Umělá&inteligence!
Co#o#nás#říká,#i#když#to#(někdy)#nechceme#slyšet?#
Umělá& inteligence& je& věda& o& vytváření& strojů& nebo&systémů,&které&budou&při&řešení&určitého& úkolu&užívat&takového&postupu,&který&–&kdyby& ho&dělal&člověk&–&bychom&považovali&za&projev& jeho&inteligence.& Marvin&Minsky,&1967&
Roman Barták Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze
Jednat#lidsky#
výsledek'řešení'
způsob'řešení'(cesta)'
Přístupy#k#umělé#inteligenci#
myslet lidsky kognitivní v da
myslet racionáln logika
jednat lidsky behaviorismus
jednat racionáln d lat správné v ci
člověk'jako'nositel'inteligence'
inteligence'jako'princip'(racionalita)'
Alan&Turing!(1950)!se!pokusil!nalézt!operační! definici!inteligence.! – „Mohou!stroje!myslet?“!
jako lidé
!!!!!!„Mohou!se!stroje!chovat!inteligentně?“! – Turingův&test& !Stroj!projde!testem,!pokud!není!člověk!na!základě! písemné!komunikace!schopen!rozpoznat,!zda!na! druhé!straně!je!člověk!nebo!stroj.! – Potřebné&schopnosO:& • • • •
zpracování&přirozeného&jazyka& reprezentace&znalosQ& automaOcké&uvažování& strojové&učení&
A#znáte#tohle?#
Reverzní&Turingův&test! !aneb!jak!zjisKt,!zda!u!počítače!sedí!člověk!a! ne!robot!
Myslet#lidsky#
KogniOvní&modelování& – modelujeme!lidské!myšlení! – potřebujeme!vědět,!jak!mozek!funguje! • Přístup!shora!(psychologie)! – stejný!mechanismus!řešení!problémů,!jaký!používají!lidé! – GPS:!General!Problem!Solver!(Newell!&!Simon,!1957)!
• Přístup!zdola!(neurověda)! – modelování!neuronů!a!jejich!vazeb! – konekcionismus! – „inteligentní!chování!se!vynoří! spojením!velkého!počtu! jednoduchých!elementů“!
Myslet#racionálně# Už!od!dob!Aristotela!(384!–!322!BC)!se!lidé!zabývají! hledáním!„pravidel!myšlení“.! – Sylogismy# • vzory!správného!uvažování,!které!ze!správných!vstupů!odvodí! správně!závěry! • Sokrates!je!člověk,!všichni!lidé!jsou!smrtelní! !⇒!Sokrates!je!smrtelný!!
– základy!moderní!logiky!(a!matemaKky)!
Problémy:! – Jak!pro!logické!odvozování!formálně!zachyKt! neformální!znalost,!která!není!100%!jistá?! – Je!velký!rozdíl!umět!vyřešit!problém!v!principu! a!problém!skutečně!vyřešit!!
Jednat#racionálně# Racionální&chování!=!dělat!„správné!věci“! • „správná&věc“!=!dosáhnout!co!nejlepší!(očekávaný)! výstup!pro!dané!(i!nejisté)!vstupy! Dělat!správná!odvození!(myslet!racionálně)!je!čásf! racionálního&agenta,!ale!ne!výlučnou.! – Jsou!situace,!kde!není!žádná!dokazatelná! správná!věc,!kterou!lze!udělat,!přesto!je! potřeba!něco!udělat.! – Ne!každé!racionální!chování!obsahuje!logické! odvození!(např.!reflexy).!
Co#je#agent?#
• Agent!je!cokoliv,!co!vnímá!okolní!prostředí! prostřednictvím!senzorů!a!ovlivňuje!ho! prostřednictvím!akčních&členů.!
Agent#přesněji#
• Agent!přijímá!vjemy!a!jeho!chování!je!plně!určeno! posloupnosf!všech!vjemů,!které!kdy!přijal.! • Formálně!tedy!můžeme!každého!agenta!popsat! agentovou&funkcí!(tabulkou):! – posloupnost!vjemů!→!akce! – Na!základě!chování!agenta,!můžeme!sestavit!jeho!agentovou! funkci!(vnější!charakterisKka).!
• Příklady:& – člověk#
• tedy!pokud!můžeme!agenta!„restartovat“!a!máme!nekonečný!prostor! pro!zápis!tabulky!a!také!hodně!času!
• oči,!uši,!nos,!…!→!ruce,!nohy,!ústa,…!
