inteligência artificial joão bosco da mota alves cpgcc/ufscoutubro/2000

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


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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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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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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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


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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

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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

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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

inteligência artificial joão bosco da mota alves cpgcc/ufscoutubro/2000

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