Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Trí tuệ nhân tạo: Giới thiệu về trí tuệ nhân tạo giới thiệu tới người đọc các nội dung: Định nghĩa về trí tuệ nhân tạo, các nền tảng trí tuệ nhân tạo, lịch sử trí tuệ nhân tạo, các thành tự quan trọng. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên công nghệ thông tin dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Trí Tuệ Nhân Tạo (IT4040) Nguyễn Nhật Quang quangnn-fit@mail.hut.edu.vn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Công nghệ thông tin truyền thông Năm học 2012-2013 Nội dung môn học: Giới thiệu Trí tuệ nhân tạo Định nghĩa Cá Các ề tảng tả Lịch sử tóm tắt Các thành tựu quan trọng Tác tử Giải vấn đề: Tìm kiếm, Thỏa mãn ràng buộc Logic suy diễn Biểu diễn tri thức Biểu ể diễn ễ tri thức khơng ắ chắn ắ Học máy Trí Tuệ Nhân Tạo Định ị nghĩa g 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, i d iin th the ffullll and d lit literall sense."" (Haugeland, (H l d 1985) "[The automation of] activities that we associate with human thinking, activities such as decision-making, problem solving, learning " (Bellman 1978) (Bellman, (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 Định ị nghĩa g 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." 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 Định ị nghĩa g 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 đối ố với gìì ó (hệ ( ệ thống) ố ) biết ế Trí Tuệ Nhân Tạo Hành động người: Turing Test Turing (1950) “Máy tính tốn thơng minh": “Máy tính suy nghĩ khơng?" Ỉ “Máy tính hành động cách thông minh đ ợc khơng?" Thí nghiệm kiểm chứng hành động thơng minh: Imitation Game Dự đốn đến năm 2000, máy tính có 30% khả vượt qua người khơng có chuyên môn 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 diễ hiểu diễn, hiể ngơn ngữ, ữ học h Trí Tuệ Nhân Tạo Suy nghĩ người: Khoa học nhận thức Cuộc “cách mạng nhận thức” năm1960: Xem não người g cấu trúc xử lýý thông g 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 ậ (kiểm ( chứng)? g) Yêu cầu: 1) Dự đoán kiểm chứng hoạt động (hành vi) chủ thể người (hướng tiếp cận top-down), 2)) Nhận ậ dạng g ((xác định) ị ) trực ự tiếp p từ liệu ệ hệ ệ 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 Suy nghĩ hợp lý: Các luật suy nghĩ Chuẩn hóa (hoặc quy tắc hóa), mơ tả Aristotle: Thế q trình suy nghĩ / tranh luận đắn? Một số trường g học Hy y Lạp p phát p triển g dạng g logic: g ký hiệu luật dẫn xuất trình suy nghĩ Mối liên hệ trực tiếp, thông qua toán học triết học, khoa học TTNT đại Các vấn đề: Không gp phải tất hành vi (hành ( động) ộ g) thông g minh xuất phát từ cân nhắc (suy nghĩ) logic Mục đích suy nghĩ gì? Những suy nghĩ mà tơi nên thực ự hiện, ệ , g số suy y nghĩ g mà tơi có? Trí Tuệ Nhân Tạo 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 ệ đạt ợ mục ụ tiêu,, thông g tin ệ 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 Các tác tử hợp ợp lý ý (1) ( ) Một tác tử (agent) thực thể có khả nhận thức hành động Một ộ cách khái quát, q , ộ tác tử ợ biểu diễn g hàm ánh xạ: từ trình (lịch sử) nhận thức đến hành động: f: P P* → A Trí Tuệ Nhân Tạo 10 Các tác tử hợp ợp lý ý (2) ( ) Đối với ộ tập ập ((lớp) p) môi trường g nhiệm ệ vụ, ụ, chúng g ta cần tìm tác tử (hoặc lớp tác tử) có hiệu suất tốt Lưu ý: Các giới hạn tính tốn (của máy tính) khơng cho phép đạt hợp lý hoàn hảo (tối ố ưu) Ỉ Mục tiêu: Thiết kế chương trình máy tính tối ưu tài nguyên g y máy y tính ệ có Trí Tuệ Nhân Tạo 11 Các tảng g TTNT ((1)) Triết học Logic Các phương pháp suy diễn Các sở (nền tảng) việc học Ngôn ngữ Sự hợp lý Toán học ọ Biểu diễn hình thức giải 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 12 Các tảng g TTNT ((2)) Kinh tế học Hàm lợi ích (tiện ích) Lý thuyết định Khoa học ọ thần kinh Nền tảng (cơ sở) tự nhiên hoạt động trí óc Tâm lý học Sự thích nghi Các dấu hiệu nhận thức điều khiển vận động Các kỹ thuật thực nghiệm (vd: tâm sinh lý