– robot#
– Tabulka!je!abstraktní&matemaOcký&popis!agenta.!
• kamera,!IR!detektor,!…!→!paže,!kola,!…!
– soJware# • klávesnice,!pakety!ze!sítě!…!→!obrazovka,!pakety!do!sítě,…!
• Interně!ale!bude!chování!agenta!popsáno!spíše! agentovým&programem.! – Program!je!konkrétní&implementace!agentovy!funkce.!
Příklad#agenta# Vysavač& – vjemy: !místo!(A,B)! !obsah!(čisto,špína)! – akce: !vysaj,!doleva,! !doprava,!nic!
Agentův#program:#
Agentova#funkce:# posloupnost&vjemů&
akce&
(A,čisto)!
doprava!
(A,špína)!
vysaj!
(B,čisto)!
doleva!
(B,špína)!
vysaj!
(A,čisto),!(A,čisto)!
doprava!
…!
if!obsah=špína!then! vysaj! else&if!místo=A!then! doprava! else!if!místo=B!then! doleva!
Míra#výkonu# • Jak&správně&vyplnit&agentovu&tabulku?!aneb! Co&odlišujete&dobrého&agenta&od&špatného?& • Potřebujeme!měřit!míru&výkonu!agenta,!tj.!jak!úspěšné!je!jeho! chování!a!to!pokud!možno!objekOvně.! • Kdo&určuje&míru&výkonu?& – tvůrce!agenta!
• Jak&určit&míru&výkonu?& – Podle!toho,!jak!chceme!aby!vypadalo!prostředí!agenta,!spíše!než!podle! toho,!jak!si!myslíme,!že!se!má!agent!chovat.!
• Příklad!(vysavač)! – míra!výkonu:!sesbírej!co!nejvíce!špíny! – možný!výsledek:!vysaj,!vysyp,!vysaj,!vysyp,!…! – míra!výkonu!(lépe):!co!největší!čistá!plocha!
Peníze#jako#míra#výkonu?#
• V!běžném!životě!používáme!peníze!pro! ohodnocení!různého!zboží!a!služeb.!
– Agent!zpravidla!preferuje!více!peněz!před!méně! penězi,!jerli!vše!ostatní!stejné.!
Proč'nejsou'peníze'přímo'mírou'výkonu?' • Uvažujme,!že!jsem!vyhráli!1!mil.!USD!a!můžeme!si! ho!buď!nechat!nebo!přijmeme!sázku!na!hod! mincí!–!padnerli!orel!dostaneme!2,5!mil.!USD,! jinak!nic.!Co!zvolíte?! – Očekávaný!peněžní!zisk!při!sázce!je!1.250.000!USD.! – Většina!lidí!ale!volí!jistotu!1!mil.!USD.!Je!to!snad! iracionální?!
Racionální#agent# • Racionální&agent!je!takový!agent,!který!pro!každou! možnou!posloupnost!vjemů!zvolí!akci!maximalizující! očekávanou!míru!výkonu!a!to!na!základě!údajů! daných!tou!posloupnosf!vjemů!a!vnitřních!znalosf! agenta.! • Pozor,!neplést!se!vševědoucnosR!! – agent!maximalizuje!očekávanou!míru!výkonu! – vševědoucí!maximalizuje!skutečnou!míru!výkonu!
• Racionální!agent!by!měl!být!autonomní!–!nespoléhá! jen!na!znalosK!dané!tvůrcem,!ale!měl!by!se!učit,!aby! kompenzoval!předchozí!částečné!nebo!špatné! znalosK.!
Užitek#z#peněz# • Volba!v!předchozí!„hře“!závisí!nejen!na!hře!samé,!ale!i! na!současném!majetku!hráče!! • Nechť!Sn!je!stav!označující!majetek!n!USD.! • Potom!můžeme!očekávaný!užitek!akcí!popsat!takto:! – EU(Accept)!=!½!U(Sk)!+!½!U(Sk+2.500.000)! – EU(Decline)!=!U(Sk+1.000.000)!
• Nechť!U(Sk)!=!5,!U(Sk+1.000.000)!=!8,!U(Sk+2.500.000)!=!9.! • Potom!je!rozhodnuf!odmítnout!sázku!zcela!racionální!! závislost&užitku&na&penězích&
v!této!oblasK!naopak!risk! vyhledáváme!
v!této!oblasK!raději! preferujeme!jistotu!před! riskem!
