Inteligência Artificial

Aula 03 – Espaço de Estados

Grace Borges

Atividade 1 – Aplicações IA

Pesquise na internet ou em jornais e revistas especializadas um exemplo de aplicação de IA.

Envie para: atividadesia@yahoo.com.br Assunto/ Subject: Atividade 1 – Aplicações de IA Identifique-se:

Nome: Fulano de Tal Matrícula: xxxxx-x

2

Inteligência Artificial

É a área da Computação que estuda como simular comportamento ou pensamento inteligente usando métodos computacionais.

É uma ampla área de pesquisa que subdivide-se em diversas sub-áreas e está associada a várias aplicações práticas: Resolução de problemas, tomada de decisões; Jogos; Demonstração de teoremas; Compreensão visual, linguagem natural;

3

Abordagens da Inteligência Artificial

Abordagem centrada nos seres humanos

Abordagem racionalista

(Russell e Norvig, 2003)

Deve ser uma ciência empírica, envolvendo

hipóteses e confirmação experimental.

Envolve uma combinação de matemática e engenharia.

4

Abordagens de IA

Cada área da IA adota diferentes abordagens e trata diferentes problemas que, em geral, são de alta complexidade (para os quais ainda não temos soluções satisfatórias);

Porém, é possível utilizarmos abordagens híbridas, ou seja, combinar ferramentas de diferentes abordagens para se obter uma solução para um determinado problema;

5

• Agente = Percepção + Ação

Agente sensores

atuadores

Crença

Que ação tomar

Condições-regras

Am

bie

nte

Agentes Racionais

As verdades para esse agenteSua base de conhecimentos

6

O poder do conhecimento Como adquirir/ gerar conhecimento?

Especialistas Reconhecimento de Padrões Redes Neurais Seleção natural (algoritmos genéticos)

Como armazenar? Bases de conhecimento (diversas estruturas)

Como usar/recuperar esses conhecimentos? Algoritmos de Busca Máquina de inferências

7

Em busca de soluções

Um agente pode ter uma enorme quantidade de conhecimento armazenado;

Assim como nós, ele precisa usar apenas parte de seu conhecimento para resolver um problema;

Estratégia de busca serve para decidir que parte do conhecimento armazenado deve ser explorada em busca da solução;

8

Em busca de soluções

Busca: técnica de procura de soluções para um determinado problema;

Problema real problema de busca: Situação inicial (Estado inicial) Ações possíveis (Transições entre estados

possíveis do problma) Estado meta (solução)

Exemplo: uma caneta que funcione

9

Em busca de soluções

Problema: tenho 4 canetas na minha escrivaninha e preciso de 1 que funcione Estado inicial: 4 canetas (não sei se funcionam) Ações: experimentar cada caneta, descarta se não

funciona (se funcionar, atingiu a meta) Meta: achar 1 caneta que funcione

Estratégia: busca exaustiva E se fossem 400 canetas? Espaço de busca muito grande Desperdício de esforço (processamento)

10

Busca exaustiva ou Força bruta

Exige velocidade de processamento; Nem sempre alcança a solução em tempo aceitável; Muitos problemas podem levar a uma explosão

combinatória: número de possibilidades não aumenta de maneira linear, mas numa taxa muito mais rápida. Ex.: Fábula do tabuleiro de xadrez e os grãos de trigo (4

séculos de produção de trigo) Pode ser usado após redução do espaço de busca

(heurística); Utiliza suposições ou pistas para solução de um problema –

elementos do mundo real para ajudar nas buscas.11

Busca de soluções Qualquer tentativa de resolução de um problema

pressupõe que existe uma solução; Não faz sentido desenvolver sistema inteligente

para procurar infinitamente uma solução que não existe;

Saber que a solução existe num dado espaço de busca pode ser útil para o projeto de planejamento e estratégia de busca.

