1 of 56

�Inteligência Artificial

Introdução ao conteúdo da disciplina, modelo APNP

Guilherme Antonio Borges �Fevereiro de 2022

1

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

2 of 56

Sumário

Introdução à área:

Definições
Principais áreas de aplicação
Categorias de problemas
Exemplos

2

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

3 of 56

Conteúdo da disciplina

Agentes Inteligentes
Aprendizagem de Máquina
Representação e Aquisição de Conhecimento
Resolução de Problemas por Busca
Raciocínio e Lógica Fuzzy
Planejamento*

3

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

4 of 56

Definições Iniciais

4

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

5 of 56

O que é inteligência artificial?

O termo Inteligência Artificial foi criado por John McCarthy

durante a chamada para realização de um projeto de pesquisa no Dartmouth College, Estados Unidos, que reúne dez renomados cientistas da computação,
em 1956.

O sentido original dado por McCarthy foi:

"a capacidade de uma máquina realizar funções que, se realizadas pelo ser humano, seriam consideradas inteligentes”.

5

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

6 of 56

O que é inteligência artificial?

Porém, o conceito de McCarthy não foi consenso, dando espaço para que muitas definições surgissem no decorrer do tempo. Algumas abordagens focadas no humano:

Sistemas que pensa como o seres humanos:

“The exciting new effort to make computers think … machines with minds, in the full and literal sense.” (Haugeland,1989)

Sistemas que agem como o ser humano:

The art of creating machines that perform functions that require intelligence when performed by people.” (Kurzweil,1990)

6

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

7 of 56

O que é inteligência artificial?

Mais definições, estas focadas mais na racionalidade:

Sistemas que pensam racionalmente:

“The study of mental faculties through the use of computer models.” (Charniak and McDermont,1985)

Sistemas que agem racionalmente:

“Computational intelligence is the study of the design of intelligent agents.” (Poole, 1998)
“A field of study that seeks to explain and emulate intelligent behavior in terms of computational processes.” (Schalkoff, 1990)

Entre muitas outras...

7

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

8 of 56

Conceito de Inteligência Artificial

O conceito de inteligência é dependente do contexto.
Em geral ela está relacionada a um conjunto de habilidades humanas como: a percepção, a comunicação, o raciocínio e a aprendizagem.

Nota-se que todas estas habilidades estão também relacionadas com conhecimento.
Uma das principais características ligadas ao conhecimento é a representação de um modelo relativo a um determinado domínio.

8

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

9 of 56

Inteligência Artificial

Informalmente podemos dizer que o objetivo de pesquisa da IA é fazer com que a máquina/software aja de forma mais inteligente na solução de problemas

Como fazer isso?

Simulação da cognição, do raciocínio, da emoção e da decisão na máquina
Modelagem matemática de comportamentos e otimização de processos
Inspiração na natureza

9

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

10 of 56

Inteligência Artificial

Informalmente podemos dizer que o objeto de pesquisa da IA é fazer com que a máquina/software aja de forma mais inteligente na solução de problemas

Como fazer isso?

Simulação da cognição, do raciocínio, da emoção e da decisão na máquina
Modelagem matemática de comportamentos e otimização de processos
Inspiração na natureza

10

É importante frisar. ��Existem muitas técnicas de IA e nenhuma delas resolve todos os problemas de IA de forma universal.

Cada abordagem possui seus pontos positivos e negativos para cada caso.

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

11 of 56

Que tipos de problemas conseguimos resolver com IA?

Inspirado no material de Fernando J. Von Zuben (Inteligência Artificial em Aplicações Industriais)

11

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

12 of 56

Grandes áreas da IA

Vamos separar os problemas nas seguintes categorias:

Resolução de problemas
Conhecimento e raciocínio
Planejamento
Conhecimento incerto e raciocínio
Aprendizagem
Comunicação, percepção e ação

12

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

13 of 56

Algumas subáreas por grande área

Resolução de problemas:

Técnicas de busca

Busca no navegador
Busca de configuração ótima
Busca de um dado
Busca de palavra em texto
Melhor combinação entre conjuntos (Match no Tinder)

13

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

14 of 56

Exemplos p/ grande área

Resolução de problemas:

Jogos

Equilíbrio de ações na economia
Estimativa de Trade-off entre variáveis

Sistemas baseados em conhecimento

Catálogo para identificar doenças com base em sintomas
Modelagem de regras para identificar eventos

14

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

15 of 56

Algumas subáreas por grande área

Conhecimento e raciocínio:

Representação e Modelagem do conhecimento

Como modelar conhecimento para um computador?
Que linguagem seria mais eficiente para um computador?

Mecanismos de inferência

Como fazer um software usar conhecimento?
Como fazer um software concluir algo a partir do conhecimento modelado?

Aquisição de conhecimento

Como adquirir o conhecimento?

