UPE Caruaru Sistemas de Informao Disciplina Inteligncia Artificial

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UPE – Caruaru – Sistemas de Informação Disciplina: Inteligência Artificial Prof. : Paulemir G.

UPE – Caruaru – Sistemas de Informação Disciplina: Inteligência Artificial Prof. : Paulemir G. Campos Introdução à IA (Parte 3) 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 1

Os Fundamentos da IA (De Neurociência à Lingüística) 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos

Os Fundamentos da IA (De Neurociência à Lingüística) 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 2

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Estuda o sistema nervoso, em particular o

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Estuda o sistema nervoso, em particular o cérebro. A grande questão é como o cérebro exatamente habilita o pensamento? 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 3

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Durante milhares de anos, observou-se o envolvimento

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Durante milhares de anos, observou-se o envolvimento do cérebro de alguma forma no pensamento; Isto porque, pancadas fortes na cabeça podem levar à incapacitação mental. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 4

Neurociência (de 1861 até hoje) n Em 335 a. C. , Aristóteles afirmou: n

Neurociência (de 1861 até hoje) n Em 335 a. C. , Aristóteles afirmou: n n “De todos os animais, o homem é o que tem o maior cérebro em proporção a seu tamanho” Contudo, apenas em meados do século XVIII, o cérebro foi amplamente reconhecido como a base da consciência, e não o coração ou o baço. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 5

Neurociência (de 1861 até hoje) n A partir do estudo da afasia (deficiência da

Neurociência (de 1861 até hoje) n A partir do estudo da afasia (deficiência da fala) feito por Paul Broca (18241880) em 1861, admitiu-se a existência de áreas cerebrais responsáveis por funções cognitivas específicas. n 10/18/2021 Ex. : A produção da fala localiza-se numa parte do hemisfério cerebral esquerdo. IA - Prof. Paulemir Campos 6

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Neste época (em 1861), já sabia-se que

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Neste época (em 1861), já sabia-se que o cérebro é constituído por células nervosas ou neurônios. Porém, apenas em 1873, Camillo Golgi (1843 -1926) desenvolveu uma técnica de coloração que permitiu a observação dos neurônios individuais. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 7

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Atualmente sabe-se da existência de um mapeamento

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Atualmente sabe-se da existência de um mapeamento entre áreas do cérebro e as partes do corpo que elas controlam; Contudo, não há um entendimento completo de como outras áreas do cérebro podem assumir certas funções de uma área danificada. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 8

Neurociência (de 1861 até hoje) n Outra questão chave: n 10/18/2021 Praticamente não há

Neurociência (de 1861 até hoje) n Outra questão chave: n 10/18/2021 Praticamente não há teoria que explique como a memória de um indivíduo é armazenada. IA - Prof. Paulemir Campos 9

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Em 1929, com a invenção do eletroencefalógrafo

Neurociência (de 1861 até hoje) n n Em 1929, com a invenção do eletroencefalógrafo (EEG) por Hans Berger, iniciou-se a medição da atividade de um cérebro intacto. Hoje em dia, através do processamento de imagens por ressonância magnética funcional, obtém-se imagens detalhadas da atividade cerebral. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 10

Neurociência (de 1861 até hoje) n Apesar desses avanços, o homem está longe de

Neurociência (de 1861 até hoje) n Apesar desses avanços, o homem está longe de compreender como realmente funciona os processos cognitivos. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 11

Neurociência (de 1861 até hoje) n O que se sabe é: n n 10/18/2021

Neurociência (de 1861 até hoje) n O que se sabe é: n n 10/18/2021 Uma coleção de células simples pode levar ao pensamento, à ação e à consciência. Em outras palavras, cérebros geram mentes. IA - Prof. Paulemir Campos 12

Neurociência (de 1861 até hoje) n Por outro lado, a única teoria alternativa real

Neurociência (de 1861 até hoje) n Por outro lado, a única teoria alternativa real é o misticismo (doutrina religiosa dos místicos): n 10/18/2021 Existe algum reino místico em que as mentes operam e que está além da ciência física. IA - Prof. Paulemir Campos 13

Neurociência (de 1861 até hoje) Comparação grosseira dos recursos computacionais brutos disponíveis para computadores

Neurociência (de 1861 até hoje) Comparação grosseira dos recursos computacionais brutos disponíveis para computadores (de 2003) e cérebros. Computador Cérebro Humano Unidades Computacionais 1 CPU, 108 portas lógicas 1011 neurônios Unidades de Armazenamento RAM de 1010 bits Disco de 1011 bits 1011 neurônios 1014 sinapses Tempo de Ciclo 10 -9 segundo 10 -3 segundo Largura de Banda 1010 bits / s 1014 bits / s Atualizações de Memória / s 109 1014 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 14

