Valdemar W. Setzer: Essência dos computadores 30/10/13 1 QUAL É A ESSÊNCIA DOS COMPUTADORES?...

30/10/13 1Valdemar W. Setzer: Essência dos computadores

QUAL É A ESSÊNCIA DOS COMPUTADORES?

Valdemar W. Setzer

Depto de Ciência da ComputaçãoIME-USP

www.ime.usp.br/~vwsetzergoogle: valdemar setzer

(Esta apresentação está no site)Versão de 10/10/12


Índice1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é a "essência" de um objeto? 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. 4. O que são dados? 5. O que é informação? 6. O que é conhecimento? 7. O que é competência? 8. Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. 9. A Máquina de Turing. 10. Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. 11. Exercícios.12. Características da MT.13. Quantos tipos de instruções tem uma MT? 14. Tese de Church-Turing. 15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? 16. A MT universal. 17. Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. 18. Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs.

crença. 19. Transições não-deterministas na MT e em seres vivos. 20. O ser humano é uma máquina?


1. O ser humano é uma máquina?

Favor responder

SIM ou NÃO

no papelzinho


1. O ser humano é uma máquina? (cont.)SIM NÃOTOTAL %SIM

1 18/09/02 UFMT, Cuiabá (BCC) 25 21 46 542 09/09/02 Facs. Dom Domênico, Guarujá (grad) 26 54 80 333 25/09/02 PUC, SPaulo (pós G Jornalismo) 6 7 13 464 12/05/03 UNOESTE, Pres. Pruente (grad SI e CC) 17 20 37 465 30/05/03 IC Unicamp (pós Gr CC) 12 24 36 336 25/08/03 UNESP, Rio Claro (BCC) 13 11 24 547 28/08/03 UNISO, Sorocaba (Bach Sist Info) 73 105 178 418 15/09/03 Centro de Cultura Judaica, SPaulo (#) 10 10 20 509 17/09/03 CEFET, Alagoas, Maceió (Tecnol. PD) 76 60 136 56

10 25/09/03 Centro Cultural Itaú, SPaulo (#) 25 48 73 3411 12/11/03 Faculdades SENAC, SPaulo (BCC) 13 9 22 5912 21/10/04 UNIP, cp. Indianópolis, SPaulo (BCC, EC...) 56 32 88 6413 20/10/05 UNESP, Rio Claro (BCC) 13 18 31 4214 18/08/08 UNISA, São Paulo (grad SI) 42 29 71 5915 15/09/08 UNISAL, Americana (grad SI, AS) 44 36 80 5516 07/10/09 UNOESTE, Presidente Prudente (BCC) 32 29 61 52

# - Público geral Totais/média 458 513 971 47


1. O ser humano é uma máquina? (cont.)

Desculpem, mas a pergunta estava

E R R A D A: Popularmente, toda máquina é um artefato

projetado e construído por seres humanos Eventualmente com a ajuda de outras

máquinas

QUEM projetou e construiu cada ser humano? Certamente não um outro ser humano Muito menos com a ajuda de outras máquinas



Pergunta CORRETA:

O ser humano é um sistema puramente físico?

Durante a palestra, vou usar a expressão comum (entre leigos e cientistas), errada, de o ser humano ser ou não uma máquina


2. O que é a "essência" de um objeto?

O que vocês estão percebendo visualmente na entrada da sala?

Todos responderam: “uma porta” Todos estão errados:

O que se percebe visualmente são

IMPULSOS LUMINOSOS

E a “porta”? É um conceito

Não é perceptível sensorialmente Esse conceito é a ESSÊNCIA do objeto

Qual é a ESSÊNCIA dos computadores?


