai • pasižymi autonomiškumu ir gebėjimu mokytis tam, kad pasiekti jų vartotojų tikslus • Mobilieji agentai • sugeba klajoti kompiuteriniuose tinkluose, sąveikauti su kitais vartotojais, savo šeimininko vardu rinkti informaciją, prisijungti prie serverių ir lokaliai peržvelgti duomenų bazes, surasti tinkamą informaciją ir grįžti „namo“ atlikus vartotojo numatytas užduotis

16. Agentų tipai (2) • Interneto agentai • naudojami tik interneto aplinkoje. Jie tvarko, rūšiuoja arba atrenka reikiamą informaciją iš įvairių paskirstytų šaltinių. • Reaktyvieji agentai • neturi vidinio simbolinio aplinkos modelio, o vietoj to jie veikia/atsako į aplinkos poveikius. • Hibridiniai agentai • apjungia dviejų ar daugiau aukščiau minėtų agentų rūšių savybes. • Sumanūs agentai • agentai, kurie turi dirbtinį intelektą

17. Agento intelektualumas • Kiekvienas agentas turi turėti tam tikrą intelektualumo laipsnį, kad galėtų būti agentu. • Agento intelektualumas susideda iš trijų pagrindinių komponentų: • vidinės žinių bazės apimtis, • sprendimo galimybės, kuri remiasi žinių bazės turiniu, • galimybės mokytis ar prisitaikyti prie aplinkos pasikeitimo (adaptyvus elgesys)

18. Vidinės agentų savybės (1) • Vidinės savybės • formuoja agento vidinę būseną • apima galimybę mokytis, reaktyvumą, autonomiškumą ir tikslo siekimą. • Reaktyvumas. • Agentas turi elgesiu paremtą veiklos modelį ir turi sugebėti reaguoti į paprastus poveikius ar informaci­jos pasikeitimus jį supančioje aplinkoje. Ši aplinka gali būti reali probleminė sritis, vartotojas su atitinkama sąsaja, kitų agentų grupė, Interneto aplinka, arba visų šių komponentų kombinacija. • Sprendimas/Mokymasis. • Kiekvienas agentas turi turėti tam tikrą intelektualumo laipsnį, kad galėtų būti agentu.

19. Vidinės agentų savybės (2) • Autonomiškumas. • Agentas sugeba siekti savo tikslų autonomiškai, t.y., be jokių sąveikų ar komandų iš aplinkos. Vartotojas gali tik duoti agentui komandas, idėjas ar nurodyti jį dominančius dalykus, kad agentas galėtų nepriklausomai spręsti reikiamas užduotis • Tikslo siekimas. • Agentas turi žinoti konkrečius tikslus arba turėti tikslų sistemą • Iniciatyvumas. • Agentas nebūtinai tik reaguoja į savo aplinkos pokyčius, bet gali imtis ir iniciatyvos nustatytam tikslui siekti

20. Išorinės agentų savybės • Išorinės savybės • apima visas tas savybes, kurios turi reikšmės keleto agentų ar žmogaus-agento tarpusavio sąveikai, pvz., bendravimas ir bendradarbiavimas. • Bendravimas • naudojamas agento kontaktų su aplinka palaikymui. Agentas aprūpinamas tam tikra užklausų aibe, kad galėtų bendrauti su kitais agentais ir iš jų gauti atsakymus iš žinomos atsakymų aibės. • Bendradarbiavimas • agentų, kurie sprendžia bendrą užduotį, tarpusavio bendravimas keičiantis tikslais, savybėmis ir žiniomis.

21. Agento vidinė būsena (1) • Įsitikinimai (beliefs) • sudaro bazinį agento požiūrį į aplinką. • naudoja norėdamas nustatyti galimus aplinkos pasikeitimus. • Norai (desires) • išvedami tiesiogiai iš įsitikinimų. • sudaro agento nuomonę apie būsimas situacijas. • Tikslai (goals) • vaizduoja agento norų poaibį, kuriems vykdyti jis turi atlikti kokį nors veiksmą. • tikslai turi būti realūs ir įgyvendinami bei neturi prieštarauti tarpusavyje. • tikslai formuoja agento potencialių veiksmų aibę, nes jie perteikia galimų veiksmų alternatyvas tam tikru laiko momentu.

