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TÉCNICAS DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Electiva ING. ELECTRÓNICADOCENTES: Ana Casali

Hernán Gonzalez

TIA-Introducción 2

TIA - OBJETIVOS

CONOCIMIENTOS EN:Tipos de problemas abordados por la IAManejo de algunas Técnicas y Herramientas

de IA.Aplicaciones en la Ingeniería.

HABILIDADES PARA: Desarrollar prototipos de algunos Sistemas

InteligentesRealizar informes, exponer tema/trabajo

práctico

TIA-Introducción 3

TIA - OBJETIVOS

CONOCIMIENTOS EN:Tipos de problemas abordados por la IAManejo de algunas Técnicas y Herramientas

de IA.Aplicaciones en la Ingeniería.

HABILIDADES PARA: Desarrollar prototipos de algunos Sistemas

InteligentesRealizar informes, exponer tema/trabajo

práctico

TIA-Introducción 4

TIA - MODULOS

INTRODUCCIONSISTEMAS BASADOS EN

CONOCIMIENTO - ONTOLOGÍASSISTEMAS BORROSOS (FUZZY

SYSTEMS)APRENDIZAJE AUTOMATIZADOAGENTES INTELIGENTES

TIA-Introducción 5

TIA - MODALIDAD

Clases teórico-prácticas en formato de Taller

Dictado: miércoles de 9 a 13hs

Lugar: Laboratorio de DSI

TIA-Introducción 6

TIA - PROMOCION

TP 1: Introducción a la IATP 2: Sistemas Basados en

Conocimiento – Ontologías TP 3: Fuzzy Systems TP 4: Aprendizaje Automatizado

EVALUACION GLOBALIZADORA

TIA-Introducción 7

TIA - PROMOCION

Aprobar todos los TPs (Grupales y se desarrollan en clase de Laboratorio) y

Aprobar la Evaluación Globalizadora

(1 recuperatorio)

TIA-Introducción 8

TIA – MATERIALES

Página web DSI-EIE (ver Ingeniería del Conocimiento)

www.dsi.fceia.edu.ar

Consultas:acasali@fceia.unr.edu.ar

TIA-Introducción 9

Hoy está presente en miles de aplicaciones...

QUE ES LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL ?

Antes...

TIA-Introducción 10

ROBOTICA

En que desarrollos encontramos algo de IA ?

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Sistemas de control (vuelos espaciales) Planificadores (aeropuertos) Sistemas de soporte a la decisión Supervisores inteligentes Casas inteligentes e-commerce, subastas electrónicas Agentes recomendadores e-learning .....

En que desarrollos encontramos algo de IA ?

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QUE ES LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL ?

Distintas definiciones.Conceptos fundamentales.Historia / Estado actual.Ramas de IADistintos campos de aplicación.

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QUE ES LA IA ?

La Inteligencia Artificial es la parte de las Ciencias de la Computación que se ocupa del diseño de sistemas inteligentes, esto es sistemas que exhiben características que asociamos con la inteligencia en las conductas humanas.

Feigenbaum y Barr ’80s

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El estudio de cómo lograr que las computadoras realicen tareas que por el momento, los humanos hacen mejor.

E. Rich - Knight, 1991

La rama de la Ciencias de la computación que se ocupa de la automatización de la conducta inteligente.

Luger y Stubblefield, 1993

QUE ES LA IA ?

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Es la Ciencia e Ingeniería de hacer máquinas inteligentes (especialmente programas).

Esto está relacionado a la tarea de usar computadoras para entender la inteligencia humana, pero IA no tiene que limitarse a métodos que son biológicamente observables.

J. Mc Carthy, 1998

QUE ES LA IA ?

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LAS DEFINICIONES DE IA SE AGRUPAN EN:

SISTEMAS QUE PIENSAN COMO HUMANOS

SISTEMAS QUE PIENSAN RACIONALMENTE

SISTEMAS QUE ACTUAN COMO HUMANOS

SISTEMAS QUE ACTUAN RACIONALMENTE

Inteligencia Inteligencia idealideal

RAZONAMIENTO

COMPORTAMIENTO

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DIFERENTES MODELOS:

SIMULAR EL COMPORTAMIENTO HUMANO A nivel de procesos cognitivos

CONSTRUIR PROGRAMAS INTELIGENTESDe la forma más eficiente

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MODELOS COGNITIVOS (SEMÁNTICOS)CIENCIA COGNITIVA, SON

TRANSPARENTES AL USUARIO, FACIL DE MODIFICAR - INCREMENTAR

SISTEMAS BASADOS EN EL CONOCIMIENTO (KBS)

