Bài giảng Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence ­ AI)

TRƯỜ NG CAO Đ Ẳ NG CNTT H Ữ U NGH Ị Vi Ệ T - HÀN KHOA KHOA HỌ C MÁY TÍNH -----------***----------- TRÍ TUỆ NHÂN TẠO (Artificial Intelligence ­ AI) Nguyễn Thanh Cẩm Mục đích của môn học •Tìm hiểu khoa học trí tuệ nhân tạo nghiên cứu gì?  •Những vấn đề nào trí tuệ nhân tạo cần quan tâm?  •Sản phẩm của TTNT là gì? được ứng dụng ở đâu?  06/11/11 2 Contents 1 Tổng quan về khoa học trí tuệ nhân tạo  2 Các phương pháp giải quyết vấn đề cơ bản  3 Tri thức và các phương pháp biểu diễn tri thức  4 Máy học  5 Mạng Nơron  06/11/11 3 Học liệu Tài liệ u họ c t ậ p Slide bài giả ng Tiế ng Vi ệ t Nguyễn thanh thủy, trí tuệ nhân tạo,  NXBGD – 1997. C.S. Krishnamoorthy; S. Rajeev,  Tiế ng Anh Artificial Intelligence and Expert Systems for Engineers,  CRC Press 1996. 06/11/11 4 Chương 1 TTổổ ng ng quanquan vv ề ề khoakhoa hh ọ ọ c c trítrí tutu ệ ệ nhânnhân ttạạ o o 1.1 Lị ch s ử hình thành và phát tri ể n 1.2 Các khái niệ m c ơ b ả n 1.3 Mộ t s ố v ấ n đ ề Trí tu ệ nhân t ạ o quan tâm  06/11/11 5 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence­AI) nghiên cứu  các phương pháp để xây dựng trí tuệ cho máy (khả  năng học và suy nghĩ). AI ra đời với các sự kiện sau:  Turing được coi là người khai sinh ngành AI   Năm 1956 chương trình dẫn xuất kết luận trong hệ hình thức.   Năm 1959 chương trình chứng minh các định lý hình học  phẳng và chương trình giải quyết bài toán vạn năng. 06/11/11 6 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển  Thuật ngữ Trí tuệ nhân tạo được dùng đầu tiên  vào 1961 tại MIT Do M. Minsky đề xuất trong  bài báo “Steps forwards to Artificial  Intelligence”.  60s là giai đoạn lạc quan về khả năng làm cho  máy tính biết suy nghĩ.  06/11/11 7 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển  Cụ thể:   1961: Chương trình tính tích phân bất định  1963: Các chương trình Heuristics: Chương trình chứng minh  các định lý hình học không gian có tên là “tương tự”, chương  trình chơi cờ của Samuel.  1964: Chương trình giải phương trình đại số sơ cấp, chương  trình trợ giúp ELIZA.  1966: Chương trình phân tích và tổng hợp tiếng nói  1968: Chương trình điều khiển người máy (Robot) theo đồ án  “Mắt – Tay”, chương trình học nói. 06/11/11 8 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển 60s, do giới hạn khả năng của các thiết bị, bộ nhớ  không cho phép tổng quát hóa những thành công  bước đầu đạt được trong AI đã xây dựng. 70s, bộ nhớ lớn và tốc độ tính toán nâng cao, TTNT  vẫn chưa đem tới những thành công  thật sự do sự  bùng nổ tổ hợp trong quá trình tìm kiếm lời giải các  bài toán đặt ra. 06/11/11 9 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển Cuối 70s một số nghiên cứu như:   xử lý ngôn ngữ tự nhiên,   biểu diễn tri thức,   lý thuyết giải quyết vấn đề đã đem lại diện mạo mới cho  TTNT.  Sản phẩm thương mại đầu tiên của AI ra đời đó là Hệ  chuyên gia. 06/11/11 10 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển Một sự kiện quan trọng trong lịch sử phát triển của AI  là sự ra đời của ngôn ngữ Prolog, do Alain  Calmerauer đưa ra năm 1972. Cuối 80s, đầu 90s các sản phẩm dân dụng như: máy  giặt, máy ảnh,... sử dụng AI.  Các hệ thống nhận dạng và xử lý ảnh, tiếng nói đang  ngày càng phát triển. 