Introduzione alla Intelligenza Artificiale

1
Introduzione alla Intelligenza
Artificiale Seminario
Viviana Mascardi
2
A.I. Artificial Intelligence

E' solo fiction...?
http//www.youtube.com/watch?vsqS83f-NUww
3
Cos'è l'intelligenza?
In filosofia, per intelletto si intende quella
facoltà mentale che ha ogni essere umano di
comprendere la realtà e di farsi delle idee, la
quale comporta a sua volta la capacità di
scegliere, discernere, confrontare, comparare,
dissociare, associare, sintetizzare. L'insieme di
queste funzioni viene chiamata capacità
intellettuale.
4
Cos'è l'intelligenza?
In psicologia, l'intelligenza è l'insieme di
funzioni conoscitive, adattative e immaginative,
generate dall'attività cerebrale dell'uomo e di
alcuni animali. È anche definibile come la
capacità di ragionare, apprendere, risolvere
problemi, comprendere a fondo la realtà, le idee
e il linguaggio. Sebbene molti considerino il
concetto di intelligenza in un ambito più ampio,
molte scuole di psicologia considerano
l'intelligenza come distinta da tratti della
personalità come il carattere, la creatività o la
saggezza.
5
Cos'è l'intelligenza artificiale?
LIntelligenza Artificiale, IA, è quella
disciplina appartenente allinformatica che
studia i fondamenti teorici, le metodologie e le
tecniche che consentono di progettare sistemi
hardware e software capaci di fornire
allelaboratore elettronico prestazioni che, a un
osservatore comune, sembrerebbero essere di
pertinenza esclusiva dellintelligenza umana
Somalvico 1987.
6
IA Scienza o Ingegneria?
LIA è al tempo stesso una scienza e
uningegneria Nilsson 1998. È una scienza
perché, nel momento in cui vengono emulati con
determinati sistemi artificiali alcuni dei
comportamenti intelligenti, luomo consegue
lobiettivo di formulare modelli oggettivi e
rigorosi e di ottenere conferme sperimentali ciò
permette di ottenere un indiscutibile progresso
nello studio, svolto con metodi scientifici,
dellintelligenza nelluomo.
7
IA Scienza o Ingegneria?
LIA, inoltre, è uningegneria perché, quando si
ottengono dalle macchine prestazioni che emulano
taluni comportamenti, erroneamente ritenuti
inaccessibili allambito artificiale, si fornisce
un oggettivo progresso al contributo che
lingegneria (e le macchine progettate nel suo
ambito) offre al miglioramento della vita
delluomo.
8
Storia dell'Intelligenza Artificiale
Data di nascita ufficiale 1956, anno in cui,
presso il Dartmouth College di Hanover nel New
Hampshire, la nuova disciplina viene fondata
programmaticamente a partire dalla raccolta dei
contributi sviluppati negli anni precedenti e in
direzione delle potenzialità future.
9
Storia dell'Intelligenza Artificiale
... e prima del 1956? - Automi semoventi di
Erone di Alessandria (I sec. d.C.)? - Progetto di
meccanizzare la ragione, Gottfried Wilhelm
Leibniz (1646-1716)? - Macchina analitica di
Charles Babbage (1791-1871)
10
Storia dell'Intelligenza Artificiale
La IA ha ereditato molte idee, punti di vista e
tecniche da altre discipline, in particolare
dalla filosofia, dalla matematica e dalla
psicologia. Tuttavia, è senza dubbio con la
cibernetica e linformatica che queste influenze
si fanno manifeste e aprono la strada alla
nascita ufficiale dellIA.
11
IA e cibernetica
Allinizio degli anni Quaranta si comincia a
indicare con il termine cibernetica lo studio
sistematico dei processi riguardanti la
comunicazione e il controllo sia negli animali
sia nelle macchine. Warren McCulloch e Walter
Pitts propongono nel 1943 il primo modello di
neuroni artificiali, attingendo alla conoscenza
della fisiologia e delle funzioni di base dei
neuroni, alla logica proposizionale e alla teoria
della computabilità di Alan Turing.
12
IA e cibernetica
Nel 1949 Donald Hebb dimostra come una semplice
regola di aggiornamento per modificare le forze
di connessione fra i neuroni possa dare luogo a
processi di apprendimento. Nonostante questi
significativi successi iniziali, intorno alla
metà degli anni Cinquanta le risorse sono ormai
quasi completamente convogliate sullIA. Questa
tradizione risorgerà verso la metà degli anni
Ottanta con il riemergere, in seno allIA, del
paradigma delle reti neurali.
13
IA e macchina di Turing
Poiché per avere successo lIA deve disporre di
un sistema artificiale nel quale riprodurre,
emulandoli, i fenomeni dellintelligenza,
lelaboratore è stato considerato fin dallinizio
come il miglior candidato a questo ruolo. Alla
base dellelaboratore vi è il concetto di
macchina di Turing.
14
IA e macchina di Turing

