Bài giảng trí tuệ nhân tạo

NỘI DUNG  CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  CÁC TIỀN ĐỀ CƠ BẢN CỦA TTNT  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KHOA HỌC TTNT  CÁC THÀNH TỰU CỦA KHOA HỌC TTNT  CÁC XU HƯỚNG MỚI TRONG TTNT... CÁC KHÁI NIỆM CƠ B

Trang 1

TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

Khoa Công nghệ Thông tin

Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp

Trang 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trí tuệ nhân tạo – Các phương pháp Giải quyết vấn đề

và kỹ thuật xử lý tri thức (1999)

Nguyễn Thanh Thuỷ

2 Lập trình lôgic trong Prolog (2004)

Trang 5

TỔNG QUAN VỀ KHOA HỌC TTNT

Trang 6

NỘI DUNG

 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

 CÁC TIỀN ĐỀ CƠ BẢN CỦA TTNT

 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KHOA HỌC TTNT

 CÁC THÀNH TỰU CỦA KHOA HỌC TTNT

 CÁC XU HƯỚNG MỚI TRONG TTNT

Trang 7

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN:

TTNT là gì?

 Trí tuệ nhân tạo là khoa học liên quan đến việc làm cho máy tính có những khả năng của trí tuệ con người, tiêu biểu như các khả năng“suy nghĩ”, “hiểu ngôn ngữ”, và biết “học tập”

Trang 8

 Intelligence: trí thông minh

“ability to learn, understand and think” (Oxford

dictionary)

 Artificial Intelligence (AI): trí thông minh nhân tạo

“attempts to understand intelligent entities”

“strives to build intelligent entities”

(Stuart Russell & Peter Norvig)

TTNT là gì?

Trang 9

TTNT là gì?

Trang 10

TTNT và lập trình truyền thống

Trang 11

Các yêu cầu của TTNT

Trang 12

Hành động như con người:Phép thử Turing

Trang 13

 Chỉ ra các lĩnh vực cần nghiên cứu trong AI:

thông tin được cung cấp trước/trong quá trình

thẩm vấn

được lưu trữ trả lời các câu hỏi và đưa ra các kết luận mới

hiện và suy ra các mẫu

Hành động như con người

Trang 14

Suy nghĩ như con người: Mô hình nhận thức

 Con người suy nghĩ ntn ?

Trang 15

Suy nghĩ có lý: Luật của suy nghĩ

 Aristole: ~420 BC.

 Tiến trình suy nghĩ đúng là gì?

 Mở ra nhánh: quá trình suy luận

 VD: “Socrates is a man, all men are mortal; therefore

Socrates is mortal”

 Theo sau Aristole -> 20th:

 Logic hình thức (formal logic) ra đời.

 Hình thức hoá về mặt ký hiệu và quá trình suy diễn với

các đối tượng trong thế giới tự nhiên

Trang 17

Trang 18

Các thành phần trong hệ thống

 Hai thành phần cơ bản:

 Các phương pháp biểu diễn vấn đề, các phương pháp

biểu diễn tri thức

 Các phương pháp tìm kiếm trong không gian bài toán,

các chiến lược suy diễn

Trang 19

NỘI DUNG

Trang 20

CÁC TIỀN ĐỀ CƠ BẢN CỦA TTNT

TTNT kế thừa nhiều ý tưởng, quan điểm và các kỹ thuật từ các

Tr iết

họ c

Toán học

Các lý thuyết của lập luận và học

Các lý thuyết xác suất logic, tạo quyết định và tính toán

Làm cho TTNT trở thành hiện thực

Nghiên cứu ý nghĩa và

cấu trúc của ngôn ngữ

Nghiên cứu tâm

trí con người

Trang 21

NỘI DUNG

Trang 22

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KHOA HỌC TTNT

 Bắt đầu của AI (1943 - 1956):

 1943: McCulloch & Pitts: Mô hình chuyển mạch logic.

 1950: Bài báo “Computing Machinery and Intelligence”

của Turing

 1956: McCarthy đề xuất tên gọi “Artificial Intelligence”.

Trang 23

 “birth day”: Hội nghị ở Dartmouth College mùa hè 1956,

do Minsky và McCarthy tổ chức, và ở đây McCarthy đề xuất tên gọi “artificial intelligence” Có Simon và Newell trong những người tham dự.

John McCarthy Marvin Minsky

Trang 24

 Trông mong nhất (1952 - 1969):

 Một số chương trình TTNT thành công:

 Samuel’s checkers

 Newell & Simon’s Logic Theorist

 Gelernter’s Geometry Theorem Prover.

 Thuật giải của Robinson cho lập luận logic.

Trang 25

 Thực tế (1966 − 1974):

 Phát hiện được các khó khăn về độ phức tạp tính toán.

