Intelligenza Artificiale e Reti Neurali, una presentazione di Hub Scuola

Che cosa è l'intelligenza artificiale

INTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI1 Che cosa è l'intelligenza artificiale hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / CHE COSA È L'INTELLIGENZA ARTIFICIALE L'intelligenza artificiale (Al) è la disciplina, appartenente all'informatica, che studia i fondamenti teorici, le metodologie e le tecniche che permettono di progettare sistemi hardware e software capaci di fornire al computer delle prestazioni che, a un osservatore comune, sembrerebbero essere prerogativa dell'intelligenza umana. hub SCUOLA

Intelligenza artificiale forte e debole

2 Intelligenza artificiale forte e debole hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE FORTE E DEBOLE Inizialmente l'IA è stata basata sulla convinzione che fosse possibile costruire un computer capace di comportamenti non distinguibili in nessun senso importante da quelli dell'intelligenza umana (intelligenza artificiale forte). hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE FORTE E DEBOLE Un sistema esperto è un programma che tenta di riprodurre il comportamento umano in uno specifico dominio. In particolare:

• fornisce le stesse risposte o gli stessi consigli che fornirebbe l'esperto umano;
• è in grado di giustificare la propria risposta. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE FORTE E DEBOLE Un sistema esperto è un programma che tenta di riprodurre il comportamento umano in uno specifico dominio. In particolare:
• fornisce le stesse risposte o gli stessi consigli che fornirebbe l'esperto umano;
• è in grado di giustificare la propria risposta. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE FORTE E DEBOLE Modulo spiegazione Utente Interfaccia Base di conoscenza Motore inferenziale Modulo aggiornamento hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE FORTE E DEBOLE In seguito è stata basata sulla convinzione che un computer non potrà mai essere equivalente a una mente umana: potrà solo giungere a simulare alcuni processi cognitivi umani, senza mai poter riuscire a riprodurli integralmente (intelligenza artificiale debole). hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE FORTE E DEBOLE

IA come scienza (approccio della psicologia cognitiva - IA forte) IA come ingegneria (approccio ingegneristico - IA debole)

• Obiettivo: comprensione dell'intelligenza
• Obiettivo: costruzione di entità dotate di razionalità
• Metodo: costruzione di modelli computazionali, verifica sperimentale
• Metodo: codifica del pensiero razionale; comportamento razionale
• Criterio di successo:
• Criterio di successo:
• risolvere i problemi con gli stessi processi usati dall'uomo
• l'importante è risolvere i problemi che richiedono intelligenza hub SCUOLA

L'intelligenza artificiale: il contributo di Turing

3 L'intelligenza artificiale: il contributo di Turing hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / L'INTELLIGENZA ARTIFICIALE: IL CONTRIBUTO DI TURING Turing ha contribuito all'Intelligenza Artificiale mediante:

• la definizione della macchina astratta chiamata macchina di Turing universale (MdTU),
• l'invenzione del test di Turing. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / L'INTELLIGENZA ARTIFICIALE: IL CONTRIBUTO DI TURING Il test di Turing è un criterio per verificare se una macchina sia in grado di pensare come un essere umano. A oggi nessuna macchina ha superato il test. hub SCUOLA

Intelligenza artificiale, informatica e robotica

4 Intelligenza artificiale, informatica e robotica hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE, INFORMATICA E ROBOTICA Il computer è una macchina che riproduce alcuni comportamenti intelligenti di un uomo impegnato a riflettere sulla realtà. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE, INFORMATICA E ROBOTICA I robot sono macchine che, oltre a riprodurre alcuni comportamenti di questo tipo, riproducono anche alcuni comportamenti di un uomo impegnato a interagire con la realtà, agendo e percependo. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / INTELLIGENZA ARTIFICIALE, INFORMATICA E ROBOTICA INFORMATICA E ROBOTICA PERCEZIONE ATTRAVERSO I SENSORI ELABORAZIONE ATTRAVERSO il computer (L'ELABORATORE) PRODUZIONE ATTRAVERSO gli ATTUATORI INFORMATICA ROBOTICA hub SCUOLA