AGENTES DELIBERATIVOS

MODELOS CONEXIONISTAS REDES NEURONALES ALGORITMOS GENETICOS AGENTES REACTIVOS

DIFERENTES MODELOS:

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MODELOS COGNITIVOS

SISTEMAS BASADOS EN CONOCIMIENTO

FUZZY SYSTEM

MODELOS CONEXIONISTAS

REDES NEURONALES

DIFERENTES MODELOS:

IC-Introducción 20

FILOSOFIA (desde 428 aC) teorías del razonamiento y aprendizaje

MATEMATICA (desde el 800) teorías formales de la lógica

PSICOLOGIA (desde 1879) investigación de la mente humana

INGENIERIA EN COMPUTACION (1940) herramientas para poder concretar IA

LINGÜÍSTICA (1957) teorías sobre el lenguaje (sintaxis-semántica)

CONF. DARTMOUTH 1956 NACIMIENTO IA

FUNDAMENTOS DE LA IA

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FILOSOFIA (desde 428 aC) teorías del razonamiento y aprendizaje

MATEMATICA (desde el 800) teorías formales de la lógica

PSICOLOGIA (desde 1879) investigación de la mente humana

INGENIERIA EN COMPUTACION (1940) herramientas para poder concretar IA

LINGÜÍSTICA (1957) teorías sobre el lenguaje (sintaxis-semántica)

CONF. DARTMOUTH 1956 NACIMIENTO IA

FUNDAMENTOS DE LA IA

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HISTORIA DE LA IA

• http://www.uned.es/pfp-internet-y-educacion/historia.html

• http://www.aaai.org/AITopics/bbhist.html

http://latinproject.org/index.php/en/component/booklibrary/510/view/53/Ingenier%C3%ADa/17/inteligencia-artificial

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RAMAS DE IA:

Búsqueda Heurística Representación del conocimiento Inferencia Planificación Aprendizaje Lenguaje Natural Visión Robótica

IC-Introducción 24

IJCAI is the International Joint Conference on AI - Buenos Aires Julio 25-31, 2015.

http://ijcai15.org/

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IJCAI is the International Joint Conference on AI - Buenos Aires Julio 25-31, 2015.

http://ijcai15.org/

Content Areas• Agent-based and Multi-agent Systems• Constraints, Satisfiability, and Search• Knowledge Representation, Reasoning and Logic • Machine Learning • Art & AI• Natural-Language Processing • Planning and Scheduling • Robotics and Vision • Uncertainty in AI • Web and Knowledge-based Information Systems

Knowledge Representation, Reasoning and Logic

Action, Change and Causality Automated Reasoning and Theorem Proving Beliefs and Knowledge Case-based reasoning Common-Sense Reasoning Computational Complexity Description Logics and Ontologies Diagnosis and Abductive Reasoning Geometric, Spatial, and Temporal Reasoning Knowledge Representation Logic Programming Many-Valued and Fuzzy Logics …

Multidisciplinary Topics And ApplicationsAI and Natural Sciences AI and Social Sciences Art and Music AI and Ubiquitous Computing Systems Autonomic Computing Brain Sciences Cognitive Modeling Computational Biology and e-Health Computer Games Computer-Aided Education Human-Computer Interaction Intelligent Database Systems Intelligent User Interfaces Interactive Entertainment Knowledge-based Software Engineering Personalization and User Modeling Philosophical and Ethical Issues Real-Time Systems Security and Privacy Validation and Verification

• Machine Learning• Active Learning• Case-based Reasoning• Classification• Cost-Sensitive Learning• Data Mining• Ensemble Methods• Evolutionary Computation• Feature Selection/Construction• Kernel Methods• Learning Graphical Models• Learning Preferences/Rankings• Learning Theory• Machine Learning (General/other)• Neural Networks• Online Learning• Reinforcement Learning• Relational Learning• Semi-Supervised/Unsupervised Learning• Structured Learning

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EJEMPLOS DE SISTEMAS HISTÓRICOS:

• 80´s SE en diferentes dominios (Mycin, R1, Prospector, Dendral,...)

• 89 HITECH Programa de ajedrez.

• 92 MARVEL S.E. En tiempo real que monitorea nave spacial

• 94 PEGASUS Realiza reservas de vuelos

• DARPA Sistemas de conducción de automóviles • S.E. en distintos dominios – • Sistemas recomendadores ...

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UN SISTEMA EN IA REQUIERE MUCHO CONOCIMIENTO

VOLUMINOSO CAMBIANTE DIFICIL DE

REPRESENTAR

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Conjunto de Conocimientos y Técnicas que Conjunto de Conocimientos y Técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilización del permiten aplicar el saber científico a la utilización del conocimiento.conocimiento.

