Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Trí tuệ nhân tạo: Giới thiệu môn học giúp các bạn nắm bắt được những thông tin chung về môn học như đối tượng, mục tiêu, lịch giảng dạy, tài liệu tham khảo, phương pháp giảng dạy, cách đánh giá môn học cùng một số thông tin khác.
Trí Tuệ Nhân Tạo (IT4040) Nguyễn Nhật Quang quang.nguyennhat@hust.edu.vn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Công nghệ thông tin truyền thông Năm học 2018-2019 Nội dung môn học: ◼ Giới thiệu Trí tuệ nhân tạo ❑ Định nghĩa ❑ Các lĩnh vực tảng ❑ Lịch sử tóm tắt ❑ Các thành tựu quan trọng ❑ Các tảng công nghệ mở TTNT ◼ Tác tử ◼ Giải vấn đề: Tìm kiếm, Thỏa mãn ràng buộc ◼ Logic suy diễn ◼ Biểu diễn tri thức ◼ Biểu diễn thông tin không chắn ◼ Học máy Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Định nghĩa TTNT (1) ◼ Các định nghĩa (quan điểm) TTNT chia thành nhóm: ❑ (1) Các hệ thống suy nghĩ (thông minh) người ◼ ◼ ❑ "The exciting new effort to make computers think machines with minds, in the full and literal sense." (Haugeland, 1985) "[The automation of] activities that we associate with human thinking, activities such as decision-making, problem solving, learning " (Bellman, 1978) (2) Các hệ thống suy nghĩ cách hợp lý ◼ ◼ "The study of mental faculties through the use of computational models." (Charniak and McDermott, 1985) "The study of the computations that make it possible to perceive, reason, and act." (Winston, 1992) Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Định nghĩa TTNT (2) ❑ (3) Các hệ thống hành động (thông minh) người ◼ ◼ ❑ "The art of creating machines that perform functions that require intelligence when performed by people." (Kurzweil, 1990) "The study of how to make computers things at which, at the moment, people are better." (Rich and Knight, 1991) (4) Các hệ thống hành động cách hợp lý ◼ ◼ "Computational Intelligence is the study of the design of intelligent agents." (Poole et al., 1998) "AI is concerned with intelligent behavior in artifacts." (Nilsson, 1998) Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Định nghĩa TTNT (3) ◼ ◼ ◼ ◼ ❑ Các định nghĩa (1) (2) liên quan đến trình suy nghĩ suy diễn Các định nghĩa (3) (4) liên quan đến cách hành động Các định nghĩa (1) (3) đánh giá mức độ thành công (sự thông minh) theo tiêu chuẩn người Các định nghĩa (2) (4) đánh giá mức độ thành công (sự thông minh) theo tiêu chuẩn hợp lý ❑ Một hệ thống hành động hợp lý, làm việc phù hợp (hệ thống) biết TTNT lĩnh vực nghiên cứu (khoa học công nghệ) nhằm mang lại thơng minh cho máy tính (intelligent machines), đặc biệt chương trình máy tính thơng minh (intelligent computer programs) [John McCarthy, Stanford University, http://wwwformal.stanford.edu/jmc/whatisai/node1.html] Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Suy nghĩ người: Khoa học nhận thức ◼ Cuộc “cách mạng nhận thức” năm1960: ❑ ❑ Xem não người cấu trúc xử lý thông tin Nghiên cứu tâm lý nhận thức thay cho nghiên cứu trước hành vi ứng xử ◼ Cần lý thuyết khoa học hoạt động bên não người ◼ Làm để xác nhận (kiểm chứng)? Yêu cầu: 1) Dự đoán kiểm chứng hoạt động (hành vi) chủ thể người (hướng tiếp cận top-down), 2) Nhận dạng (xác định) trực tiếp từ liệu hệ thần kinh (hướng tiếp cận bottom-up) ◼ Hiện nay, hướng tiếp cận (Cognitive Science Cognitive Neuroscience) tách rời với lĩnh vực TTNT Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Suy nghĩ hợp lý: Các luật suy nghĩ ◼ Chuẩn hóa (hoặc quy tắc hóa), mơ tả ◼ Aristotle: Thế trình suy nghĩ / tranh luận đắn? ◼ Một số trường học Hy Lạp phát triển dạng logic: ký hiệu luật dẫn xuất trình suy nghĩ ◼ Mối liên hệ trực tiếp, thơng qua tốn học triết học, khoa học TTNT đại ◼ Các vấn đề: Không phải tất hành vi (hành động) thông minh xuất phát từ cân nhắc (suy nghĩ) logic Mục đích suy nghĩ gì? Những suy nghĩ mà nên thực hiện, số suy nghĩ mà tơi có? Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Hành động người: Turing Test ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ Turing (1950) “Máy tính tốn thơng minh": “Máy tính suy nghĩ khơng?" → “Máy tính hành động cách thơng minh khơng?" Thí nghiệm kiểm chứng hành động thông minh: Imitation Game Dự đốn đến năm 2000, máy tính có 30% khả vượt qua người khơng có chun mơn kiểm tra (Turing test) phút Turing (vào năm 1950) dự đoán trước vấn đề tranh luận quan trọng TTNT vòng 50 năm sau Turing đề xuất thành phần quan trọng TTNT: tri thức, suy diễn, hiểu ngôn ngữ, học Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Hành động cách hợp lý ◼ Hành động cách hợp lý: thực việc cần làm ◼ Đúng việc cần làm: việc (hành động) giúp cực đại hóa việc đạt mục tiêu, thơng tin có ◼ Khơng thiết liên quan đến suy nghĩ – ví dụ, phản xạ chớp mắt ◼ Tuy nhiên, suy nghĩ nên xem thuộc vào hệ thống (nhóm) hành động hợp lý ◼ Sự hợp lý cần phải tính đến độ phức tạp tính tốn ❑ Nếu chi phí tài ngun tính tốn thời gian q cao, khơng có tính thực tế (khơng áp dụng thực tế) Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Các tác tử hợp lý (1) ◼ Một tác tử (agent) thực thể có khả nhận thức hành động ◼ Một cách khái quát, tác tử biểu diễn hàm ánh xạ: từ trình (lịch sử) nhận thức đến hành động: f: P* → A Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 10 Lịch sử tóm tắt TTNT (2) 1965: Robinson đề cử giải thuật hoàn chỉnh cho việc suy diễn logic ◼ 1966-1973: ◼ Các nhà nghiên cứu TTNT nhận khó khăn độ phức tạp tính tốn ❑ Các nghiên cứu mạng nơ-ron nhân tạo bị ảnh hưởng nặng nề, phát triển chậm ❑ 1969-1979: Sự hình thành phát triển ban đầu hệ thống dựa tri thức ◼ 1980: TTNT trở thành ngành công nghiệp (các hệ thống, chương trình TTNT dùng thương mại) ◼ 1980-1988: Sự xuất bùng nổ hệ chuyên gia ◼ 1986: Các mạng nơ-ron nhân tạo xuất trở lại, trở nên phổ biến ◼ 1987: TTNT trở thành lĩnh vực khoa học ◼ 1995: Sự xuất tác tử thông minh ◼ Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 16 Các lĩnh vực nghiên cứu TTNT ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ Constraints and Satisfiability Heuristic search and Game playing Knowledge representation and Reasoning Machine learning Data mining Planning and Scheduling Natural language processing Robotics Computer Vision Agent-based and Multi-agent systems Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 17 Các thành tựu quan trọng TTNT (1) ◼ Tìm kiếm thơng tin (Information retrieval) ❑ ◼ Trợ lý ảo: Siri, Google Now, Cortana, Bixby,… Giao tiếp người máy (Human-machine communication) ❑ Giọng nói, Cử chỉ, Xử lý ngơn ngữ tự nhiên, … Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 18 Các thành tựu quan trọng TTNT (2) ◼ Giải trí (Entertainment) ❑ ◼ Âm nhạc, Phim ảnh, Trò chơi, Tin tức, Mạng xã hội, … Giao thông (Transportation) ❑ Xe tự lái, Giám sát tuân thủ giao thơng, Dự đốn nhu cầu xe, … Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 19 Các thành