22. Agento vidinė būsena (2) • Ketinimai (intentions) • tikslų poaibis. • jei agentas nusprendžia įgyvendinti tam tikrą tikslą, tai šis tikslas tampa ketinimu. • Planai (plans) • sustato agento ketinimus į nuoseklias sekas. • visų planų aibė atspindi agento ketinimus.

23. Sumanieji agentai • Sumanusis agentas yra sistema, kuri • Gali suvokti savo aplinką • Gali samprotauti, spręsti problemas, priimti sprendimus • Gali siekti tikslų Duomenys / jutikliai Sumanusis agentas Vartotojas / aplinka Rezultatai / vykdikliai

24. Agento architektūra • Veiksmų pasirinkimas yra atliekamas sprendimų įrenginyje, kuris naudoja planavimo ir koordinavimo modulius • Planavimo veiklos metu nustatoma veiksmų seka užduotam tikslui pasiekti • Reikia apmokyti

25. Mašininis mokymasis • Intelektikos sritis • Adaptyvių kompiuterinių sistemų, galinčių pagerinti savo veikimo efektyvumą mokydamosi iš įvesties duomenų arba savo pačių patirties, kūrimas

26. Mašininio mokymosi tikslai • Bendrųjų mokymosi principų, metodų ir algoritmų suradimas • Žiniomis grįstų sistemų kūrimo automatizavimas • Žmogaus mokymosi mechanizmų modeliavimas

27. Mašininio mokymosi uždaviniai • Klasifikaciniai uždaviniai skirti suskirstyti objektus į grupes. • Paprasčiausias – binarinis klasifikatorius, pvz., žmogus serga/neserga • Kai yra daugiau grupių naudojami keli klasifikatoriai, kurių pagalba gaunamas norimas rezultatas • Prognozavimo uždaviniai tokie, kuomet pagal turimus duomenis yra spėjama, kokie bus tolimesni. • Pvz.: oro prognozė, ligų diagnostika

28. Apibrėžimas • Kompiuterio programa mokosi iš patyrimo E atsižvelgdama į tam tikrą užduočių klasę T ir veiklos įvertį P, jei jos veikla užduotyje T, matuojant pagal įvertį P, gerėja patyrimo E atžvilgiu • A computer program is said to learn from experience E with respect to some classof tasks T and performance measure P, if its performance at tasks in T, as measuredby P, improves with experience E. [Mitchell, T. (1997). Machine Learning, McGraw Hill]

29. Intelektikos teorija • Apima 3 pagr. sritis • Skaičiavimų (algoritmų) teorija – kaip gauti rezultatą • Formalioji logika – kaip gauti teisingą rezultatą • Tikimybių teorija – kaip gauti patikimą rezultatą, kai teisingas rezultatas nežinomas arba jį suskaičiuoti pernelyg sudėtinga

30. Intelektikos metodai (1) • Paieška • Galimi atsakymai (sprendimai, veiksmai) saugomi struktūrizuotoje erdvėje (pvz., duomenų bazėje), kurioje reikia atlikti paiešką • Paieška gali būti: • Akla (pilnas perrinkimas) • Heuristinė (dalis atskaymų atmetama priklausomai nuo ankstesnių atsakymų)

31. Intelektikos metodai (2) • Žinių apie aplinką atvaizdavimas • Kaip aprašyti mūsų žinias apie pasaulį? • Kaip tai aprašyti glaustai? • Kaip tai aprašyti, kad būtų galima greitai atlikti paiešką? • Kaip gauti naujas žinias iš jau turimų žinių? • Kaip elgtis su neapibrėžtomis (nepatikimomis) žiniomis?

32. Intelektikos metodai (3) • Planavimas • Turint tikslų aibę, reikia surasti tokią veiksmų seką, kuri leistų tuos tikslus pasiekti • Problemos: • Labai didelė paieškos erdvė • Pasaulis gali keistis dinamiškai • Ką daryti, kai atliktus veiksmus laukiami rezultatai nepasiekiami?