Neurociência (de 1861 até hoje) n Apesar de um computador ser um milhão de

Neurociência (de 1861 até hoje) n Apesar de um computador ser um milhão de vezes mais rápido em velocidade de computação bruta, o cérebro acaba sendo 100. 000 vezes mais rápido no que faz. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 15

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Em 1879, Wilhelm Wundt (1832 -1920) abriu

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Em 1879, Wilhelm Wundt (1832 -1920) abriu o primeiro laboratório de psicologia experimental na Universidade de Leipzig; Com base em experimentos cuidadosamente controlados (processos do pensamento), Wundt tentava transformar a psicologia numa ciência. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 16

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Por outro lado, o behaviorismo, liderado por

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Por outro lado, o behaviorismo, liderado por John Watson (1878 -1958), rejeitava qualquer teoria que envolvesse processos mentais; Para Watson, a introspecção não poderia fornecer evidência confiável. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 17

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Os behavioristas insistiam em estudar apenas medidas

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Os behavioristas insistiam em estudar apenas medidas objetivas baseadas em experimentos estímulo–resposta (percepção–ação); Construções mentais como conhecimento, convicções, metas e etapas do raciocínio eram abandonadas como “psicologia popular”. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 18

Psicologia (de 1879 até hoje) n n O behaviorismo descobriu muito sobre ratos e

Psicologia (de 1879 até hoje) n n O behaviorismo descobriu muito sobre ratos e pombos, mas, teve menos sucesso na compreensão dos seres humanos. Contudo, exerceu forte influência na psicologia (principalmente nos Estados Unidos) entre os anos de 1920 e 1960. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 19

Psicologia (de 1879 até hoje) n Com o funcionalismo de William James (1842 -1910),

Psicologia (de 1879 até hoje) n Com o funcionalismo de William James (1842 -1910), o cérebro passou a ser visto como um dispositivo de processamento de informações (característica importante da psicologia cognitiva). 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 20

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Em 1943, a modelagem cognitiva floreceu, com

Psicologia (de 1879 até hoje) n n Em 1943, a modelagem cognitiva floreceu, com o trabalho “The Nature of Explanation” de Kenneth Craik; Neste trabalho, reestabeleceu-se com vigor a legitimidade de termos “mentais” como convicções e metas, tão científicos quanto pressão e temperatura ao falar sobre gases. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 21

Psicologia (de 1879 até hoje) n Craik especificou também os três passos fundamentais de

Psicologia (de 1879 até hoje) n Craik especificou também os três passos fundamentais de um agente baseado no conhecimento: n n 10/18/2021 1. O estímulo deve ser traduzido numa representação interna; 2. A representação é manipulada por processos cognitivos para derivar novas representações internas; IA - Prof. Paulemir Campos 22

Psicologia (de 1879 até hoje) n Craik especificou também os três passos fundamentais de

Psicologia (de 1879 até hoje) n Craik especificou também os três passos fundamentais de um agente baseado no conhecimento (cont. ): n 10/18/2021 3. Por sua vez, essas representações são de novo traduzidas em ações. IA - Prof. Paulemir Campos 23

Psicologia (de 1879 até hoje) n Já o campo da ciência cognitiva surgiu nos

Psicologia (de 1879 até hoje) n Já o campo da ciência cognitiva surgiu nos Estados Unidos (em 1956) com o desenvolvimento da modelagem de computadores. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 24

Psicologia (de 1879 até hoje) n Assim, com a ciência cognitiva, mostrou-se como modelos

Psicologia (de 1879 até hoje) n Assim, com a ciência cognitiva, mostrou-se como modelos de computadores podem ser usados para tratar: n n n 10/18/2021 A psicologia da memória; A linguagem; E, o pensamento lógico. IA - Prof. Paulemir Campos 25

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n n O primeiro computador operacional foi

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n n O primeiro computador operacional foi a máquina eletromecânica de Heath Robinson construída pela equipe de Alan Turing em 1940; Tinha por único objetivo: n 10/18/2021 Decifrar mensagens alemãs. IA - Prof. Paulemir Campos 26

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n n Em 1941, Konrad Zuse criou

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n n Em 1941, Konrad Zuse criou na Alemanha o Z-3, primeiro computador programável operacional; Já em 1943, a equipe de Turing desenvolveu o Colossus, uma poderosa máquina de uso geral baseada em válvulas eletrônicas. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 27

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n n O primeiro computador eletrônico foi

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n n O primeiro computador eletrônico foi o ENIAC, desenvolvido como parte de um projeto militar secreto na “University of Pennsylvania”. No meio século seguinte, o hardware do computador continuou aumentando a capacidade e velocidade de processamento com redução de custo. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 28

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n Claro que existiam dispositivos de cálculo

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n Claro que existiam dispositivos de cálculo antes do computador eletrônico: n 10/18/2021 A primeira máquina programável foi o tear de Joseph Marie Jacquard (1752 -1834) criado em 1805 que utilizada cartões perfurados; IA - Prof. Paulemir Campos 29

