introduction à l’intelligence artiicielle...de résumer est de dire que dorénavant il y a des...
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Introductionàl’IntelligenceArti1icielle
MarieLefevre
Février2017UniversitéClaudeBernardLyon1
Dequoiva-t-onparler?• Qu’est-cequel’IA?• L’histoiredel’IA• LesfaceDesdel’IA• L’IAaujourd’hui• Pourallerplusloin
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Qu’est-cequel’IA?
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LaconstrucKondeprogrammesinformaKquesquis’adonnentàdestâchesquisont,pourl’instant,accompliesdefaçonplussaKsfaisantepardesêtreshumains
carellesdemandentdesprocessusmentauxdehautniveautelsque:l’apprenKssageperceptuel,l’organisaKondelamémoireetleraisonnementcriKque.
MarvinMinsky
LebutdeintelligencearKficielleestl’étudedelastructuredel’informaKonetdelastructuredesprocessusderésoluKondeproblèmes,
indépendammentdesapplicaKonsetindépendammentd’uneréalisaKon.
JohnMcCarthy
UnecondiKonessenKellepouragirintelligemmentd’unemanièregénéraleestlacapacitédeproduireetdemanipulerdesstructuressymboliques.
AllenNewell
L’étudedesfacultésmentalesàl’aidedesmodèlesdetypecalculatoires
CharniaketMcDermoD
Qu’est-cequel’IA?
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Unedisciplineétudiantlapossibilitédefaireexécuterparl’ordinateurdestâchespourlesquellesl’hommeestaujourd’huimeilleurquelamachine.
RichetKnight
L’automaKsaKondesacKvitésassociéesauraisonnementhumain,tellesqueladécision,larésoluKondeproblèmes,
l’apprenKssage,…
Bellman
L’étudedesmécanismespermeDantàunagentdepercevoir,raisonner,etagir.
Winston
LaconcepKond’agentsintelligents
Pooleetal.
L’étudedesenKtésayantuncomportementintelligent.
Nilsson
Quatrefaçonsdevoirl’IA
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Fidélitéauxperformanceshumaines
ConcepKonidéalisédel’intelligence
Penséeetraisonnement
Comportement
Empirique(hypothèseet
expérimentaKons)
Théorique(mathémaKquesetingénierie)
ModélisaKoncogniKve1960
Newel,Simon,Bellman…
TestdeTuring1950
Kurzweil,Rich,Knight…
Penséelogique19es
Winston,McDermoD…
AgentraKonnel1990
Poole,Nilsson…
Systèmequipensecommeleshumains
SystèmequipenseraKonnellement
Systèmequiagitcommeleshumains
SystèmequiagitraKonnellement
Agircommedeshumains• DéfiniKonopéraKonnelledel’IA• TestdeTuring-1950• Unemachineestconsidéréecommeintelligentesiellepeutconverserdetellemanièrequelesinterrogateurs(humains)nepeuventladisKnguerd’unêtrehumain
• LoebnerPrize-1990• www.loebner.net/Prizef/loebner-prize.html
• Capacitésrequises:• Traitementdulangagenaturel• ReprésentaKondesconnaissances• RaisonnementautomaKque• ApprenKssage
• Problème:nonreproducKble
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IAfaible/IAforte• LetestdeTuringaproduitdeuxthèsessurl’IA:• Thèsefaible• Ilestpossibledeconstruiredesmachinesquisecomportentcommesiellesétaientintelligentes
• Visionraisonnable:• Unprogrammepeutêtrecapablederaisonner,d'apprendreetmêmederésoudredesproblèmes
• Unprogrammene«pense»pas,ilexécute• Thèseforte• LesmachinesquiontuncomportementintelligentpossèdentdesétatscogniKfs• Capabled’éprouveruneréelleconsciencedesoi,deressenKrdevraissenKmentsetcomprendrecequilapousseàfairetelleoutelleacKon
• Nécessitedesavoirapprendreetmodifiersoncomportement
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Pensercommeunhumain• DéfiniKondel’IAcommeunescienceexpérimentale• ReposesurunemodélisaKoncogniKve• CommentfoncKonnenotrecerveau?
