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Inteligência Artificial
João Bosco da Mota AlvesJoão Bosco da Mota AlvesCPGCC/UFSCCPGCC/UFSCOutubro/2000Outubro/2000
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João Bosco da Mota Alves 2
Inteligência Artificial
IntroduçãoIntrodução Agentes InteligentesAgentes Inteligentes BuscaBusca Métodos de Busca com InformaçãoMétodos de Busca com Informação JogosJogos LógicaLógica Lógica de Primeira OrdemLógica de Primeira Ordem
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Inteligência Artificial
Construindo bases de Construindo bases de ConhecimentoConhecimento
Sistemas de raciocínio lógicoSistemas de raciocínio lógico PlanejamentoPlanejamento Sistemas com incertezaSistemas com incerteza Aprendizado em rede neuronais Aprendizado em rede neuronais Processamento de linguagem naturalProcessamento de linguagem natural
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Inteligência Artificial
Fundamentos FilosóficosFundamentos Filosóficos Inteligência Artificial: Inteligência Artificial:
presente e Futuropresente e Futuro
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Livro texto
RUSSEL, S. e NORVIG, P. RUSSEL, S. e NORVIG, P. Artificial Artificial Intelligence: A Modern ApproachIntelligence: A Modern Approach, , Prentice Hall, 1995Prentice Hall, 1995
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Bibliografia Suplementar
RICH, E e KNIGHT, K. RICH, E e KNIGHT, K. Inteligência ArtificialInteligência Artificial, 2.ed, , 2.ed, Makron Books do Brasil, São Paulo, Makron Books do Brasil, São Paulo, 19941994
RICH, E RICH, E Inteligência ArtificialInteligência Artificial, 2.ed, , 2.ed, McGraw-Hill, Rio de Janeiro, 1988McGraw-Hill, Rio de Janeiro, 1988
WISTON, P. H WISTON, P. H Inteligência ArtificialInteligência Artificial, , Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1987de Janeiro, 1987
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Bibliografia Suplementar
ARARIBOIA, G. ARARIBOIA, G. Inteligência Artificial -Um Curso Inteligência Artificial -Um Curso PráticoPrático, Livros Técnicos e Científicos , Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1989Editora, Rio de Janeiro, 1989
LEVINE, R., DRANG, D. e EDELSON, LEVINE, R., DRANG, D. e EDELSON, B. B. Inteligência Artificial e Sistemas Inteligência Artificial e Sistemas EspecialistasEspecialistas, McGraw-Hill, São , McGraw-Hill, São Paulo, 1988Paulo, 1988
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KVITCA, A. M. KVITCA, A. M. Resolucion Resolucion de Problemas con de Problemas con Inteligencia Artificial Inteligencia Artificial, EBAI , EBAI ed.1988ed.1988
BARR, A., COHEN, A. e BARR, A., COHEN, A. e FEIGENBAUM, E FEIGENBAUM, E The Handbook of The Handbook of Artificial IntelligenceArtificial Intelligence, M Kaufmann, , M Kaufmann, 19811981
Bibliografia Suplementar
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Abordagem Unificada
Inteligência Artificial (IA) Inteligência Artificial (IA) como como estudo, projeto e estudo, projeto e construção deconstrução de agentesagentes que que
- Estejam inseridos- Estejam inseridos em um ambiente em um ambiente
- Percebam- Percebam esse ambiente esse ambiente
- Atuem- Atuem nesse ambiente nesse ambiente Qualquer ambiente: Qualquer ambiente: abstratoabstrato, , realreal, ,
virtualvirtual, etc., etc.
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Introdução
IA buscaIA busca– EntenderEntender entidades inteligentes entidades inteligentes
– ConstruirConstruir entidades inteligentes entidades inteligentes Questão:Questão:
– Como é possível para um cérebro lento e Como é possível para um cérebro lento e pequeno, biológico ou eletrônico, pequeno, biológico ou eletrônico, perceber, entender, predizer e manipular perceber, entender, predizer e manipular um mundo muito mais amplo e complexo um mundo muito mais amplo e complexo do que ele?do que ele?
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O Papel da IA
Construir artefatos Construir artefatos contendo essas propriedadescontendo essas propriedades
Difícil éDifícil é, mas, ao contrário de, mas, ao contrário de– Viajar Viajar mais rápido que a luzmais rápido que a luz, e, e– Construir dispositivos Construir dispositivos anti-gravidadeanti-gravidade
Tem-se fortes evidências que Tem-se fortes evidências que existe existe soluçãosolução para esse problema para esse problema Mais Mais
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Introdução
Formalmente a área foi Formalmente a área foi criada em 1956 quando o nome foi criada em 1956 quando o nome foi cunhado (cunhado (SimonSimon, , NewellNewell))
Há 2000 anos, filósofos tentam Há 2000 anos, filósofos tentam compreender como funcionam o compreender como funcionam o verver, , apreenderapreender, , recordarrecordar e e raciocinarraciocinar??
Nos anos 50 Nos anos 50 passou-se à práticapassou-se à prática com com a criação do computadora criação do computador
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O que é IA?
Importante ter-se claros e Importante ter-se claros e precisos, os precisos, os objetivosobjetivos, como nos , como nos ensina a ensina a História da CiênciaHistória da Ciência
Definições de IA (Definições de IA (88 textos recentes) textos recentes) Variando (definições) em Variando (definições) em 2 2
dimensõesdimensões– Processos de pensamentoProcessos de pensamento e e raciocínioraciocínio– ComportamentoComportamento
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Dimensões de IA
C om o h u m an os R ac ion a lm en te
P en sam
C om o h u m an os R ac ion a lm en te
A tu am
S is tem as q u e
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Dimensões de IA
Sistemas quepensam comoHumanos
Sistemas quepensam
Racionalmente
Sistemas queatuam comoHumanos
Sistemas queatuam
Racionalmente
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Sistemas que pensam como os
humanos O novo esforço excitante O novo esforço excitante
de fazer os computadores de fazer os computadores pensar ...maquinas com pensar ...maquinas com mentes, no sentido completo e mentes, no sentido completo e literalliteral (Haugeland, 1985) (Haugeland, 1985)
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Sistemas que pensam como os
humanos [A automação de] [A automação de]
atividades que associamos atividades que associamos com o pensamento humano, com o pensamento humano, atividades como tomada de atividades como tomada de decisão, resolução de problemas, decisão, resolução de problemas, aprendizado...aprendizado... (Bellman, 1978) (Bellman, 1978)
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Sistemas que pensam
racionalmente
O estudo das faculdades O estudo das faculdades mentais através de mentais através de modelos computacionaismodelos computacionais (Charniak (Charniak e Mcdermott, 1985)e Mcdermott, 1985)
LeiaLeia
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Sistemas que pensam
racionalmente O estudo das operações O estudo das operações
que fazem possível perceber, que fazem possível perceber, raciocinar e atuarraciocinar e atuar (Wiston, 1992) (Wiston, 1992)
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Sistemas que atuam como
humanos A arte de criar máquinas A arte de criar máquinas
que realizam funções que que realizam funções que requerem inteligência quando requerem inteligência quando realizadas por humanosrealizadas por humanos ( Kurzweil, ( Kurzweil, 1990)1990)
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Sistemas que atuam como
humanos O estudo de como fazer O estudo de como fazer
os computadores fazer coisas os computadores fazer coisas nas quais, no momento, as nas quais, no momento, as pessoas são melhores pessoas são melhores ( Rich e ( Rich e Knight, 1991)Knight, 1991)
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Sistemas que atuam
racionalmente Um campo de estudo que Um campo de estudo que
tenta explicar e emular tenta explicar e emular comportamento inteligente em comportamento inteligente em termos de processo termos de processo computacionaiscomputacionais (Schalkoff, 1990) (Schalkoff, 1990)
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Sistemas que atuam
racionalmente O ramo da ciência da O ramo da ciência da
computação que está preocupada computação que está preocupada com a automação do com a automação do comportamento inteligentecomportamento inteligente (Luger (Luger e Stubblefield, 1993)e Stubblefield, 1993)
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Atuam como humanos
Teste de Turing (1950)Teste de Turing (1950) Computador com as Computador com as
seguintes capacidades:seguintes capacidades:– processamento de linguagem naturalprocessamento de linguagem natural– representação de conhecimentorepresentação de conhecimento– raciocínio automáticoraciocínio automático– aprendizado de máquinaaprendizado de máquina
Teste total de TuringTeste total de Turing
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Pensam como humanos
Abordagem cognitivaAbordagem cognitiva Para dizer que um Para dizer que um programa programa
pensa como humanospensa como humanos, precisa-se , precisa-se saber saber como os humanos pensamcomo os humanos pensam
Isso pode ser feito de Isso pode ser feito de duasduas formas formas– IntrospeçãoIntrospeção (captura do próprio (captura do próprio
pensamento)pensamento)– Experimentos psicológicosExperimentos psicológicos
MaisMais