3. O que faz um computador?

Comparação com outras máquinas

Outras máquinas Computadores





Transformam,

transportam,

armazenam





Transformam,

transportam,

armazenam

Matéria, energia





Transformam,

transportam,

armazenam

Matéria, energia

Dados


Índice1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é a "essência" de um objeto? 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. 4. O que são dados? 5. O que é informação? 6. O que é conhecimento? 7. O que é competência? 8. Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. 9. A Máquina de Turing. 10. Exemplo de MT: verificar se um número binário é par11. Exercícios.12. Características da MT.13. Quantos tipos de instruções tem uma MT? 14. Tese de Church-Turing. 15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? 16. A MT universal. 17. Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. 18. Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs.



4. O que são dados?

Dados são representações simbólicas quantificadas ou quantificáveis Quantificáveis:

Depois de quantificar algo e reproduzi-lo, o resultado é indistinguível do original

Exemplos: Texto, fotos, animação Uma árvore é quantificável???

NÃO!

Puramente sintáticos (estruturais) Computadores só processam dados

São máquinas sintáticas


5. O que é informação?

Algo que está incorporado mentalmente como conceito, e é compreendido Exemplos:

Previsão do tempo: “Vai chover amanhã” O que incorporamos mentalmente quando sentimos

uma dor ou frio, relativo a eles Informação envolve compreensão Compreensão envolve semântica

Computadores são máquinas sintáticas Portanto, os computadores NÃO processam

informações Processam dados Não “compreendem” absolutamente nada A expressão “informática” está errada!

Devia ser “dadática” ou “dadótica”


5. O que é informação? (cont.)

Contra-exemplo:

Город Температура вчера(градусов по Фаренгеит)

Париж 59/71,6

Рио 69,8/84,2

Лондон

Мockba

51,8/62,5

21,2/48,2

Para quem não entende russo, esses são dados, e não informação!

Depois de entender, vira informação


6. O que é conhecimento?

Uma vivência incorporada interiormente Exemplo:

Visitar Paris Informação: estudar sobre Paris


Índice1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é a "essência" de um objeto? 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. 4. O que são dados? 5. O que é informação? 6. O que é conhecimento? 7. O que é competência? 8. Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. 9. A Máquina de Turing. 10. Exemplo de MT: verificar se um número binário é par11. Exercícios12. Características da MT.13. Quantos tipos de instruções tem uma MT? 14. Tese de Church-Turing. 15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? 16. A MT universal. 17. Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. 18. Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs.



7. O que é competência?

Ser competente é ter a capacidade de realizar algo útil, já tendo demonstrado isso Exemplo: já ter servido de guia em Paris

Competência sempre envolve uma habilidade em uma área de conhecimento Exemplo: ser competente em leitura em inglês

Ver meu artigo “Dado, informação, conhecimento e competência”, em meu site


7. O que é competência? (cont.)

Portanto, uma das essências dos computadores é que eles processam dados, e não informações, conhecimento ou competência

Vamos ver mais um aspecto da essência dos computadores Para isso, vamos inicialmente reduzir os computadores à sua expressão mais simples


8. Qual o computador mais simples?

Um critério de simplicidade:

Número de tipos de instruções PC tem centenas de tipos de instruções Qual é o número mínimo de tipos de

instruções que um computador deve ter para fazer qualquer processamento de dados, excluindo uso de dispositivos de entrada/saída? Com isso, adquirimos mais informação sobre

a essência dos computadores


9. A Máquina de Turing

É uma máquina abstrata (autômato formal), com a seguinte configuração:

CONTROLEFINITO

b 1 0 ## 0 1...

L / G

b b ...b b


9. A Máquina de Turing (cont.)

Características do controle finito:

1. Tem um número finito de estados

s1

s2

s3

sn

...



Características do controle finito (cont.):

2. Está somente em um único estado em cada instante

s1

s2

s3

sn

...




2. Está somente em um único estado em cada instante

s1

s2

s3

sn

...




3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado

Instante t1:

s1

s2

s3

sn

...




3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.)

Instante t2:

s1

s2

s3

sn

...




3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.)

s1

s2

s3

sn

...




3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.)Instante t1:

s1

s2

s3

sn

...




