Inteligencia Inteligencia Artificial Artificial
Bases conceptuales de Inteligencia Int eligencia Artificial-IA
P rof. Ing . Edg ar Muña Muñante nte Villa Villafuerte fuerte
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Introducción. Fund Fundam amen ento toss de la int intelig eligen enci cia a arti artifi fici cial al.. Defi Defini nici ción ón de Int Intelig eligen enci cia a Arti Artifi fici cial al-- IA Agentes y su entorno. Buen comportamiento: el concepto de racionalidad. Naturalez leza del entorn orno de los agentes Descripción REAS del entorno de trabajo de un taxis axistta aut automát omátic ico. o. Estruc tructu turra de los los age agentes. es. 2
Introducción •
La Inteligencia Artificial es un campo de la ingeniería cuyo objetivo principal es construir máquinas capaces de actuar y pensar como ser seres huma humano nos. s.
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Introducción •
En su libro “Artificial Intelligence”, Ela kumar argumenta que “en su etapa temprana, la Inteligencia Artificial estaba preocupada por desarrollar programas para comprobar teoremas y crear juegos…en la actualidad, la Inteligencia Artificial utiliza varias herramientas para tratar de emular el razonamiento humano, el aprendizaje, la planificación, el lenguaje, y el reconocimiento de patrones” (Kumar, 2008). Sin embargo, el desafío principal continúa siendo comprender la complejidad de la mente humana. 4
Introducción La humanidad se ha autodenominado “Homo sapiens”, el hombre sabio, debido a que somos la única especie sobre la tierra capaz de “saber” y “pensar”, de obtener y generar conocimientos y utilizarlos para realizar nuestras actividades diarias. Nuestras habilidades mentales son vitales para nuestra existencia. Pero, ¿qué es exactamente la inteligencia?. 5
Fundamentos de la inteligencia artificial Filosofía (desde el ano 428 a.C. hasta el presente) • Se pueden utilizar reglas formales para extraer conclusiones validas? • Como se genera la inteligencia mental a partir de un cerebro físico? • De donde viene el conocimiento? • Como se pasa del conocimiento a la acción?
Fundamentos de la inteligencia artificial
Matemáticas (aproximadamente desde el año 800 al presente) • Que reglas formales son las adecuadas para obtener conclusiones validas? • Que se puede computar? • Como razonamos incierta?
con
información
Fundamentos de la inteligencia artificial Economía (desde el ano 1776 hasta el presente) • Como se debe llevar a cabo el proceso de toma de decisiones para maximizar el rendimiento? • Como se deben llevar a cabo acciones cuando otros no colaboren? • Como se deben llevar a cabo acciones cuando los resultados se obtienen en un futuro lejano?
Fundamentos de la inteligencia artificial Neurociencia (desde el ano 1861 hasta el presente) • Como procesa información el cerebro?
Psicología (desde el ano 1879 hasta el presente) • Como piensan y actúan los humanos y los animales?
Ingeniería computacional (desde el ano 1940 hasta el presente) • Como se puede construir un computador eficiente?
Teoría de control y cibernética (desde el ano 1948 hasta el presente) • Como pueden los artefactos operar bajo su propio control?,
Lingüística (desde el ano 1957 hasta el presente) • Como esta relacionado el lenguaje con el pensamiento?
Definición de IA Sistemas que piensan como humanos.- Estos sistemas tratan de emular el pensamiento humano; por ejemplo las redes neuronales artificiales. La automatización de actividades que vinculamos con procesos de pensamiento humano, actividades como la toma de decisiones, resolución de problemas y aprendizaje. Sistemas que actúan como humanos .- Estos sistemas tratan de actuar como humanos; es decir, imitan el comportamiento humano; por ejemplo la robótica. El estudio de cómo lograr que los computadores realicen tareas que, por el momento, los humanos hacen mejor. Sistemas que piensan racionalmente.- Es decir, con lógica (idealmente), tratan de imitar o emular el pensamiento lógico racional del ser humano; por ejemplo los sistemas expertos. El estudio de los cálculos que hacen posible percibir, razonar y actuar.
Sistemas que actúan racionalmente (idealmente). – Tratan de emular de forma racional el comportamiento humano; por ejemplo los agentes inteligentes. Está relacionado con conductas inteligentes en artefactos..
Definición de IA La IA es la rama de la ciencia que se encarga del estudio de la inteligencia en elementos artificiales y, desde el punto de vista de la ingeniería, propone la creación de elementos que posean un comportamiento inteligente.