http//www.youtube.com/watch?glIThlitvcYw2ewo
O6c4
15
IA e macchina di Turing
Il contributo di Alan Turing (1912-1954) allIA
deve essere riconosciuto non solo nellambito dei
fondamenti dellinformatica, ma anche in quello
del dibattito filosofico relativo ai limiti e
alle potenzialità delle nuove macchine
pensanti. In un articolo del 1950 Turing
1950, Turing propone il famoso test che porta il
suo nome per verificare la presenza o meno di
intelligenza in una macchina.
16
Il test di Turing

http//www.eupvplatform.org/index.php?id219
Test di Turing
http//www.mountainblog.it/?p535
17
Dartmouth, estate 1956
Nellestate del 1956 un gruppo di studiosi si
riunisce al Dartmouth College con lo scopo di
esaminare la congettura che ogni aspetto
dellintelligenza possa essere, in linea di
principio, descritto in modo tanto preciso da
poter far sì che una macchina lo simuli. Questa
data segna linizio ufficiale di una nuova
disciplina che il matematico John McCarthy
propose di chiamare intelligenza artificiale. Gli
altri organizzatori erano Marvin Minsky,
Nathaniel Rochester e Claude Elwood Shannon.
18
Dopo-Dartmouth grandi aspettative...
Quelli che seguono il seminario di Dartmouth sono
gli anni delle grandi aspettative. Possono essere
rilevate due tendenze da una parte il gruppo
guidato da Newell, Shaw e Simon interessato alla
simulazione dei processi cognitivi umani per
mezzo dellelaboratore (GPS. 1958 paradigma
della simulazione) dallaltra coloro che
miravano al raggiungimento della migliore
prestazione possibile per i programmi (paradigma
della prestazione o dellemulazione).
19
...e prime delusioni...
Ben presto però i ricercatori cominciano a
incontrare i primi insuccessi metodi adeguati
per casi semplici si rivelano totalmente
inadeguati in contesti più complessi e ampi
(mancanza di scalabilità). Le grandi aspettative
iniziali devono fare i conti con il fallimento
dei progetti di traduzione automatica fra
linguaggi naturali, fallimento che causa il
ritiro delle ingenti sovvenzioni dei governi
americano e inglese.
20
Sistemi esperti
Un sistema esperto è un sistema che, su un
determinato dominio di conoscenza, mostra le
stesse prestazioni di un esperto umano. Il primo
sistema esperto, DENDRAL, viene programmato per
inferire la struttura di molecole organiche in
base alle loro formule chimiche. MYCIN
Buchanan, Shortliffe 1984 incorpora conoscenza
medica specifica che usa per diagnosticare e
prescrivere trattamenti per le infezioni
batteriche del sangue a partire da informazioni
sui sintomi incomplete e incerte.
21
Reti neurali

Intorno al 1985
quattro differenti gruppi di ricerca inventano
nuovamente un algoritmo di apprendimento, già
scoperto anni prima, basato sulla
retropropagazione (feedback) dellerrore e lo
applicano con successo a molti problemi di
apprendimento in informatica e ingegneria. Il
ritorno di questo approccio viene promosso anche
dalla nascita di una nuova disciplina le scienze
cognitive che, nel 1979, si consacrano
ufficialmente come disciplina autonoma.
22
Tendenze successive

Successivamente
lattenzione dei ricercatori nel campo dell'IA è
stata rivolta a problemi reali chiaramente
delimitati, come il riconoscimento del parlato o
la pianificazione delle attività di una fabbrica.
Ciò che resta della caratterizzazione dellIA
delle origini è la pluralità degli approcci
(logico, probabilistico, fuzzy).
23
Applicazioni dell'IA

La pianificazione
autonoma di attività e operazioni è larea che
maggiormente interessa la produzione industriale
e la logistica, ma anche il controllo di sonde
spaziali. I sistemi che operano in questarea
sono in grado di ricevere un obiettivo di alto
livello, di generare un piano composto da una
sequenza di operazioni semplici per raggiungere
lobiettivo assegnato e, infine, di monitorare
lesecuzione del piano.
24
Applicazioni dell'IA

I giochi sono
una delle aree tradizionali dellIA da un punto
di vista metodologico. Lo studio dei giochi ha
determinato lo sviluppo e la messa a punto di
numerose tecniche, soprattutto quelle della
ricerca nello spazio degli stati. Nel 1997, per
la prima volta nella storia, un programma
sviluppato dalla IBM (Deep Blue) ha sconfitto il
campione del mondo Garry Kasparov.
25
Applicazioni dell'IA

