Nhập môn trí tuệ nhân tạo

Chia sẻ: Nguyễn Thị Cẩm Vân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

271
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đem lại quan điểm khách quan về sự thông minh: Thông minh hay không thể hiện qua các trả lời của các câu hỏi –Loại trừ các thành kiến: không thích công nhận tính thông minh của máy móc. Sự thông minh chỉ được đánh giá qua các câu hỏi, không bị chi phối bởi các yếu tố khác. –Tránh tình trạng hiểu lầm •Khuyết điểm: –Phép thử tập trung vào các công việc biểu diển hoàn toàn bằng ký hiệu do đó làm mất một đặc tính rất quan trọng của máy tính là tính toán chính xác và hiệu quả –Không thử nghiệm...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nhập môn trí tuệ nhân tạo

Tài liệu tham khảo 1. Nhập môn trí tuệ nhân tạo – Ths. Nguyễn Mạnh Cường. 2. Nhập môn trí tuệ nhân tạo – Gs. TSKH Hoàng Kiếm & Ths. Đinh Nguyễn Anh Dũng. 3. Trí tuệ nhân tạo – Nguyễn Thanh Thủy. 4. Trí tuệ nhân tạo, các phương pháp và ứng dụng – Bạch Hưng Khang, Hoàng Kiếm Giảng viên: Trịnh Huy Hoàng 5. Lập trình C cho trí tuệ nhân tạo – 3C Soft Email: thh2100@yahoo.com Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 1 2 Đề tài Nội dung môn học • Chương 1: Giới thiệu Lưu ý: Mỗi nhóm 2-3 người. – Ngành trí tuệ nhân tạo là gì? Nộp đề tài vào tuần thứ 14 (báo cáo trên lớp) – Mục tiêu nghiên cứu của ngành trí tuệ nhân tạo – Lịch sử hình thành và hiện trạng – Ngôn ngữ lập trình barebone • Chương 2: Các phương pháp giải quyết vấn đề – Khái niệm vấn đề. – Các phương pháp biễu diễn vấn đề. – Các phương pháp giải quyết vấn đề. – Heuristic là gì? Tìm kiếm theo heuristic. Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 3 4 1
Nội dung môn học (tt) Thực hành Chương 3: Biểu diễn tri thức • Thực hành : – Ngôn ngữ Barebone – Biểu diễn tri thức – Ngôn ngữ Prolog. – Lược đồ biểu diễn tri thức. – Xử lý tri thức – Hệ chuyên gia • Chương 4: Nhập môn máy học – Máy học và vai trò của máy học. – Các thuật toán máy học. – Mạng nơ ron nhân tạo. Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 5 6 Why study AI? CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU Ngành trí tuệ nhân tạo là gì?  Mục tiêu nghiên cứu của ngành trí tuệ nhân tạo.  Lịch sử hình thành và hiện trạng.  Search engines Science Ngôn ngữ Barebone  Medicine/ Diagnosis Labor Appliances What else? Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 7 8 2
Honda Humanoid Robot Sony AIBO Walk Turn http://world.honda.com/robot/ Stairs http://www.aibo.com Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 9 10 Turing Test Natural Language Question Answering • Bài toán xác định tính thông minh của một đối tượng • Turing test: Ai đây?? Máy/người?? Câu hỏi Đối tượng được test Người thực hiện test Người đối chứng http://aimovie.warnerbros.com http://www.ai.mit.edu/projects/infolab/ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 11 12 3
Ưu - Khuyết Turing Test: Robot Teams • Ưu điểm – Đem lại quan điểm khách quan về sự thông minh: Thông minh hay không thể hiện qua các trả lời của các câu hỏi – Loại trừ các thành kiến: không thích công nhận tính thông minh của máy móc. Sự thông minh chỉ được đánh giá qua các câu hỏi, không bị chi phối bởi các yếu tố khác. – Tránh tình trạng hiểu lầm • Khuyết điểm: – Phép thử tập trung vào các công việc biểu diển hoàn toàn bằng ký hiệu do đó làm mất một đặc tính rất quan trọng của máy tính là tính toán chính xác và hiệu quả – Không thử nghiệm được các khả năng