15

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

16 of 56

Exemplos p/ grande área

Planejamento:

Escalonamento

Em que ordem entregar as encomendas do Correios?
Por onde navegar em um mapa?
Que rota pegar se a rota anterior não é possível?

Atribuição de tarefas

Quem vai entregar a encomenda no menor tempo?
O que cada braço mecânico terá de executar para montar �uma peça em uma linha de montagem em um dado tempo?

16

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

17 of 56

Exemplos p/ grande área

Planejamento:

Planejamento multiagente

Como coordenar Robôs em um jogo de Futebol?
Que passos os “oponentes” em um Jogo de Computador?
Como fazer um carro autônomo navegar na cidade sem bater em pessoas e outros carros?

17

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

18 of 56

Exemplos p/ grande área

Conhecimento incerto e raciocínio:

Raciocínio com fatores de certeza

Se o abajur está ligado, vou desligar e ir dormir.

Raciocínio probabilístico

Será que chove? Previsão do tempo…
Qual a melhor ação em um ambiente pou não observável? (FoW)
Qual a probabilidade de uma pessoa estar em casa em um horário?

Sistemas de inferência nebulosa

Quando ligar e desligar o esfriamento do ar-condicionado?

18

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

19 of 56

Exemplos p/ grande área

Aprendizagem:

Classificação

Está chovendo?
Homem ou mulher?
Aluno ou professor?
É o usuário Guilherme Borges?

Recomendação

Que série ou música recomendar?
Que propaganda exibir para o usuário?

19

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

20 of 56

Exemplos p/ grande área

Aprendizagem:

Predição

Qual a probabilidade de chover?
A probabilidade de um avião cair?
A chance de um filme ser ruim?

Aprendizagem por reforço

Qual a melhor configuração para uma máquina �de linha de produção?
Otimização combinatória

20

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

21 of 56

Exemplos p/ grande área

Comunicação, percepção e ação:

Processamento probabilístico da linguagem

Identificar o idioma de alguém
Converter voz em texto
Qual palavra sugerir como correção?

Robótica (percepção, aprendizagem, ação)

Como coordenar um braço mecânico?
Como interpretar e eliminar ruídos de um sensor?
Como explorar um ambiente desconhecido?

21

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

22 of 56

Problemas em comum

Perceba que algumas técnicas/áreas de IA resolvem os mesmos problemas, mas de formas diferentes.
Por exemplo:

Identificar uma doença através de uma tabela de sintomas ->

Aprendizagem de máquina
Sistemas especialistas

Encontrar a configuração ótima para a operação de uma máquina ->

Técnica de busca
Aprendizagem por reforço

22

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

23 of 56

IA Fraca e IA Forte

Apesar de uma técnica de IA pode resolver o mesmo problema que outra, nenhuma delas resolve todos os problemas possíveis por causa que a maioria delas segue o princípio da IA Fraca:

Entende que a construção de sistemas são de certa forma “inteligente”, entretanto, não são capazes de raciocinar por si próprios.
Não tendo raciocínio nem vontades, pois a máquina se baseia no insumo do conhecimento fornecido por um humano.
Estas características limitam a expressividade das técnicas para serem somente capazes de resolver problemas pontuais.

23

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

24 of 56

IA Fraca e IA Forte

Entretanto, há a noção em IA de IA Forte:

Perspectiva está relacionada com a criação de computadores com consciência e que possam pensar, e não somente simular raciocínios.
Desta forma, um programa poderia escrever uma poesia ou uma música com semântica/sentido, e não somente organizar palavras e sons de forma coerente.
Esta noção ainda está longe da realidade para a nossa tecnologia atual, porém ela é um tópico frequente na ficção e nas preocupações do uso de IA.

24

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

25 of 56

IA Fraca e IA Forte

25

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

26 of 56

IA Fraca e IA Forte

26

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

27 of 56

Questões centrais em IA

Como implementar o raciocínio?
Como representar e manipular o conhecimento?
Como realizar planejamento?
Como possibilitar o aprendizado de máquina?
Como e quando comunicar-se?
Como trabalhar com a percepção?
Como navegar em ambientes desconhecidos?
Como manipular objetos?

27

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

28 of 56

Aplicações Reais

Inspirado no material de Fernando J. Von Zuben (Inteligência Artificial em Aplicações Industriais)

Leiam elas, que vamos discutir sobre durante a aula síncrona.

28

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

29 of 56

Exemplo de Aplicação 1

Para falantes não nativos em inglês, é possível identificar a língua pátria somente com base nos textos em inglês escritos por eles?

29

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

30 of 56

Exemplo de Aplicação 1

Revista da Fapesp - Agosto/2014: link.

30

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

31 of 56

Exemplo de Aplicação 2

Gerenciamento de Estoque

31

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

32 of 56

Exemplo de Aplicação 2

Com otimizar abastecimento?