06/11/11 11 Chương 1 TTổổ ng ng quanquan vv ề ề khoakhoa hh ọ ọ c c trítrí tutu ệ ệ nhânnhân ttạạ o o 1.1 Lị ch s ử hình thành và phát tri ể n 1.2 Các khái niệ m c ơ b ả n 1.3 Mộ t s ố v ấ n đ ề Trí tu ệ nhân t ạ o quan tâm  06/11/11 12 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.1 Trí tuệ con ng ườ i (Human Intelligence) 1.2.2 Trí tuệ máy (Machine Intelligence) 1.2.3 Vai trò củ a TTNT trong công ngh ệ thông tin  1.2.4 Các lĩnh vự c nghiên c ứ u và ứ ng d ụ ng c ơ b ả n 06/11/11 13 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.1. Trí tuệ con người  Khái niệm trí tuệ theo quan điểm của Turing: “Trí tuệ là những  gì có thể đánh giá được thông qua các trắc nghiệm thông  minh”  Khái niệm trí tuệ đưa ra trong tụ điển bách khoa toàn thư: “Trí  tuệ là khả năng:  (1) Phản ứng một cách thích hợp những tình huống mới  thông qua hiệu chỉnh hành vi một cách thích đáng.  (2) Hiểu rõ những mối liên hệ qua lại của các sự kiện của  thế giới bên ngoài nhằm đưa ra những hành động phù hợp  đạt tới một mục đích nào đó.” 06/11/11 14 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.1. Trí tuệ con người Quá trình hoạt động trí tuệ của con người bao gồm 4  thao tác cơ bản:  1­ Xác định tập đích (goals) cần đạt tới.  2­ Thu thập các sự kiện (facts) và các luật suy diễn (inference  rules) để đạt được đích đặt ra.  3­ Thu gọn (pruning) quá trình suy luận nhằm xác định tập luật  suy diễn có thể sử dụng để đạt tới một đích trung gian nào đó.  4­ Áp dụng các cơ chế suy diễn cụ thể (inference  mechanisms) để đưa các sự kiện ban đầu đi đến đích. 06/11/11 15 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.1 Trí tuệ con ng ườ i (Human Intelligence) 1.2.2 Trí tuệ máy (Machine Intelligence) 1.2.3 Vai trò củ a TTNT trong công ngh ệ thông tin  1.2.4 Các lĩnh vự c nghiên c ứ u và ứ ng d ụ ng c ơ b ả n 06/11/11 16 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.2. Trí tuệ máy  Một vài đặc trưng chính:  1­ Khả năng học.  2­ Khả năng mô phỏng hành vi sáng tạo của con người.  3­ Khả năng trừu tượng hoá, tổng quát hoá và suy diễn .  4­ Khả năng tự giải thích hành vi.  5­ Khả năng thích nghi tình huống mới, kể cả thu nạp tri thức  và dữ liệu.  6­ Khả năng xử lý các biểu diễn hình thức như các ký hiệu  tượng trưng, danh sách.  7­ Khả năng sử dụng các tri thức heuristics.  8­ Khả năng xử lý các thông tin không đầy đủ, không chính  xác 06/11/11 17 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.1 Trí tuệ con ng ườ i (Human Intelligence) 1.2.2 Trí tuệ máy (Machine Intelligence) 1.2.3 Vai trò củ a TTNT trong công ngh ệ thông tin  1.2.4 Các lĩnh vự c nghiên c ứ u và ứ ng d ụ ng c ơ b ả n 06/11/11 18 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.3. Vai trò của TTNT trong CNTT Khoa học AI có nhiệm vụ nghiên cứu các kỹ thuật  làm cho máy tính có thể “suy nghĩ một cách thông  minh”.  Khoa học AI thiết kế các chương trình cho máy tính  để giải quyết bài toán. AI tạo cho máy tính khả năng suy nghĩ.  AI có thể mô phỏng quá trình học của con người. 06/11/11 19 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.3. Vai trò của TTNT trong CNTT Sự ra đời và phát triển của TTNT tạo nên những bước  nhảy vọt về chất trong kỹ thuật xử lý thông tin.  Những đặc điểm căn bản của công nghệ xử lý thông tin  mới dựa trên nền tảng TTNT, đó là:  Những công cụ hình thức hoá  các mô hinh logic ngôn ngữ  logic mờ,...   Các tri thức thủ tục và tri thức mô tả có thể biểu diễn được  trong máy.  06/11/11 20 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.3. Vai trò của TTNT trong CNTT  Mô hình logic ngôn ngữ đã mở rộng khả năng ứng dụng của  máy tính trong lĩnh vực đòi hỏi tri thức chuyên gia ở trình độ  cao như:   y học,   sinh học,   địa lý,   tự động hóa.  