background image

Katedra 

Podstaw 

Konstrukcji 

Maszyn 

Wydział 

Mechaniczny 

Technologiczny 

Politechnika 

Śląska 

ul. Konarskiego 18a 

44-100 Gliwice 

tel. 237 1467 
fax 237 1360 

http://kpkm.polsl.pl 

Metody Sztucznej 
Inteligencji 

Kierunek studiów MiBM, semestr 4 

Prowadzący przedmiot 
Prof. dr hab.  Wojciech Moczulski 

Materiały pomocnicze do 
wykładu 

(do użytku wewnętrznego przez studentów 
Wydziału Mechanicznego Technologicznego 
Politechniki Śląskiej)  

Rok akademicki 2004/05 

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

1

MSI-w1_2004/05_1

Metody sztucznej inteligencji

Politechnika Śląska

Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn

Rok akademicki 2004/05

Wykład 1

MSI-w1_2004/05_2

Informacje o przedmiocie

• Strona KPKM: 

http://kpkm.polsl.pl

Informacje dydaktyczne/Semestr IV/

Metody Sztucznej Inteligencji/Strona przedmiotu 

(MiBM)

User: 

msimibm

Hasło: 

?????

• Kontakt: 

Wojciech Moczulski

wm@polsl.pl

• Konsultacje (s. 406 Wydz. MT):

– Wtorek

13:30 - 15:30

– Czwartek

13:30 - 15:40

• Kolokwium zaliczeniowe:

07.06.2005

MSI-w1_2004/05_3

Część I

Historia Sztucznej Inteligencji 

i pojęcia podstawowe

MSI-w1_2004/05_4

Sztuczna inteligencja 

(AI=Artificial Intelligence)

Dziedzina wiedzy, która postawiła sobie za cel 
i przedmiot badań maszyny, które potrafiłyby 
rozwiązywać zadania, przy zachowaniu których 
człowiek korzysta ze swojej inteligencji

(Marvin Minsky)

A.M. Turing
Computing Machinery and Intelligence
Mind 49, 1950, s.433-460

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

2

MSI-w1_2004/05_5

Dziedziny i zastosowania AI

• Percepcja
• rozumowanie logiczne
• rozpoznawanie 

obrazów

• rozumienie mowy
• uczenie maszynowe
• odkrywanie nowej 

wiedzy

• Sztuczne sieci 

neuronowe

• teoria gier
• tłumaczenie tekstów
• automatyczne 

dowodzenie twierdzeń

• malowanie obrazów
• pisanie poezji

MSI-w1_2004/05_6

Inne definicje AI

Ekscytująca próba uczynienia
komputerów myślącymi maszynami z
pamięcią, w pełnym i dosłownym sensie
tego pojęcia (Haugeland, 1985)

Badanie zdolności umysłowych z
zastosowaniem modeli obliczeniowych
(Charniak & Mc Dermott, 1985)

Automatyzacja działań, które łączymy z
ludzkim myśleniem, jak: podejmowanie
decyzji, myślenie, uczenie się, ...
(Bellman, 1978)

Badanie algorytmów, które umożliwiają
spostrzeganie, rozumowanie i działanie
(Winston, 1992)

Sztuka tworzenia maszyn, które
wykonują działania wymagające
inteligencji wtedy, gdy są wykonywane
przez człowieka (Kurzweil, 1990)

Dziedzina badań, poszukująca wyjaśnie-
nia i sposobu emulowania zachowań
inteligentnych za pomocą pojęć
dotyczących procesów obliczeniowych
(Schalkoff, 1990)

Badanie, jak można umożliwić
komputerom wykonywanie zadań, w
których jak dotychczas ludzie są lepsi
(Rich & Knigth, 1991)

Dziedzina informatyki dotycząca
automatyzacji inteligentnego
zachowania (Luger & Stubblefield,
1993)

MSI-w1_2004/05_7

4 kierunki rozwoju AI

• Wiersze:

– górny - procesy myślenia
– dolny - sposób działania

• Kolumny:

– lewa - odnosi się do 

właściwości człowieka

– prawa - określenia z 

zastosowaniem terminu 
„racjonalny” 

Systemy
myślące w
sposób
podobny do
ludzi

Systemy
myślące
racjonalnie

Systemy
działające
podobnie
jak ludzie

Systemy
działające
racjonalnie

MSI-w1_2004/05_8

Maszyna Turinga (1937)

Maszyna Turinga nie jest obiektem fizycznym. 
Jest to abstrakcyjny schemat działania według 
zadanego algorytmu. Jego istotę oddaje angielskie 
określenie discrete-state machine, co odpowiada 
polskiemu terminowi maszyna stanów 
dyskretnych.