3. Estando em um estado, pode mudar para outro estado, ou mudar para o mesmo estado (cont.)Instante t2:

s1

s2

s3

sn

...



Características do controle finito (cont.):4. Uma transição entre de um estado si para outro

(ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência:4.1 É lido um símbolo da fita e escolhida a transição

marcada com esse símbolo

CONTROLEFINITO

b 1 0 ## 0 1...

L / G

b b ...b b

si

sj

sk

#

1




(ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência (cont.):4.2 Na célula onde está a cabeça é gravado o símbolo indicado na transição

si

sj

sk

#, #

1, xCONTROLE

FINITO

b 1 0 ## 0 1...

L / G

b b ...b b




(ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência (cont.):4.2 Na célula onde está a cabeça é gravado o símbolo indicado na transição (cont.)

si

sj

sk

#, #

1, xCONTROLE

FINITO

b x 0 ## 0 1...

L / G

b b ...b b




(ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira, nessa sequência (cont.):4.3 A cabeça é movida de acordo com a marca de movimento indicada na transição (E ou D)

si

sj

sk

#, #, E

1, x, D

CONTROLEFINITO

b x 0 ## 0 1...

L / G

b b ...b b




(ou para o mesmo) estado é feita da seguinte maneira , nessa sequência (cont.):4.4 É feita a mudança para o estado indicado na transição

si

sj

sk

#, #, E

1, x, D

CONTROLEFINITO

b x 0 ## 0 1...

L / G

b b ...b b




Portanto, uma transição é definida por uma 5-tupla ordenada, p.ex. (si, #, #, E, sj), (si, 1, x, D, sk), etc.

si

sj

sk

#, #, E

1, x, D



(si, 1, a, D, sk)

próximo estado

movimento da cabeça

símbolo a ser gravado

símbolo lido

estado atual

5. Há um estado inicial

si

sj

sk

#, #, E

1, a, D



6. Há um conjunto de estados finais

si

sj

sk

#, #, E

1, a, D



6. Portanto, o controle finito pode ser definido

por uma 5-pla ordenada

(S, si , SF, A, T)

Função multivalente de transição Alfabeto (conjunto finito) da fita Conjunto de estados finais Estado inicial Conjunto finito de estados

onde si S, SF S, T: S x A → A x M x S, M = {E, D}



7. Um processamento de uma MT inicia com a cabeça em uma certa célula da fita e o controle no estado inicial; as transições vão sendo seguidas até que

7.1 A máquina atinja um estado final

ou

7.2 Em um estado que foi atingido, não há transição definida para o símbolo de entrada

quando então se diz que essa MT parou.


10. Exemplo de uma Máquina de Turing

Problema: verificar a paridade de um número binário

Entrada: Resultado:

... b b # 1 0 1 0 # b b ... ... b b # 1 0 1 0 P A R # b b ...

... b b # 1 0 1 1 I M P A R # b b ...... b b # 1 0 1 1 # b b ...

Algoritmo: 1. Ir uma célula para a direita; 2. pular à direita todos os 1s e 0s até encontrar um #; 3. Voltar uma para a esquerda; 4.1 Se for 0, ir para a próxima à direita e gravar P, A, R, #; 4.2 Se for 1, ir para a próxima à direita e gravar I, M, P, A , R, #.


10. Exemplo de uma Máquina de Turing (cont.)

1,1,D

#,#,D #,#,E 0,0,D #,P,D b,A,D

1,1,D b,P,D b,R,D

0,0,D

#,I,D b,M,D

b,#,D

Diagrama de Estados

... b b # 1 0 1 0 # b b ... ... b b # 1 0 1 0 P A R # b b ...


11. ExercíciosDesenhar os diagramas de estados de MTs para:

1. Multiplicar um número binário por 2:# 1 1 0 0 1 # → # 1 1 0 0 1 0 #

2. Somar dois números unários:# 1 1 1 + 1 1 1 1 1 = # →

→ # 1 1 1 + 1 1 1 1 1 = 1 1 1 1 1 1 1 1 #

(considerar também os nulos!)

