UPE – Caruaru – Sistemas de Informação
Disciplina: Inteligência Artificial
Prof.: Paulemir G. Campos
Introdução à IA
(Parte 2)
11/5/2015
IA - Prof. Paulemir Campos
1
Os Fundamentos da IA
(De Filosofia à Economia)
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2
Introdução

Neste tópico será apresentado um
histórico de áreas do conhecimento
humano que contribuíram com idéias,
pontos de vista e técnicas para a IA.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Aristóteles (384-322 a.C.) formulou um
conjunto preciso de leis que governam
a parte racional da mente;
Ele desenvolveu um sistema informal de
silogismos, permitindo gerar conclusões
mecanicamente dadas as premissas
iniciais.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Em 1315, Ramon Lull apresentou a
idéia de que o raciocínio útil pode ser
conduzido por um artefato mecânico.
Thomas Hobbes (1588-1679) propôs
que o raciocínio assemelha-se à
computação humana, isto é, que
“efetuamos somas e subtrações em
nossos pensamentos silenciosos”.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Anos antes, por volta de 1500,
Leonardo da Vinci (1452-1519) projetou
uma calculadora mecânica, mas não a
construiu;
Recentemente verificou-se que esse
projeto era funcional.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Em 1623, o alemão Wilhelm Schickard
(1592-1635) construiu a primeira
máquina de calcular;
Contudo, a Pascalina (1642) de Blaise
Pascal (1623-1662) é mais famosa.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)

Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716)
construiu um dispositivo mecânico
destinado a efetuar operações sobre
conceitos, com escopo muito limitado.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Considerando a mente como um
sistema físico, René Descartes (15961650) introduziu uma discussão clara da
distinção entre mente e matéria;
A maior crítica a concepção puramente
física da mente é a falta de espaço para
o livre-arbítrio;
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)

Neste caso, se a mente é governada
inteiramente por leis físicas, então ela
não tem mais livre-arbítrio do que uma
pedra que “decide” cair em relação ao
centro da Terra.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Porém, Descartes também era um
proponente do dualismo apenas em
humanos;
Descartes sustentava que havia uma
parte da mente humana (ou alma, ou
espírito) que transcende a natureza,
isenta das leis físicas.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Por outro lado, o materialismo
sustenta que a operação do cérebro de
acordo com as leis da física constituem
a mente;
Assim, o livre-arbítrio é simplesmente o
modo como a percepção das escolhas
disponíveis se mostra para o processo
de escolha.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Com o empirismo, o foco passou a ser
a origem do conhecimento;
Este movimento caracterizou-se por
uma frase de John Locke (1632-1704):

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“Não há nada na compreensão que não
estivesse primeiro nos sentidos”
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)

Em “A Treatise of Human Nature”
(1739), David Hume propôs o que se
conhece hoje por princípio de
indução.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Já o positivismo lógico surgiu de um
trabalho de Ludwig Wittgenstein (18891951) e Bertrand Russel (1872-1970);
Esta doutrina sustenta que todo
conhecimento pode ser caracterizado
por teorias lógicas conectadas.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)

Na teoria da confirmação de Carnap
e Carl Hempel (1905-1997) tentava-se
compreender como o conhecimento
pode ser adquirido a partir da
experiência;
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Inclusive, Carnap definiu no livro “The
Logical Structure of the World” (1928)
um procedimento computacional
explícito para extrair conhecimento de
experiências elementares;
Provavelmente, a primeira teoria da
mente como um processo
computacional.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Outro ponto filosófico importante é a
conexão entre conhecimento e ação;
Essa questão é vital para a IA, porque a
inteligência exige ação, bem como
raciocínio.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Isto porque, pela compreensão de
como as ações são justificadas pode-se
entender como construir um agente
racional.
Tanto é que, Aristóteles argumentava
que as ações se justificam por uma
conexão lógica entre metas e
conhecimento do resultado da ação.
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Filosofia (de 428 a.C. até hoje)


Na obra “Ética a Nicômaco” (Livro III.3,
112b), Aristóteles desenvolveu esse
tópico de forma algorítmica;
Cerca de 2.300 anos depois, o
algoritmo de Aristóteles foi
implementado por Newell e Simon no
programa GPS.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Contribuiu com a IA fornecendo a
formalização matemática em três áreas
fundamentais:



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Lógica;
Computação;
E, Probabilidade.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

O desenvolvimento matemático da
lógica formal deve-se a George Boole
(1815-1864), pois, definiu os detalhes
da lógica proposicional ou lógica
boolena (Boole, 1847);
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


Em 1879, Gottlob Frege (1848-1925)
ampliou a lógica de Boole para incluir
objetos e relações, criando a lógica de
primeira ordem;
Por sua vez, Alfred Tarski (1902-1983)
introduziu uma teoria de referência que
mostra como relacionar os objetos de
uma lógica a objetos do mundo real.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


Na área de Computação, acredita-se
que o primeiro algoritmo não-trivial seja
o de Euclides para calcular o maior
denominador comum;
Em 1900, David Hilbert (1862-1943)
apresentou uma lista com 23 problemas
que ocuparia os matemáticos durante a
maior parte do século XX;
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

O último desses 23 problemas
questionava:

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“Existe um algoritmo para determinar a
verdade de qualquer proposição lógica
envolvendo os números naturais” (famoso
problema de decisão)
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Na realidade, Hilbert indagava se
haveria limites fundamentais para a
capacidade de procedimentos efetivos
de prova.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Em 1930, Kurt Gödel (1906-1978)
mostrou que existe um procedimento
efetivo para provar qualquer afirmação
verdadeira na lógica de primeira ordem
de Frege e Russel.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Contudo, essa lógica não poderia captar
o princípio de indução matemática
necessário para caracterizar os números
naturais.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Um ano depois, no Teorema da
Incompleteza de Gödel mostrou-se
que:

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Em qualquer linguagem suficientemente
expressiva para descrever as propriedades
dos números naturais, existem afirmações
verdadeiras que são indecidíveis, não
havendo algoritmo para estabelecê-la.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


Isso motivou Alan Turing (1912-1954) a
tentar caracterizar exatamente que
funções sobre os inteiros são
calculáveis.
O problema é que a noção de uma
computação ou um procedimento
efetivo não pode ter uma definição
formal.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


A tese de Church-Turing afirma que a
máquina de Turing (1936) é capaz de
calcular qualquer função computável.
Outra contribuição de Turing é que ele
mostrou a existência de algumas
funções que nenhuma máquina de
Turing poderia calcular.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

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Ex.: Problema de Decidibilidade.
Nenhuma máquina pode determinar se um
dado programa retornará uma resposta
sobre uma certa entrada ou se continuará
funcionando para sempre.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Embora a indecidibilidade e a nãocomputabilidade sejam importantes
para a compreensão da computação, a
noção de intratabilidade teve um
impacto muito maior.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Um problema é intratável se o tempo
necessário para resolver instâncias do
problema cresce exponencialmente com
o tamanho das instâncias.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Na teoria da NP-Completude
apresentada por Steven Cook (1971) e
Richard Karp (1972) foi demonstrado a
existência de grandes classes de
problemas canônicos de busca
combinatória e de raciocínio que são
NP-Completos.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


Em geral, qualquer classe de problemas
a qual a classe NP-Completos pode ser
reduzida provavelmente é intratável.
Por outro lado, apesar da crescente
velocidade dos computadores, o uso
moderado de recursos é que
caracterizará os Sistemas Inteligentes.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


Já em Probabilidade, o italiano
Gerolamo Cardano (1501-1576)
concebeu a idéia de probabilidade;
Ele a descreveu em termos de
resultados possíveis de jogos de azar.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)


A probabilidade tornou-se rapidamente
uma parte valiosa de todas as ciências
quantitativas, permitindo tratar de
medidas incertas e teorias incompletas;
Vários pesquisadores aperfeiçoaram
essa teoria e introduziram novos
métodos estatísticos.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Contudo, Thomas Bayes (1702-1761)
destacou-se por ter proposto uma regra
para atualizar probabilidades com base
em novas evidências.
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Matemática
(Cerca de 800 até hoje)

Assim, a regra de Bayes e o campo
resultante chamado Análise Bayesiana
formam a base da maioria das
abordagens modernas para raciocínio
incerto em sistemas de IA.
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Economia (de 1776 até hoje)

O filosófo escocês Adam Smith (17231790) foi o primeiro a tratar o
pensamento econômico como ciência,
iniciada em 1776.
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Economia (de 1776 até hoje)

O tratamento matemático de
“resultados preferênciais” ou utilidade
foi formalizado por Léon Walras (18341910) e aperfeiçoado por Frank Ramsey
(1931) e por John von Neumann e
Oskar Morgenstern no livro “The Theory
of Games and Economic Behavior”
(1944).
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Economia (de 1776 até hoje)

A Teoria da Decisão (teoria da
probabilidade mais teoria da utilidade)
fornece uma estrutura formal e
completa para decisões (econômicas ou
outras) tomadas sob a incerteza.
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Economia (de 1776 até hoje)


A Teoria da Decisão é adequada para
“grandes” economias, onde cada agente
não precisa considerar as ações de
outros agentes como indivíduos;
No entanto, em “pequenas” economias,
as ações de um agente pode afetar
significativamente a utilidade de outro
(como num jogo).
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Economia (de 1776 até hoje)

Na Teoria dos Jogos (John von
Neumann e Morgenstern) admiti-se
que, em alguns jogos, um agente
racional deva agir de forma casual.
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Economia (de 1776 até hoje)

O campo da Pesquisa Operacional
trata de casos em que o lucro resulta
de uma seqüência de ações.
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Economia (de 1776 até hoje)

Outra contribuição importante foi o
trabalho de Hebert Simon (1916-2001),
pesquisador pioneiro da IA, onde
demonstrou que modelos baseados em
satisfação (tomada de decisões “boas
o suficiente”, em vez de decisão ótima)
descreve melhor o comportamento
humano real.
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Economia (de 1776 até hoje)

Inclusive, por este trabalho, Simon
recebeu o prêmio nobel de Economia
em 1978.
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Referências

Russel, S. e Norvig, P. Inteligência
Artificial. Tradução de: “Artificial
Intelligence: A Modern Approach”, 2 ed.
Editora Campus, 2004. (Capítulo 1,
seção 1.2).
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