Künstliche Intelligenz - Bildungsportal Sachsen

Modul Künstliche Intelligenz
Prof. Dr. Heinrich Jasper
TU Bergakademie Freiberg
Künstliche Intelligenz und Datenbanken
Zielsetzung
• Die Veranstaltung bietet den Hörerinnen und Hörern die
Möglichkeit, Kenntnisse und Fertigkeiten in den folgenden
Gebieten zu erlangen:
• Grundlagen der Künstlichen Intelligenz
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Begriffsbildung
Methoden und Techniken
Anwendungsgebiete
Historie und Stand der Technik
• Programmierung in der Künstlichen Intelligenz
– PROLOG
– Hierzu Übungen!
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 2
Organisatorisches
• Modul Künstliche Intelligenz: 3 VL + 1 Ü
• Vorlesungen (WS 2017/2018):
– Mittwochs 09.15 – 10.45 Uhr, HUM‐1115
– Donnerstags 11.00 – 12.30 Uhr, HUM‐1115 (ungerade Wochen)
• Übungen
– Donnerstags 11.00 – 12.30 Uhr, HUM‐1115 (gerade Wochen)
– Frau MSc. Aparna Suchindranath
• System: Prolog
• Leistungsnachweis: mündliche Prüfung (30 Min.)
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
12.10.2015, 3
Literatur
• Stuart Russel, Peter Norvig: Künstliche Intelligenz, Ein moderner Ansatz; 3. Auflage; Pearson Studium, Prentice Hall; 2012
• George F. Luger: Künstliche Intelligenz, Strategien zur Lösung komplexer Probleme; Pearson Studium, Addison‐Wesley; 2001
• Eugene Charniak, Drew McDermott: Introduction to Artificial Intelligence; Addison‐Weseley; 1985
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• William F. Clocksin, Christopher S. Mellish: Programmieren in Prolog; Springer Verlag, 1990
• Tony Dodd: Prolog, A Logical Approach: Oxford University Press, 1990
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 4
Begriffsbildung (I)
• Was ist Künstliche Intelligenz?
– Viele Definitionsversuche in der Literatur, u.a.:
• Systeme, die wie Menschen denken: „Die aufregende und neuartige Anstrengung, Computern das Denken beizubringen, … KI will die Sache selbst: Maschinen mit Verstand, im vollen und wörtlichen Sinne.“ (Haugeland,1985)
• Systeme, die wie Menschen agieren: „Die Wissenschaft, wie man Computer dazu bringt, Dinge zu tun, bei denen ihnen der Mensch momentan noch überlegen ist.“ (Rich & Knight, 1991)
• Systeme, die rational denken: „Die Erforschung von Programmtechniken, die es ermöglichen, wahrzunehmen, logisch zu schließen und zu agieren.“ (Winston, 1992)
• Systeme, die rational agieren: „KI … beschäftigt sich mit intelligentem Verhalten in künstlichen Maschinen.“ (Nilsson, 1998)
– Alle Ansätze sind in der KI vertreten!
– Hier: Aufbau von Computer‐/Softwaresystemen, die in ihrer Struktur oder ihrem Verhalten Eigenschaften zeigen, die natürlichen Systemen mit Intelligenz zukommen und die von traditionellen künstlichen Systeme (noch) nicht erfüllt werden.
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 5
Motivation
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Phänomen: vielfältige Nutzung des Begriffs in den (aktuellen) Medien, in der aktuellen Forschung, im Geheimbereich:
– „Künstliche Intelligenz in Smart Things“, z.B. Spracherkennung und teilw. ‐verstehen
• Verhalten als „Zuhörer“ in Zukunft auch „Ratgeber
• möglichst „echt“: Sprachverstehen und Rückkopllung wie beim Menschen
• Sehr eingeschränkte Anwendungsgebiete zur Zeit, aber dort teilweise sehr tief
– „Intelligente (autonome) Systeme / Roboter“, • Bisher von Menschen wahrgenommene Funktionen übernehmen
• Thema vielfältiger Veröffentlichungen / auch Filme z.B. „I‐Robot“, „AI“
• Probleme darstellen / Ängste erzeugen
– „Kampfmaschinen“, z.B. Drohnen, autonome Fahrzeuge, Exoskelette
• existieren teilweise seit Mitte der 90‘er Jahre
• in der Öffentlichkeit wenig bekannt
• teilweise fatale (letale) Wirkung
– „Simulierte Welten“, z.B. Spiele und Virtuelle Realität
• Verhalten von „Agenten“
• möglichst „echt“: realitätsnah
• Multi‐Agenten Simulation / Interaktion
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 6
Motivation
• Ausgangspunkt:
– Mensch als intelligentes Wesen.