Pokud!je!křivka!téměř! lineární,!máme!k!riskování! neutrální!vztah.!
iRacionalita#
Lidské#rozhodování#T#efekt#jistoty# Lidé#se#chovají#„předvídatelně#iracionálně“.# • Allaisův¶dox& – A:!80%!šance!dostat!4000!USD! – B:!100%!šance!dostat!3000!USD! Co!zvolíte?! • obvyklá!volba!je!B,!protože!preferujeme!jistotu!
– C:!20%!šance!dostat!4000!USD! – D:!25%!šance!dostat!3000!USD! Co!zvolíte?! • obvyklá!volba!je!C,!protože!preferujeme!větší!očekávaný!finanční! zisk!
• Efekt&jistoty&–!lidé!silně!preferují!zisk,!který!je!jistý.!
Lidské#rozhodování#T#averze#k#nejednoznačnosX# • Ellsbergův¶dox&
V#urně#je#1/3#červených#koulí#a#zbylé#koule#jsou#černé#nebo#žluté.# – A:!pokud!je!vybrána!červená!koule,!dostanete!100!USD.! – B:!pokud!je!vybrána!černá!koule,!dostanete!100!USD.!
Co!zvolíte?! • obvyklá!volba!je!A,!možnost!výhry!je!1/3,!zafmco!pro!B!je!možnost!výhry!mezi!0!a! 2/3!
– C:!100!USD!za!vybrání!červené!nebo!žluté!koule! – D:!100!USD!za!vybrání!černé!nebo!žluté!koule!
Co!zvolíte?! • obvyklá!volba!je!D,!možnost!výhry!je!2/3,!zafmco!pro!C!je!možnost!výhry!mezi! 1/3!a!3/3!
– Pokud!si!ale!myslím,!že!v!osudí!je!více!červených!než!černých!koulí,!měl! bych!volit!A!a!C!
• Averze&k&nejednoznačnosO&–!lidé!preferují!známou!nejistotu!než! nejistou!nejistotu.!
Lidské#rozhodování#T#trochu#psychologie#
• Efekt&podání&–!formulace!problému!má!velký!vliv! na!rozhodnuf!agenta! – Operace!A!dává!90%!šanci!na!přežif! – Operace!B!má!10%!úmrtnost!
Co!zvolíte?! • obvyklá!volba!je!A,!i!když!obě!volby!jsou!naprosto!totožné!
• Efekt&kotvy&–!lidé!se!cíf!lépe!při!použif! relaKvního!porovnání!než!u!absolutních!hodnot!
– Proto!v!restauraci!najdeme!vína!za!200!USD,!která!si! stejně!nikdo!nekoupí!(a!restauratér!to!ví),!ale!víno!za! 50!USD!potom!vypadá!jako!dobrá!koupě.!Lidé!toKž! očekávají!kvalitu!všech!vín!podle!toho!nejdražšího.!
Vězňovo#dilema# • Uvažujme!následující!„hru“!
– Dva!zloději!Alice!a!Bob!byli!chyceni!při!činu!a!nyní!jsou! odděleně!vyslýcháni.! – Oba!dostali!nabídku!dosvědčit,!že!partner!je!šéf!bandy! výměnou!za!propuštění!(partner!dostane!10!let).! – Pokud!budou!proK!sobě!svědčit!navzájem,!dostanou!po!5! letech.! – Pokud!odmítnou!svědčit,!dostanou!po!1!roku.!
• Jak!se!mají!rozhodnout?!
– racionální!volba!je!svědčit.! Alice:&svědčit&
Alice:&odmítnout&
Bob:&svědčit&
A=r5,!B=r5!
A=r10,!B=0!
Bob:&odmítnout&
A=0,!B=r10!
A=r1,!B=r1!
Zpět#ke#Golden#Balls#
Jak&se&má&zachovat&racionální&Steve?& Sarah:&split& Steve:&split&
Sarah:&steal&
Steve=50!075,!Sarah=50!075! Steve=0,!Sarah=100!150!
Steve:&steal& Steve=100!150,!Sarah=0!
Steve=0,!Sarah=0!
– pokud!Sarah!volí!split,!potom!je!pro!Steva!lepší! !volit!steal& – pokud!Sarah!volí!steal,!potom!je!pro!Steva! !jedno,!co!zvolí! !ale!viděli!jsme,!jak!vypadal,!když!volil!split!;r)!
Hry#–#jak#si#stojí#UI?# • Šachy& – 1997!superpočítač!Deep!Blue!poráží!Kasparova!3.5!–!2.5! – 2002!„běžné“!PC!(program!FRITZ)!remízuje!s!Kramnikem!