Maszyna Turinga była odpowiedzią na problem 
liczb nieobliczalnych.

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

3

MSI-w1_2004/05_9

Test Turinga (1950)

Test Turinga jest wzorowany na grze „retro” w 
naśladownictwo (imitation game).
W grze uczestniczyły cztery osoby: A (kobieta), B 
(mężczyzna), C (goniec) i D (sędzia). Zadaniem 
sędziego było odgadnąć kto jest kim na podstawie 
zadawanych pytań.

Turing zastąpił A maszyną. Celem testu jest 
odgadnięcie tego czy sędzia rozmawia z maszyną 
czy człowiekiem.

MSI-w1_2004/05_10

Test Turinga (1950)

Test Turinga podaje:
operacyjną definicję inteligencji

Test określa:
Zachowanie inteligentne maszyny na poziomie 
człowieka we wszystkich zadaniach poznawczych, 
wystarczających do porozumiewania się z 
człowiekiem, w taki sposób jak robi to człowiek.

MSI-w1_2004/05_11

Warunki, aby komputer przeszedł 

test Turinga

• przetwarzanie języka naturalnego 

(komunikacja z rozmówcą)

• reprezentacja wiedzy
• automatyczne wnioskowanie z wykorzystaniem 

zgromadzonych informacji:

– do zadawania pytań
– do wyciągania wniosków (konkluzji)

• uczenie się, adaptacja do nowych okoliczności

MSI-w1_2004/05_12

Naśladowanie myślenia człowieka (1)

• przedmiot „modelowania poznawczego”
• konieczna znajomość sposobu działania 

ludzkiego mózgu:

– przez introspekcję
– przez eksperymenty psychologiczne

• Gdyby istniała precyzyjna teoria ludzkiego 

umysłu, byłoby możliwe opracowanie 
programu działającego zgodnie z tą teorią

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

4

MSI-w1_2004/05_13

• Ujęcie z zastosowaniem praw rozumowania
• Pierwowzór: sylogizm Arystotelesa 

(wzorzec struktur argumentowania, które 
dają zawsze poprawną konkluzję, pod 
warunkiem zastosowania poprawnych 
przesłanek)

• Przykład: Sokrates jest człowiekiem; 

wszyscy ludzie są śmiertelni; dlatego 
Sokrates jest śmiertelny

Naśladowanie myślenia człowieka (2)

MSI-w1_2004/05_14

Dwa główne ujęcia AI

• Ujęcie logicystyczne 

bazujące na logice formalnej

(będzie przedmiotem większej części 

wykładów)

• Ujęcie z zastosowaniem agentów

(krótki opis zawarto w dalszej części 

wykładu)

MSI-w1_2004/05_15

Ujęcie logicystyczne

• Zbudowanie programu logicznego, 

działającego jak system inteligentny

• Problemy:

– nie  jest  łatwe ujęcie nieformalnej wiedzy w 

wyrażenia rachunku zdań i rach. Predykatów

– rozwiązanie  praktycznych problemów może 

wymagać niedostępnych mocy obliczeniowych

• Reprezentacja wiedzy i systemy rozumowania 

ściśle określone i łatwo zrozumiałe

MSI-w1_2004/05_16

Ujęcie z zastosowaniem agentów

• Działać racjonalnie = osiągnąć cel, gdy są 

dane przekonania

• Agent: jednostka, która spostrzega i działa
• Zalety:

– ujęcie bardziej ogólne niż stosowanie „praw 

myślenia”

– bardziej podatne na rozwój naukowy

• Ograniczona racjonalność

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

5

MSI-w1_2004/05_17

Sztuczna inteligencja

Sztuczna inteligencja jest nauką kognitywną.

Jest połączeniem wiedzy i metod z zakresu:
- filozofii,
- matematyki,
- psychologii,
- lingwistyki,
- informatyki.

MSI-w1_2004/05_18

Podstawy AI (1) 

Filozofia (428 pne. - obecnie)

– Platon - pytanie o algorytm rozróżniania pojęć
– Arystoteles - system sylogizmów
– Leibnitz (materializm) 1646-1716 - mechaniczny 

układ do przeprowadzania operacji mentalnych

– Hume (empirycyzm) - zasada indukcji
– Russel (1872-1970) - logiczny pozytywizm: cała 

wiedza może być przedstawiona za pomocą teorii 
logicznych, połączonych ze zdaniami 
obserwacyjnymi (obserwacje dokonane za pomocą 
czujników)

MSI-w1_2004/05_19

Podstawy AI (2)

Matematyka (ok. 800 - obecnie)