 Quyến sách của Minsky & Papert năm 1969.

 Hệ thống dựa trên tri thức (1969 − 1979):

 1969: DENDRAL by Buchanan et al.

Đưa ra cấu trúc phân tử từ thông tin của quang phổ kế

 1976: MYCIN by Shortliffle.

Chuẩn đoán nhiểm trùng máu

 1979: PROSPECTOR by Duda et al.

Chuẩn đoán vị trí khoan dầu

Trang 27

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA

KHOA HỌC TTNT

Trang 28

NỘI DUNG

Trang 29

CÁC THÀNH TỰU CỦA

KHOA HỌC TTNT

Trang 30

KHOA HỌC TTNT

Trang 31

KHOA HỌC TTNT

Trang 32

SONY AIBO

KHOA HỌC TTNT

Trang 33

Đi bộ

Quay

Lên xuống cầu thang

Honda Humanoid Robot

& Asimo

CÁC THÀNH TỰU CỦA KHOA HỌC TTNT

Trang 34

KHOA HỌC TTNT

Trang 35

KHOA HỌC TTNT

Trang 36

NỘI DUNG

Trang 37

CÁC XU HƯỚNG MỚI TRONG TTNT

Trang 38

Trang 39

Trang 40

Trang 41

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Trang 45

Trang 46

Trang 47

Trang 48

Trang 49

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Một số chủ đề nghiên cứu

 Giải thuật di truyền và ứng dụng

 Mạng Nơron nhân tạo và ứng dụng

Trang 54

CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN

VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trang 55

NỘI DUNG

 BIỂU DIỄN VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG KHOA

HỌC TTNT

 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VẤN ĐỀ

 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trang 56

BIỂU DIỄN VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG KHOA HỌC TTNT

 Giải quyết vấn đề và khoa học TTNT

 Giải quyết vấn đề của con người

 Phân loại vấn đề & Các đặc trưng cơ bản của vấn đề

 Các thành phần cơ bản trong hệ thống giải quyết vấn đề

Trang 57

Giải quyết vấn đề và khoa học TTNT

 Hoạt động trí tuệ: vận dụng các kỹ thuật giải quyết vấn đề

 Giải quyết vấn đề: tìm kiếm trong không gian các lời giải

bộ phận có thể có được.

 Phương pháp biểu diễn vấn đề => Phương pháp giải

quyết vấn đề.

 VD: Biểu diễn bằng logic vị từ => Phương pháp hợp giải

 VD: Biểu diễn bằng mạng ngữ nghĩa => Các thủ tục tìm

kiếm

Trang 58

 Giải quyết vấn đề: duyệt-tìm kiếm trong không gian lời

giải => bùng nổ tổ hợp => các thủ tục tìm kiếm Heuristic

 Phân chia các hệ thống TTNT:

 Các hệ tìm kiếm thông tin, các hệ hỏi đáp thông minh

 Các hệ suy diễn – tính toán: dựa vào các mô hình toán

học và tri thức chuyên gia

 Các hệ chuyên gia

Trang 59

Phát biểu bài toán-Xác định ph ơng pháp bd bài toán

Sản sinh không gian bài toán

Bài toán có thể giải nhờ thuật toán đa thức

Xác định lời giải nhờ các ngôn ngữ lập trình

Xác định các tri thức đặc biệt để rút gọn không gian TK

Xây dựng các ph ơng pháp biểu diễn tri thức và suy diễn

Lựa chọn ngôn ngữ, công cụ phù hợp

Các hệ giải quyết vấn đề dựa vào tri thức

Bài toán (Vấn đề)

Đ

S

Công nghệ lập trình truyền thống

Công nghệ

xử lý tri thức

Sơ đồ: Những khớa cạnh khỏc nhau của TTNT

Trang 60

Giải quyết vấn đề của con người

 Cách giải quyết vấn đề của con người là mô hình thực

tiễn quan trọng để các chuyên gia TTNT tìm cách mô phỏng lại trên máy tính quá trình giải quyết bài toán

 Khoa học về nhận thức: Nghiên cứu quá trình tổ chức,

lưu trữ, truy nhập, xử lý và thu nạp tri thức trong bộ não người

 Tâm lý học nhận thức và khoa học điều khiển: Tạo ra

các mô hình tổ chức bộ não

Trang 61

 Quá trình xử lý thông tin của con người

HÖ thèng thô c¶m

C¬ quan thô c¶m

Trang 62

 Giải quyết vấn đề của con người là một trường hợp riêng

của quá trình xử lý thông tin trong bộ não Đó là việc tìm cách đi từ tình huống ban đầu nào đó đến đích Giải quyết vấn đề là một hoạt động đặc biệt của hệ thần kinh cần tới quá trình suy nghĩ, tìm kiếm trong không gian lời giải bộ phận để đi đến lời giải cuối cùng.

 Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải mọi hoạt động xử

lý thông tin đều là giải quyết vấn đề

Trang 63

Các chiến lược giải quyết vấn đề:

 Ước lượng mức độ phức tạp của vấn đề đặt ra:

 Nếu đơn giản, giải quyết vấn đề nhờ vào một thuật toán

tiền định nào đó với các thao tác cơ sở

 Nếu phức tạp, các cơ quan não tìm cách hiểu chi tiết nội

dung của vấn đề để mã hoá, tìm phương pháp phù hợp

 Nới lỏng một vài ràng buộc của bài toán.

Trang 64

Các chiến lược giải quyết vấn đề:

 Phương pháp thử - sai: Xuất phát từ tình huống ban đầu,

người ta đưa ra các tình huống mới, sau đó so sánh với các ràng buộc để tìm ra các lời giải hợp lý.

 Phương pháp chia bài toán thành các bài toán con: Từ bài

toán phức tạp, con người chia thành các bài toán nhỏ, ít

phức tạp cho đến khi gặp các bài toán sơ cấp, giải quyết được ngay.

 Tổng quát hoá bài toán : Chuyển các thông tin bên ngoài

thành các kí hiệu làm cho bài toán dễ giải hơn Quá trình

này tạo ra một mô hình trí tuệ của bài toán, mô hình này

thường được gọi không gian bài toán.

Trang 65

Không gian bài toán bao gồm:

 Các dạng mẫu ký hiệu, mỗi dạng biểu diễn một trạng thái

hay một tình huống bài toán.

 Các mối liên kết giữa các dạng mẫu ký hiệu, mỗi mối liên

kết tương ứng với các phép biến đổi từ dạng này sang dạng khác.

Trang 67

 Bài toán 2: Bài toán Tháp Hà nội

Phân loại vấn đề & Các đặc trưng cơ bản của vấn đề

3 2

1

3 2 1

Trang 68

Phân loại vấn đề:

 Vấn đề (bài toán) phát biểu chỉnh (well-formed problems):

Là các bài toán có thể biết được hình trạng đầu, hình trạng đích và có thể quyết định khi nào vấn đề được coi là giải quyết xong Các bài toán 1 - 2 là những vấn đề được phát biểu chỉnh

 Vấn đề (bài toán) phát biểu không chỉnh (ill-formed

problems): Là các vấn đề được phát biểu chưa đầy đủ, thiếu dữ kiện Các bài toán chẩn đoán và điều trị bệnh, bài toán xác định chất lượng sản phẩm là các bài toán phát biểu không chỉnh.

Trang 69

 Các đặc trưng cơ bản của vấn đề

 Bài toán có thể phân tích thành các bài toán dễ giải hơn không?

 Các bước giải của bài toán có thể bỏ qua hay huỷ bỏ hay không?

 Không gian bài toán có thể đoán trước hay không?

 Có tiêu chuẩn để xác định lời giải nào đó là tốt đối với bài toán

 Có cần tương tác người máy trong quá trình giải quyết không?

Trang 70

Cỏc thành phần cơ bản trong hệ thống giải quyết vấn đề

 Giải quyết vấn đề: Biểu diễn bài toỏn và tỡm kiếm lời giải

trong khụng gian bài toỏn

 Hệ thống giải quyết vấn đề:

Giải thuật tìm kiếm

Chiến l ợc

điều khiển

Kỹ thuật Heuristic

Kỹ thuật suy diễn

Hệ thống giải quyết vấn đề

Bài toán Dữ liệu + Tri thức

Cơ sở dữ liệu

Cơ sở tri thức

Trang 71

NỘI DUNG

 BIỂU DIỄN VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG KHOA

HỌC TTNT

 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VẤN ĐỀ

 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trang 72

CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VẤN ĐỀ

 Phương pháp biểu diễn nhờ không gian trạng thái

 Phương pháp qui bài toán về các bài toán con

 Phương pháp biểu diễn vấn đề nhờ logic hình thức

 Lựa chọn phương pháp biểu diễn thích hợp

 Biểu diễn vấn đề trong máy tính

 Biểu diễn tri thức và giải quyết vấn đề

Trang 73

Phương pháp biểu diễn nhờ KGTT

 Trạng thái (State) là hình trạng của bài toán

 Toán tử (Operator) là các phép biến đổi từ trạng thái này

sang trạng thái khác

 Hình trạng đầu, hình trạng cuối của bài toán được gọi là

trạng thái đầu, trạng thái cuối

 Tập tất cả các trạng thái được sinh ra do xuất phát từ

trạng thái đầu và áp dụng các toán tử được gọi là không gian trạng thái (state space).