Quanto maior o espaço de busca, maior a probabilidade de conter a solução, porém,

menor a probabilidade de encontrá-la. 12

Como definir o espaço de Busca?

Existem vários algoritmos de busca que serão

estudadas ao longo da disciplina;

Porém, todos eles fazem suas buscas pela solução

dentro de conjunto de possibilidades possíveis para

o seu problema.

A representação de: Todos os possíveis estados de um problema e

As ações possíveis que levam um estado a outro

é chamado de Espaço de Estados.

13

O que é espaço de estados?

Como representar esses estados? Podemos usar 2 representações para nosso problema:

Representação formal; Grafos;

Formalmente, podemos definir: um conjunto S de estados e; um conjunto A de ações que mapeiam um estado em

outro. Exemplo: Mundo do aspirador [Russel]

14

Mundo do aspirador

Nesse mundo, o agente é um aspirador cuja função é limpar as salas de um edifício;

Suponhamos que o mundo desse agente seja composto de apenas duas salas, cada uma delas podendo estar limpa ou suja;

O aspirador é capaz de executar apenas três ações: entrarSala1 entrarSala2 aspirar

15

Representação dos estados Como representar este problema?

Indicar se o aspirador está na sala 1 ou na sala 2 Se a sala 1 está limpa ou suja Se a sala 2 está limpa ou suja

Podemos usar uma estrutura da forma [X, Y, Z]:X indica a posição do aspirador: {1,2}Y indica se a primeira sala está suja: {0, 1}Z indica se a segunda sala está suja: {0, 1}

Ex.: Aspirador na sala 2 e apena a 1 está limpa = [2; 0; 1]

Pergunta: Quantos estados tem este problema?16

Representação das ações

As ações podem ser representadas por operadores:

oper(α; s; s’) β

Onde α é uma ação que transforma o estado s em s’ dado que a condição β esteja satisfeita.

Por exemplo, a ação aspirar pode ser representada pelos seguintes operadores:

oper(aspirar; [1; Y; Z]; [1; 0; Z]) Y = 1

oper(aspirar; [2; Y; Z]; [2; Y; 0]) Z = 117

Representação das ações

Outra forma:oper(aspirar; [1; 1; Z]; [1; 0; Z])

oper(aspirar; [2; Y; 1]; [2; Y; 0])

Conjunto de ações do aspiradorA = { oper(entrarSala1; [2; Y;Z]; [1; Y;Z]),

oper(entrarSala2; [1; Y;Z]; [2; Y;Z]),

oper(aspirar; [1; 1;Z]; [1; 0;Z]),

oper(aspirar; [2; Y; 1]; [2; Y; 0]) }18

Estados sucessores

Dado um estado s pertencente ao conjunto S, seus estados sucessores são todos aqueles que podem ser atingidos, a partir de s, pela aplicação de um dos operadores do domínio.

Por exemplo, expandindo o estado [2; 0; 1], obtemos como estados sucessores [1; 0; 1] e [2; 0; 0].

[2;0;1]

[2;0;0][1;0;1]

entrarSala1 aspirar

19

Estados sucessores

Esses estados são gerados pela aplicação dos operadores entrarSala1 e aspirar, respectivamente.

Note, por exemplo, que o operador entrarSala2 não pode ser usado na expansão do estado [2; 0; 1]; já que, nesse estado, a condição implícita do operador (i.e. Y = 1) não está satisfeita.

[2;0;1]

[2;0;0][1;0;1]

entrarSala1 aspirar

20

Atividade 2: Espaço de estados

FATEC – ADS IA – Prof. Grace - 24/02/2012Nome: Fulano de Tal – Matrícula: xxxxx-xAtividade 2 – Espaço de estados

Desenhe um grafo representando o espaço de estados para o Mundo do Aspirador.

Nesse grafo, cada nó será um estado do mundo e cada arco (rotulado com uma ação) será uma transição entre dois estados.