tri giác và khéo léo – Giới hạn khả năng thông minh của máy tính theo khuôn mẫu con người. Nhưng con người chưa hẳn là thông minh hoàn hảo. – Không có một chỉ số rõ ràng định lượng cho sự thông minh. Phụ thuộc vào người tester. USC robotics Lab Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 13 14 What is AI? Hệ thống tư duy như con người “ Nỗ lực tạo ra các máy tính biết “ Việc nghiên cứu các năng lực trí tư duy … máy tính có ý thức tuệ sử dụng các mô hình tính toán The exciting new effort to make “The study of mental faculties through Ví dụ: Newell&Simson (1961) phát computers thinks … machine with the use of computational models” triển GPS (General Problem Solving) minds, in the full and literal sense” (Charniak et al. 1985) bắt chước cách giải quyết các bài (Haugeland 1985) toán trong toán học của con người. A field of study that seeks to explain “The art of creating machines that and emulate intelligent behavior in perform functions that require terms of computational processes” intelligence when performed by Hệ thống tư duy như con người (Schalkol, 1990) people” (Kurzweil, 1990) (Systems that think like humans) “ Nghệ thuật sáng tạo ra các máy “ Nghiên cứu tìm cách giải thực hiệnthat think like humans hỏi Systems các chức năng đòi thích và mô phỏng các hành vi Systems that think rationally sự thông minh như khi thực hiện thông minh bằng các quá trình bởi con ngườiact like humans Systems that Systems that act rationally tính toán Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 15 16 4
Hệ thống ứng xử như con người Hệ thống tư duy hợp lý Aristotle hình thức hóa “tư duy đúng” Turing (1950) đề xuất bộ test (Turing test): hội thoại (Luật của tư duy đúng). Hệ tam đoạn giữa hệ thống và người phỏng vấn. Nếu người phỏng luận là khuôn mẫu để thu được kết vấn không biết được hệ thống là người hay là máy thì luận đúng khi cho giả thiết đúng. VD: hệ thống đó được cho là thông minh. Socrat là người; tất cả mọi người đều chết; do đó Socrat phải chết. Hệ thống ứng xử (hành động) như con người Hệ thống tư duy hợp lý (Hệ thống mà hành vi, ứng xử của nó như con người) Systems that act like humans System that think rationally Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 17 18 Hệ thống ứng xử hợp lý Hệ thống hành động hợp lý Ưu điểm: Systems that think rationally Tổng quát hơn Tính hợp lý có thể dễ dàng được định nghĩa Systems that think like humans (rationality is well defined) Systems that act like humans Systems that act rationally Hệ thống ứng xử hợp lý (Hệ thống mà hành động/ứng xử hợp lý) Rational (artificial) agent Systems that act rationally An agent is just something that act (agent comes from the Latin agere, to do) Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 19 20 5
Mô hình “củ hành” Vai trò trí tuệ nhân tạo: ûi quyeát vaán ñe Gia à ÖÙng duïng Intelligence Bieåu dieãn t Heuristic R ob o H e ä c hu System tri thöùc Knowledge Engineering y e ân g i a Coâng cuï Kyõ thuaät Laäp luaän (Coâng ngheä veà tri thöùc) thöïc hieän Artificial Intelligence es Khoa hoïc am (Trí tueä nhaân taïo) Maùy: Newral Nh G aän daïn g Ngoân ngöõ: Prolog Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 21 22 Đối tượng nghiên cứu của AI Sự thông minh •Thông minh hay hành xử thông minh là gì? • Đối tượng nghiên cứu của ngành AI – Hành xử thông minh: là các hoạt động của một đối tượng như là kết – AI là ngành nghiên cứu về các hành xử thông minh quả của một quá trình thu thập, xử lý và điều khiển theo những tri (intelligent behaviour) bao gồm: thu thập, lưu trữ tri thức đã có hay mới phát sinh (thường cho kết quả tốt theo mong đợi so với các hành xử thông thường) là biểu hiện cụ thể, cảm thức, suy luận, hoạt động và kỹ năng. nhận được của “sự thông minh” – Đối tượng nghiên cứu là các “hành xử thông minh” – Khái niệm về tính thông minh của một đối tượng thường biểu hiện chứ không phải là “sự thông minh”. qua các hoạt động: • Sự hiểu biết và nhận thức được tri thức “Không có” Sự Thông Minh • Sự lý luận tạo ra tri thức mới dựa trên tri thức đã có • Hành động theo kết quả của các lý luận Chỉ có • Kỹ năng (Skill) Biểu hiện thông minh qua hành xử Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 23 24 6
Tri thức (Knowledge) Tri thức – Thu thập • Thu thập tri thức: • Tri thức là những thông tin chứa đựng 2 thành phần Tri thức được thu thập từ thông tin, là kết quả của một quá trình thu nhận dữ liệu, xử lý và lưu trữ. Thông thường quá Các khái niệm: trình thu thập tri thức gồm các bước sau: – Các khái niệm cơ bản: là các khái niệm mang – Xác định lĩnh vực/phạm vi tri thức cần quan tâm tính quy ước – Thu thập dữ liệu liên quan dưới dạng các trường hợp – Các khái niệm phát triển: Được hình thành từ cụ thể. các khác niệm cơ bản thành các khái niệm – Hệ thống hóa, rút ra những thông tin tổng quát, đại diện phức hợp phức tạp hơn. cho các trường hợp đã biết – Tổng quát hóa. – Xem xét và giữ lại những thông tin liên quan đến vấn đề Các phương pháp nhận thức: cần quan tâm , ta có các tri thức về vấn đề đó. – Các qui luật, các thủ tục – Phương pháp suy diễn, lý luận,… Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 25 26 Tri thức – Sản sinh Tri thức – Tri thức siêu cấp • Sản sinh tri thức: • “Trí thức siêu cấp” (meta knowledge) hay “Tri – Tri thức sau khi được thu thập sẽ được đưa vào thức về tri thức” là các tri thức dùng để: mạng tri thức đã có. Đánh giá tri thức khác – Trên cơ sở đó thực hiện các liên kết, suy diễn, Đánh giá kết quả của quá trình suy diễn kiểm chứng để sản sinh ra các tri thức mới. Kiểm chứng các tri thức mới • Phương tiện truyền tri thức: ngôn ngữ tự nhiên Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 27 28 7
Mục tiêu nghiên cứu của ngành AI Hành xử thông minh – Kết luận • Hành xử thông minh không đơn thuần là các hành động như là kết quả Trí tuệ nhân tạo nhằm tạo ra “Máy người”? của quá trình thu thập tri thức và suy luận trên tri thức. Mục tiêu • Hành xử thông minh còn bao hàm • Xây dựng lý thuyết về thông minh để giải thích các hoạt  Sự tương tác với môi trường để nhận các phản hồi động thông minh  Sự tiếp nhận các phản hồi để điều chỉnh hành động - Skill  Sự tiếp nhận các phản hồi để hiệu chỉnh và cập nhật tri thức • Tìm hiểu cơ chế sự thông minh của con người • Tính chất thông minh của một đối tượng là sự tổng hợp của cả 3 yếu tố:  Cơ chế lưu trữ tri thức thu thập tri thức, suy luận và hành xử của đối tượng trên tri thức thu  Cơ chế khai thác tri thức thập được. Chúng hòa quyện vào nhau thành một thể thống nhất “ Sự thông minh” • Xây dựng cơ chế hiện thực sự thông minh • Không thể đánh giá riêng bất kỳ một khía cạnh nào để nói về tính thông • Áp dụng các hiểu biết này vào các máy móc phục vụ minh. con người.  THÔNG MINH CẦN TRI THỨC Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 29 30 Lịch sử phát triển của AI Mục tiêu của AI (tt) Giai đoạn cổ điển • Giai đoạn cổ điển (1950 – 1965) • Cụ thể: Đây là giai đoạn của 2 lĩnh vực chính:Game Playing (Trò chơi) và – Kỹ thuật: xây dựng các máy móc có tính thông minh Theorem Proving (Chứng minh định lý) nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người. Game Playing: dựa trên kỹ thuật State Space Search với trạng thái – Khoa học: xây dựng và phát triển các khái niệm, thuật (State) là các tình huống của trò chơi. Đáp án cần tìm là trạng thái ngữ, phương pháp để hiểu được các hành xử thông minh thắng hay con đường dẫn tới trạng thái thắng. áp dụng với các trò chơi loại đối kháng. Ví dụ: Trò chơi đánh cờ vua. của sinh vật. Có 2 kỹ thuật tìm kiếm cơ bản: – Đối tượng thường được chú trọng phát triển là máy tính  Kỹ thuật generate and test : chỉ tìm được 1 đáp án/ chưa chắc Sự cần thiết của ngành AI ????? tối ưu. Làm sao biết máy có thông minh?  Kỹ thuật Exhaustive search (vét cạn): Tìm tất cả các nghiệm, chọn lựa phương án tốt nhất. Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 31 32 8
Lịch sử phát triển của AI Lịch sử phát triển của AI Giai đoạn cổ điển (tt) Giai đoạn viễn vông Giai đoạn viễn vông (1965 – 1975) Theorem Proving: dựa trên tập tiên đề cho trước, chương trình sẽ Đây là giai đoạn phát triển với tham vọng làm cho máy hiểu được con thực hiện chuỗi các suy diễn để đạt tới biểu thức cần chứng minh. người qua ngôn ngữ tự nhiên. Nếu có nghĩa là đã chứng minh được. Ngược lại là không chứng minh được. Các công trình nghiên cứu tập trung vào việc biểu diển tri thức và phương thức giao tiếp giữa người & máy bằng ngôn ngữ tự nhiên. Ví dụ: Kết quả không mấy khả quan nhưng cũng tìm ra được các phương Chứng minh các định lý tự động, giải toán,... thức biểu diễn tri thức vẫn còn được dùng đến ngày nay tuy chưa thật Vẫn dựa trên kỹ thuật state space search nhưng khó khăn hơn do tốt như: mức độ và quan hệ của các phép suy luận: song song, đồng thời, Semantic Network (mạng ngữ nghĩa) bắc cầu,.. Conceptial graph (đồ thị khái niệm) Frame (khung) Có các kết quả khá tốt và vẫn còn phát triển đến ngày nay Script (kịch bản) Vấp phải trở ngại về năng lực của máy tính Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 33 34 Lịch sử phát triển của AI Các lĩnh vực ứng dụng Giai đoạn hiện đại  Game Playing: Tìm kiếm / Heuristic Giai đoạn hiện đại (từ 1975)  Automatic reasoning & Theorem proving : Tìm kiếm / Heuristic Xác định lại mục tiêu mang tính thực tiễn hơn của AI  Expert System: là hướng phát triển mạnh mẽ nhất và có giá trị ứng dụng cao nhất. là:  Planning & Robotic: các hệ thống dự báo, tự động hóa Tìm ra lời giải tốt nhất trong khoảng thời gian  Machine learning: Trang bị khả năng học tập để giải quyết vấn đề kho tri thức: chấp nhận được.  Supervised : Kiểm soát được tri thức học được. Không tìm ra Không cầu toàn tìm ra lời giải tối ưu cái mới.  UnSupervised:Tự học, không kiểm soát, có thể tạo ra tri thức Tinh thần HEURISTIC ra đời mới nhưng cũng nguy hiểm vì có thể học những điều không mong muốn. Better than Phát triển ứng dụng mạnh mẽ: Hệ chuyên gia, Hệ chuẩn đoán,.. nothing Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 35 36 9