Dicho de otra forma, la IA pretende construir sistemas y máquinas que presenten un comportamiento que si fuera llevado a cabo por una persona, se diría que es inteligente. El aprendizaje, la capacidad de adaptación a entornos cambiantes, la creatividad, etc., son facetas que usualmente se relacionan con el comportamiento inteligente. La IA es muy interdisciplinaria, y en ella intervienen disciplinas tan variadas como la Neurociencia, la Psicología, las Tecnologías de la Información, la Ciencia Cognitiva, la Física, las Matemáticas, etc.
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Agentes y su entorno Un Agente es cualquier cosa capaz de percibir su medioambiente con la ayuda de sensores y actuar en ese medio utilizando actuadores (elemento que reacciona a un estimulo realizando una acción).
Agentes y su entorno
Agente
Sensores
Percepciones
? Acciones
M e d i o A m b i e n t e
Actuadores
Los agentes interactúan con el medioambiente mediante sensores y efectores
Agentes y su entorno •
Un agente humano tiene ojos, oídos y otros órganos sensoriales además de manos, piernas, boca y otras partes del cuerpo para actuar.
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Un agente robot recibe pulsaciones del teclado, archivos de información y paquetes vía red a modo de entradas sensoriales y actúa sobre el medio con mensajes en el monitor, escribiendo ficheros y enviando paquetes por la red.
ASIMO , El robot humanoide mas avanzado en el mundo, con varias aplicaciones procedentes de la
Agentes y su entorno
Un agente tomara una decisión en un momento dado dependiendo de la secuencia completa de percepciones hasta ese instante.
Si se puede especificar ¿que decisión tomará un agente para cada una de las posibles secuencias de percepciones?..., entonces se habrá explicado mas o menos todo lo que se puede decir de un agente. En términos matemáticos se puede decir que el comportamiento del agente viene dado por la función del agente que proyecta una percepción dada en una acción.
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Agentes y su entorno Una percepción, se utiliza en este contexto para indicar que el agente puede recibir entradas en cualquier instante. La secuencia de percepciones de un agente refleja el historial completo de lo que el agente ha recibido.
Agentes y su entorno
La función del agente es una descripción matemática abstracta; el programa del agente es una implementación completa, que se ejecuta sobre la arquitectura del agente.
Agentes y su entorno
El mundo de la aspiradora con dos localizaciones .
Tabla parcial de una función de agente sencilla para el mundo de la aspiradora.
Buen comportamiento: el concepto de racionalidad Un agente racional es aquel que hace lo correcto; en términos conceptuales, cada elemento de la tabla que define la función del agente se tendría que rellenar correctamente.
Obviamente, hacer lo correcto es mejor que hacer algo incorrecto, pero ¿que significa hacer lo correcto? Como primera aproximación, se puede decir que lo correcto es aquello que permite al agente obtener un resultado mejor . Por tanto, se necesita determinar una forma de medir el éxito. Ello, junto a la descripción del entorno y de los sensores y actuadores del agente, proporciona una especificación completa de la tarea que desempeña el agente, lo que determina el éxito del agente.
Buen comportamiento: el concepto de racionalidad Cuando se sitúa un agente en un medio, este genera una secuencia de acciones de acuerdo con las percepciones que recibe.
Esta secuencia de acciones hace que su hábitat pase por una secuencia de estados.
Si la secuencia es la deseada, entonces el agente habrá actuado correctamente.
Se puede preguntar al agente por su opinión subjetiva acerca de su propia actuación, pero muchos agentes serian incapaces de contestar, y otros podrían engañarse a si mismos
Buen comportamiento: el concepto de racionalidad La racionalidad en un momento determinado depende de cuatro factores: • La medida de rendimiento que define el criterio de éxito. • El conocimiento del medio en el que habita acumulado por el agente. • Las acciones que el agente puede llevar a cabo. • La secuencia de percepciones del agente hasta este momento.
Buen comportamiento: el concepto de Agente Racional Un agente racional deberá emprender aquella acción que supuestamente maximice su medida de rendimiento, basándose en las evidencias aportadas por la secuencia de percepciones y en el conocimiento que el agente mantiene almacenado.
La naturaleza del entorno de los agentes •
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En la discusión de la racionalidad de un agente es importante especificar las medidas de rendimiento, el entorno, los actuadores y sensores del agente. Todo ello forma lo que se llama el entorno de trabajo, para cuya denominación se utiliza el REAS acrónimo (Rendimiento, Entorno, Actuadores, Sensores). En el diseño de un agente, el primer paso debe ser siempre especificar el entorno de trabajo de la forma mas completa posible.
