tri-tue-nhan-tao_nguyen-nhat-quang_l1-gioi-thieu-ve-tri-tue-nhan-tao - [cuuduongthancong.com]_1.pdf

s

1. Trí Tuệ Nhân
T
ạo
(IT4040) (IT4040)
Nguyễn Nhật Quang
[email protected] Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện Công nghệ thông tin và truy ền thông
Năm học 2012-2013
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Nội dung môn học
:
„
Giới thiệu về Trí tuệ nhân tạo
‰
Định nghĩa Cáềtả
‰
Cá
c n
ề
n
tả
ng
‰
Lịch sử tóm tắt
‰
Các thành tựu quan trọng
„
Tác tử
„
Giải quyết vấn đề: Tìm kiếm, Thỏa mãn ràng buộc
„
Logic và suy diễn
„
Biểu diễn tri thức
ểễắắ
„
Bi
ể
u di
ễ
n tri thức không ch
ắ
c ch
ắ
n
„
Học máy
Trí Tuệ Nhân Tạo
2
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

3. Đ
ị
nh n
g
hĩa về TTNT
(
1
)
ịg()
„
Các định nghĩa (quan điểm) về TTNT được chia thành 4
nhóm:
‰
(1) Các hệ thống suy nghĩ (thông minh) như con người
„
"The exciting new effort to make computers think ... machines with
i d i th f ll d lit l
" (H l d 1985)
m
in
d
s,
in
th
e
f
u
ll
an
d

lit
era
l sense.
"

(H
auge
lan
d
,
1985)
„
"[The automation of] activities that we associate with human thinking,
activities such as decision-making, problem solving, learning ..."
(Bellman 1978) (Bellman
,
1978)
‰
(2) Các hệ thống suy nghĩ một cách hợp lý
„
"The study of mental faculties through the use of computational model
s
." (Charniak and McDermott, 1985)
„
"The study of the computations that make it possible to perceive,
reason, and act." (Winston, 1992)
Trí Tuệ Nhân Tạo
3
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

4. Đ
ị
nh n
g
hĩa về TTNT
(
2
)
ịg()
‰
(3) Các hệ thống hành động (thông minh) như con người
"
The art of creating machines that perform functions that require
„
"
The

art

of

creating

machines

that

perform

functions

that

require

intelligence when performed by people." (Kurzweil, 1990)
„
"The study of how to make computers do things at which, at the
moment, people are better
.
"
(Rich and Knight, 1991)
moment,

people

are

better
.

(Rich

and

Knight,

1991)
‰
(4) Các hệ thống hành động một cách hợp lý
„
"Computational Intelligence is the study of the design of intelligent agent
s
." (Poole et al., 1998)
„
"AI . . .is concerned with intelligent behavior in artifacts ." (Nilsson,
1998)
Trí Tuệ Nhân Tạo
4
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

5. Đ
ị
nh n
g
hĩa về TTNT
(
3
)
ịg()
„
Cácđịnh nghĩa (1) và (2) liênquanđếncác quá trình suy nghĩ và
suy
diễn
và
suy
diễn
„
Cácđịnh nghĩa (3) và (4) liênquanđếncáchhànhđộng
„
Cácđịnh nghĩa (1) và (3) đánh giá mứcđộthành công (sự
thông minh) theotiêu chuẩncủa con người
Các
định
nghĩa
(2)
và
(4)
đánh
giá
mức
độ
thành
công
(
sự
„
Các
định
nghĩa
(2)

và
(4)

đánh
giá
mức
độ
thành
công
(
sự
thông minh) theotiêu chuẩncủasựhợp lý
‰
Mộthệthống hànhđộng hợp lý, nếunólàmcácviệc phù hợp
ố
ớ
ì
ó
(
ệ
ố
)
ế
đ
ố
iv
ớ
inhững g
ì
n
ó
(
h
ệ
th
ố
ng
)
bi
ế
t
Trí Tuệ Nhân Tạo
5
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