Il controllo
autonomo è un campo, nellambito del controllo di
sistemi complessi, nel quale alcuni sistemi di IA
si sono dimostrati molto efficaci, come nel caso
del controllo di automobili, di veicoli
unmanned e di sonde spaziali.
26
Applicazioni dell'IA

La dimostrazione
automatica di teoremi matematici in passato era
volta a scoprire e provare nuovi teoremi
nellaritmetica, nella geometria, nella logica e
nella meccanica. Di recente, invece, i
ricercatori si sono interessati prevalentemente
allo sviluppo di tecniche inferenziali generali
che, da un dato insieme di fatti, consentano di
dedurre fatti nuovi o loro proprietà e
relazioni.
mammifero(X) - felino(X). mammifero(X) -
canide(X). felino(X) - gatto(X). canide(X)
- cane(X). gatto(silvestro).
manageOneSolGoal(Goal) - call(Goal), !, nl,
write('Il goal '), write(Goal), write(' e''
conseguenza logica della KB.'), nl, nl,
expSys.
27
Applicazioni dell'IA

Larea della
robotica intelligente si articola nelle sottoaree
della manipolazione e della navigazione che si
estendono a un contesto multidisciplinare che va
oltre il contributo fornito dallIA per
comprendere anche la meccanica, la sistemistica e
lelettronica. Lobiettivo è la realizzazione di
macchine autonome, capaci di sostituirsi alluomo
nellesecuzione di attività manuali, ripetitive,
pesanti e nocive.
28
Applicazioni dell'IA

Larea di ricerca
della visione artificiale riguarda il problema
dellelaborazione dellinformazione raccolta dai
sensori visivi, per esempio da telecamere, al
fine di riconoscere e classificare forme, oggetti
e scene bidimensionali e tridimensionali. La
vettura autonoma Stanley (Stanford University,
2005) ha percorso 132 miglia nel deserto del
Mohave, California, senza alcun intervento
umano.
29
Applicazioni dell'IA

Lelaborazione
del linguaggio naturale affronta problemi
estremamente complessi, poichè riguarda alcuni
dei meccanismi meno noti e più sfuggenti del
comportamento umano. La comunicazione, infatti,
presenta ancora molti problemi aperti. Collegata
alla elaborazione del linguaggio naturale è
larea dellelaborazione del linguaggio
vocale.
http//www.chayden.net/eliza/Eliza.html
30
Applicazioni dell'IA
Linteresse per i sistemi esperti è stato
accresciuto dallopportunità di modellare la
conoscenza. A partire da diverse ricerche
precedenti, comprese quelle sulla
rappresentazione della conoscenza, negli ultimi
anni lo studio delle ontologie, ovvero delle
descrizioni formali di domini specifici, ha
raggiunto un buon grado di maturità e promette di
aprire nuovi settori applicativi.
31
Riferimenti bibliografici
Questa introduzione alla IA si basa sull'articolo
di M. Somalvico, F. Amigoni, V. Schiaffonati,
Intelligenza artificiale, disponibile online
all'url http//home.dei.polimi.it/amigoni/teaching
/IntelligenzaArtificiale.pdf Bates 1994 J.
Bates, The Role of Emotion in Believable Agents
Communications of the ACM, 37(7),
1994 Buchanan, Shortliffe 1984 Buchanan, Bruce
G. - Shortliffe, Edward H. (a cura di),
Rule-Based Expert Systems The MYCIN Experiments
of the Stanford Heuristic Programming Project,
Reading (MA), Addison-Wesley, 1984.

32
Riferimenti bibliografici
Jennings, Sycara, Wooldridge 1998 N. Jennings,
K. Sycara, M. Wooldridge, A Roadmap of Agent
research and Development" Journal of Autonomous
Agents and Multi-Agent Systems, 1998 Nilsson
1998 N. J. Nilsson, Artificial intelligence a
new synthesis, San Mateo (CA), Morgan Kaufmann,
1998. Rao, Georgeff 1992 A. S. Rao, M. P.
Georgeff, "An abstract architecture for rational
agents Proc. of KRR-92, 1992

33
Riferimenti bibliografici
Shoham 1993 Y. Shoham, Agent Oriented
Programming, Artificial Intelligence, 60(1),
1993 Somalvico 1987 M. Somalvico,
Lintelligenza artificiale, Milano, Rusconi
Editore, 1987. Turing 1950 A. M. Turing,
Computing machinery and intelligence, Mind,
Volume 59, 1950, pp. 433-460.