TRÍ TUỆ NHÂN TẠO NÂNG CAO

Trí tuệ nhân tạo nâng cao I Nhập mơn Hố NGUYEN College of Technology, Vietnam National University, Hanoi April 2006 Hoa.Nguyen@vnu.edu.vn Agenda Nhập môn Khái niệm Lịch sử Thực trạng Biểu diễn tốn tìm kiếm giải pháp Các kiểu toán Xác lập toán Các thuật tốn tìm kiếm Logic biểu diễn tri thức Logic mệnh đề Logic vị từ cấp FOL Biểu diễn tri thức Suy diễn Suy diễn với logic Luật suy diễn Mệnh đề hoá sở tri thức Lập luận tiến Lập luận lùi AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 Trí tuệ nhân tạo ? Intelligence: trí thông minh “ability to learn, understand and think” (Oxford dictionary) Artificial Intelligence (AI): trí thơng minh nhân tạo “attempts to understand intelligent entities”, “strives to build intelligent entities” (Stuart Russel & Peter Norvig) Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence AI): nhìn nhận qua góc độ: Thinking humanly Thinking rationally Nghĩ người Nghĩ hợp lý Acting humanly Acting rationally Hành động người Hành động hợp lý Acting rationally: Tác nhân có lý (Rational Agent) Tác nhân: cảm nhận hành động Làm điều hợp lý AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 Khái niệm Trí tuệ nhân tạo TTNT: Lĩnh vực khoa học máy tính nghiên cứu hành vi thơng minh (intelligent behavior) Mục tiêu: Hiểu chất hành vi thông minh Xây dựng hệ thống thông minh TTNT: tập trung nguyên lý tác nhân có lý trí yếu tố để xây dựng chúng AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 TTNT: lĩnh vực đa ngành Triết học Toán học Kinh tế Thần kinh học Tâm lý học Kỹ nghệ máy tính Logic, phương pháp suy luận, trí tuệ kiểu sở hệ thống tự nhiên việc học, ngôn ngữ, tính hợp lý Biểu diễn hình thức, thuật tốn kiểm chứng, tính tốn, khả định, tính dễ xử lý, xác xuất Tính hữu dụng, lý thuyết định Cơ sở tự nhiên hoạt động tinh thần Hiện tượng cảm nhận, kỹ thuật thực nghiệm Xây dựng máy tính tốc độ cao Lý thuyết điều khiển Hệ thống thiết kế tối ưu hố hàm mục tiêu Ngơn ngữ Biểu diễn tri thức, ngữ pháp AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 Con người máy tính Khó người, dễ máy: Cờ, Ô chữ, Xếp thư, Chứng minh định lý, Lập lịch … Dễ người, khó máy: Nhận dạng tiếng nói, hình dáng, Hiểu ngơn ngữ tự nhiên, Xoạn nhạc, thơ, … AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 Lịch sử ngành TTNT 1943 McCulloch & Pitts: Mô hình mạch boolean cho não 1950 Turing's "Computing Machinery and Intelligence" 1956 Hội nghị Dartmouth: TTNT thông qua 1965 Robinson hồn thành thuật tốn cho suy luận logic 1966—73 TTNT khám phá phức tạp tính tốn Nghiên cứu mạng nơron hầu hết biến 1969—79 Phát triển sớm hệ thống dựa tri thức 1980-TTNT trở thành ngành công nghiệp 1986-Mạng nơron trở lại phổ biến 1987-TTNT trở thành khoa học 1995-Xuất tác nhân thơng minh AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 Thực trạng TTNT Deep Blue đánh bại đại kiện tướng cờ vua giới Garry Kasparov, 1997 Chứng minh đoán toán học (phỏng đoán Robbins), không giải từ nhiều thập kỷ Xe tự động xuyên Mỹ (tự động 98% thời gian từ Pittsburgh đến San Diego), 1993 Chương trình lập kế hoạch tự động hoạt động phi thuyền NASA Phần mềm Proverb giải câu đố chữ tốt so với hầu hết người Hệ thống tổ chức hội nghị ngơn ngữ tự nhiên … AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 Thực trạng AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 Ứng dụng Nhận dạng/tổng hợp tiếng nói, Nhận dạng/tổng hợp ảnh, Nhận dạng chữ viết tay, Xử lý ngôn ngữ tự nhiên, Lập kế hoạch, Hỗ trợ định, Hệ chuyên gia, … AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 10 Agenda Nhập môn Khái niệm Lịch sử Thực trạng Biểu diễn tốn tìm kiếm giải pháp Các kiểu toán Xác lập toán Các thuật tốn tìm kiếm Logic biểu diễn tri thức Logic mệnh đề Logic vị từ cấp FOL Biểu diễn tri thức Suy diễn Suy diễn với logic Luật suy diễn Mệnh đề hoá sở tri thức Lập luận tiến Lập luận lùi AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 11 Các tác nhân giải vấn đề Tác nhân thông minh: hành động thông qua dãy trạng thái với tiêu chí cực đại hố hiệu Phương pháp: xác định mục tiêu biểu diễn toán tìm kiếm chuỗi hành động thi hành AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 12 Ví dụ : kỳ nghỉ Romania Hiện thời Arad bẳt buộc phái lái xe đến Bucharest Xác định mục tiêu: đến Bucharest Xác lập toán: Các trạng thái: thành phố khác Các hành động: lái xe thành phố Tìm giải pháp: danh sách thành phố qua, ví dụ: Arad, Sibiu, Fagaras, Bucharest AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 13 Các kiểu toán Phụ thuộc vào kiểu mơi trường Xác định, quan sát tồn tốn trạng thái đơn (single-state problem) Tác nhân hiểu rõ trạng thái đạt đến; lời giải dãy trạng thái Không thể quan sát tốn khơng sensor (sensorless, conformant problem) Tác nhân khơng biết trạng thái thời Khơng xác định và/hoặc quan sát cục tình cờ (contingency problem) tốn Các cảm nhận cung cấp thông tin trạng thái thời Thường xen lẫn tìm kiếm thi hành Khơng gian trạng thái không xác định (exploration problem) AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 toán khai phá 14 Xác lập toán trạng thái đơn Một toán xác định bốn yếu tố: Trạng thái ban đầu, v.d., "tại Arad" Hành động hàm S(x) = tập cặp trạng thái-hành động v.d., S(Arad) = {, … } Kiểm tra đích, cụ thể (explicit), v.d., x = "at Bucharest" Khơng cụ thể (implicit), v.d., Checkmate(x) Chi phí (path cost) e.g., tổng khoảng cách, số hành động thi hành, v.v c(x,a,y) chi phí bước (step cost), phải đảm bảo ≥ Một giải pháp chuỗi hành động từ trạng thái đầu đến trạng thái đích (mục tiêu đề ra) AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 15 Lựa chọn khơng gian trạng thái Thế giới thực phức tạp cách ngớ ngẩn không gian trạng thái phải thu gọn để giái vấn đề Trạng thái (rút gọn) = tập trạng thái thực Hành động (rút gọn) = phối hợp phức tạp hành động thực tế vd., "Arad Zerind" thể tập hỗn hợp đường, khúc ngoặt, điểm đỗ, v.v Để đảm bảo thực tế, trạng thái thực "Arad" phải tính đến số trạng thái thực "Zerind" Giải pháp (rút gọn) = tập đường giới thực Mỗi hành động rút gọn cần phải "dễ hơn" so với toán gốc AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 16 Ví dụ: Trị chơi số states? Các vị trí actions? Di truyển trắng left, right, up, down goal test? = trạng thái đích (thiết lập ban đầu) path cost? với di chuyển AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 17 V í d ụ : l ắ p r ắ p má y states?: toạ độ định vị thực robot, kết hợp góc độ đối tượng cần lắp rắp actions?: cử động liên tục khớp nối robot goal test?: lắp rắp hoàn toàn path cost?: thời gian thi hành AI++ - Hố NGUYEN @ 2006 18 Các giải thuật tìm kiếm Ý tưởng bản: duyệt không gian trạng thái thông qua việc sản sinh trạng thái (bằng cách khai triển trạng thái thời) AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 19 Các trạng thái lặp Khơng xác định trạng thái lặp đưa tốn tuyến tính thành tốn phi tuyến (exponential problem)! Xử lý trạng thái lặp: Không quay lai trạng thái duyệt Không tạo đường có chu trình Khơng sinh trạng thái sinh trước đây, trạng thai sinh phải lưu nhớ độ phức tạp không gian O(bd) AI++ - Hoá NGUYEN @ 2006 20