6. Hành động như con người: Turing Test „
Turing (1950) “Máy tính toán và sự thông minh":
„
“Máy tính có thể suy nghĩ được không?" Æ“Máy tính có thể hành động một cách thông minhđợc không?" động

một

cách

thông

minh

đ
ư
ợc

không?"
„
Thí nghiệm kiểm chứng hành động thông minh: Imitation Game
„
Dự đoán rằng đến năm 2000, máy tính sẽ có 30% khả năng vượt
qua một người không có chuyên môn đối với một bài kiểm tra
(Turing test) trong 5 phút
„
Turing (vào năm 1950) đã dự đoán trước các vấn đề tranh luận quan
trọng trong TTNT trong vòng 50 năm sau
„
Turing đã đề xuất các thành phần quan trọng của TTNT: tri thức, suy
diễhiểôữh diễ
n,
hiể
u ng
ô
n ng
ữ
,
h
ọc
Trí Tuệ Nhân Tạo
6
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

7. Suy nghĩ như con người: Khoa học nhận thức
„
Cuộc “cách mạng nhận thức” những năm1960:
‰
Xem bộ não n
g
ười như một cấu trúc xử l
ý
thôn
g
tin
gýg
‰
Nghiên cứu về tâm lý nhận thức thay thế cho các nghiên cứu
trước đó về hành vi ứng xử
Cầncác lý thuyết khoa họcvềcác hoạtđộng bên trong củabộ
„
Cần

các

lý

thuyết

khoa

học

về

các

hoạt

động

bên

trong

của

bộ

não người
„
Làm thế nào để xác nh
ậ
n
(
kiểm chứn
g)
? Yêu cầu:
ậ(g)
1) Dự đoán và kiểm chứng các hoạt động (hành vi) của chủ thể con
người (hướng tiếp cận top-down), hoặc
2
)
Nh
ậ
n d
ạ
n
g

(
xác đ
ịnh
)
tr
ự
c tiế
p
từ các dữ li
ệ
u về h
ệ
thần kinh
)ậạg(ị)ựpệệ
(hướng tiếp cận bottom-up)
„
Hiện nay, cả 2 hướng tiếp cận này (Cognitive Science và CognitiveNeuroscience)đượctáchrờivớilĩnh vựcTTNT Cognitive

Neuroscience)

được

tách

rời

với

lĩnh

vực

TTNT
Trí Tuệ Nhân Tạo
7
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

8. Suy nghĩ hợp lý: Các luật suy nghĩ „
Chuẩn hóa (hoặc quy tắc hóa), hơn là mô tả Aristotle:Thếnào là các quá trình suy nghĩ/ tranh luậnđúng
„
Aristotle:

Thế

nào

là

các

quá

trình

suy

nghĩ

/

tranh

luận

đúng

đắn?
„
Một số trườn
g
học ở H
y
Lạ
p
đã
p
hát triển nhữn
g
dạn
g
lo
g
ic:
gyppgg
g
ký hiệuvà các luật dẫn xuấtđối với các quá trình suy nghĩ
„
Mối liên hệ trực tiếp, thông qua toán học và triết học, đối với khoahọc TTNT hiệnđại khoa

học

TTNT

hiện

đại
„
Các vấn đề:
1.
Khôn
g

p
hải tất cả các hành vi
(
hành đ
ộ
n
g)
thôn
g
minh đều
gp(ộg) g
xuất phát từ các cân nhắc (suy nghĩ) logic
2.
Mục đích của sự suy nghĩ là gì? Những suy nghĩ nào mà tôi
nên th
ự
c hi
ệ
n
,
tron
g
số các su
y
n
g
hĩ mà tôi có thể có?
ựệ,gyg
Trí Tuệ Nhân Tạo
8
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

9. Hành động một cách hợp lý „
Hành động một cách hợp lý: thực hiện đúng việc cần làmlàm
„
Đúng việc cần làm: là việc (hành động) giúp cực đại hóa
vi
ệ
c đ
ạ
t đư
ợ
c các m
ụ
c tiêu
,
đối với các thôn
g
tin hi
ệ
n có
ệạợụ,gệ
„
Không nhất thiết liên quan đến sự suy nghĩ –ví dụ, phản
xạ chớp mắt
„
Tuy nhiên, sự suy nghĩ nên được xem là thuộc vào hệ
thống (nhóm) các hành động hợp lý
„
Sự hợp lý cần phải tính đến cả độ phức tạp tính toán
‰
Nếu chi phí về tài nguyên tính toán và th ời gian quá cao, thì sẽ không có tính thựctế(không áp dụngđược trong thựctế)
Trí Tuệ Nhân Tạo
không