Các lĩnh vực ứng dụng (tt) Mô hình phát triển ứng dụng AI  Natural Language Understanding & Semantic modelling : Không • Mô hình ứng dụng Ai hiện tại: được phát triển mạnh do mức độ phức tạp của bài toán cả về tri AI = Presentation & Search thức & khả năng suy luận.  Modeling Human performance: Nghiên cứu cơ chế tổ chức trí tuệ của con người để áp dụng cho máy.  Language and Environment for AI: Phát triển công cụ và môi Tìm kiếm Tri Thức trường để xây dựng các ứng dụng AI. Search Knowledge Suy luận  Neural network / Parallel Distributed processing: giải quyết vấn đề Engineering Heurictic năng lực tính toán và tốc độ tính toán bằng kỹ thuật song song và mô phỏng mạng thần kinh của con người. Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 37 38 NGOÂN NGÖÕ BARE BONE NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH Ngoân ngöõ BARE BONE raát ñôn giaûn. Laäp trình baèng ngoân ngöõ Bare Bone söû duïng:  3 caâu leänh: CLEAR: xoùa moät oâ nhôù clear X X := 0 INCR: taêng giaù trò bieán leân 1 incr X X := X + 1 DECR: giaûm giaù trò bieán xuoáng 1 decr X X := X - 1  1 caáu truùc laëp: while ... do Trí tuệ nhân tạo Lưu hành nội bộ 39 40 10
NGOÂN NGÖÕ BARE BONE NGOÂN NGÖÕ BARE BONE Ví duï minh hoïa caùch duøng ngoân ngöõ Bare  Moâ phoûng caáu truùc if … then … else Bone moâ phoûng caùc caáu truùc ñieàu kieän vaø caùc Caáu truùc ñieàu kieän coù daïng sau: pheùp toaùn… if ñk then S1 else S2  Ngoân ngöõ BB coù theå bôùt ñi moät leänh, chaúng Ví duï: if x0 then x:=0 else x:=1; haïn leänh clear. Hoaït ñoäng cuûa noù laø bieán ñoåi giaù trò cuûa x thaønh Leänh clear x coù theå ñöôïc thay theá baèng moät caáu truùc laëp while vaø leänh decr nhö sau: 0 neáu giaù trò ban ñaàu khaùc 0 while x not 0 do 1 neáu giaù trò ban ñaàu laø 0. decr x; 41 42 NGOÂN NGÖÕ BARE BONE NGOÂN NGÖÕ BARE BONE  Xaây döïng caùc pheùp toaùn coäng, tröø, nhaân, chia, Moâ phoûng baèng ngoân ngöõ BB caáu truùc ñieàu kieän pheùp gaùn, pheùp so saùnh if x0 then x:=0 else x:=1 baèng caáu truùc laëp while…do nhö sau: Pheùp coäng: X + Y => Z clear y;  1. incr y; 2. clear Z; 1. while x not 0 do 3. while X not 0 do 2. clear x; 4. incr Z; 3. clear y; 5. decr X; 4. end; 6. end; while y not 0 do 7. 5. clear x; 8. while Y not 0 do 6. incr x; 9. incr Z; 7. clear y; 10. decr Y; 8. end; 11. end; 9. 43 44 11
NGOÂN NGÖÕ BARE BONE NGOÂN NGÖÕ BARE BONE  Pheùp nhaân: X * Y => Z  Pheùp tröø : X – Y => Z Löu yù caàn duøng theâm bieán taïm W ñeå löu giaù trò cuûa Y clear Z; clear Z; 1. 1. while X not 0 do 2. while X not 0 do clear W; 2. 3. while Y not 0 do incr Z; 4. 3. incr Z; 5. decr X; 4. incr W; 6. decr Y; end; 7. 5. end; 8. while Y not 0 do 6. while W not 0 do 9. decr Z; incr Y; 7. 10. decr W; 11. decr Y; 8. end; 12. end; decr X; 9. 13. end; 14. 45 46 NGOÂN NGÖÕ BARE BONE NGOÂN NGÖÕ BARE BONE Pheùp so saùnh X,Y:  Pheùp gaùn: Y  X ( Gaùn X cho Y ) Löu yù caàn duøng theâm bieán taïm Temp Neáu XY ñuùng thì keát quaû laø 0 clear Y; Ngöôïc laïi thì keát quaû laø 1. 1. clear Temp; 2. while X not 0 do 1. clear kq; 3. while X1 not 0 do incr Y; decr kq; 4. 2. X1 - X; decr X1; incr Temp; 5. end; 3. Y1 - Y; decr X; 6. if kq not 0 then end; 7. 4. while Y1 not 0 do kq:=0; while Temp not 0 do else 8. incr kq; 5. kq:=1; incr X; 9. decr Temp; decr Y1; 6. 10. end; 11. 7. end; 47 48 12
NGOÂN NGÖÕ BARE BONE NGOÂN NGÖÕ BARE BONE  Leänh invert X Pheùp chia nguyeân X/ Y => Z Thöïc hieän bieán ñoåi giaù trò cuûa X (ñaõ giaûi trong baøi taäp 2) 1. clear Z; while W not 0 do Thaønh 0 neáu giaù trò ban ñaàu khaùc 0 2. clear kq; incr Y; Thaønh 1 neáu gía trò ban ñaàu laø 0 3. incr kq; decr W;  Thöïc hieän chuyeån soá döông thaønh soá aâm while Y not 0 do 4. end; while kq not 0 do 5. incr Z; Phöông phaùp: Duøng theâm moät bieán daáu keøm theo moät kq = sosaùnh (x,y); clear W; 6. bieán x. Neáu bieán daáu = 0 thì x >= 0 .Ngöôïc laïi neáu bieán while Y not 0 do Neáu X