– al-Khowarazmi: wprowadził algorytm
– Boole (1847): formalny język rozumowania 

logicznego

– Frege (1879): logika 1. Rzędu
– Tarski (1902-1983): teoria referencji (jak obiekty 

logiczne odnoszą się do obiektów świata)

– Gödel (1931): twierdzenie o niezupełności (w 

każdym języku umożliwiającym opis własności 
liczb naturalnych istnieją zdania prawdziwe, które 
są nierozstrzygalne)

MSI-w1_2004/05_20

Podstawy AI (3)

Psychologia (1879 - obecnie)

• behawioryzm (istotne są obiektywne związki: 

bodziec-odpowiedź; wiedza, przekonania, 
cele i rozumowanie są nienaukowe)

• psychologia poznania (cognitive psychology): 

Craik (1943) - podstawy agentów bazujących 
na wiedzy

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

6

MSI-w1_2004/05_21

Podstawy AI (4)

• Informatyka (1940 - obecnie) - rozwój 

środowisk sprzętowych i programowych 
koniecznych do badań w zakresie AI

• Lingwistyka (1957 - obecnie) - rozwój 

wspólnie z AI: 

– lingwistyka obliczeniowa
– przetwarzanie języka naturalnego

MSI-w1_2004/05_22

Historia (1933-1942)

która zapoczątkowała AI

– Konrad Zuse (1933) – maszyna wykorzystująca potencjał 

elektryczny – komputer zerowej generacji

– John Atanasoft i Clifford Berry (1937-1942) – komputer 

ABC; zasada działania oparta na arytmetyce binarnej

– Howard M. Aiken (1939-1944) – maszyna Mark I z 

przekaźników elektromagnetycznych.

– John Mauchly i Presper Eckert (1940) – ENIAC 

(Electronic Numerical Integrator and Computer)

– George Stibitz (1940) – The Complex Number Calculator; 

cztery podstawowe działania w systemie dwójkowym,

– IMB (1942) – Selective Electronic Calculator

MSI-w1_2004/05_23

Historia AI (1943-1956)

Początki AI

– Mc Culloch & Pitts (1943) - model sztucznego 

neuronu

– Turing (1950) – test Turinga
– Shannon, Turing (ok. 1950) - programy do gry 

w szachy

– Minsky (1951) - pierwszy komputer neuronowy 

(3000 lamp + autopilot z B-24; 40 neuronów!!!)

– Newell & Simon - LT=Logic Theorist (program 

komputerowy zdolny do myślenia 
nienumerycznego)

MSI-w1_2004/05_24

Historia AI (1952-1969)

dynamiczny rozwój

– Newell & Simon - GPS (General Problem 

Solver) - pierwszy program myślący „po 
ludzku”

– McCarthy (1958) - LISP (LISt Processing)
– Minsky (ok. 1963) - mikroświaty (np. świat 

klocków)

– Rosenblatt (1962) - perceptron (sieć neuronów, 

która się uczy)

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

7

MSI-w1_2004/05_25

Entuzjazm  (1957)

• H. Simon:

It is not my aim to surprise or shock you - but the 
simplest way I can summarize is to say that there 
are now in the world machines that think, that 
learn and that create.  Moreover, their ability to 
do these things is going to increase rapidly until -
in a visible future - the range of problems they 
can handle will be coextensive with the range to 
which human mind has been applied.

MSI-w1_2004/05_26

Historia AI (1966-1974) 

Dawka realizmu

• Programy początkowo nie zawierały wiedzy 

i działały stosując jedynie pewne 
manipulacje na tekstach (ELIZA)

• Wiele problemów okazało się zbyt trudnych 

lub NP-zupełnych

• Stwierdzono fundamentalne ograniczenia 

związane z podstawowymi strukturami AI 
(np. neuronów)

MSI-w1_2004/05_27

Historia AI (1969-1979)

Nowe koncepcje

• Wąskie dziedziny problemowe
• Systemy doradcze 

– MYCIN: diagnostyka chorób krwi i  płynu 

mózgowo-rdzeniowego (450 reguł, uwzględnienie 
niepewności i sprzecznych opinii ekspertów)

– PROSPECTOR: wspomaganie prac wiertniczych
– inne skuteczne wdrożenia

• Minsky (1975): reprezentacja wiedzy - „ramy”

MSI-w1_2004/05_28

Historia AI (1980-1988)

AI staje się przemysłem

• Komercyjny system doradczy R1 

(Mc Dermott, 1982)

• V generacja komputerów (Japonia, 1981)
• Sprzedaż 2 mld $ w 1988

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

8

MSI-w1_2004/05_29

Historia AI (1986-obecnie)

• Powrót sieci 

neuronowych

• Algorytmy genetyczne 

i programy 
ewolucyjne

• Systemy szkieletowe
• Sieci przekonań

• Inżynieria wiedzy
• Uczenie maszynowe 

i odkrycia w bazach 
danych

• ...

