sisteme inteligente de suport decizional - · pdf filesisteme inteligente ... auto-organizare...

33
SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU Curs 5 – Fundamente ale inteligenței artificiale. Inteligență computațională.

Upload: vuongthien

Post on 01-Feb-2018

241 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

SISTEME INTELIGENTEDE SUPORT DECIZIONAL

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU

Curs 5 – Fundamente ale inteligenței artificiale. Inteligență computațională.

Page 2: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

2

Cuprins

➢Fundamente ale inteligenței artificiale➢ Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 3: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

3

Fundamente ale inteligenței artificiale

➢ Care sunt mecanismele de comportament inteligent?➢ Ce reprezintă și care sunt tehnicile IA?➢ Ce sunt agenții inteligenți?

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 4: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

4

Modele de inspirație biologică

Proprietăți➢ auto-organizare➢ auto-configurare➢ auto-optimizare➢ auto-depanare➢ auto-protecție➢ auto-analizare a lor și a contextului lor de execuție

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 5: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

5

Mecanisme de comportament inteligent ale IA

➢ raționament

➢ învățare sau instruire

➢ capacitatea de rezolvare a sarcinilor

➢ comunicare prin limbaj natural

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 6: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

6

Mecanisme de comportament inteligent ale IARaționament

➢ deductiv – concluzia decurge din premise

Toți oamenii sunt muritori.Socrate este om.Socrate este muritor.

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 7: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

7

Mecanisme de comportament inteligent ale IARaționament

➢ inductiv – trecere de la particular la general

a) inducere a unei proprietățiToate păsările pe care le-am văzut au aripi.Toate păsările au aripi.

b) inducere a unei reguli0, 2, 4, 6, 8....

c) inducere a unei structuriProfesorul este pentru student ceea ce medicul este pentru:

pacient medicină

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 8: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

8

Mecanisme de comportament inteligent ale IAÎnvățare sau instruire

➢ supervizată (dirijată de un expert)

➢ nesupervizată (bazată pe auto-organizare)

➢ cu întărire (cu feedback din partea mediului)

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 9: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

9

Mecanisme de comportament inteligent ale IACapacitate de rezolvare a sarcinilor

Sarcini➢ formale: demostrare teoreme, jocuri logice (raționament deductiv)

➢ elementare: percepție, motricitate, recunoaștere de forme

➢ de tip expert: proiectare, depanare, control, diagnoză

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 10: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

10

Mecanisme de comportament inteligent ale IAComunicare prin limbaj natural

➢ sarcină extrem de complexă

➢ bazată pe recunoașterea cuvintelor (a vorbirii)

➢ implică raționament deductiv/inductiv

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 11: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

11

Tehnici ale IA= metode numerice de descriere și exploatare a cunoașterii

➢ reprezentarea cunoașterii (formalizare)

➢ căutarea sau raționamentul

➢ învățarea sau instruirea

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 12: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

12

Tehnici ale IAÎnvățarea sau instruirea

➢ mecanică/inductivă/deductivă/prin analogie/din observații

➢ supervizată/cu întărire/nesupervizată

➢ online/offline

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 13: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

13

Agenți inteligenți

”entitate autonomă, care observă prin intermediul senzorilor și folosește actuatori pentru a acționa asupra mediului.”

Ex: termostatgrup de persoane

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 14: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

14

Artificial stupidity= introducere deliberată a erorilor

”to dumb down”

Fundamente ale IA

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 15: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

15

Inteligență computațională

➢ Ce înseamnă IC?➢ Care sunt diferențele fundamentale între IC și IA?➢ Care sunt domeniile IC?➢ Cum pot fi descrise pe scurt domeniile IC abordate în acest curs?➢ Ce înseamnă adaptare, respectiv autoorganizare?

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 16: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

16

Inteligență computațională (soft computing)

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 17: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

17

Inteligență computațională (soft computing)

IC = modelarea numerică a inteligenței biologice

- exploatează toleranţa la imprecizie, nesiguranţă şi adevăr parţial, pentru a obţine flexibilitate, robusteţe şi costuri scăzute

- poate lucra cu adevăruri parțiale (între 0 – fals și 1 - adevărat), spre deosebire de logica binară utilizată în hard computing

- diferă fundamental de calculul convenţional (hard), caracterizat de lipsa impreciziei şi a adevărurilor parţiale

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 18: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

18

Harta conceptelor

[IEEE Computational Intelligence Magazine, 2006]

172 concepte

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 19: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

19

Harta densității conceptelor

[IEEE Computational Intelligence Magazine, 2006]

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 20: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

20

Domenii ale IC

➢ Logică fuzzy

➢ Calcul evoluționist (evolutionary computation)

➢ Algoritmi genetici

➢ Rețele neuronale artificiale

➢ Sisteme hibride, etc

Logica fuzzy oferă posibilitatea aproximării, algoritmii geneticirealizează o căutare “sistematică” a soluției, rețelele neuronale aucapacitatea de a învăța și de a se adapta.

