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Aplicações de Inteligência
Artificial em Física
Prof. Dr. Arnaldo Dal Pino Jr.
Dep. de Física
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Colaboradores
Prof. Dr. Maurício Ruv Lemes (Anhanguera
Educacional)
Prof. Dr. Luis Roberto Marim (Instituto Mauá
de Engenharia).
Prof. M.C. Joarez L. dos Reis Jr. (UNIP)
Prof. Dra. Márcia Gonçalves (UNITAU)
Prof. Dr. Clovis Caetano (UFFS)
M.C. Rene Spada (doutorando no ITA)
Aplicações
“Periodic Table of Elements in the Perspective of Artificial
Neural Networks” – MRL & ADP – Journal of Chemical
Education, 2011, 88, 1511
Quim.Nova, 2008, 31, 1141
“Application of Artificial Intelligence to Search Ground-state
Geometry of Clusters” – MRL & LRM & ADP –
PRA, 2002, 66, 23203
PRA, 2003, 67, 33203
Phys.Stat.Sol., 2006, 243, 449
O que é inteligência?
Substantivo feminino.
1. faculdade de aprender ou compreender;
2. Capacidade de adaptar-se facilmente;
3. Maneira de entender ou interpretar;
4. Entendimento recíproco;
5. Destreza mental, habilidade;
6. Capacidade de resolver situações novas.
O que significa artificial?
Adjetivo
1. Produzido pela arte, não natural;
2. fingido, disfarçado;
3. postiço.
We propose that a 2 month, 10 man study of artificial
intelligence be carried out during the summer of 1956 at
Dartmouth College in Hanover, New Hampshire.
The study is to proceed on the basis of the conjecture that
every aspect of learning or any other feature of intelligence
can in principle be so precisely described that a machine can
be made to simulate it. An attempt will be made to find how to
make machines use language, form abstractions and concepts,
solve kinds of problems now reserved for humans, and
improve themselves.
J. McCarthy et al.; Aug. 31, 1955.
Dartmouth Artificial Intelligence (AI) Conference
Five of the attendees of the 1956 Dartmouth Summer
Research Project on Artificial Intelligence reunited at
the July AI@50 conference. From left: Trenchard
More, John McCarthy, Marvin Minsky, Oliver
Selfridge, and Ray Solomonoff.
Quais são os objetivos da
AI?
•Replicar a inteligência humana.
•Desenvolver conexões inteligentes
entre percepção e ação.
•Identificar problemas interessantes
de processamento de grandes
volumes de informação e resolvê-
los.
Aplicações de AI?
Jogos:
Deep Blue derrotou o campeão mundial de xadrez (G. Kasparov - 1997)
Quais são os elementos básicos para a
construção de sistemas de AI?
Percepção
Raciocínio
Ação
1o Elemento Percepção
• Sistemas Biológicos Inteligentes (animais).
•Percepção = sentidos.
2o elemento
Raciocínio
•Inferir: ato de tirar por conclusão; deduzir por raciocínio.
•Tomar Decisões: ato ou efeito de deliberar, resolver,
determinar.
•Classificar: distribuir em grupos.
3o Elemento Ação
•Comportamentos são focados em ações:
Quais são as dificuldades
fundamentais em problemas de
AI?
• Representação
Como estruturar o conhecimento? O que
representar e como?
Como representar regras/lógica?
Informação implícita?
Dificuldades Fundamentais
•Planejamento
Partindo de fatos genéricos a respeito do mundo, fatos sobre
os efeitos de ações básicas, fatos sobre uma situação particular
e um objetivo.
Gerar uma estratégia para alcançar
o objetivo em termos de uma seqüência
de passos ou ações.
Algoritmo Genético
Elementos Básicos e Funcionamento
Diagrama de blocos
Operadores Genéticos
Redes Neurais Artificiais
Elementos Básicos e Funcionamento
Rede Neural do tipo Feed-Forward
Redes Neurais Artificiais
MIT: robots que se comportam como uma colônia de
formigas.