• Nécessite:• Théoriessurl’acKvitéinterneducerveau• SciencescogniKves(top-down)• Prédireettesterlecomportementdesujetshumains
• NeurosciencescogniKves(boDom-up)• IdenKfierlecomportementàparKrdesdonnéesneurologiques
• Problème:• ValidaKon:implémenteretcompareravecleshumains
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Penserrationnellement• Reposesurlapenséelogique• Aristote:processusderaisonnementcorrect
• Exemple: Socrateestunhomme Tousleshommessontmortels DoncSocrateestmortel
• 19esiècle:logiqueformelle• Permetd’écriredesénoncéssurlesobjetsdumondeetleursrelaKons
• LienentremathémaKqueetphilosophie
• Problèmes• Certainescapacités(ex:lapercepKon)nesontpasfacilementexprimablesenlogique
• Toutcomportementintelligentn’estpasvéhiculéparleraisonnement• IncerKtude:difficiledetraduirelesconnaissancesetétatsdumonderéelenéquaKonslogiques
• Complexitédecalculs:différenceentrerésoudreunproblèmeenprincipeetlerésoudreréellement
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Agirrationnellement• AgirselonsescroyancespouraDeindredesobjecKfs
• Pasnécessairementderaisonnement• Ex:réflexedeclignerlesyeux,reKrersamaind’unobjetbrulant…
• AgentraKonnel• EnKtéquiperçoitetagitdansunenvironnementpouraccomplirsesbutsenfoncKondesescapacités,desesconnaissancesetdesescroyances
• Problème:• Limitedecalcul,doncraKonalitéparfaiteimpossible• Lebutestdeconcevoirlemeilleurprogrammeselonlesressourcesdisponibles
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Lesbases
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• -450:Lesgrecs:Platon,Socrate,Aristote…• Lesphilosophesetlalogique
• 1623-1662:BlaisePascal,WilhelmSchickard• MachinespouraddiKonner
• 1646-1716:Leibnitz• Machineàraisonner
• 1815-1864:GeorgeBoole• Langageformel,logiquecommedisciplinemathémaKque
• 1906-1978:KurtGödel• Théorèmesdecomplétudeetd’incomplétude(1930/31)
Lesinspirateurs• 1936:AlanTuring• hDp://www.cnrs.fr/ins2i/spip.php?arKcle201• Calculabilité&MachinedeTuring
• Montrequetouteformedecalculpeutêtrereprésentéenumériquement• Donclalogiqueaussi…
• 1943:McCulloch&PiDs• hDp://fr.wikipedia.org/wiki/Neurone_formel• Approchephysiologiquedesneuronesdanslecerveau• ModèlemathémaKqueabstraitcomposédeneuronesenréseau• ToutefoncKoncalculablepeutêtrecalculéeaveccemodèle
• LesconnecteurslogiquesproposiKonnelspeuventêtreimplantéspardesréseauxtrèssimples
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Lesinspirateurs• 1945:VonNeumann• hDps://intersKces.info/jcms/int_64540/le-modele-darchitecture-de-von-
neumann• Architectured’uncalculateur
• 1948:Wiener• hDp://www.syK.net/CyberneKcs.html• CybernéKque
• Décritlescontrôlesetlastabilitéderéseauxélectriques
• 1949:Shannon• hDp://mapage.noos.fr/xolvoet/shannon.htm• Théoriedel’informaKon
• Détaillelessignauxnumériques• PermetlecodageinformaKque,laredondancedetexte,
lacryptographie…
• 1951:MarvinMinsky&PaulEdwards• Premierordinateurbasésurlesréseauxneuronaux
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Actedenaissance• 1956:DartmouthCollege(USA)• JohnMcCarthy(tenantdelalogique)• MarvinMinsky(tenantd’uneapprocheparschémas)
• 10parKcipants(Shannon,Rochester…)
• DiscussionsurlesrelaKonsentrelathéoriedesautomates,lesréseauxneuronauxetlarecherchesurl’intelligence• GenèseautourdelanoKonde«machinesàpenser»• Comparaisonducerveauaveclespremiersordinateurs
Ø JohnMcCarthyproposeletermeArKficialIntelligenceØ IdéedeconstruireuncerveauarKficiel
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Lesdébutdel’IA• 1956:Newell,Simon&Shaw• Simon:hDp://en.wikipedia.org/wiki/Herbert_A._Simon• Shaw:hDp://en.wikipedia.org/wiki/Cliff_Shaw• ProgrammeLT(LogicalTheorist):démonstraKondesthéorèmesdePrincipia
MathemaKca• Généraliséen1958:GeneralProblemSolverquiprogressedanslarésoluKon
enévaluantladifférenceentrelasituaKondusolveuretlebutàaDeindre.• hDp://bitsavers.org/pdf/rand/ipl/P-1584_Report_On_A_General_Problem-
Solving_Program_Feb59.pdf
• 1957:Simon• «Jenevoudraispasvoussurprendreouchoquermaislamanièrelaplussimple
derésumerestdedirequedorénavantilyadesmachinesquipensent,quiapprennentetquicréent.Enplus,leurcapacitédesavoirfairetoutcelacroitrapidementjusqu’àceque-dansunfuturproche-ladifficultédesproblèmesqu’ellessaventtraiterseracomparableàladifficultédesproblèmesauquell’esprithumains’estappliqué.»
Ø Promessequ'unemachineaussiintelligentequ'unêtrehumainexisteraitenmoinsd'unegénéraKon
Ø DesmillionsdedollarsontalorsétéinvesKspourréifierceDeprédicKon
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Premiersdé1is• Programmescapablesdejouerauxéchecs• Premièresidéesen1950parShannon• Premièrevictoiresurunchampiondumondeen1997:DeepBluebatKasparov
• hDp://en.wikipedia.org/wiki/Deep_Blue_(chess_computer)
• Test«d’intelligence»:• ANALOGY(Evans,1963)
capabledetrouverlasuite«logique»d’unesériedefigures• hDp://leadserv.u-bourgogne.fr/files/publicaKons/000273-the-computaKonal-modeling-of-
analogy-making.pdf
• RésoluKondeproblèmesparpropagaKondecontraintes• 1975:Waltz
• hDp://www1.cs.columbia.edu/~waltz/
• Dialogueen«langagenaturel»• Eliza(Weizenbaum,1965)
hDp://jerz.setonhill.edu/if/canon/eliza.htm• SHRDLU(Winograd,1968)
hDp://hci.stanford.edu/~winograd/shrdlu/
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DialogueavecEliza>Leshommessonttoujourslesmêmes-Dansquelsens?>Ilsnousénerventtoujourspourunouioupourunnon-Pensez-vousàunexempleparKculier?>Bien,monpeKtamim'aamenéeici-VotrepeKtamivousaamenéeici?>Ilditquejesuistropsouventdéprimée-Jesuisdésolé́d'apprendrequevousêtesdéprimée>C'estvrai,jesuismalheureuse-Pensez-vousquedeveniricivousaideàneplusêtremalheureuse?>J'aibesoind'aide,çac'estcertain-Qu'est-cequecelasignifiepourvousobtenirdel'aide?>Peut-êtrequejepourraisapprendreàrestertranquilleavecmamère-Parlez-moidevotrefamille.
• Jouez:hDp://www.manifestaKon.com/neurotoys/eliza.php3J
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Shakey,lepremierrobot• 1967:StanfordResearchInsKtute
• LepremierrobotcapablederaisonnersursespropresacKons
• Lent:1hdecalculavantmouvement
• Bruyant:«quitremble»
Ø Maisunepremièrebriqueestposée…
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Premièresdéceptions• Lesannées1960/70…
• ÉchecdestraducteursautomaKques• Exempled'unaller-retourdetraducKonenrusse
«L'espritestfortmaislachairestfaible»devient«Lavodkaestbonnemaislaviandeestpourrie»
• Passageàl’échelledesalgorithmesØ Problèmedemémoireetdepuissancedecalcul
• 1973:Arrêtdesfinancementspourl’IAengénéralØ Financementpourl’IAavecunbut
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Untournant• Débutdesannées70:• Beaucoupdemicromondespossèdentuncomportement«intelligent»• …maislesmicromondesrestentdesmicromondesetn’évoluentpasversdesapplicaKonsréelles
Ø Lesméthodesd’IAsontdesamélioraKonsdelacombinatoire• Onrestreintl’énuméraKonexhausKveàl’aidedu«bonsens»,defoncKonsd’évaluaKonsetd’heurisKques
• NouvelleconvicKon:Uncomportement«intelligent»abesoind’uneconnaissanceapprofondiedudomaineétudié
Ø DébutdesSystèmesàBasedeConnaissancesetdel’IngénieriedesConnaissancesØ Quellesconnaissances?Ø Commentlesdonner?Ø Commentlesreprésenter?Ø CommentlesuKliser?