ADQUISICION

SE OCUPA DE LA REPRESENTACION

INFERENCIAINFERENCIA

MANTENIMIENTO

INGENIERIA DEL CONOCIMIENTO

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• Es la disciplina tecnológica que se centra en el desarrollo, funcionamiento y mantenimiento de Sistemas Basados en Conocimiento (SBC – KBS) de una forma sistemática (utilizando Ingeniería de Software)

• SBC: sistema de software capaz de soportar la representación explícita de conocimiento.

INGENIERIA DEL CONOCIMIENTO

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EVALUACION DE UN SISTEMA DE IA

TEST DE TURING

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EVALUACION DE UN SISTEMA DE IA

TEST DE TURING (www.turing.org.uk/turing/) Comportarse como humanoEl ambiente plantea muchos desafíos

(el diálogo es totalmente libre) que resulta difícil para un sistema igualar a la contraparte humana

EL SISTEMA DEBERIA SER CAPAZ DE• Procesar lenguaje natural• Representar el conocimiento• Razonar automáticamente• Aprendizaje automático• (Visión - Robótica)

IC-Introducción 35

EVALUACION DE UN SISTEMA DE IA

TEST DE TURING

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EN DOMINIOS MAS RESTRICTIVOS

Evaluar si el sistema se comporta de acuerdo a los objetivos planteados previamente.

(E. Rich)

EVALUACION DE UN SISTEMA DE IA

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LENGUAJES EN IA:

LISP (COMMON LISP)Lenguaje funcional - procesamiento

simbólico.

PROLOGProgramación lógica

C ( C ++ ) / JAVA / PYTHON... Procedural - Orientación a objetos

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Históricamente los investigadores en IA se han enfocado en los distintos componentes del comportamiento inteligente (aprendizaje, razonamiento, visión, ….), de forma aislada.

En la actualidad, algunos autores sugieren que la inteligencia, es producto de la interacción entre un agente y su entorno.

Entonces, el comportamiento inteligente emerge de la interacción de varios comportamientos simples.

(Brooks-MIT)

QUE ES LA IA ? ENFOQUE AGENTE INTELIGENTE

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QUE ES LA IA ? ENFOQUE AGENTE INTELIGENTE

IA CONSISTE EN EL ESTUDIO Y CONSTRUCCION DE AGENTES RACIONALES.

Norvig & Russell

Principios generales que rigen a los A.R.

Elementos usados para construirlos.

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AGENTE (Norvig&Russell)Norvig&Russell)

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AGENTE INTELIGENTE

AGENTE Es todo aquello que percibe su ambiente mediante sensores y que responde o actúa mediante efectores.

AGENTE INTELIGENTE: Debe hacer siempre lo correcto de

acuerdo a sus percepciones.Es aquel que emprende la mejor

acción posible en una situación dada.Russel & Norvig

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Wooldridge & Jennings Es un sistema de software (hardware) con las siguientes propiedades:

Autonomía. Habilidad Social (comunicación) Reactividad. Proactividad.

AGENTE INTELIGENTE

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SISTEMAS MULTI-AGENTES (MAS)

CARACTERISTICAS Cada agente tiene información y capacidades limitadas para resolver un problema No hay un control global del sistema Los datos están descentralizados Computación es asincrónica

Proveen mas robustez, eficiencia y permiten la interoperatividad de sistemas existentes

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APLICACIONES

“El campo de la IA está involucrado en la invención de máquinas que ayuden a la gente de distintas formas, dando a las máquinas alguna de las

capacidades que los humanos tenemos tales como entender el lenguaje, interpretar imágenes o aprender de la experiencia. Generalmente estas

máquinas no se parecen ni actúan de la forma que lo hacen las personas, pero pueden sernos asombrosamente útiles, mejorando y asistendo nuestras vidas, y complementando más que reemplazando las cosas que los humanos hacen. Y esta es la meta hacia la cuál estamos trabajando colectivamente."

- Tom Mitchell (CMU)

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APLICACIONES

La inteligencia artificial es ya una parte muy importante de la vida cotidiana en los países

industrializados. La IA está ayudando a la gente en todos los campos a

hacer un mejor uso de la información para trabajar mejor y menos duro...

http://aaai.org/AITopics/Applications

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Ejemplos de Aplicaciones

Deepmind: We combine the best techniques from machine learning and systems neuroscience to build powerful general-purpose learning algorithms.

Petroleum Advisor for the Geochemical and Environmental Sciences PAGES interprets the analysis of drill results provided by a geophysics laboratory. This application was developed in collaboration with Dr. Rick Requejo of Geochemical Solutions International.

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Ide ntific ación en l ínea de pa rám etrosde l mod elo d e co ntrol .Va lidac ión d e sen sores .Dis tribuc ión d e mo delo s utili zand o co ncep tos in nova dore s de p lata forma sde com unica ción .Dia gnós tico e iden tifica ción de fa llas d e eq uipos .