Khi máy tính được trang bị các phần mềm trí tuệ nhân tạo  ghép mạng sẽ cho phép giải quyết những bài toán cỡ lớn và  phân tán. 06/11/11 21 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.1 Trí tuệ con ng ườ i (Human Intelligence) 1.2.2 Trí tuệ máy (Machine Intelligence) 1.2.3 Vai trò củ a TTNT trong công ngh ệ thông tin  1.2.4 Các lĩnh vự c nghiên c ứ u và ứ ng d ụ ng c ơ b ả n 06/11/11 22 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản  Các kỹ thuật Trí tuệ nhân tạo cơ bản bao gồm:  Lý thuyết giải bài toán và suy diễn thông minh:   Chương trình giải câu đố,   Chơi các trò chơi thông qua các suy luận mang tính người.   Hệ thống giải bài toán GPS do Newel, Shaw và Simon đưa ra  rồi được hoàn thiện năm 1969 là một mốc đáng ghi nhớ.   Trước năm 1980, Buchanal và Luckham cũng hoàn thành hệ  thống chứng minh định lý.   Chương trình của McCarthy về các phương án hành động có  khả năng cho các lời khuyên. 06/11/11 23 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản  Lý thuyết tìm kiếm may rủi:   Các phương pháp và kỹ thuật tìm kiếm với sự hỗ trợ  của thông tin phụ để giải bài toán một cách hiệu  quả.   Công trình đáng kể về lý thuyết này là của G.Pearl  vào năm 1984. 06/11/11 24 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản  Các ngôn ngữ về Trí tuệ nhân tạo:   Các ngôn ngữ IPL.V, LISP.  Ngôn ngữ mạnh hơn như PLANNER, PROLOG. 06/11/11 25 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản   Lý thuyết thể hiện tri thức và hệ chuyên gia:   Theo các chuyên gia công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo  là khoa học về thể hiện tri thức và sử dụng tri thức. các  phương pháp thể hiện tri thức như:  Lược đồ   Mạng ngữ nghĩa,   logíc vị từ ,   khung,   mạng  Việc gắn liền cách thể hiện và sử dụng tri thức là cơ sở  hình thành hệ chuyên gia. 06/11/11 26 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản  Lý thuyết nhận dạng và xử lý tiếng nói:   Nhận dạng dùng tâm lý học  Nhận dạng hình học  Nhận dạng theo phương pháp hàm thế  Dùng máy nhận dạng  Ứng dụng của phương pháp này trong việc nhận  dạng trong chữ viết, âm thanh, hình ảnh cho đến  nay đã trở nên quen thuộc.  06/11/11 27 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản  Người máy:   Cuối 70s, người máy trong công nghiệp đã đạt được  nhiều tiến bộ   “ Khoa học người máy là nối kết thông minh của  nhận thức với hành động”.   Khoa học về cơ học và trí tuệ nhân tạo được tích  hợp trong khoa học về người máy.   Các đề án trí tuệ nhân tạo nghiên cứu về người máy  bắt đầu từ đề án “mắt – tay”.  06/11/11 28 1.2 Các khái niệm cơ bản 1.2.4. Các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng cơ bản  Tâm lý học xử lý thông tin:   Xây dựng các cơ chế trả lời theo hành vi, có ý thức.  Nó giúp thực hiện các suy diễn mang tính người.  Xử lý danh sách, kỹ thuật đệ quy, kỹ thuật quay lui  và xử lý cú pháp hình thức là những kỹ thuật cơ bản  của tin học truyền thống có liên quan trực tiếp đến  Trí tuệ nhân tạo. 06/11/11 29 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.1 Nhữ ng v ấ n đ ề chung 1.3.2 Nhữ ng v ấ n đ ề ch ư a đ ượ c gi ả i quy ế t trong TTNT 1.2.3 Nhữ ng v ấ n đ ề đ ặ t ra trong t ươ ng lai c ủ a TTNT  06/11/11 30 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.1 Những vấn đề chung  Khoa học Trí tuệ nhân tạo liên quan đến cảm giác, tri giác và cả quá trình  tư duy thông qua các hành vi, giao tiếp. Nó có các định hướng nghiên  cứu, ứng dụng sau:   Nghiên cứu các thủ tục giúp con người tiến hành các hoạt động  sáng tạo. Công việc sáng tạo được thực hiện trên mô hình theo  cấu trúc, chức năng và sử dụng công nghệ thông tin.   