Os arcos devem ser direcionados do estado para seu estado sucessor. 21

Grafo do Espaço de Estados

[2;0;1]

[2;0;0]

[1;0;1]

entrarSala1

aspirar

[1;1;1]

[1;1;0]

[1;0;0]

[2;0;1]

[2;1;1]entrarSala2

entrarSala2

entrarSala1

aspirar

aspirar aspirar

entrarSala2 entrarSala2entrarSala1 entrarSala1

22

Atividade 3: Aspirador com 2 pisos Considere uma versão do Mundo do Aspirador

onde há um prédio com dois pisos;

Cada piso possui duas salas (1 e 2) e um

saguão (0).

Não há passagem direta de uma sala para

outra, de modo que o aspirador tem que estar

no saguão para entrar numa sala ou para

mudar de piso.23

Atividade 3:Aspirador com 2 pisos Para representar os estados nessa versão do

problema, podemos usar uma estrutura da forma

[Pos; Piso1; Piso2], onde:

Pos = [Piso; Sala], podendo Piso assumir {1, 2} e

Sala {0, 1, 2}: indica a posição corrente do

aspirador.

Piso1 = [X; Y ], podendo X e Y assumir {0, 1}: indica

se as salas 1 e 2 do piso 1 estão limpas ou sujas.

Piso2 = [X; Y ], podendo X e Y assumir {0, 1}: indica

se as salas 1 e 2 do piso 2 estão limpas ou sujas. 24

Atividade 3:Aspirador com 2 pisos Exemplo: [[1; 0]; [0; 0][1; 0]].

Pos = [1; 0]: aspirador está no 1º piso, no saguão Piso1 = [0; 0]: salas 1 e 2 estão limpas no 1º piso Piso2 = [1; 0]: sala 1 suja e sala 2 limpa no 2º piso

Com base nessa representação, codifique os operadores para as ações subir, descer, entrarSala1, entrarSala2, aspirar e sair.

Obs.: Não precisa desenhar o grafo. Pergunta: Quantos estados este problema possui?

25

Atividade 4 - Missionários

Três missionários e três canibais vão atravessar de uma

margem para a outra de um rio, usando um barco onde

só cabem duas pessoas de cada vez.

O número de canibais não pode exceder o número de

missionários em nenhuma das margens do rio.

Encontre uma forma de levar todos para a outra

margem do rio, utilizando este barco.

Formule o problema (represente estados e ações).

Enviar atividade para: atividadesia@yahoo.com.br

26

Seminários e Grupos

1. Planejamento

2. Visão Computacional

3. Aprendizagem e Redes Neurais

4. Data mining e Sistemas de recomendação

5. Proc. Ling. Natural e Text Mining

6. Chatter Bot

7. Jogo 1 – Sudoku

8. Jogo 2 – Jogo da onça

9. Jogo 3 – Pet Squares27

Calendário de aulas (previsão)

24/Fev – Espaço de Estados 02/Mar – Algoritmos de Busca 09/Mar – Algoritmos de Busca 16/Mar – Não haverá aula (evento externo) 23/Mar – Sem. 1 – Planejamento 30/Mar – Sem. 2 – Visão Computacional 06/Abr – Semana Santa 13/Abr – Não haverá aula (evento externo) 28

Calendário de aulas (previsão)

20/Abr – Sem. 3 – Aprendizagem e Redes Neurais 27/Abr – Sem. 4 - Data Mining e Sist. Recomendação 04/Mai - Sem. 5 – Proc. Ling. Natural e Text Mining 11/Mai – Sem. 6 – Chatter Bot 18/Mai – Não haverá aula (evento externo) 25/Mai – Sem. 7 – Sudoku 01/Jun – Sem. 8 e 9 – Jogo da Onça e Pet Squares 08/Jun – Corpus Christi 15/Jun – Não haverá aula (evento externo) 22/Jun - Entrega de Notas 29