học,…) Trí Tuệ Nhân Tạo 13 Các tảng g TTNT ((3)) Công Lý nghệ máy tính Xây dựng máy tính có tốc độ tính tốn nhanh thuyết điều khiển Thiết kế hệ ệ thống g nhằm cực ự đại hóa ộ hàm mục ụ tiêu Ngơn ngữ học Biểu diễn tri thức Ngữ pháp (của ngơn ngữ) Trí Tuệ Nhân Tạo 14 Lịch ị sử tóm tắt TTNT ((1)) 1943: McCulloch & Pitts trình bày cơng trình nghiên cứu AI, đề xuất mơ hình nơ-ron nhân tạo trạng thái (on/off) 1950: Khái niệm TTNT lần Turing đề cập báo "Computing Machinery and Intelligence" 1956: Workshop (diễn tháng) Dartmouth (Mỹ) bàn lĩnh vực TTNT, khái niệm TTNT thừa nhận 1952-1969: Các thành tựu ban đầu ầ TTNT 1950s: Các chương trình TTNT Chương trình chơi cờ Samuel Chương trình lý luận logic Newell & Simon Chương trình chứng minh định lý hình học Gelernter Trí Tuệ Nhân Tạo 15 Lịch ị sử tóm tắt TTNT ((2)) 1965: Robinson đề cử giải thuật hoàn chỉnh cho việc suy diễn logic 1966 1973: 1966-1973: Các nhà nghiên cứu TTNT nhận khó khăn độ phức tạp tính tốn Gần khơng nghiên cứu mạng nơ-ron nhân tạo 1969-1979: Sự hình thành phát triển ể ban đầu ầ hệ thống ố 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 199 1995: S Sự xuất ấ hiệ ủ tác tử thông hô minh i h Trí Tuệ Nhân Tạo 16 Các thành tựu quan trọng TTNT (1) Lập kế hoạch lập lịch tự động Chơi cờ Deep Blue (hệ thống máy tính IBM) đánh bại kiện tướng cờ vua Thế giới Garry Kasparov vào năm 1997 Điều khiển tự động NASA S tthiết ết kế ế chương c ươ g ttrình lập ập kế ế hoạch oạc tự động độ g (gọi (gọ Remote Agent) để điều khiển việc xếp lịch hoạt động tàu vũ trụ 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) Người máy Ngày nay, nhiều phẫu thuật y tế sử dụng trợ giúp người máy thao tác vi phẫu (microsurgery) Trí Tuệ Nhân Tạo 17 Các thành tựu quan trọng TTNT (2) Chuẩn đoán Lập kế hoạch hậu cần cho quân đội Các cchương ươ g ttrình chuẩn c uẩ đoán y tế dựa ttrên ê p phân â ttích c xác ác suất thực mức tương đương bác sỹ chuyên môn số lĩnh vực y tê 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 hóa, Hiểu ngơn ngữ giải vấn đề Chương trình máy tính PROVERB giải toán đố chữ hữ (crossword ( d puzzles) l ) tốt h khả ă ủ nhiều hiề người ời Trí Tuệ Nhân Tạo 18 Các tranh luận 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 hiệ chứng minh i h ột lý thuyết th ết toán t học h mới? ới? 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? … Má tí Máy tính h có ó thể suy nghĩ hĩ (như ( h người) ời) đ khơ khơng? ? Trí Tuệ Nhân Tạo 19 Các tranh luận 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 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 20 Tài liệu ệ tham khảo • R E Bellman An Introduction to Artificial Intelligence: Can Computers Think? Boyd & Fraser Publishing Company, San Francisco, 1978 • E E Charniak Ch i k and d D D M McDermott D I Introduction d i to A Artificial ifi i l IIntelligence lli Addi Addison-Wesley, W l 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, C lif i 1998 California, 1998 • D Poole, A K Mackworth, and R Goebel Computational Intelligence: A Logical Approach Oxford University Press, Oxford, UK, 1998 • E E Rich and K K Knight Knight Artificial Intelligence (Second Edition) Edition) McGraw McGraw-Hill Hill, New York York, 1991 • P H Winston Artificial Intelligence (Third Edition) Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1992 Trí Tuệ Nhân Tạo 21 ... chứng minh Tính tốn Bài tốn (vấn đề) giải không giải Bài tốn (vấn đề) áp dụng khơng áp dụng (độ phức tạp tính tốn - thời gian để giải toán - hàm mũ) Xác suất Trí Tuệ Nhân Tạo 12 Các tảng g TTNT... Ngữ pháp (của ngôn ngữ) Trí Tuệ Nhân Tạo 14 Lịch ị sử tóm tắt TTNT ((1)) 1943: McCulloch & Pitts trình bày cơng trình nghiên cứu AI, đề xuất mơ hình nơ-ron nhân tạo trạng thái (on/off) ... 1986: Các mạng nơ-ron nhân tạo xuất trở lại, trở nên phổ biến 1987: TTNT trở thành lĩnh vực khoa học 199 1995: S Sự xuất ấ hiệ ủ tác tử thông hô minh i h Trí Tuệ Nhân Tạo 16 Các thành tựu