3. Verificar se numa cadeia de a’s e b’s há o mesmo número de a’s do que de b’s:# a b a a b b # → # a b a a b b # S I M ## a b a b a a b # → # a b a b a a b # N Ã O #


11. Exercícios (cont.)

4. Repetir um dos exercícios anteriores com a entrada sem os marcadores de início e fim da cadeia de entrada, p.ex.

1 1 1 + 1 1 1 1 1 = → → 1 1 1 + 1 1 1 1 1 = 1 1 1 1 1 1

1 1


Índice1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é a "essência" de um objeto? 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. 4. O que são dados? 5. O que é informação? 6. O que é conhecimento? 7. O que é competência? 8. Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. 9. A Máquina de Turing. 10. Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. 11. Exercícios. 12. Características da MT.13. Quantos tipos de instruções tem uma MT? 14. Tese de Church-Turing. 15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? 16. A MT universal. 17. Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. 18. Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs.



12. Características da MT

A MT NÃO CALCULA! A ÚNICA coisa que ela faz é escolher

logicamente uma transição, e nela mudar um símbolo da fita, mover a cabeça e passar para outro estado

A MT NEM MESMO COPIA símbolos de um lugar para outro na fita!

A “memória” de uma MT é representada pelo que é gravado na fita e pelo estado em que ela se encontra (que pode indicar uma seqüências de estados anteriores)


12. Características da MT (cont.)

Essencialmente, uma MT simplesmente manipula símbolos matematicamenteEssa é a essência fundamental de qualquer

computador! Ex.: um computador não soma – ele combina

símbolos para dar o resultado esperado para cada soma Como fica claro no exercício da soma unária


Índice1. O ser humano é uma máquina? 2. O que é a "essência" de um objeto? 3. O que faz um computador? Comparação com outras máquinas. 4. O que são dados? 5. O que é informação? 6. O que é conhecimento? 7. O que é competência? 8. Qual o computador mais simples? Um critério de simplicidade. 9. A Máquina de Turing. 10. Exemplo de MT: verificar se um número binário é par. 11. Exercícios. 12. Características da MT. 13. Quantos tipos de instruções tem uma MT? 14. Tese de Church-Turing. 15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? 16. A MT universal. 17. Máquinas podem ser inteligentes? O Teste de Turing. 18. Inteligência e pensamento. A liberdade do pensamento. Hipótese vs.



13. Quantos tipos de instruções tem uma MT?

Um PC tem centenas de tiposE a Máquina de Turing??? Um único tipo de instrução!!!

A 5-tupla ordenada que descreve uma transição):

(si, 1, a, D, sk) próximo estado

movimento da cabeça

símbolo a ser gravado

símbolo lido estado atual


13. Quantos tipos de instruções tem uma MT? (cont.)

O que pode ser feito com esse único tipo de instrução?


14. Tese de Church-Turing (1936)

“Se existe um algoritmo para calcular uma função matemática, essa função pode ser calculada por uma Máquina de Turing”

Isto é, com uma MT pode-se fazer qualquer processamento de dados pois isso equivale a calcular uma função

matemática

Portanto, um só tipo de instrução permite que se

faça qualquer processamento de dados!Mais uma essência dos computadores!


15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT?

Ele queria resolver uma conjectura de David Hilbert (1928), o Enstscheidungsproblem (problema da decisão, ou da decidibilidade):

Todo problema matemático bem formulado pode ser resolvido

Turing provou que existem problemas matemáticos que não podem ser resolvidos, isto é, são indecidíveis (não se sabe se têm ou não solução) Inventou a MT, e provou que existem MTs para as quais não se pode provar que param para qualquer dado de entrada (1937)


15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? (cont.)

O PROBLEMA DA PARADA (HALTING PROBLEM)

Sejam 3 programas de computador P1, P2 e P3.