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L’èredessystèmesexperts• Lesannées70/80:engouementpourlessystèmesexperts• DENDRAL(enchimie):hDp://profiles.nlm.nih.gov/BB/A/L/Y/P/_/bbalyp.pdf
• MYCIN(enmédecine):hDp://www.compuKng.surrey.ac.uk/research/ai/PROFILE/mycin.html
• HersayII(encompréhensiondelaparole)• Prospector(engéologie):hDp://www.compuKng.surrey.ac.uk/ai/PROFILE/prospector.html
• Générateursdesystèmesexperts• NEXPERTSystem:hDp://www.youtube.com/watch?v=RBwsqdsygGU• CLIPS:hDp://www.siliconvalleyone.com/founder/clips/index.htm
Ø IAserecentresurlesconnaissancesavecexploitaKondelalogique:lesconnaissancessontséparéesduraisonnement
Ø 1èresventesd’IAauxentreprises!
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Déceptionsetrenouveau• Findesannées80:désillusion• Systèmeexpertdifficileàmaintenir/faireévoluer• DifficultéàconvaincrelesentreprisesØ Plusdefinancement
• Lesannées90:lesverroussautent• 1997:DeepBlue/Kasparov• 2005:ConduiteautonomedevoitureØ RiendenouveauenIAmaislaloideMoore…
maintenantlesmachinespeuventmeDreenœuvrel’IAimaginée• Depuis90,nouvellevision«agent»
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IAàl’heureduWeb• Lesannées2000• L’IAestpartout:voiture,moteurderecherche…
• TimBerners-Lee(inventeurduWWWen1989)• LanceleprojetdeWebSémanKque(ouWeb3.0)• Idée:meDredusens/desconnaissancesaudessusdespageswebmanipuléesparlesmachines
• ExploitaKondestravauxsurlesontologiesissuesdel’IC• Uneontologie=
• Unehiérarchiedeconcepts• DesrelaKonsentrecesconcepts• DespropriétéslogiquesexprimantlasémanKquedesconceptsetdesrelaKons
Ø NaissanceduWebdesdonnéesetduWebdesobjets
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ProgrammationenIA?• DeslangagesdeprogrammaKonspécifiques• LISP(MacCarthy–USA–1958)
• Traitementdeslistes• hDp://www.mars.cs.unp.ac.za/lisp/
• PROLOG(Colmerauer–France–1972)• ProgrammaKonlogique• hDp://alain.colmerauer.free.fr/
• SmallTalk(Kay–1972)• Langageobjet• hDp://www.smalltalk.org/arKcles/arKcle_20040000_11.html
• LeslangagesdeFramepourlareprésentaKondesconnaissances• YAFOOL(YetAnotherFramebasedObjectOrientedLanguage–1986)• hDps://hal.inria.fr/inria-00070088
• KL-ONE(KnowledgeLanguage)
• TousleslangagesdelogiquededescripKon:hDp://www.inf.unibz.it/~franconi/dl/course/
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Dequoiva-t-onparler?• Qu’est-cequel’IA?• L’histoiredel’IA• LesfaceDesdel’IA• L’IAaujourd’hui• Pourallerplusloin
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Lesgrandesquestionsdel’IA• D’après«L’IA,maisenfindequois’agit-il?»(IRIT–France-2001)• hDp://www.irit.fr/Livret-IA/Livret-3/livret-IA.pdf
• Dixgrandsparadigmesderecherche• Représenterl'informaKon,acquérirdesconnaissances• AlgorithmesgénérauxderésoluKondeproblèmes• IntelligencearKficielle«collecKve»• Formaliseretmécaniserdifférentstypesderaisonnement• ÉvaluerdessituaKons,décider,planifier• Raisonnersurlechangement,letemps,etl'espace• Résumer,apprendre,découvrir• LangueetIA• IndexaKonetIA• RéalitévirtuelleetIA
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Lesfacettesdel’IA:informatique
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Diamantdel’AFIA-2002
…maisaussi• FaceDedesmathémaKques• FormalisaKonduraisonnementmathémaKque:Logique• ContribuKonàdenouveauxchamps:
Logiquesmodales→logiquepossibiliste
• FaceDedesSciencesdelacogniKonØ C’estlemêmeprojetaudépart…• Vision«symbolique»:lapenséeestuncalculsurdessymbolesavecprocesseuretmémoires• Approchevirtuelle
• Vision«sub-symbolique»:lesmécanismessontbiologiquesmaisproduisentlemêmeeffetauniveaumacroscopique• Réseauxneuronaux,automatescellulaires…
• Vision«sociale»:laconnaissanceémergedecomportementsdistribuésdansunenvironnement(approchemulK-agents)• Réseauxneuronauxdynamiques,coloniesd’insectes…
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Prédictionsetréalités• Danslesannées60,uncélèbreprofesseurduMITdisait:«àlafindel’étéonauradéveloppé́unœilélectronique»• Toujourspasdesystèmedevisionparordinateurcapabledecomprendreunescènedynamiquecomplexe
• MaisdessystèmesinformaKqueseffectuentcouramment• LasurveillancedutraficrouKer• Lareconnaissancedevisages• L’analysed'imagesmédicales
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Prédictionsetréalités• En1958,H.Simonprédisaitquedans10ansunordinateurseraitchampiond’échecs• CeDeprédicKons'estvérifiéeen1997(DeepBlue)!