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n Claro que existiam dispositivos de cálculo

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n Claro que existiam dispositivos de cálculo antes do computador eletrônico (cont. ): n 10/18/2021 Na primeira metade do século XIX, Charles Babbage (1792 -1871) projetou a máquina diferencial e a máquina analítica (memória endereçável, programas armazenados e saltos condicionais); IA - Prof. Paulemir Campos 30

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n Claro que existiam dispositivos de cálculo

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n Claro que existiam dispositivos de cálculo antes do computador eletrônico (cont. ): n 10/18/2021 Já Ada Lovelace, é considerada a primeira programadora, pois, escreveu programas para a máquina analítica de Babbage. IA - Prof. Paulemir Campos 31

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n A área de software também contribuiu

Engenharia de Computadores (de 1940 até hoje) n A área de software também contribuiu com a IA fornecendo: n n n 10/18/2021 Sistemas Operacionais; Linguagens de Programação; E, ferramentas para escrita de programas modernos. IA - Prof. Paulemir Campos 32

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n n A criação da

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n n A criação da Teoria de Controle deve -se a Nobert Wiener (1894 -1964), brilhante matemático; Assim como Craik, Wiener e seus colegas desafiaram o behaviorismo. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 33

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Estes pesquisadores viram o

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Estes pesquisadores viram o comportamento consciente como o resultado de um mecanismo regulador tentando minimizar o “erro” (diferença entre estado atual e desejado); 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 34

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n n No final da

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n n No final da década de 1940, Wiener, Mc. Culloch, Pitts e Neumann, organizaram uma série de conferências; Estas exploravam novos modelos matemáticos e computacionais da cognição, influenciando muitos outros pesquisadores nas ciências do comportamento. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 35

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Em 1948, o livro

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Em 1948, o livro de Wiener, Cybernetics, tornou-se um best-seller, despertando o público para a possibilidade de máquinas dotadas de Inteligência Artificial. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 36

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Em geral, o cálculo,

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Em geral, o cálculo, a álgebra de matrizes e as ferramentas da teoria de controle são adequados para sistemas que podem ser descritos por conjuntos fixos de variáveis contínuas. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 37

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Já as ferramentas de

Teoria de Controle e Cibernética (de 1948 até hoje) n Já as ferramentas de inferência lógica e computação permitem tratar de problemas como linguagem, visão e planejamento. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 38

Lingüística (de 1957 até hoje) n n Em 1957, Skinner publicou Verbal Behavior, uma

Lingüística (de 1957 até hoje) n n Em 1957, Skinner publicou Verbal Behavior, uma descrição completa e detalhada da abordagem behaviorista para o aprendizado da linguagem. Contudo, uma crítica feita por Chomsky serviu para aniquilar o interesse no behaviorismo. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 39

Lingüística (de 1957 até hoje) n Em seu livro Syntactic Structures, Chomsky mostrou que

Lingüística (de 1957 até hoje) n Em seu livro Syntactic Structures, Chomsky mostrou que a teoria behaviorista não tratava a noção de criatividade na linguagem. n 10/18/2021 Ex. : Como uma criança podia compreender e formar frases que nunca tinha ouvido antes? IA - Prof. Paulemir Campos 40

Lingüística (de 1957 até hoje) n n A teoria de Chomsky, baseada em modelos

Lingüística (de 1957 até hoje) n n A teoria de Chomsky, baseada em modelos sintáticos do lingüísta indiano Panini (cerca de 350 a. C. ), podia explicar este fato. Contudo, essa teoria era formal o bastante para poder, em princípio, ser programada. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 41

Lingüística (de 1957 até hoje) n n A lingüística moderna e a IA “nasceram”

Lingüística (de 1957 até hoje) n n A lingüística moderna e a IA “nasceram” aproximadamente na mesma época e cresceram juntas; Tanto é que há um campo híbrido chamado lingüística computacional ou processamento de linguagem natural. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 42

Lingüística (de 1957 até hoje) n n O problema de compreender a linguagem logo

Lingüística (de 1957 até hoje) n n O problema de compreender a linguagem logo tornou-se consideravelmente mais complexo do que parecia; Isto porque exige a compreensão do assunto e do contexto, não apenas a compreensão da estrutura da frase. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 43

Lingüística (de 1957 até hoje) n Por fim, grande parte do trabalho em representação

Lingüística (de 1957 até hoje) n Por fim, grande parte do trabalho em representação do conhecimento estava vinculado à linguagem, e era suprido com informações da pesquisa em lingüística. 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 44

Referências n Russel, S. e Norvig, P. Inteligência Artificial. Tradução de: “Artificial Intelligence: A

Referências n Russel, S. e Norvig, P. Inteligência Artificial. Tradução de: “Artificial Intelligence: A Modern Approach”, 2 ed. Editora Campus, 2004. (Capítulo 1, seção 1. 2). 10/18/2021 IA - Prof. Paulemir Campos 45