có

tính

thực

tế

(không

áp

dụng

được

trong

thực

tế)
9
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

10. Các tác tử h
ợp
l
ý

(
1
)
ợpý()
„
Một
tác tử
(agent) là mộtthựcthểcó khảnăng nhậnthứcvà
„
Một

tác

tử
(agent)

là

một

thực

thể

có

khả

năng

nhận

thức

và

hành động
„
M
ộ
t cách khái
q
uát
,
m
ộ
t tác tử có thể đư
ợ
c biểu diễn bằn
g

ộq,ộợg
một hàm ánh xạ: từ quá trình (lịch sử) nhận thức đến hành
động:
f
:P
*
→
A
Trí Tuệ Nhân Tạo
f
:

P

→
A
10
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

11. Các tác tử h
ợp
l
ý

(
2
)
ợpý()
„
Đ
ối với m
ộ
t t
ập

(
lớ
p)
các môi trườn
g
và nhi
ệ
m v
ụ,
chún
g
ta cần
ộập(p)gệụ,g
tìm ra tác tử (hoặc một lớp các tác tử) có hiệu suất tốt nhất
„
Lưu ý: Các giới hạn về tính toán (của máy tính) không cho
ố
phép đạt được sự hợp lý hoàn hảo (t
ố
i ưu)
Æ
Mục tiêu: Thiết kế chương trình máy tính tối ưu đối với các tài
n
g
u
y
ên má
y
tính hi
ệ
n có
Trí Tuệ Nhân Tạo
gy yệ
11
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

12. Các nền tản
g
của TTNT
(
1
)
g()
„
Triết học
‰
Logic
‰
Logic
‰
Các phương pháp suy diễn
‰
Các cơ sở (nền tảng) của việc học
‰
Ngôn ngữ
‰
Ngôn

ngữ
‰
Sự hợp lý
„
Toán h
ọ
c
ọ
‰
Biểu diễn hình thức và các giải thuật chứng minh
‰
Tính toán
‰
Bài toán (vấnđề)giải quyếtđược và không giải quyếtđược
‰
Bài

toán

(vấn

đề)

giải

quyết

được

và

không

giải

quyết

được
‰
Bài toán (vấn đề) áp dụng được và không áp dụng được (độ phức tạp
tính toán - thời gian để giải quyết bài toán - là hàm mũ)
‰
Xác suất
Trí Tuệ Nhân Tạo
12
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

13. Các nền tản
g
của TTNT
(
2
)
g()
„
Kinhtếhọc
‰
Hàm
lợi
ích
(
tiện
ích
)
‰
Hàm
lợi
ích
(
tiện
ích
)
‰
Lý thuyết ra quyếtđịnh
„
Khoa h
ọ
cthầnkinh
ọ
‰
Nềntảng (cơsở) tựnhiên của các hoạtđộng trí óc
„
Tâm lýhọc
‰
Sựthích nghi
‰
Các dấuhiệucủanhậnthứcvàđiềukhiểnvậnđộng
‰
Các kỹthuậtthực nghiệm (vd: tâm sinh lý học,…)
Trí Tuệ Nhân Tạo
13
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

14. Các nền tản
g
của TTNT
(
3
)
g()
„
Công nghệ máy tính
‰
Xây dựng các máy tính có tốcđộtính toán nhanh
‰
Xây

dựng

các

máy

tính

có

tốc

độ

tính

toán

nhanh
„
Lý thuyết điều khiển
‰
Thiết kế các h
ệ
thốn
g
nhằm c
ự
c đ
ạ
i hóa m
ộ
t hàm m
ụ
c tiêu nào đó
ệgựạộụ
„
Ngôn ngữ học
‰
Biểu diễn tri thức
‰
Ngữ pháp (của một ngôn ngữ)
Trí Tuệ Nhân Tạo
14
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