Dùng ngôn ngữ tự nhiên. Trước hết là ngôn ngữ được dùng để  thể hiện tri thức, tiếp thu và chuyển hoá sang dạng có thể xử lý  được.   Hình thức hoá các khía cạnh, các hành vi liên quan đến Trí tuệ  nhân tạo. Do vậy có thể xây dựng các bài toán mang tính người  và thông minh. 06/11/11 31 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.1 Những vấn đề chung Các hoạt động lớn trong TTNT bao gồm:   Chứng minh định lý   Xử lý ngôn ngữ tự nhiên   Hiểu tiếng nói   Phân tích hình ảnh  Người máy và hệ chuyên gia   Cài đặt các hệ TTNT trong các hệ thống khác, đặc biệt là  trong các hệ thống tin học. 06/11/11 32 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.1 Nhữ ng v ấ n đ ề chung 1.3.2 Nhữ ng v ấ n đ ề ch ư a đ ượ c gi ả i quy ế t trong TTNT 1.2.3 Nhữ ng v ấ n đ ề đ ặ t ra trong t ươ ng lai c ủ a TTNT  06/11/11 33 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.2 Những vấn đề chưa được giải quyết trong TTNT   Xử lý song song: máy tính không thể hoạt động song song như  bộ não người.   Khả năng diễn giải: con người có thể xem xét cùng một vấn đề  theo những phương pháp khác nhau, từ đó diễn giải theo cách dễ  hiểu nhất.  Lôgic rời rạc và tính liên tục: bộ não người có thể kết hợp các  phương pháp xử lý thông tin trong môi trường liên tục với các thao  tác xử lý thông tin rời rạc. 06/11/11 34 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.2 Những vấn đề chưa được giải quyết trong TTNT  Khả năng học: không thể mô phỏng hoàn toàn khả  năng học giống bộ não con người.  Khả năng tự tổ chức: chưa thể tạo lập được các hệ  thống TTNT có khả năng tự tổ chức, tự điều khiển hoạt  động của nó để thích nghi với môi trường. 06/11/11 35 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.1 Nhữ ng v ấ n đ ề chung 1.3.2 Nhữ ng v ấ n đ ề ch ư a đ ượ c gi ả i quy ế t trong TTNT 1.2.3 Nhữ ng v ấ n đ ề đ ặ t ra trong t ươ ng lai c ủ a TTNT  06/11/11 36 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.3 Những vấn đề đặt ra trong tương lai của TTNT  Nghiên cứu và thử nghiệm các mạng Neuron  Các hệ thống TTNT mô phỏng chức năng hoạt động  của bộ não:   khả năng học   tự tổ chức   tự thích nghi   tổng quát hoá   xử lý song song   khả năng diễn giải   xử lý thông tin liên tục và rời rạc. 06/11/11 37 1.3 Một số vấn đề Trí tuệ nhân tạo quan tâm 1.3.3 Những vấn đề đặt ra trong tương lai của TTNT   Hệ thống giao tiếp giữa người và máy   Phương pháp suy diễn thông minh ... 06/11/11 38 Tổng kết chương •TTNT nghiên cứu các phương pháp để xây dựng trí tuệ cho máy. •Khoa học AI nghiên cứu các kỹ thuật làm cho máy tính có thể  “suy nghĩ một cách thông minh”. •Turing được coi là người khai sinh ngành AI •Sản phẩm thương mại đầu tiên của AI ra đời đó là Hệ chuyên gia. •Các kỹ thuật Trí tuệ nhân tạo cơ bản bao gồm: •Lý thuyết giải bài toán và suy diễn thông minh •Lý thuyết tìm kiếm may rủi •Các ngôn ngữ về Trí tuệ nhân tạo •Lý thuyết thể hiện tri thức và hệ chuyên gia •Lý thuyết nhận dạng và xử lý tiếng nói •Người máy •Tâm lý học xử lý thông tin 06/11/11 39 Tổng kết chương •Những vấn đề đặt ra trong tương lai của TTNT: •khả năng học  •tự tổ chức  •tự thích nghi  •tổng quát hoá  •xử lý song song  •khả năng diễn giải  •xử lý thông tin liên tục và rời rạc.  06/11/11 40 TuringTuring Ai lAi làà ng ngườười khai sinh ngi khai sinh ngàành AI?nh AI? 06/11/11 41 HHệệ chuyênchuyên giagia Sản phẩm thương mại đầu tiên của AI là gì?? 06/11/11 42 TRƯỜ NG CAO Đ Ẳ NG CNTT H Ữ U NGH Ị Vi Ệ T - HÀN KHOA KHOA HỌ C MÁY TÍNH -----------***-----------