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 21: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

21

Mituri despre IC

➢ necesitatea supercomputerelor/laureaților Nobel/sumelor mari de bani pentru a obține rezultate utilizând IC

➢ implementările IC sunt cele mai rapide, mai ieftine și mai bune

➢ IC elimină nevoia de programare

➢ într-un sistem, partea de IC este mult mai importantă decât partea de prelucrare a datelor

➢ numai experții în biologie pot utiliza IC

➢ logica fuzzy este vagă, imprecisă

➢ logica fuzzy este un alt fel de probabilitate

➢ IC furnizează întotdeauna optimizarea absolută (optim global).

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 22: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

22

Rețele neuronale artificiale

Creierul, cu uimitoarele sale capacităţi de învăţare,înmagazinare a cunoştinţelor şi prelucrare a informaţieieste sursa de inspiraţie pentru dezvoltarea reţelelorneuronale artificiale (RNA).

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 23: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

23

Rețele neuronale artificiale

- sisteme de prelucrare a informației, ce modelează structura paralelă masivă acreierului – inspirație biologică

- număr mare de elemente de prelucrare (neuroni) relativ simple

- conexiuni ponderate între neuroni

- cunoștințele sunt stocate în ponderile conexiunilor

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 24: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

24

Calcul evoluționist

Domenii: - algoritmi genetici (genetic algorithms)- programare evoluționistă (evolutionary programming)- strategii evolutive (evolution strategies)- programare genetică (genetic programming)- optimizarea roiurilor de particule (particle swarm optimization)

- modelează procese naturale: selecție, recombinare, mutație, etc

- lucrează cu populații de soluții potențiale

- aplică principiul supraviețuirii celui mai bun (teoria evoluționistă - Darwin)

Procesul natural de evoluţie a speciilor, selecţia naturală şi alţioperatori genetici stau la baza strategiilor evolutive, în particular a algoritmilor genetici.

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 25: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

25

Logica fuzzy

Fuzzy: vag, neclar, imprecis, scămos, pufos, nuanţat

Fuzziness: imprecizie nestatistică și caracter vag al informațiilor și datelor

Mulțimi fuzzy: clase de obiecte cu granițe neprecise; apartenența la o clasă este graduală, între 0 (totală neapartenență) și 1 (apartenență completă)

Limbajul natural, modul de acţiune, capacitatea de raţionament chiar în situaţii de informaţii insuficiente şi/sau imprecise, specifice oamenilor, sunt preluate în logicafuzzy şi în sistemele cu logică fuzzy (SLF).

- logica raționamentului aproximativ (extensie a logicii multivalente)

- generalizare a logicii convenționale

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 26: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

26

Logica fuzzy

“Pe măsură ce creşte complexitatea, formulările precise pierd dinînţeles şi formulările pline de înţeles pierd din precizie.” (Lotfi Zadeh)

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 27: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

27

Viziune simplificată a IC

Ce înseamnă adaptare și autoorganizare?

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 28: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

28

Adaptare

= capacitatea unui sistem de a-și modifica parametrii, cu scopul de a-și realiza mai bine sarcinile= proces în cadrul căruia o structură este modificată, pentru a furniza performanțe mai bune

Tipuri de adaptare

➢ supervizată (supervised)➢ nesupervizată (unsupervised)➢ cu întărire (reinforcement)

Legea suficienței: Dacă soluția unei probleme este destul de bună/rapidă/ieftină,

atunci este suficient.

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 29: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

29

Adaptarea supervizată

- ieșirea este apriori cunoscută, pentru toate datele de intrare

- antrenarea este dirijată de eroare

- potrivită pentru aproximareafuncțiilor

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 30: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

30

Adaptarea nesupervizată

- fără critic extern

- interpretarea rezultatelor se face la final

- potrivită pentru probleme de clasificare(grupare, clustering)

- elementele dintr-un grup au un grad ridicat de asociere între ele

- grupurile sunt distincte

Etape: determinarea numărului de grupurirepartizarea fiecărui punct într-un grup

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 31: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

31

Adaptarea întărită

- critic care oferă ajutor, sprijin

- cea mai apropiată de sistemele biologice

- evaluarea se face la final

- măsura potrivirii: cât de bună este o soluțiefață de alta

Ex. Particle swarm optimization

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 32: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

32

Autoorganizare

= proprietate a unui sistem evolutiv de a-și elabora noi forme de organizare, noi modele sau structuri interne= încercarea continuă a sistemului de a se organiza în structuri mai complexe

Exemple de autoorganizare

➢ formarea cristalelor de gheață➢ cristalizarea sării➢ creierul uman

Inteligență computațională

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

Page 33: SISTEME INTELIGENTE DE SUPORT DECIZIONAL - · PDF fileSISTEME INTELIGENTE ... auto-organizare auto-configurare auto-optimizare auto-depanare auto-protecție auto-analizare a lor și

33

Sumar

➢ Fundamente ale inteligenței artificiale➢ Inteligență computațională

Curs 5 – Fundamente ale IA. IC.

În episodul următor: Rețele Neuronale Artificiale.

Ș.l.dr.ing. Laura-Nicoleta IVANCIU, Sisteme inteligente de suport decizional