15. L
ị
ch sử tóm tắt của TTNT
(
1
)
ị()
„
1943: McCulloch & Pitts trình bày công trình nghiên c ứu đầu tiên về
AI, đề xuất mô hình các nơ-ron nhân tạo 2 trạng thái (on/off)
„
1950: Khái niệm về TTNT lần đầu tiên được Turing đề cập trong bài
báo "Computing Machinery and Intelligence"
„
1956: Workshop đầu tiên (diễn ra trong 2 tháng) ở Dartmouth (Mỹ)
bàn về lĩnh vực TTNT, khái niệm TTNT được thừa nhận
ầ
„
1952-1969: Các thành tựu ban đ
ầ
u trong TTNT
„
1950s: Các chương trình TTNT đầu tiên
‰
Chương trình chơicờcủa Samuel
‰
Chương

trình

chơi

cờ

của

Samuel
‰
Chương trình lý luận logic của Newell & Simon
‰
Chương trình chứng minh các định lý hình học của Gelernter
Trí Tuệ Nhân Tạo
15
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

16. L
ị
ch sử tóm tắt của TTNT
(
2
)
ị()
„
1965: Robinson đề cử giải thuật hoàn chỉnh cho việc suy diễn logic
„
1966
1973:
„
1966
-
1973:
‰
Các nhà nghiên cứu về TTNT nhận ra khó khăn về độ phức tạp tính toán
‰
Gần như là không còn các nghiên cứu về các mạng nơ-ron nhân tạo
ểầố
„
1969-1979: Sự hình thành và phát tri
ể
n ban đ
ầ
u của các hệ th
ố
ng
dựa trên tri thức
„
1980: TTNT trởthành một ngành công nghiệp(cáchệthống, 1980:

TTNT

trở

thành

một

ngành

công

nghiệp

(các

hệ

thống,

chương trình TTNT dùng trong thương mại)
„
1980-1988: Sự xuất hiện bùng nổ của các hệ chuyên gia
„
1986: Các mạng nơ-ron nhân tạo xuất hiện trở lại, trở nên phổ biến
„
1987: TTNT trở thành một lĩnh vực khoa học 199 Sấhiệủááửhô i h
„
199
5:
S
ự xu
ấ
t
hiệ
n c
ủ
a c
á
c t
á
c t
ử
t
hô
ng m
in
h
Trí Tuệ Nhân Tạo
16
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

17. Các thành tựu quan trọng trong TTNT (1) „
Lập kế hoạch và lập lịch tự động
‰
NA
S
A
đã

t
hi
ết
k
ế

được

c
h
ươ
n
g

t
rình l
ập
k
ế
h
oạc
h
tự

độ
n
g

(gọ
i l
à

Sđãtếtếđượccươgtậpếoạctựđộg(gọà
Remote Agent) để điều khiển việc xếp lịch các hoạt động của tàu
vũ trụ
„
Chơicờ
„
Chơi

cờ
‰
Deep Blue (hệ thống máy tính của IBM) đã đánh bại kiện tướng
cờ vua Thế giới Garry Kasparov vào năm 1997
„
Điềukhiểntựđộng
„
Điều

khiển

tự

động
‰
Một xe tải nhỏ được điều khiển tự động bởi hệ thống ALVINN
(của CMU) trong suốt 98% của khoảng thơi gian đi từ Pittsburgh
đến San Diego (~2850 miles)
„
Người máy
‰
Ngày nay, rất nhiều cuộc phẫu thuật trong y tế sử dụng các trợ giúp người máy trong các thao tác vi ph ẫu (microsurgery) giúp

người

máy

trong

các

thao

tác

vi

phẫu

(microsurgery)
Trí Tuệ Nhân Tạo
17
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

18. Các thành tựu quan trọng trong TTNT (2) „
Chuẩn đoán
‰
Các

c
h
ươ
n
g

t
rình
c
h
uẩ
n
đoá
n
y

tế

dựa

t
r
ê
n
p
h
â
n
t
í
c
h x
ác

suất

đã

Các cươgt c uẩđoá y tếdựatê p â tc ácsuấtđã có thể thực hiện ở mức tương đương các bác sỹ chuyên môn
trong một số lĩnh vực của y tê
„
Lậpkếhoạchhậucầnchoquânđội
„
Lập

kế

hoạch

hậu

cần

cho

quân

đội
‰
Trong cuộc chiến tranh Vùng Vịnh năm 1991, các lực lượng của
quân đội Mỹ đã triển khai sử dụng một chương trình lập kế hoạch
và xếp lịch cho công tác hậu cần để di chuyển 50.000 xe cộ, hàng
hóa và quân lính hóa
,
và

quân

lính
„
Hiểu ngôn ngữ và giải quyết vấn đề
‰
Chương trình máy tính
P
ROVERBcó thể giải được các bài toán đố
hữ(dl)tốthkhảăủhiềời
c
hữ