tựu quan trọng TTNT (3) ◼ Giáo dục học tập (Education and learning) ❑ ◼ Tài liệu học tập, Quá trình học tập, Phổ cập kiến thức, … Thương mại điện tử ❑ Gợi ý sản phẩm/dịch vụ, Dự đốn nhu cầu, Kế hoạch khuyến mãi, … Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 20 Các thành tựu quan trọng TTNT (4) An toàn hệ thống (System security) ◼ ❑ ◼ Phát vi rút máy tính, Phát công mạng, Lọc thư rác,… Tiếp thị quảng cáo (Marketing and advertisement) Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 21 Các thành tựu quan trọng TTNT (5) ◼ Chơi cờ ❑ ◼ Hiểu ngôn ngữ giải vấn đề ❑ ◼ Chương trình máy tính PROVERB giải tốn đố chữ (crossword puzzles) tốt khả nhiều người Điều khiển tự động ❑ ◼ Deep Blue (hệ thống máy tính IBM) đánh bại kiện tướng cờ vua Thế giới Garry Kasparov vào năm 1997 Một xe tải nhỏ điều khiển tự động hệ thống ALVINN (của CMU) suốt 98% khoảng thơi gian từ Pittsburgh đến San Diego (~2850 miles) Chuẩn đoán ❑ Các chương trình chuẩn đốn y tế dựa phân tích xác suất thực mức tương đương bác sỹ chuyên môn số lĩnh vực y tê Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 22 Các thành tựu quan trọng TTNT (6) ◼ Người máy ❑ ◼ Lập kế hoạch lập lịch tự động ❑ ◼ Ngày nay, nhiều phẫu thuật y tế sử dụng trợ giúp người máy thao tác vi phẫu (microsurgery) NASA thiết kế chương trình lập kế hoạch tự động (gọi Remote Agent) để điều khiển việc xếp lịch hoạt động tàu vũ trụ Lập kế hoạch hậu cần cho quân đội ❑ Trong chiến tranh Vùng Vịnh năm 1991, lực lượng quân đội Mỹ triển khai sử dụng chương trình lập kế hoạch xếp lịch cho cơng tác hậu cần để di chuyển 50.000 xe cộ, hàng hóa, qn lính Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 23 Các lĩnh vực ứng dụng thành công TTNT (1) ◼ Thương mại điện tử (E-commerce) ❑ ◼ Giải trí (Entertainment) ❑ ◼ Phân tích thị trường (Market analysis), Đầu tư chứng khoán (Invest in stocks), Đánh giá rủi ro cho vay (loan risk estimation), Phát giao dịch thẻ gian lận (card fraud detection), … Sản xuất (Manufacturing) ❑ ◼ Trò chơi, Âm nhạc, Phim ảnh, Tin tức, Tài (Finance) ❑ ◼ Quảng cáo cá nhân hóa, Gợi ý sản phẩm dịch vụ,… Phát sản phẩm lỗi, Dự đốn tình trạng bảo trì, Robot hoạt động dây chuyền sản xuất, … Y tế sức khỏe (Medicine and health) ❑ Chuẩn đốn bệnh, Diễn giải ảnh chụp xét nghiệm, Phân tích nhịp tim/sóng não/mạch, Robot hỗ trợ vi phẫu, … Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 24 Các lĩnh vực ứng dụng thành công TTNT (2) ◼ Viễn thông (Telecommunications) ❑ ◼ Không gian vũ trụ (Aeronautics and space) ❑ ◼ Dự đoán cảnh báo cố, rủi ro,… Quân (Military) ❑ ◼ Lập kế hoạch hoạt động tàu vũ trụ, Dự đốn bảo trì trạm vũ trũ, Điều khiển vệ tinh, … Quản lý sở hạt nhân (Nuclear plant management) ❑ ◼ Hỗ trợ khách hàng tự động, Định tuyến truyền liệu, … Nhận dạng phân loại đối tượng, … …Và cịn nhiều lĩnh vực ứng dụng khác… Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 25 Các tảng công nghệ mở TTNT (1) ◼ TensorFlow (www.tensorflow.org) ❑ ❑ ◼ Caffe (caffe.berkeleyvision.org) ❑ ❑ ◼ ❑ ❑ Vào tháng 3/2018, Caffe2 PyTorch sát nhập thành tảng Hệ điều hành: Linux, Mac OS, Windows, iOS, Android, Raspbian Khai thác ngôn ngữ: C++, Python Keras (keras.io) ❑ ❑ ◼ Hệ điều hành: Linux, Mac OS, Windows Khai thác ngôn ngữ: Python, Matlab Caffe2 (caffe2.ai), PyTorch (pytorch.org) ❑ ◼ Hệ điều hành: Linux, Mac OS, Windows, Android Khai thác ngôn ngữ: Python, C++, Java Hệ điều hành: Linux, Mac OS, Windows Khai thác