32

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

33 of 56

Como otimizar o abastecimento?

33

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

34 of 56

Como otimizar o abastecimento?

34

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

35 of 56

Como otimizar o abastecimento?

35

Horizonte de Planejamento

Dados dos Clientes (estoque inicial, consumo diário, custo de estoque, estoque máximo)

Dados do Fornecedor (estoque inicial,produção diária, custo de estoque)

Dados da Frota de Transporte (custo de transporte, capacidade diária máxima)

Quando atender cada cliente?

Em que momento fornecer o produto ao cliente?

Que rotas utilizar no atendimento?

Sistema de gerenciamento de estoque e roteamento

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

36 of 56

Exemplo de Aplicação 3

Otimização de processos

36

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

37 of 56

Exemplo de Aplicação 3

Melhores rotas em um mapa para entrega de cargas

37

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

38 of 56

Exemplo de Aplicação 3

Rotas pelo Waze

38

http://djtal.com.br/waze/

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

39 of 56

Exemplo de Aplicação 3

Otimização Multi-modal

39

http://www.computacaointeligente.com.br/artigos/o-problema-de-otimizacao/

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

40 of 56

Exemplo 4

Ainda otimização:

Como posicionar otimamente um número n de escritórios de representação/lojas/shopping centers/hipermercados ao longo do território brasileiro?

Há muitos critérios a serem considerados, mas iremos tomar aqui apenas a densidade populacional, representada pelas 186 cidades mais populosas do Brasil

40

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

41 of 56

Exemplo 4

Posicionamento Ótimo

41

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

42 of 56

Exemplo de Aplicação 5

Robótica

42

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

43 of 56

Navegação Autônoma: Ambiente

O ambiente de navegação é em geral:

Desconhecido e/ou �não estruturado
Arbitrário
Informações locais
Dinâmico
Sem auxílio externo

43

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

44 of 56

Navegação Autônoma: Tarefas

Única tarefa:

Desviar de objetos

Múltiplas tarefas:

Desviar de obstáculos + capturar alvos
Desviar de obstáculos + capturar alvos + manter energia

Aprender como executar e coordenar

44

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

45 of 56

Navegação Autônoma

Características dos robôs

Sensores:

IR, ultra-som, contato, câmera, GPS …

Atuadores:

Rodas, esteiras, patas, hélice, leme, …

Limitados, ruidosos e imprecisos

45

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

46 of 56

Navegação Autônoma

Aplicações Reais:

Prospecção submarina
Sensoriamento Remoto
Localização de minas
Manutenção de tubulações
Vigilância e Monitoramento
Transporte de materiais
Limpeza de ambientes
Exploração espacial e Resgates em locais perigosos

46

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

47 of 56

Navegação Autônoma

Exploração Espacial

47

Sojouner (1982-1997)

Opportunity (2003-2019)

Spirit (2010-XXXX)

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

48 of 56

Exemplo de Aplicação 6

Gerador automático de texto para descrever qualquer imagem

48

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

49 of 56

Exemplo de Aplicação 6

VINYALS, Oriol et al. Show and tell: A neural image caption generator. In: Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition. 2015. p. 3156-3164.

49

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

50 of 56

Exemplo de Aplicação 6

VINYALS, Oriol et al. Show and tell: A neural image caption generator. In: Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition. 2015. p. 3156-3164.

50

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

51 of 56

Exemplo de Aplicação 7

Tradução de áudio em texto

51

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

52 of 56

Curiosidades a serem discutidas

Existem profissões que podem sofrer com o crescimento de sistemas com IA?
Que perigos há ao usar inteligência artificial?
Computadores têm alma?
Para mais curiosidades recomendo assistir os vídeos no material complementar: link.

52

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

53 of 56

Referências

53

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

54 of 56

Referências

SCHALKOFF, Robert J. Artificial intelligence: an engineering approach. New York: McGraw-Hill, 1990.
POOLE, David; MACKWORTH, Alan; GOEBEL, Randy. Computational Intelligence: a logical approach. 1998.
HAUGELAND, John. Artificial intelligence: The very idea. MIT press, 1989.
KURZWEIL, Ray et al. The age of intelligent machines. Cambridge: MIT press, 1990.

54

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

55 of 56

Referências

CHARNIAK, E.; MCDERMOTT, D. Introduction to artificial intelligence. 1985.
NORVIG, P. Russel; INTELLIGENCE, S. Artificial Intelligence. A modern approach. Prentice Hall, 2002.

55

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

56 of 56

Guilherme Antonio Borges

guilhermeborges@ifsul.edu.br

Site da disciplina: link.

56

MUITO�OBRIGADO

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas

www.ifsul.edu.br

Instituto Federal Sul-rio-grandense | câmpus Charqueadas