(
crosswor
d
puzz
les
)

tốt

h
ơn
khả
n
ă
ng c
ủ
a n
hiề
u ngư
ời
Trí Tuệ Nhân Tạo
18
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

19. Các tranh luận về TTNT (1) „
Khả năng của TTNT?
‰
Chơi(hợplệ)một ván bóng bàn?
‰
Chơi

(hợp

lệ)

một

ván

bóng

bàn?
‰
Lái xe tự động theo một đường núi quanh co?
‰
Mua trực tuyến các hàng hóa trong 1 tuần cho một hiệu tạp phẩm? Phát hiệàhứihộtlýthếtt á hới?
‰
Phát

hiệ
n v
à
c
hứ
ng m
in
h
m
ột

lý

th
uy
ết

t
o
á
n
h
ọc m
ới?
‰
Hội thoại được với một người trong 1 giờ đồng hồ?
‰
Thực hiện tự động một ca phẫu thuật mổ phức tạp?
‰
Dịch trực tiếp (tức thời) giữa hai thứ tiếng cho một hội thoại?
‰
…
Má tí h óthểhĩ(hời)đkhô ?
„
Má
y
tí
n
h
c
ó

thể
suy ng
hĩ

(
n
h
ư con ngư
ời)

đ
ược
khô
ng
?
Trí Tuệ Nhân Tạo
19
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

20. Các tranh luận về TTNT (2) „
Nếu máy tính có thể làm thay những việc đang được làm bởi
con người, thì con người sẽ càng ít việc (thất nghiệp) „
Con người sẽ có quá nhiều thời gian rảnh rỗi (so với quá ít,
như hiện nay) „
Conngườicảmthấymấtcảmgiácsựthông minh thống trị
„
Con

người

cảm

thấy

mất

cảm

giác

sự

thông

minh

thống

trị

(cao nhất) của họ
„
Vì máy tính làm thay (và can thiệp) vào nhiều việc hàng ngày
củacon ngườihọsẽcảmthấy các quyền riêng tưbịxâm của

con

người
,
họ

sẽ

cảm

thấy

các

quyền

riêng

tư

bị

xâm

phạm
„
Việc sử dụng nhiều hệ thống TTNT có thể làm giảm (mất đi)
trách nhiệmgiải trình trong các công vi ệc trách

nhiệm

giải

trình

trong

các

công

việc
„
Sự thành công (hoàn hảo) của TTNT có ý nghĩa như là sự kết
thúc của loài người?
Trí Tuệ Nhân Tạo
20
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

21. Tài li
ệ
u tham khảo
ệ
•R. E. Bellman. An Introduction to Artificial Intelligence: Can Computers Think? Boyd &
Fraser Publishing Company, San Francisco, 1978.
ECh ik dDMD
I d i A ifi i l I lli
Addi
Wl
•
E
.
Ch
arn
ia
k
an
d

D
.
M
c
D
ermott.
I
ntro
d
uct
ion to
A
rt
ifi
c
ia
l
I
nte
lli
gence.
Addi
son-
W
es
ley,
Reading, Massachusetts, 1985.
•J. Haugeland. Artificial Intelligence: The Very Idea . MIT Press, Cambridge,
Massachusetts
,
1985.
,
•R. Kurzweil. The Age of Intelligent Machines. MIT Press, Cambridge, Massachusetts,
1990.
•N. J. Nilsson. Artificial Intelligence: A New Synthesis . Morgan Kaufmann, San Mateo,
C lif i 1998 C
a
lif
orn
ia,
1998
.
•D. Poole, A. K. Mackworth, and R. Goebel. Computational Intelligence: A Logical
Approach. Oxford University Press, Oxford, UK, 1998.
•
E Rich and K Knight
Artificial Intelligence
(Second Edition) McGraw
-
Hill New York
E
.
Rich

and

K
.
Knight
.
Artificial

Intelligence
(Second

Edition)
.
McGraw
Hill
,
New

York
,
1991.
•P. H. Winston. Artificial Intelligence (Third Edition). Addison-Wesley, Reading,
Massachusetts, 1992.
Trí Tuệ Nhân Tạo
21
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt