ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΜΗΜΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΠΑΡΆΡΤΗΜΑ ΛΕΥΚΑΔΑΣ ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΉΤΡΙΑ Δρ. ΤΣΙΝΤΖΑ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ Οι παρουσιάσεις του μαθήματος βασίζονται στο σύγγραμμα ‘’ ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ, ΒΛΑΧΑΒΑΣ, ΚΕΦΑΛΑΣ, ΒΑΣΙΛΕΙΑΔΗΣ, ΚΟΚΚΟΡΑΣ, ΣΑΚΕΛΛΑΡΙΟΥ’’

ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Τσίντζα Παναγιώτα Διδάκτωρ Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Universita’ degli Studi di L’Aquila (Italy)  Επικοινωνία ΤΕΙ Ιονίων Νήσων: Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων, Εφαρμογών Πληροφορικής στην Διοίκηση και στην Οικονομία (Αίθουσα εκτάκτων Καθηγητών)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΜΑΤΟΣ  Εισαγωγή στην έννοια της Τεχνητής Νοημοσύνης  Ορισμός και επίλυση προβλημάτων  Αλγόριθμοι αναζήτησης  Γενετικοί αλγόριθμοι  Περιορισμοί…

Κεφάλαιο 1 ο Εισαγωγή

Ιστορικά στοιχεία  Κλάδος της επιστήμης των υπολογιστών για 50 και πλέον χρόνια ○ Η ιδέα ξεκίνησε το 1956 από τους John McCarthy, Marvin Minsky και Claude Shannon.  Οι απαρχές της Τεχνητής Νοημοσύνης ανάγονται στους "συλλογισµούς" του Αριστοτέλη ( π.Χ.), οι οποίοι παρείχαν πρότυπα εκφράσεων που έδιναν πάντα σωστά συµπεράσµατα από σωστές υποθέσεις (Αριστοτέλεια συλλογιστική).

Η έννοια της Τ.Ν. Τ.Ν. = Αναπαράσταση Γνώσης + Αναζήτηση  Κύρια ασχολία της Τεχνητής Νοημοσύνης είναι η επίλυση προβλημάτων. Κατά αυτή την έννοια η Τ.Ν. ασχολείται με την αναπαράσταση της γνώσης πάνω σε ένα δοθέν πρόβλημα και κατόπιν με την αναζήτηση της λύσης μέσα από το σύνολο της γνώσεως.  Μέρος του κλάδου είναι εφαρμογές όπως αυτές των έμπειρων συστημάτων, των νευρωνικών δικτύων, των πρακτόρων, της μηχανικής μάθησης κ.α.

Τι είναι νοημοσύνη (1) Στην επιστήμη της ψυχολογίας: το σύνολο των πνευματικών λειτουργιών που χρησιμοποιούμε για να αντιμετωπίσουμε νέες καταστάσεις και να λύσουμε προβλήματα, αξιοποιώντας προηγούμενες εμπειρίες. Υπάρχουν 8 κατηγορίες νοημοσύνης: 1. Χωρική νοημοσύνη: ικανότητα να μπορεί κανείς να αναπαραστήσει το χώρο στο μυαλό του (αρχιτέκτονες, σχεδιαστές, γλύπτες και άλλους). 2. Λεκτική νοημοσύνη: ικανότητα να χρησιμοποιεί κανείς τη γλώσσα καλά για να εκφραστεί (δικηγόρους, ρήτορες και ποιητές). 3. Λογικομαθηματική νοημοσύνη: ικανότητα αυτή έχει να κάνει με τη λογική και τις μαθηματικές πράξεις (μαθηματικοί και επιστήμονες). 4. Σωματική/Κιναισθητική νοημοσύνη: ικανότητα να ελέγχει κανείς τις σωματικές του κινήσεις και να χειρίζεται αντικείμενα με δεξιοτεχνία (αθλητές, χορευτές, πιλότους, ηθοποιούς, γιατρούς, χειρουργούς, στρατιώτες και οικοδόμους). 5. Μουσική νοημοσύνη: ικανότητα κατανόησης ήχων, ρυθμών και μουσικής (συνθέτες και μουσικοί). 6. Διαπροσωπική ή κοινωνική νοημοσύνη: ικανότητα να καταλαβαίνουμε τους άλλους και να συνεργαζόμαστε μαζί τους (πολιτικούς, δασκάλους, γιατρούς, ηγέτες και πωλητές). 7. Ενδοπροσωπική νοημοσύνη: ικανότητα να καταλαβαίνουμε τον εαυτό μας, τις επιθυμίες, τους φόβους, τις διαθέσεις μας. (φιλοσόφους, ψυχολόγους, θεολόγους και συγγραφείς). 8. Νατουραλιστική νοημοσύνη: ικανότητα να ξεχωρίζει κανείς τα διάφορα ζωντανά όντα και να έχει ευαισθησία σε άλλα στοιχεία του φυσικού κόσμου (γεωργούς, κηπουρούς, βοτανολόγους, γεωλόγους).

Τι είναι νοημοσύνη (2) Θεωρία των τριών βασικών λειτουργιών:  αφαίρεση,  αντιστοίχηση και  ενημερότητα/ενσυνειδησία ως προς τις λειτουργίες του ατόμου για να κάνει τις σωστές επιλογές.

Τι είναι η Τ.Ν. (1) Γενικός ορισμός Τ.Ν. είναι ο κλάδος της επιστήμης των υπολογιστών ο οποίος ασχολείται με την σχεδίαση και υλοποίηση συστημάτων τα οποία μιμούνται την ανθρώπινη λογική, τις γνωστικές ικανότητες και την συμπεριφορά όσον αφορά περιοχές όπως η επίλυση προβλημάτων, η αντίληψη μέσω αισθητήρων, η μάθηση και η εξαγωγή συμπερασμάτων κ.τ.λ.

Τι είναι Τ.Ν. (2) Ορισμός με βάση την διαδικασία σκέψης Η Τ.Ν. ασχολείται με την δημιουργία συστημάτων που σκέφτονται όπως οι άνθρωποι Η Τ.Ν. ασχολείται με την δημιουργία συστημάτων που σκέφτονται λογικά (αντίληψη  λογική σκέψη  αντίδραση)

Τι είναι Τ.Ν. (3) Ορισμός με βάση την συμπεριφορά Η Τ.Ν. ασχολείται με την δημιουργία συστημάτων που συμπεριφέρονται όπως οι άνθρωποι Η Τ.Ν. ασχολείται με την δημιουργία συστημάτων που αντιδρούν λογικά (αυτοματοποίηση της ευφυούς συμπεριφοράς)

Προσεγγίσεις Προσομοίωση της ανθρώπινης νοημοσύνης μέσω της προσέγγισης Symbolic AI (κλασσική ή συμβολική Τ.Ν.  συστήματα κανόνων) Προσομοίωση της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου μέσω της προσέγγισης Computational Intelligence (Υπολογιστική Νοημοσύνη  νευρωνικά δίκτυα, γενετικοί αλγόριθμοι)

Περιοχές έρευνας της Τ.Ν. Δεν ασχολείται αποκλειστικά και μόνο με την δημιουργία ρομπότ αλλά με:  Την επίλυση προβλημάτων (σκάκι, τρίλιζα κ.τ.λ.)  Την απόδειξη θεωρημάτων  Την μηχανική μάθηση  Την επεξεργασία φυσικής γλώσσας  Τον σχεδιασμό και τον χρονοπρογραμματισμό  Τα αυτόματα robot, τα έμπειρα συστήματα και τα συστήματα γνώσης  Τους ευφυής πράκτορες και τα προσαρμοζόμενα και εξελισσόμενα ευφυή συστήματα

Αναγνώριση ευφυών μηχανών μέσω της διαδικασίας Turing  Υποβάλετε μια σειρά ερωτήσεων σε έναν άνθρωπο και μια μηχανή. Αν στο τέλος της διαδικασίας δεν είμαστε σε θέση να ξεχωρίσουμε τον άνθρωπο από την μηχανή τότε η μηχανή θεωρείται ευφυής.

Σημαντικές στιγμές στην ιστορία της Τ.Ν.  1854: εισαγωγή της προτασιακής λογικής από τον George Boole.  1879: εισαγωγή συστήµατος αυτοµατοποιηµένης συλλογιστικής και βάσεις του κατηγορηµατικού λογισµού (predicate calculus) από τον Gottlieb Frege.  1943: εισαγωγή µοντέλου τεχνητών νευρώνων με δυνατότητα να µαθαίνει και να υπολογίζει κάθε υπολογίσιµη συνάρτηση από τους McCulloch και Pitts.  1950: Turing test  1951: υλοποίηση του πρώτου νευρωνικού δικτύου, το SNARC, µε 40 νευρώνες, το οποίο χρησιµοποιούσε λυχνίες από τους Minsky και Edmonts.

Η Τ.Ν. την δεκαετία του 60 Περίοδος προϊστορική και κλασσική  Στο Stanford υλοποιεται το πρώτο robot, με όνομα Shakey robot  1968: υλοποίηση του προγράµµατος ANALOGY του Tom Evans το οποιο χρησιμοποιήθηκε στην επίλυση προβλημάτων γεωµετρικής αναλογίας (χρήση σε τεστ ευφυΐας).  1962: Βελτιώσεις της µεθόδου µάθησης των νευρωνικών δικτύων του Hebb από τον Rosenblatt µε τα perceptrons.  1965: Το πρόγραµµα ELIZA του Weizenbaum (µπορούσε να κάνει συζήτηση για οποιοδήποτε θέµα, χρησιµοποιώντας και παραφράζοντας τις προτάσεις που έδινε σαν ερώτηση ο χρήστης).