1. P2 examina P1 como dado de entrada e dá o resultado PARA se P1 para; dá NÃO PARA se P1 tem uma malha (loop) infinita.

2. P3 ativa P2 dando um programa qualquer, como P1, como dado de entrada e examina sua saída. Se P2 der PARA, P3 volta para o começo (entra em malha [loop]). Se P2 der NÃO PARA, P3 para.

3. P3 ativa P2 dando P3 como dado. Se P2 der PARA (isto é, deduz que P3 para), então P3 vai voltar para o começo, isto é, não para, o que é uma contradição. Se P2 der NÃO PARA (deduz que P3 não para) então P3 para, também uma contradição.


15. Por que Alan Turing desenvolveu a MT? (cont.)

P3 é bem definido (examina a saída de P2) Portanto, a contradição é devida a P2, sito é, é impossível desenvolver um programa P2 que aceite como dado de entrada qualquer programa P1 e decida se ele vai parar para qualquer dado de entrada.

Assim, é impossível desenvolver um procedimento matematicamente bem definido (o programa P2) que examine qualquer programa e decida se ele vai ou não parar para qualquer dado de entrada.

Dessa maneira Turing mostrou que existem problemas matematicamente bem definidos que não têm solução (são indecidíveis).


16. A Máquina de Turing Universal

É uma MT U que aceita na fita a descrição de uma MT M e seus dados de entrada, e simula o funcionamento dessa máquina M

Dada suficiente capacidade de armazenamento de dados, qualquer computador pode simular qualquer outro computador Nesse sentido, os computadores são

máquinas universais Outra essência fundamental dos computadores


17. Máquinas podem ser inteligentes? Depende do critério de inteligência

Ver meu artigo em meu site “IA - Inteligência Artificial ou Imbecilidade Automática? As

máquinas podem pensar e sentir?” Ex: jogar xadrez

Ver meu artigo “Reflexões sobre xadrez eletrônico”

Não é um bom critério Quantas pessoas inteligentes não jogam xadrez?

Alan Turing sugeriu o Teste de Turing (1950) Chamou de “Imitation game” Uma pessoa fazer perguntas e descobrir se o

interlocutor é uma pessoa ou um computador Concurso anual: Loebner Prize Competition Não há nenhuma esperança de que um programa

passe o TT (Ray Kurzweil prevê para 2029: “besteirol”)


18. Inteligência e pensamento

Claramente, a inteligência depende do pensamento Não se tem dado a devida importância ao

pensamento Ver Rudolf Steiner, A Filosofia da Liberdade

Característica fundamental: Liberdade no pensamento Não pode ser provada, mas pode ser

vivenciada Ex.1: Pensar em 2 números “bobos”;

Escolher um deles e pensar só nele. Ex. 2: Movimento horizontal do braço.


18. Inteligência e pensamento (cont.) Admitindo-se, baseado em experiência

própria, que o pensamento pode ser livre, (na verdade, na decisão sobre o pensar, isto é, na vontade – livre arbítrio) deve-se concluir que As máquinas JAMAIS pensarão como os

seres humanosPois as máquinas estão sujeitas às “leis” da

natureza, e estas são inexoráveis, sempre valemDa matéria não pode advir liberdade!Há algo dentro de nós que não segue as leis físicas

ATENÇÃO: Isso é uma HIPÓTESE DE TRABALHO, e não uma crença» Baseada em observação interior» E na teoria a ser vista no item 19


18. Inteligência e pensamento (cont.) Admitindo-se, baseado em experiência própria,

que o pensamento pode ser livre, deve-se concluir que (cont.) Computadores podem simular pensamentos humanos,

mas só os matemáticos, lógico-simbólicos, algorítmicos

Computadores jamais terão a inteligência humana Os computadores são máquinas universais e os

sentimentos são absolutamente subjetivos e individuais Portanto eles jamais terão os sentimentos humanos Filmes Artificial Intelligence (Spielberg) e Bicentennial