I sistemi esperti

5 I sistemi esperti hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / I SISTEMI ESPERTI L'approccio classico all'informatica prevede che un uomo fornisca alla macchina un algoritmo capace di risolvere un problema. Nel tempo si è sviluppato un approccio diverso, che consiste nel fornire invece alla macchina un algoritmo con il quale costruire un altro algoritmo capace di risolvere un problema. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / I SISTEMI ESPERTI Gli algoritmi che programmano le macchine perché costruiscano altri algoritmi sono chiamati algoritmi inferenziali o meta-algoritmi. B rappresentazione inferenza A mondo della realtà confronto mondo della conoscenza della realtà C fisica intelligenza artificiale A fenomeno problema intuitivo B modello problema rappresentativo C legge problema risolto (algoritmo risolvente) hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / I SISTEMI ESPERTI Un sistema esperto è un programma che è in grado di risolvere problemi complessi che rientrano in un particolare dominio, con un'efficienza paragonabile a quella di uno specialista umano di quel settore. hub SCUOLA

Le reti neurali: generalità

6 Le reti neurali: generalità hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / RETI NEURALI: L'APPROCCIO OPERATIVO Il fondamento teorico delle reti neurali artificiali è la tesi del connessionismo, che rovescia quella dell'IA classica: per riprodurre le facoltà cognitive di esseri viventi bisogna emulare il funzionamento delle cellule del cervello. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / LE RETI NEURALI: GENERALITÀ Una rete neurale artificiale è uno strumento informatico che imita il funzionamento di un cervello biologico nel memorizzare e nell'utilizzare le informazioni ricevute. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / LE RETI NEURALI: GENERALITÀ IL CERVELLO UMANO E LE RETI NEURALI Sinapsi Corpi di Nissl Cellula di Schwann Nodo di Ranvier Assone 1 Guaina mielinica Cono di emergenza dell'assone Assoni di altri neuroni Fibra muscolare strato di output pesi collegamenti - nodi strato di input hub SCUOLA 1 DendritiINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / LE RETI NEURALI: GENERALITÀ LE RETI NEURALI COME "SCATOLE NERE" Dati di input Rete neurale Ricerca delle regole di interpretazione dei fenomeni Base di conoscenza Dati di output Rappresentazione della conoscenza hub SCUOLA

Reti neurali: l'approccio operativo

7 Reti neurali: l'approccio operativo hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / RETI NEURALI: L'APPROCCIO OPERATIVO Nonostante vi sia una grande varietà di modelli neuronali, una classe interessante è rappresentata da quelli che sono programmati attraverso un ciclo di insegnamento fondato sugli esempi. Con esempio si fa riferimento all'associazione tra i dati che descrivono il problema e la soluzione corrispondente. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / RETI NEURALI: L'APPROCCIO OPERATIVO Conoscenza estratta in modo autonomo dagli esempi Apprendimento per la generalizzazione Apprendimento da esempi Reti neurali e apprendimento Minimizzazione di un errore Sintesi della funzione output=f (input) Adattamento delle risposte della rete a quelle desiderate Apprendimento governato da un algoritmo Modifica dei pesi delle connessioni hub SCUOLA

Algoritmi genetici e logica fuzzy

8 Algoritmi genetici e logica fuzzy hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / ALGORITMI GENETICI E LOGICA FUZZY Un algoritmo genetico è un metodo di ricerca globale e stocastico basato sul principio darwiniano dell'evoluzione biologica. hub SCUOLAINTELLIGENZA ARTIFICIALE E RETI NEURALI / ALGORITMI GENETICI E LOGICA FUZZY I sistemi di fuzzy logic o di logica sfumata sono nati invece con lo scopo di consentire l'adozione, all'interno di processi decisionali, di meccanismi in grado di gestire informazioni caratterizzate da un basso grado di precisione. hub SCUOLA