MSI-w1_2004/05_30

Podsumowanie

• Filozofia: myśl jest pod pewnym względem jak 

maszyna, która działa na wiedzy zakodowanej 
w określonym języku,

• Matematyka: dostarczyła narzędzi do opisu 

procesu myślenia,

• Psychologia: teoria, że ludzie i zwierzęta mogą 

być postrzegani jako maszyny przetwarzające 
informacje,

• Technologia komputerowa: pozwala na 

implementację algorytmów,

MSI-w1_2004/05_31

Część II

Ujęcie AI 

z zastosowaniem agentów

MSI-w1_2004/05_32

Inteligentny agent

• Agent postrzega swoje otoczenie poprzez 

sensory

• Agent oddziałuje na otoczenie poprzez efektory

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

9

MSI-w1_2004/05_33

Inteligentny agent - przykłady

• Człowiek:

– sensory: oczy, uszy, nos, ...
– Efektory: ręce, nogi, usta, ...

• Robot:

– sensory: kamera TV, czujniki IR, sonar, ...
– Efektory: chwytaki, głośnik, wyświetlacz, ...

• Agent programowy:

– sensory i efektory: ciągi bitów

MSI-w1_2004/05_34

Przykład idealnego racjonalnego 

agenta: SQRT w kalkulatorze

MSI-w1_2004/05_35

Struktura inteligentnego agenta

AGENT

ARCHITEKTURA

PROGRAM

Środowisko, w którym 
można realizować 
program:
• komputer 1-układowy
• kamera
• mikrofon
• ...
• Oprogramowanie  

umożliwiające 

realizację programu 

agenta (np. BIOS)

Funkcja, 
realizująca 
odwzorowanie 
od percepcji do 
akcji

MSI-w1_2004/05_36

Przykłady

Typ agenta

Percepcje

Akcje

Cele

Środowisko

System
diagnostyki
medycznej

Symptomy,
wyniki,
odpowiedzi
pacjenta

Pytania,
testy, terapie

Zdrowy
pacjent,
minimalne
koszty

Pacjent,
szpital

System
analizy
obrazów
satelitarnych

Punkty (pixe-
le) o zmien-
nej intensyw-
ności, kolor

Drukuj
kategoryzację
sceny

Poprawna
kategoryzacja

Obrazy z
orbitującego
satelity

Interaktywny
nauczyciel
angielskiego

Wpisywane
słowa

Drukuj
ćwiczenia,
sugestie,
poprawki

Maksymali-
zuj ocenę
studenta z
testu

Zbiór
studentów

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

10

MSI-w1_2004/05_37

Ś

rodowisko

AGENT

Sensory

Efektory

Jaki jest świat w

tej chwili ?

Jakie działania

trzeba wykonać?

Warunki - reguły działania

Agent – typ I

(działający na zasadzie odruchów)

MSI-w1_2004/05_38

Ś

rodowisko

AGENT

Sensory

Efektory

Jaki jest świat w

tej chwili ?

Jakie działania

trzeba wykonać?

Warunki - reguły działania

Jak zmienia sie świat?

Stan

Co powoduje moje działanie ?

Agent – typ II

(działający na zasadzie odruchów ze stanem wewnętrznym)

MSI-w1_2004/05_39

Ś

rodowisko

AGENT

Sensory

Efektory

Jaki jest świat w tej

chwili ?

Jakie działania trzeba

wykonać?

Cel

Jak zmienia sie świat?

Stan

Co powoduje moje działanie ?

Co się stanie jeżeli

wykonam działanie A ?

Agent – III

(ukierunkowany na cel)

MSI-w1_2004/05_40

Ś

rodowisko

AGENT

Sensory

Efektory

Jaki jest świat w tej

chwili ?

Jakie działania trzeba

wykonać?

Jak zmienia sie świat?

Stan

Co powoduje moje działanie ?

Co się stanie jeżeli

wykonam działanie A ?

Jak szczęśliwy będę

w tym nowym stanie ?

Użyteczność

Agent – typ 4

(ukierunkowany na użyteczność)

background image

W. Moczulski, Metody Sztucznej Inteligencji. Pol. Śl., 
Wydz. MT, MiBM s.4, r.ak. 2004/05

11

MSI-w1_2004/05_41

• Agent
• Agent inteligentny
• Cztery typy agentów

Podsumowanie