ngôn ngữ: Python Theano (deeplearning.net/software/Theano) ❑ ❑ Hệ điều hành: Linux, Mac OS, Windows Khai thác ngôn ngữ: Python Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 26 Các tảng công nghệ mở TTNT (2) ◼ CNTK (www.microsoft.com/en-us/research/product/ cognitivetoolkit/) ❑ ❑ ◼ Deeplearning4j (deeplearning4j.org) ❑ ❑ ◼ Hệ điều hành: Linux, Mac OS, Windows, Android Khai thác ngôn ngữ: Java, Scala, Clojure, Python Apache Mahout (mahout.apache.org) ❑ ❑ ◼ Hệ điều hành: Windows, Linux Khai thác ngôn ngữ: Python, C++, C# Hệ điều hành: Mọi hđh có cài đặt máy ảo JVM Khai thác ngơn ngữ: Java, Scala Weka (http://www.cs.waikato.ac.nz/ml/weka/) ❑ ❑ Hệ điều hành: Mọi hđh có cài đặt máy ảo JVM Khai thác ngơn ngữ: Java Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 27 Các tranh luận mở TTNT (1) ◼ Khả TTNT? ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ◼ Chơi (hợp lệ) ván bóng bàn? Lái xe tự động theo đường núi quanh co? Mua trực tuyến hàng hóa tuần cho hiệu tạp phẩm? Phát chứng minh lý thuyết toán học mới? Hội thoại với người đồng hồ? Thực tự động ca phẫu thuật mổ phức tạp? Dịch trực tiếp (tức thời) hai thứ tiếng cho hội thoại? … Máy tính suy nghĩ (như người) khơng? Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 28 Các tranh luận mở TTNT (2) ◼ Nếu máy tính làm thay việc làm người, người việc (thất nghiệp) ◼ Con người có nhiều thời gian rảnh rỗi (so với ít, nay) ◼ Con người cảm thấy cảm giác thông minh thống trị (cao nhất) họ ◼ Vì máy tính làm thay (và can thiệp) vào nhiều việc hàng ngày người, họ cảm thấy quyền riêng tư bị xâm phạm ◼ Việc sử dụng nhiều hệ thống TTNT làm giảm (mất đi) trách nhiệm giải trình cơng việc ◼ Sự thành cơng (hồn hảo) TTNT có ý nghĩa kết thúc lồi người? Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 29 Tài liệu tham khảo • R E Bellman An Introduction to Artificial Intelligence: Can Computers Think? Boyd & Fraser Publishing Company, San Francisco, 1978 • E Charniak and D McDermott Introduction to Artificial Intelligence Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1985 • J Haugeland Artificial Intelligence: The Very Idea MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1985 • R Kurzweil The Age of Intelligent Machines MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1990 • N J Nilsson Artificial Intelligence: A New Synthesis Morgan Kaufmann, San Mateo, California, 1998 • D Poole, A K Mackworth, and R Goebel Computational Intelligence: A Logical Approach Oxford University Press, Oxford, UK, 1998 • E Rich and K Knight Artificial Intelligence (Second Edition) McGraw-Hill, New York, 1991 • P H Winston Artificial Intelligence (Third Edition) Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1992 Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence 30 ... 198 0-1 988: Sự xuất bùng nổ hệ chuyên gia ◼ 1986: Các mạng nơ-ron nhân tạo xuất trở lại, trở nên phổ biến ◼ 1987: TTNT trở thành lĩnh vực khoa học ◼ 1995: Sự xuất tác tử thơng minh ◼ Trí tuệ nhân. .. thuật chứng minh Tính tốn Bài tốn (vấn đề) giải khơng giải Bài tốn (vấn đề) áp dụng không áp dụng (độ phức tạp tính tốn - thời gian để giải tốn - hàm mũ) Xác suất Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence... vòng 50 năm sau Turing đề xuất thành phần quan trọng TTNT: tri thức, suy diễn, hiểu ngơn ngữ, học Trí tuệ nhân tạo – Artificial intelligence Hành động cách hợp lý ◼ Hành động cách hợp lý: thực việc