• Dáma& – 1994!program!Chinook!mistrem!světa! – 29.!4.!2007!vyřešeno!–!opKmální!řešení!je!remíza!
• Go& – větvící!faktor!361,!což!omezuje!současné!metody! – průměrný!amatérský!hráč!je!lepší!než!počítač!
• Bridge& – 2000!program!GIB!dvanáctý!na!mistrovství!světa! – programy!Jack!a!Wbridge5!hrají!na!úrovni!nejlepších!hráčů! Umělá inteligence I, Roman Barták
Deep#Space#1#
Start:!24.!října!1998! Cíl:!Borrelliova!kometa! Testování&12&nových&technologií& – autonomous&remote&agent& • plánuje,!provádí!a!monitoruje!akce!kosmické!lodi! na!základě!obecných!příkazů!operátora! • tři!zkušební!scénáře! – 12!hodin!nízké!autonomie!(provádění!a!monitorování)! – 6!dní!vysoké!autonomie!(snímání!kamerou,!simulace!poruch)! – 2!dny!vysoké!autonomie!(udržení!směru)! » pozor&na&backtracking!& » pozor&na&deadlock&v&plánu!&
RoboCup#
RoboCup#T#emoce#
• Cílem!je!vyvinout!tým!plně!autonomních! robotů,!který!do!roku!2050!porazí!tým!mistrů! světa!ve!fotbale.! – Simulace! simulované!utkání!v!počítači! – Malí&roboO! roboK!do!průměru!18!cm! – Střední&roboO& roboK!do!průměru!50!cm!! všechny!sensory! – Standardní&pladorma& Sony!Aibo,!Nao! – Humanoidní&roboO! penalty!a!hra!dva!na!dva!
Grand#Challenge# • První!závod!plně&automaOzovaných&vozidel!na! dlouhou!vzdálenost!sponzorovaný!DARPA.! • Cílem!je!mít!třeKnu!pozemních!vojenských!sil!plně! autonomní!do!roku!2015.! – 2004&Grand&Challenge& • neúspěch!r!nikdo!nedokončil!(max.! 11,78!km,!CMU)!
– 2005&Grand&Challenge& • cíl!splněn!!vítěz!Stanley!(212.4!km!za! cca!7!hod.,!Stanford)!
– 2007&Urban&Challenge& • vítěz!BOSS!(CMU)!umí!jezdit!ve!městě!
Google#SelfTdriving#Car#
QuesXon#&#Answering# • Počítačový!systém!Watson!v!roce!2011!porazil!lidské! šampiony!ve!hře!Jeopardy!! • O&co&jde?& – odpovídání!na!otázky!položené!v!přirozeném!jazyce! s!otevřeným!obsahem!(není!omezené!téma!otázky)! – systém!analyzuje!nápovědu!v!přirozeném!jazyce! – na!základě!sémanKckého!porovnání!s!uloženými! informacemi!vyhledá!odpověď! – pokud!má!dostatečnou!míru!jistoty,!tak!odpoví!
• Použité&technologie&
– zpracování!přirozeného!jazyka! – vybavování!informací! – reprezentace!znalosf!a!uvažování!o!nich! – strojové!učení!
Watson#inside# • Rozumí!Watson!kladeným!otázkám?! – ne!
• Dělá!Watson!to!samé,!co!webové&vyhledávače&typu! Google?! – ne!(Watson!vrací!jedinou!odpověď!a!musí!si!s!ní!být! dostatečně!jistý)!
• Jak!tedy!Watson!funguje?!
– rozloží!otázku! – vygeneruje!kandidáty/hypotézy!na!odpověď! – hledá!podporu!pro!své!hypotézy!(masivní!paralelismus)!
• Odkud!Watson!čerpal!informace?! – přímo!z!textových!dokumentů! (včetně!celé!Wikipedie)! !
Trochu#filozofie#na#závěr#
• Watson!(a!ostatní!prezentované!systémy)!je! reprezentantem!slabé&UI& – stroje!se!chovají!jako!inteligentní!bytosK!
• Silná&UI&
– stroje!skutečně!myslí!
• Většina!výzkumníků!považuje!hypotézu!slabé! UI!za!potvrzenou!a!nestarají!se!o!to,!jestli!se! hovoří!o!simulaci!inteligence!nebo!o! skutečnou!inteligenci.! – postupně!jsou!bourány!argumenty! typu!„stroje!nikdy!nebudou!umět!X“!
Roman Barták Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze
[email protected]