De sarro llado r, inte grad or y u suari o fina l

Qué es el T-Expert ? • Es un Sistema Experto orientado al ingeniero de proceso, con herramientas gráficas que le permiten escribir la lógica que el usa para resolver o analizar un problema en un leguaje familiar como lo es un diagrama de flujo.

• Este sistema basado en reglas, se combina con los hechos que vienen de campo para forman la base de conocimiento. Esta base de conocimiento es evaluada por un motor de inferencia, que realiza inferencias lógicas.

Las inferencias pueden comprender la generación de acciones o la creación de nuevos hechos.

Qué es un Sistema Experto ?

•Es una rama de Inteligencia Artificial que hace uso extensivo de conocimiento especializado para resolver problemas al mismo nivel que un experto humano.

T-EXPERT SIDERAR

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Areas de aplicación:

• Diagnóstico : Inferir problemas subyacentes basándose en la observación de evidencia

•Interpretación: Explicar datos observados.

•Monitoreo: Comparar datos observados contra los esperados para juzgar performance.

•Planeamiento: Divisar acciones para llegar a un resultado.

•Predicción: Predecir resultado de una situación dada.

•Recomendación: Prescribir el tratamiento a un problema.

•Control: Regular un proceso. Puede requerir interpretación,diagnóstico,monitoreo planeamiento, predicción y recomendación.

T-EXPERT SIDERAR

IC-Introducción 52

Robótica

Robots para múltiples aplicaciones

(limpieza, desactivar minas, inspeccionar volcanes, espaciales, ….)

Empresa multimillonaria…

Robocup: http://www.robocup.org/

Robocup

Robocup: Small League

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Bibliografía

• Inteligencia Artificial. Un enfoque moderno – Norvig & Russell – Prentice Hall (2ª Ed 2003), Cap 1

http://www.cs.berkeley.edu/~russell/intro.html

• Inteligencia Artificial. LATInhttp://latinproject.org/index.php/en/component/booklibrary/

• What is Artificial Inteligence – Mc. Carthy http://www-formal.stanford.edu/jmc/whatisai/

IC-Introducción 57

Bibliografía

• Inteligencia Artificial. Un enfoque moderno – Norvig & Russell – Prentice Hall (2ª Ed 2003), Cap 1

http://www.cs.berkeley.edu/~russell/intro.html

• Inteligencia Artificial. LATInhttp://latinproject.org/index.php/en/component/booklibrary/

• What is Artificial Inteligence – Mc. Carthy http://www-formal.stanford.edu/jmc/whatisai/

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Links

• Entrevistas:• http://www.aaai.org/AITopics/html/interview.html#online• Entrevista a D. Hofstadterhttp://www.wired.com/wired/archive/3.11/kelly.htmlhttp://www.bizcharts.com/stoa_del_sol/conscious/conscious2.html• Hubert Dreyfus (critico de IA)http://www.informatik.uni-trier.de/~ley/db/indices/a-tree/d/Dreyfus:Hubert_L=.html

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Taller: Descubriendo a la IA• Buscar 2 o 3 Institutos de IA (líneas de

investigación, proyectos, publicaciones)

• Ver publicaciones / organizaciones / eventos científicos sobre IA

• Investiga algún aporte de la IA que se haya implementado en alguna aplicación interesante en los últimos tiempos.

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CIFASIS

http://www.cifasis-conicet.gov.ar/

LINEAS DE INVESTIGACION:LINEAS DE INVESTIGACION:

Aprendizaje Automatizado y AplicacionesAprendizaje Automatizado y Aplicaciones

BioinformáticaBioinformática

Procesamiento de Señales MultimediaProcesamiento de Señales Multimedia

Sistemas de Información InteligentesSistemas de Información Inteligentes

Robot desmalezadorRobot desmalezador

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ISISTAN http://www.exa.unicen.edu.ar/isistan/

Grupo de Agentes Inteligentes y Gestión de Grupo de Agentes Inteligentes y Gestión de ConocimientoConocimiento

Agentes Inteligentes de SoftwareAgentes Inteligentes de Software

Sistemas Multi-AgenteSistemas Multi-Agente

Modelado de UsuariosModelado de Usuarios

Personalización y RecomendaciónPersonalización y Recomendación

Gestión de ConocimientoGestión de Conocimiento

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IIIA - EspañaIIIA - España

https://www.iiia.csic.es/https://www.iiia.csic.es/

Sistemas de Aprendizaje

Agentes Inteligentes

Razonamiento Lógico y Búsqueda

Robots Autónomos

Música y AI

etc