Trang 74

 Một cách biểu diễn trực quan đối với không gian trạng

thái và các toán tử là sử dụng đồ thị, trong đó, các đỉnh

của đồ thị t ơng ứng với các trạng thái còn các cung t ơng ứng với các toán tử

 VD: Bài toỏn trũ chơi n 2 -1 số (n∈N, n>2)

Trang 75

Trang 76

 Mỗi trạng thái là một sắp xếp nào đó của các con số từ 1 đến 15 sao cho

không có hai ô nào có cùng giá trị

 Hình trạng đầu và cuối tương ứng với các trạng thái đầu và cuối

 Không gian trạng thái đạt được từ trạng thái đầu bao gồm tất cả các

hình trạng được sinh ra nhờ áp dụng những phép dịch chuyển chấp nhận được của ô trống

 Đối với bài toán này số trạng thái chấp nhận được xấp xỉ (1/2) 16 ! ≈

10.5.10 12

 Các toán tử chính là các phép biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái

khác bao gồm: dịch ô trống sang phải, sang trái, lên trên, xuống dưới Đối với một số trạng thái có một số toán tử không áp dụng được.

 Lời giải của bài toán có thể nhận được nhờ sử dụng quá trình tìm kiếm

sau: áp dụng các toán tử vào trạng thái đầu để nhận được những trạng thái mới, sau đó áp dụng các toán tử vào các trạng thái mới này và cứ như vậy cho đến khi đạt đến trạng thái đích.

Trang 77

Phương pháp qui bài toán về các bài toán con

 Tách bài toán thành các bài toán con sao cho lời giải của

tập các bài toán con cho phép xác định lời giải của bài

toán ban đầu.

 Cách tiếp cận này dẫn đến phương pháp biểu diễn vấn đề

bằng đồ thị Và /Hoặc

A Hoặc B C

E F

G

H I JVà

Trang 78

3 2 1

Trang 79

 n = 3

 n = 4

Phương pháp qui bài toán về các bài toán con

Trang 80

 Thông thường, để giải quyết vấn đề người ta cần phân

tích logic để thu gọn quá trình tìm kiếm và đôi khi nhờ phân tích logic có thể chứng tỏ được rằng một bài toán nào đó không thể giải được

 VD: Bài toán trò chơi n2-1 số

Phương pháp biểu diễn vấn đề nhờ logic hình thức

Trang 81

 Các dạng logic hình thức được sử dụng để biểu diễn bài

 Mục đích giải quyết vấn đề dựa trên logic hình thức là

chứng minh một phát biểu nào đó trên cơ sở những tiền đề

và luật suy diễn đã có.

Phương pháp biểu diễn vấn đề nhờ logic hình thức

Trang 82

 Trong nhiều trường hợp, việc giải quyết bài toán dựa trên

các thuật ngữ đã được dùng để phát biểu nó là rất khó

khăn Người ta thường lựa chọn một dạng biểu diễn phù hợp nào đó đối với các dữ liệu của bài toán, làm cho bài toán trở nên dễ giải hơn

Lựa chọn phương pháp biểu diễn thích hợp

Trang 83

 Việc lựa chọn phương pháp biểu diễn thích hợp nhằm:

 Tránh giải trực tiếp bài toán đặt ra ban đầu do những khó khăn liên

quan tới kích cỡ, trọng số, tầm quan trọng và chi phí xử lý dữ liệu của bài toán.

 Bỏ bớt những thông tin thừa hoặc không quan trọng trong bài toán

 Tận dụng những phương pháp giải đã có đối với bài toán nhận

được sau khi phát biểu lại

 Cách phát biểu mới có thể cho phép thể hiện một vài tương quan

nào đó giữa các yếu tố của bài toán nhằm thu gọn quá trình giải

 Sau khi đã giải quyết xong bài toán theo cách biểu diễn

mới, cần phải diễn giải lời giải nhận được cho sát với bài toán thực tế và chứng minh rằng cách diễn giải đó thực

sự giải quyết được bài toán đặt ra.

Lựa chọn phương pháp biểu diễn thích hợp

Trang 84

Để có thể giải quyết vấn đề trên máy tính, trước hết ta

phải tìm cách biểu diễn lại vấn đề sao cho máy tính có thể

“hiểu” được Điều này có nghĩa là ta phải đưa các dữ liệu của bài toán về dạng có thể xử lý được trên máy tính.

 Cách biểu diễn dùng bảng: Sử dụng bảng để biểu diễn các

hình trạng của bài toán.

Biểu diễn vấn đề trong máy tính

9 10 11 12

13 14 15

Trang 85

 Cách biểu diễn dùng xâu ký hiệu

Biểu diễn vấn đề trong máy tính

TgT

ToĐ VĐ

MĐ

Định dạng
Số trang	234
Dung lượng	4,06 MB