33. Mokymasis Sistema turi sugebėti pakeisti savo veiksmų seką priklausomai nuo savo patirties (veiksmų istorijos) Problemos: Kaip iš senų faktų (žinių) sukurti naujus faktus (žinias)? Kaip nustatyti, kada naujoje aplinkoje situacija pasikeitė ir reikia keisti veiksmų seką? Intelektikos metodai (4)

34. Iš intelektualios sistemos tikimąsi, kad ji Turės jutiklius (vaizdo, garso ir kt.) Bendraus su žmonėmis (supras kalbą, generuos tekstą, paveikslus) Galės keisti savo buvimo vietą (aplinką) robotika Intelektualios sistemos sąveika su aplinka

35. Intelektikos taikymai • Didelių duomenų kiekių analizė • Kosmoso tyrimų duomenys • Genetinio kodo analizė • Brukalo filtravimas

36. Intelektikos taikymai • Teksto apdorojimas • Kalbos analizė • Mašininis vertimas

37. Intelektikos taikymai • Duomenų paieška • Interneto paieškos serveriai

38. Intelektikos taikymai • Medicina: • Lazerinės operacijos, vaizdų apdorojimas

39. Intelektikos taikymai • Pramogos • Žaidimai

40. Intelektikos taikymai • Robotika • Planavimas • Autonominis valdymas

41. Intelektikos taikymai • Smegenų - kompiuterio sąsaja • Išorinių elektroninų įrenginių (robotų) tirsioginis valdymas smegenų / nervinių signalų pagalba

42. Robotai. Robototechnika. Robotų programavimas.

43. Kas yra robotas? • Robotas yra „perprogramuojamas daugiafunkcinis manipuliatorius suprojektuotas transportuoti medžiagas, detales, įrankius ar specializuotus įtaisus naudojant įvairius užprogramuotus judesius ir skirtas įvairių užduočių atlikimui“ [The Robot Institute of America, 1979] • Robotas yra „automatinis įtaisas, kuris atlieka paprastai žmonių atliekamus veiksmus“ [Webster, 1993]. • Robotas – „mašina, kuri gali suvokti aplinką, reaguoti į ją ir veikti“ [A. Machworth].

44. Kas yra robotas? (2) • Robotas – „elektromechaninė, kompiuterio valdoma mašina atliekanti užprogramuotas užduotis“. • Robotas – mechaninis aparatas, galintis atlikti užprogramuotas fizines užduotis. Robotas gali būti valdomas tiesiogiai žmogaus arba veikti valdomas užprogramuoto kompiuterio. • Robotai gali atlikti užduotis, kurios yra pavojingos žmogui, dirbti žmonėms kenksmingoje aplinkoje. Jie taip pat gali atlikti monotoniškas, dažnai pasikartojančias užduotis, tokiu būdu pigiai pakeisdami žmogaus rankų darbą

45. Kas yra robotika? • Robototechnika (robotika) – mokslas apie robotų kūrimo, gamybos ir panaudojimo metodus • Robotikos terminą sukūrė I. Asimov, 1941 m.

46. Robotikos raida (1) • 3 a. pr. m.e.: Kinijos rašytiniuose šaltiniuose (LieZi) pirmą kartą paminėtas mechaninis žmogus (automatas), kurį sukūrė ‘meistras’.

47. Robotikos raida (2) • apie 270 m. pr. m.e.: graikų mokslininko Ktesibo vandens laikrodžiai ir kiti vandeniu varomi mechanizmai

48. Robotikos raida (3) • I a.: Heronas iš Aleksandrijos aprašo apie 100-ą mašinų ir automatų (ne ginklų), įskaitant ugnies variklį, vargonus, mašiną, įjungiamą monetomis, ir garo variklį

49. Robotikos raida (4) • 1206: Programuojami humanoidai automatonai - Al-Džazario (Al-Jazari) 'Valtis su keturiais muzikantais'.

50. Robotikos raida (5) • 1495: Planai robotui-humanoidui - Leonardo Da Vinčio 'Mechaninis riteris‘ • Galėjo vaikščioti, pakelti rankas, atsisėsti, judinti burną • Taip pat Da Vinči sukūrė mechaninį liūtą ir spyruokle varomą automobilį