Man (Columbus) são “besteiróis” Ver meu artigo sobre IA


19. Transições não deterministas

Minha teoria de como algo não-físico pode influenciar algo físico:

TRANSIÇÕES NÃO DETERMINISTAS Na Máquina de Turing:

si

sj

sk

x,y,M1

x,z,M2

Onde sj ≠ sk e/ou y ≠ z e/ou M1 ≠ M2


19. Transições não deterministas (cont.)Exemplos possíveis nos seres vivos: Um gene → várias proteínas

Atenção: o que importa nos seres vivos são as proteínas, e não o DNA!

Ver meu artigo “Desmistificação da onda do DNA” Uma célula em um certo estado

(a) Pode permanecer como está(b) Pode começar a se subdividir (meiose, mitose)(c) Pode começar a morrer (apoptose)

(b)

(c)

(a)


19. Transições não-deterministas (cont.)

Exemplos possíveis nos seres vivos (cont.): Neurônios

Com a mesma excitação (entrada), às vezes disparam, outras vezes não

A rede de neurônios no cérebro com 86 bilhões deles, e trilhões de sinapses (conexões entre eles) sem sincronismo dos sinais Sistemas biológicos são imprecisos deveria gerar apenas ruído!


19. Transições não deterministas (cont.)

A escolha de uma transição não determinista não requer energia Aí o elemento não físico de cada ser vivo

pode atuar no crescimento e regeneração dos tecidos E em outras funções fisiológicas

Nos seres humano ainda as mentais (pensar, sentir, querer, memória, consciência e autoconsciência)


19. Transições não deterministas (cont.) Aparentemente, durante o crescimento e a regeneração dos tecidos são seguidos

MODELOS

(Notar como as bordas das partes das folhas da costela-de-Adão, Monstera deliciosa, seguem uma curva

característica) Mas esses modelos são mentais, não são físicos

Por isso podemos reconhecê-los com nosso pensamento!


19. Transições não deterministas (cont.) Simetrias nos seres vivos

(Vistas de uma Adelpha capucinus velia; notar as fantásticas simetrias de formas e cores [1])

[1] http://revistapesquisa.fapesp.br/2010/04/19/borboletas-em-frente-e-verso/


20. O ser humano é uma máquina?Baseada em minhas hipóteses de trabalho e em minhas teorias, a minha resposta é

NÃOATENÇÃO: isso não é devido a crença ou fé, é resultado de uma atitude científica!A atitude científica, correta hoje em dia, envolve: Procurar compreender Basear-se objetivamente em evidências interiores e exteriores Expressar idéias por meio de conceitos claros Não ter preconceitos

Ver meu artigo “Ciência, religião e espiritualidade”



PRECISAMOS URGENTEMENTE MUDAR A MENTALIDADE, POIS Estamos destruindo a natureza

E o ser humano!!!

Da matéria não podem advir Liberdade Dignidade Responsabilidade Respeito Sentido para a vida

Ver meu artigo “Consequências do materialismo”



Portanto, é preciso abandonar a mentalidade materialista Sem cair em crença, misticismo, fundamentalismo, etc.

isto é, preservando a atitude científica


20. O ser humano é uma máquina? (cont.)O computador é a mais potente metáfora para a idéia de que o ser humano é uma máquina e, portanto, para o materialismoSomente conhecendo e compreendendo a essência dos computadores e dos seres humanos é que se podem colocá-los em seu devido lugar, e abandonar a mentalidade materialista de que o ser humano é uma máquina Darwinismo: o ser humano é um animalAbriu o caminho para o passo seguinte: Inteligência Artificial: o ser humano é uma máquina (ou melhor, um sistema puramente físico)


F I M


QUAL É A ESSÊNCIA DOS COMPUTADORES?

Valdemar W. Setzer

Depto. de Ciência da Computação

IME-USP

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