Η Τ.Ν. την δεκαετία του 70 Περίοδος ρομαντική: Eποχή της κριτικής ότι τα συστήµατα ήταν κατάλληλα µόνο για παιχνίδια (toy problems). Ελάχιστη ή καθόλου γνώση για το πεδίο του προβλήµατος (weak methods). Μικρό εύρος εφαρµογών των νευρωνικών δικτύων. Αναπτύχθηκαν συστήµατα που περιείχαν την απαιτούµενη γνώση ώστε να συµπεριφέρονται όπως οι άνθρωποι ειδικοί σε διάφορα θέµατα. Ονοµάστηκαν Έµπειρα Συστήµατα (Expert Systems) ή Συστήµατα Γνώσης (Knowledge Systems):  DENDRAL (Stanford 1969). Εύρεση της µοριακής δοµής οργανικών ενώσεων µε δεδοµένα από φασµατογράφο µάζας.  MYCIN (Stanford). Διάγνωση µολύνσεων του αίµατος.  PROSPECTOR (1979). Συµβουλές για τοποθεσίες γεώτρησης για το στοιχείο µολυβδένιο.  R1 (McDermott, 1982 για την εταιρεία Digital Equipments). Διαµόρφωση (σύνταξη) των παραγγελιών µε βάση τις ανάγκες των πελατών.  SHRDLU (Winograd) και LUNAR (William Woods, 1973). Κατανόηση φυσικής γλώσσας  Αρχές δεκαετίας του '70: Προτάθηκε η γλώσσα προγραµµατισµού Prolog.  1975: Προτάθηκαν από τον Minsky τα πλαίσια (frames).

Η Τ.Ν. την δεκαετία του 80 Εµφανίστηκε πάλι ο αλγόριθµος µάθησης µε οπισθοδρόµηση (Back-propagation) και εφαρµόστηκε σε πολλά προβλήµατα µε µεγάλη επιτυχία. 1981: Οι Ιάπωνες ανακοίνωσαν το πρόγραµµα της 5ης γενιάς, ένα δεκαετές πρόγραµµα για την κατασκευή υπολογιστών µε γλώσσα µηχανής την Prolog. Στόχος ήταν να κατασκευαστούν ευφυή συστήµατα, τα οποία εκτός των άλλων, θα ήταν σε θέση να επικοινωνούν πλήρως µε τον άνθρωπο σε φυσική γλώσσα.

Η Τ.Ν. σήμερα  Εξέλιξη ώστε να καλύπτει όχι μόνο συστήματα που βασίζονται σε κανόνες και έμπειρα συστήματα, αλλά και συστήματα που βασίζονται στην εξελικτική διαδικασία ή σε πράκτορες.  Περιοχές έρευνας περιλαμβάνουν την ανάπτυξη της γνώσης για συλλογιστικά μοντέλα, όπως οντολογίες και εφαρμογές εξόρυξης δεδομένων για την αυτόματη απόκτηση γνώσης.  Σχετικοί τομείς έρευνας και ανάπτυξης περιλαμβάνουν το ηλεκτρονικό εμπόριο, την ηλεκτρονική οικονομία και τις διαπραγματεύσεις βάσει πρακτόρων.  Αυτήν τη στιγµή υπάρχουν: Συστήµατα αναγνώρισης φωνής (π.χ. Pegasus), τα οποία κλείνουν αεροπορικές θέσεις τηλεφωνικά, βρίσκοντας τις βέλτιστες πτήσεις µε βάση το κόστος ή το χρόνο) ή δίνουν διάφορες πληροφορίες γενικού ενδιαφέροντος (π.χ. η φωνητική πύλη MyCosmos). Έµπειρα συστήµατα πραγµατικού χρόνου (π.χ. MARVEL) που επεξεργάζονται τα δεδοµένα που µεταδίδονται από διαστηµόπλοια. Ροµποτικά συστήµατα που οδηγούν αυτοκίνητα σε αυτοκινητόδροµο χρησιµοποιώντας video κάµερες και sonar. Συστήµατα που διεξάγουν ιατρικές διαγνώσεις. Συστήµατα που ελέγχουν και ρυθµίζουν την κυκλοφορία αυτοκινήτων. Προγράµµατα πράκτορες (agents) και οι αρχιτεκτονικές συστηµάτων που βασίζονται σε πράκτορες (σύστηµα SOAR). και πολλά άλλα.