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Abordagem cognitiva
O campo interdisciplinar O campo interdisciplinar da Ciência Cognitiva uneda Ciência Cognitiva une– Modelos de computação da IAModelos de computação da IA– Técnicas experimentais da psicologiaTécnicas experimentais da psicologia
Como trabalha a mente humana: Como trabalha a mente humana: tentar construir teorias precisas e tentar construir teorias precisas e testáveistestáveis
Técnicas de IA Técnicas de IA Cognição humana Cognição humana
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Pensam racionalmente
Abordagem das Abordagem das Leis do Leis do PensamentoPensamento
Aristóteles: primeiro filósofo a estudarAristóteles: primeiro filósofo a estudar– Pensamento correto (raciocínio irrefutável)Pensamento correto (raciocínio irrefutável)– Silogismos (padrões de argumentos: levam Silogismos (padrões de argumentos: levam
a conclusões corretas se premissas a conclusões corretas se premissas corretas)corretas)
– LógicaLógica
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Pensam racionalmente
Tradição Tradição logicistalogicista, dentro , dentro da IA, ajuda a construir da IA, ajuda a construir Sistemas InteligentesSistemas Inteligentes
Obstáculos desta abordagemObstáculos desta abordagem– Dificuldade de formalizar conhecimento Dificuldade de formalizar conhecimento
(em especial, quando se tem (em especial, quando se tem incertezaincerteza))– Diferença entre teoria e prática Diferença entre teoria e prática
(devido, principalmente, à (devido, principalmente, à complexidadecomplexidade))
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Trabalho 01
Use suas próprias palavras Use suas próprias palavras para descrever, suscintamentepara descrever, suscintamente– Sistemas que Sistemas que atuamatuam como como humanoshumanos– Sistemas que Sistemas que pensampensam como como humanoshumanos– Sistemas que Sistemas que atuamatuam racionalmenteracionalmente– Sistemas que Sistemas que pensampensam racionalmenteracionalmente
Fale sobre os Fale sobre os quebra-cabeças de quebra-cabeças de KuhnKuhn, suscintamente, suscintamente
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Atuam racionalmente
Abordagem de agentes Abordagem de agentes racionaisracionais
Atuar racionalmenteAtuar racionalmente– Alcançar seus Alcançar seus objetivosobjetivos de acordo com as de acordo com as
suas suas convicçõesconvicções Mais Mais InferênciaInferência
– Apenas parteApenas parte de ser um agente racional de ser um agente racional– Não é única formaNão é única forma de atuar racionalmente de atuar racionalmente
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Atuam racionalmente
Leis do pensamentoLeis do pensamento: ênfase : ênfase é a inferência correta é a inferência correta
Inferência em agentes racionaisInferência em agentes racionais– Apenas parteApenas parte: agir racionalmente, às : agir racionalmente, às
vezes, é vezes, é raciocinarraciocinar para para concluir-seconcluir-se que que uma ação leva a um objetivo; só, então, uma ação leva a um objetivo; só, então, agir de acordo com essa conclusãoagir de acordo com essa conclusão
– Mas agir racionalmente Mas agir racionalmente nem semprenem sempre exige inferência: exige inferência: ação involuntáriaação involuntária
– Involuntária pode ser Involuntária pode ser ação mais rápidaação mais rápida
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Reforçando
Sistemas que Sistemas que pensam como pensam como
humanoshumanos
Sistemas que Sistemas que pensam pensam
racionalmenteracionalmente
Sistemas que Sistemas que atuam como atuam como
humanoshumanos
Sistemas que atuam
racionalmente
Nosso objetivo
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Filosofia (428 AC - Presente)
Dualismo Dualismo (Descartes1596-1650)(Descartes1596-1650)
Materialismo (Leibniz 1646-1716)Materialismo (Leibniz 1646-1716) Empirismo (Bacon 1561-1626)Empirismo (Bacon 1561-1626) Indução (Hume 1711-1776)Indução (Hume 1711-1776) Positivismo lógico (Russell 1872-1970)Positivismo lógico (Russell 1872-1970) Teoria da confirmação (Carnap)Teoria da confirmação (Carnap) Análise de meios-fins (Newell e Simon)Análise de meios-fins (Newell e Simon)
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Matemática
Algoritmos (al-Khowarazmi)Algoritmos (al-Khowarazmi) Teoria de incompletude (Gödel)Teoria de incompletude (Gödel) IntratabilidadeIntratabilidade Redução(Dantzig)Redução(Dantzig) NP-completo (Cook 1971)NP-completo (Cook 1971) Teoria da decisão (von Neumann Teoria da decisão (von Neumann
1944)1944)
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Psicologia
Psicologia científica Psicologia científica (Helmholtz 1821-1894)(Helmholtz 1821-1894)
Behavorismo (Waston 1878-1958)Behavorismo (Waston 1878-1958) Psicologia cognitiva (James 1842-Psicologia cognitiva (James 1842-
1910)1910)
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Computação
Alan Turing (1940)Alan Turing (1940) Z-3 / 1Z-3 / 1oo computador computador
Programável ( Konrad Zuse 1941)Programável ( Konrad Zuse 1941) ABC - IOWA St. Univ. (1940-1942)ABC - IOWA St. Univ. (1940-1942) MARK I, II, III - HawardMARK I, II, III - Haward ENIACENIAC EDVACEDVAC IBM 701 IBM 701
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Lingüística
Comportamento Verbal Comportamento Verbal (Skinner)(Skinner)
Estruturas Sintáticas (Chomsky)Estruturas Sintáticas (Chomsky) Representação de ConhecimentoRepresentação de Conhecimento Processamento de linguagem Processamento de linguagem
NaturalNatural
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Trabalho 02 Faça um resumo dos Faça um resumo dos
principais (na sua opinião) principais (na sua opinião) assuntos tratados no capítulo 1, em assuntos tratados no capítulo 1, em relação à área de IA, ressaltandorelação à área de IA, ressaltando– Novos conceitos adquiridosNovos conceitos adquiridos– Crítica aos conceitos adquiridosCrítica aos conceitos adquiridos– Se há possibilidade de usar IA em seu Se há possibilidade de usar IA em seu
trabalho na área de educaçãotrabalho na área de educação Entrega na segunda, 16/10/2000Entrega na segunda, 16/10/2000
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Leia
Damásio, Antonio. Damásio, Antonio. O O Mistério da ConsciênciaMistério da Consciência. . Rio de Janeiro, Civilização Rio de Janeiro, Civilização Brasileira, 2000. Brasileira, 2000. VoltarVoltar
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Teste total de Turing
Computador com as Computador com as seguintes capacidades:seguintes capacidades:– processamento de linguagem naturalprocessamento de linguagem natural– representação de conhecimentorepresentação de conhecimento– raciocínio automáticoraciocínio automático– aprendizado de máquinaaprendizado de máquina– Visão por computadorVisão por computador– Robótica Robótica VoltarVoltar
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Modelagem cognitiva
Tendo-se Tendo-se teoria precisa o teoria precisa o suficientementesuficientemente, pode vir a , pode vir a ser possivel ser possivel expressá-la como um expressá-la como um programaprograma de computador de computador
Se Se entrada/saída e tempo equivalem-entrada/saída e tempo equivalem-se aos dos humanosse aos dos humanos, há evidência que , há evidência que alguns dos mecanismos do programa alguns dos mecanismos do programa podem estar operando nos humanospodem estar operando nos humanos
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Não confundir
InterdisciplinaridadeInterdisciplinaridade MultidisciplinaridadeMultidisciplinaridade TransdisciplinaridadeTransdisciplinaridade Centro de Estudos Transdisciplinares Centro de Estudos Transdisciplinares
da USP pode esclarecer melhorda USP pode esclarecer melhor Carta de TransdisciplinaridadeCarta de Transdisciplinaridade
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Silogismo
Sócrates é um homemSócrates é um homem
Todo homem é mortalTodo homem é mortal
Logo, Sócrates é mortalLogo, Sócrates é mortal Essas Essas Leis do PensamentoLeis do Pensamento, supôs-se, , supôs-se,
governavam a operação da mentegovernavam a operação da mente E deram início ao campo da Lógica, E deram início ao campo da Lógica,
no livro no livro ÓrganonÓrganon, de Aristóteles, de Aristóteles
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Leia
Thomas KuhnThomas Kuhn, em seu livro , em seu livro Estrutura das Revoluções CientíficasEstrutura das Revoluções Científicas, , coloca a ciência como a tentativa de coloca a ciência como a tentativa de solução de quebra-cabeçassolução de quebra-cabeças
E, para ser E, para ser quebra-cabeçaquebra-cabeça, o , o problema tem que ter, pelo menos, problema tem que ter, pelo menos, uma soluçãouma solução
MaisMais
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Thomas Kuhn
Resolver um problema da Resolver um problema da pesquisa normal é pesquisa normal é alcançar o resultado alcançar o resultado antecipado de uma nova maneiraantecipado de uma nova maneira– Isso requer a Isso requer a solução de todo o tipo de solução de todo o tipo de
complexos quebra-cabeçascomplexos quebra-cabeças, conceituais , conceituais instrumentais e matemáticosinstrumentais e matemáticos
– O indivíduo que é bem sucedido nessa O indivíduo que é bem sucedido nessa tarefa prova que é um tarefa prova que é um perito na resolução perito na resolução de quebra-cabeçasde quebra-cabeças Mais Mais
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Thomas Kuhn
– O desafio apresentado pelo O desafio apresentado pelo quebra-cabeça constitui uma quebra-cabeça constitui uma parte parte importante da motivaçãoimportante da motivação do cientista do cientista
– (...) Quebra-cabeça indica, no sentido (...) Quebra-cabeça indica, no sentido corriqueiro em que empregamos o termo, corriqueiro em que empregamos o termo, aquela categoria particular de problemas aquela categoria particular de problemas que que servem para testar nossa servem para testar nossa engenhosidadeengenhosidade ou habilidade na resolução ou habilidade na resolução de problemas de problemas Mais Mais
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Thomas Kuhn
– (...) O critério sobre a (...) O critério sobre a qualidadequalidade de um bom quebra-cabeça de um bom quebra-cabeça nada tem a vernada tem a ver com o fato do resultado ser interessante com o fato do resultado ser interessante ou importanteou importante
– Em geral, problemas realmente Em geral, problemas realmente importantes não são quebra-cabeças (importantes não são quebra-cabeças (cura cura do câncerdo câncer ou uma ou uma paz duradourapaz duradoura), em ), em grande parte porque grande parte porque talvez não tenham talvez não tenham nenhuma solução possível nenhuma solução possível Mais Mais
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Kuhn afirma, ainda, que o Kuhn afirma, ainda, que o valorvalor intrínseco intrínseco não é critérionão é critério para para um quebra-cabeçaum quebra-cabeça
Já a certeza de que este Já a certeza de que este possui uma possui uma soluçãosolução pode ser considerada como tal pode ser considerada como tal
Uma dissertação de mestrado, como Uma dissertação de mestrado, como qualquer pesquisa, é um quebra-cabeçaqualquer pesquisa, é um quebra-cabeça
VoltarVoltar
Thomas Kuhn
Atenção
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Agentes racionais
Um agente é, apenas, algo Um agente é, apenas, algo que que percebepercebe e e ageage
Pode ser Pode ser uso incomumuso incomum, mas você , mas você conseguirá usá-loconseguirá usá-lo
Nessa abrdagem, Nessa abrdagem, AI estuda e AI estuda e constroiconstroi agentes racionais agentes racionais
VoltarVoltar
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Agentes racionais MS Encarta 2000MS Encarta 2000 Ação involuntáriaAção involuntária
– Reflexos Reflexos ativam ativam músculosmúsculos em em situações onde o situações onde o cérebro demoraria cérebro demoraria muito tempomuito tempo para para responderresponder
MaisMais
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Agentes racionais
Todas as habilidades exigidas Todas as habilidades exigidas para o teste de Turing permitem para o teste de Turing permitem ações racionaisações racionais
Precisa-se dessas habilidades paraPrecisa-se dessas habilidades para– Representar conhecimentoRepresentar conhecimento– Raciocinar sobre o mesmo para tomar-Raciocinar sobre o mesmo para tomar-
se boas decisões em uma grande se boas decisões em uma grande variedade de situaçõesvariedade de situações MaisMais
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Agentes racionais
Estudar IA como agentes racionais Estudar IA como agentes racionais tem duas vantagenstem duas vantagens– É mais geral que as Leis do Pensamento É mais geral que as Leis do Pensamento
(inferência é apenas um mecanismo para (inferência é apenas um mecanismo para racionalidade; não é uma necessidade)racionalidade; não é uma necessidade)
– É mais responsável cientificamente que as É mais responsável cientificamente que as abordagens baseadas no comportamento abordagens baseadas no comportamento humano (longo e desconhecido, hoje, humano (longo e desconhecido, hoje, processo de evolução)processo de evolução) Mais Mais
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Agentes racionais
Portanto, este curso, segue o Portanto, este curso, segue o livro textolivro texto– Concentrar-se-á nos princípios gerais de Concentrar-se-á nos princípios gerais de
agentes racionaisagentes racionais– E em componentes para construí-losE em componentes para construí-los
Agir adequadamente quando não há Agir adequadamente quando não há tempo para todos os cálculos e tempo para todos os cálculos e raciocínios que se gostaria raciocínios que se gostaria Voltar Voltar