Robots eram "premiados" quando conseguissem juntar
certa quantidade de comida. Eles aprenderam sozinhos
que deviam chamar os outros robôs para colaborar no
transporte da comida quando a encontrassem.
Fazenda de Formigas
• Grande quantidade de dados (input/output) disponível
• Fácil gerar muitos exemplos do comportamento correto
mas não sabemos como relacioná-los.
• Problema de grande complexidade mas tem uma solução.
• A solução do problema pode mudar ao longo do tempo.
• Saídas podem ser “fuzzy” ou não-numéricas.
Quando é uma boa idéia usar
uma rede neural artificial?
Quando não é uma boa idéia usar
uma rede neural artificial?
•Se existe uma fórmula/algoritmo que resolve o
problema -> utilize computação tradicional.
•Se sua solução pode evoluir para uma direção não
pré-definida -> Tente o algoritmo genético.
•Se você não dispõe de um número significativo de
dados.
•Solução exige valores numéricos de saída muito
precisos.
Aplicação 1:
OTIMIZAÇÃO DA GEOMETRIA DE AGLOMERADOS
DE SILÍCIO VIA REDES NEURAIS
Inteligência Natural
X
Inteligência Artificial
In La Sr Rb K Na - Mg
Sn Ce Y - Ca - - -
Te - Zr - Sc Al P N
Ag - Mo - Ti - - O
Pd Ru - V - - - F
- - Cr - - - S Cl
Ni Mn - - - - - Br
Cu - - - Zn Ga As Se
In La Sr Rb K Na - Mg
Sn Ce Y - Ca - - -
Te - Zr - Sc Al P N
Ag - Mo - Ti - - O
Pd Ru - V - - - F
- - Cr - - - S Cl
Ni Mn - - - - - Br
Cu - - - Zn Ga As Se
Observações
F -> Cl e Br
F -> O e N
A rede reconheceu e agrupou elementos com alta eletronegatividade!
. Observações:
Ag <-> Pd
Ni <-> Cu
Mn – Cr – V -Ti
Metais de transição
In La Sr Rb K Na - Mg
Sn Ce Y - Ca - - -
Te - Zr - Sc Al P N
Ag - Mo - Ti - - O
Pd Ru - V - - - F
- - Cr - - - S Cl
Ni Mn - - - - - Br
Cu - - - Zn Ga As Se
. Observações
Rb <-> K
Na <-> K
Alcalinos
Rb <-> SrK, Ca e Sc
Alcalino-
Alcalino Terroso
In La Sr Rb K Na - Mg
Sn Ce Y - Ca - - -
Te - Zr - Sc Al P N
Ag - Mo - Ti - - O
Pd Ru - V - - - F
- - Cr - - - S Cl
Ni Mn - - - - - Br
Cu - - - Zn Ga As Se
. Observações
Sr, Y e Zr
Família 5A
In La Sr Rb K Na - Mg
Sn Ce Y - Ca - - -
Te - Zr - Sc Al P N
Ag - Mo - Ti - - O
Pd Ru - V - - - F
- - Cr - - - S Cl
Ni Mn - - - - - Br
Cu - - - Zn Ga As Se
P e N
Famílias Vizinhas
In La Sr Rb K Na - Mg
Sn Ce -
Er
Y - Ca - - -
Te - Zr - Sc Al P N
Ag Pt -
Au
Mo - Ti - - O
Pd Ru - V - - - F
- - Cr - - - S Cl
Ni Mn - - - - - Br
Cu - - - Zn Ga As Se
Computação inteligente tem grande potencial de aplicação em problemas
de física e química molecular.
Maiores possibilidades se:
Grande quantidade de dados -> estimar, classificar e organizar.
A criação de inteligência artificial “hard” ainda está
distante. Contudo, os sistemas especialistas, hoje, já podem
nos superar em diversas áreas.
Conclusão
Pensar é o esporte mais radical que
existe. Pratique-o.
Encerramento
Prof. Dr. Arnaldo Dal Pino Júnior