• Aujourd'huilesordinateursontgagnélesKtresdechampionsdumondeauxjeuxdedames,d'Othelloetd’échecs
• AujeuJeopardyavecWatson
• EtmêmeaujeudeGo(AlphaGo)depuisoctobre2015
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Prédictionsetréalités• Danslesannées70,beaucoupcroyaientquedesrobotsinformaKsésseraientpartoutdel'usineaudomicile• Aujourd'huiquelquesindustries(automobile,électronique)sonttrèsroboKséesmaislesrobotsdomesKquesnesontpasencorerépandus
• Maisaujourd’hui• desrobotsontexploréMars• desrobotsréalisentdesopéraKonsducerveauetducœur• deshumanoïdessontopéraKonnelsetdisponiblesàlavente SU
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L’IAcachéepartout• Oupresquepartout,maissouventtropbiencachée…
• Apportdel’IA:• Façondepenser,d’aborderlesproblèmes• ModélisaKonetdécouvertedeconnaissances• AmélioraKondeméthodesetapprochesexistantes
• ApplicaKonsnombreuses:• StaKsKquesetDataMining• Recherched’informaKons• Aideàladécision,àlaplanificaKon• AideàlaconcepKon• ….
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Alorsquereste-t-ilàfaire?• Quelquesexemples:• Assisterl’apprenKssagehumain• S’adapteràdessituaKonschangeantes
• AutonomousRoboKcTrussReconfiguraKonandManipulaKon• hDp://www.youtube.com/watch?v=ynr7VGiusQQ&feature=c4-
overview&list=UUPgIJMsnxPkiVhKlvwu70nA• VoirlacogniKoncommeuneémergencedansl’interacKonavecl’environnement• CogniKonsituée,distribuée,émergente…
• L’IAdéveloppementale• Nouvellebranchedel'IAquiviseàprogrammerunsystèmeiniKal
minimalcapablededéveloppersonintelligenceparlui-même• MOOCIDEAL:hDp://liris.cnrs.fr/ideal/mooc/
• ….
• L’étatdesavancéesenIA?• hDp://en.wikipedia.org/wiki/Progress_in_arKficial_intelligence
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Alorsquereste-t-ilàfaire?• Pourcertains,IAdevient«InformaKqueAvancée»
Ø Ilnes'agitplusdetrouverLAsoluKonuniqueauproblèmedel'IA,maisdecombinerdifférentestechniquespouraméliorerlesperformances
Ø Etdes'aDaquerauxproblèmesquel'approchealgorithmiqueclassiquenepeutrésoudre
Ø EtleWebestunterraind'applicaKonidéal• L'IAl'habitedéjàetenfaçonnelefutur• WWWconférences:hDp://www2012.org
• Maisl'objecKfiniKalconsistantàdévelopperdesmachinesaussiintelligentesquel’êtrehumainconKnueàperdurerØ Pourlerésoudre,ilestcependantnécessaired'ensavoirplussurl'intelligencehumaine…
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Dequoiva-t-onparler?• Qu’est-cequel’IA?• L’histoiredel’IA• LesfaceDesdel’IA• L’IAaujourd’hui• Pourallerplusloin
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Pourallerplusloin
• Ar#ficialIntelligence:AModernApproachStuartRussell&PeterNorvig• Livrederéférencepourlescoursd’IA• FaitparKedespluscités(sourceciteseer.nj.nec.com)• hDp://aima.cs.berkeley.edu/• Beaucoupdecoursdisponibles• Beaucoupdecodessourcesdisponibles,dansplusieurslangagesdeprogrammaKon
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