Descripción REAS del entorno de trabajo de un taxista automático Tipo de Agente
Taxista
Medidas de Rendimiento
Seguro, rápido, legal, viaje confortable, maximización del beneficio
Primero, .cual es el entorno de trabajo en el que el taxista automático aspira a conducir?
Entorno
Carreteras, otro trafico, peatones, dientes
¿Cual es el entorno en el que se encontrara el taxi?
Actuadores
Dirección, acelerador, freno, señal, bocina, visualizador
Los actuadores disponibles en un taxi automático serán mas o menos los mismos que los que tiene a su alcance un conductor humano.
Sensores
Cámaras, sonar, velocímetro, GPS, tacómetro, visualizador de la aceleración, sensores del motor, teclado
Para alcanzar sus objetivos en el entorno en el que circula, el taxi necesita saber donde esta, que otros elementos están en la carretera, y a que velocidad circula. (sensores).
Descripción REAS del entorno de trabajo de un taxista automático ¿Cual es el entorno de trabajo en el que el taxista automático aspira a conducir? •
Dentro de las cualidades deseables que debería tener el taxi automático, se incluyen el que llegue al destino correcto; que minimice el consumo de combustible; que minimice el tiempo de viaje y/o coste; que minimice el número de infracciones de trafico y de molestias a otros conductores; que maximice la seguridad, la comodidad del pasajero y otros beneficios.
Descripción REAS del entorno de trabajo de un taxista automático ¿Cual es el entorno en el que se encontrara el taxi? •
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Cualquier taxista debe estar preparado para circular por distintas carreteras, desde caminos rurales y calles urbanas hasta autopistas de diferentes carriles. En las carreteras se pueden encontrar con trafico, peatones, animales, obras, coches de policía, charcos y baches. El taxista también tiene que comunicarse tanto con pasajeros reales como potenciales. Hay también elecciones opcionales. El taxi puede operar de Norte a Sur. Puede conducir siempre por la derecha, o puede ser lo suficientemente flexible como para que circule por la izquierda, cuanto mas restringido este el entorno, mas fácil será el problema del diseño.
Descripción REAS del entorno de trabajo de un taxista automático •
Los actuadores en un taxi automático serán mas o menos los mismos que los que tiene a su alcance un conductor humano: el control del motor a través del acelerador y control sobre la dirección y los frenos. Además, necesitara tener una pantalla de visualización o un sintetizador de voz para responder a los pasajeros, y quizás algún mecanismo para comunicarse, educadamente con otros vehículos.
Descripción REAS del entorno de trabajo de un taxista automático •
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Para alcanzar sus objetivos en el entorno en el que circula, el taxi necesita saber donde esta, que otros elementos están en la carretera, y a que velocidad circula. Sus sensores básicos deben, por tanto, incluir una o mas cámaras de televisión dirigidas, un velocímetro y un tacómetro. Para controlar el vehículo adecuadamente, especialmente en las curvas, debe tener un acelerador; debe conocer el estado mecánico del vehículo, de forma que necesitara sensores que controlen el motor y el sistema eléctrico. Debe tener instrumentos que no están disponibles para un conductor medio: un sistema de posicionamiento global vía satélite (GPS) para proporcionarle información exacta sobre su posición con respecto a un mapa electrónico, y sensores infrarrojos o sonares para detectar las distancias con respecto a otros coches y obstáculos. Finalmente, necesitara un teclado o micrófono para que el pasajero le indique su destino.
Propiedades de los entornos de trabajo El rango de los entornos de trabajo en los que se utilizan técnicas de IA es diversa. Sin embargo, se puede identificar un pequeño numero de dimensiones en las que categorizar estos entornos. Estas dimensiones determinan, hasta cierto punto, el diseño mas adecuado para el agente y la utilización de cada una de las familias principales de técnicas en la implementación del agente.
Primero se enumeran la dimensiones, y después se analizan varios entornos de trabajo para ilustrar estas ideas.
Estructura de los agentes El trabajo de la IA es diseñar el programa del agente que implemente la función del agente que proyecta las percepciones en las acciones. Se asume que este programa se ejecutara en algún tipo de computador con sensores físicos y actuadores, lo cual se conoce como arquitectura. Agente = arquitectura + programa
Estructura de los agentes
El programa Agente-Dirigido-Mediante Tabla se invoca con cada nueva percepción y devuelve una acción en cada momento. Almacena la secuencia de percepciones utilizando su propia estructura de datos privada