– Intelligenz als allgemeine Fähigkeit eines Individuums, sein Verhalten bewusst oder unbewusst auf Anforderungen der Umgebung einzustellen.
• Zielsetzung: Zwei wesentliche Richtungen:
– Verstehen und Beeinflussung der natürlichen Intelligenz (Neurologie, Psychologie, teilw. auch Philosophie)
– Aufbau von Systemen mit künstlicher Intelligenz (Künstliche Intelligenz im engeren Sinne)
– Kombination beider Gebiete (Intellektik)
• Relevante Umgebung:
– Informationsverarbeitende Systeme
– Rechte von Individuen (Personen)
– Gesellschaftliche Entwicklung
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1. Einführung
17.10.2016, 7
Begriffsbildung (II)
• Was ist ein Intelligenter Agent?
– Hier: Mind‐Map
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 8
Einordnung
• Forschungsgebiete (u.a.):
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Kognition / Bildverarbeitung / Sprachverstehen
Wissensverarbeitung / Problemlösen / Analogien und Fälle
Lernen / Autonomie / Interaktion
Genetik / Evolution
• Technologien / Systeme (u.a.):
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Suchverfahren
Funktional, logische, objektorientierte Programmierung
Expertensysteme, Wissensrepräsentation, logisches Schließen, Beweisen
Machine Learning Algorithmen (Clustering, Klassifikation, Assoziation) Robotik / Agentensysteme
Neuronale Netze
Genetische Algorithmen
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 9
Grundlagen / Historie
• Philosophie (‐428 (b.c.) bis heute): Aristoteles, Hobbes, da Vinci, Schickard, Pascal, Leibniz, Descartes, Carnap, …
– „richtiges“ Denken und dessen Prinzipien, aber auch „Mensch“, „Ich“, Autonomie
• Mathematik (ca. 800 bis heute): al‐Khowarazmi, Bayes, Boole, Frege, Tarski, Hilbert, Gödel, Turing, …
– Formale Logik, Algorithmen und Berechenbarkeit
• Betriebswirtschaft (1776 bis heute): Smith, von Neumann, Bellmann, Simon, …
– Entscheidungs‐ und Spieletheorie, OR
• Neurowissenschaften (1861 bis heute): Broca, y Cajal, Berger, …
– Modelle des Gehirns
• Psychologie (1879 bis heute): Helmholtz, Wundt, Craik, …
– Kognitionswissenschaft (u.a.)
• Technische Informatik (1940 bis heute): Turing, Zuse, ….
– Programmierbare Maschinen
• Kontrolltheorie und Kybernetik (1948 bis heute): Wiener, McCulloch, …
– Zielfunktionsoptimierende Steuerungssysteme
• Linguistik (1957 bis heute): Skinner, Chomsky, …
– Zusammenhang von Sprache und Bewusstsein
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 10
KI Entwicklung (I)
• Entstehung (1943 – 1955): Künstliches Neuron, Hebb‘sche
Lernregel, SNARC, Turing Test, genetische Algorithmen, …
• Begriffsbildung (1956): Dartmouth Workshop (2 Monate), u.a. Minsky, Shannon, McCarthy (Org.), Newell & Simon (Logic Theorist)
• Enthusiasmus (1952 – 1969): GPS (General Problem Solver), LISP, lernendes Damespiel (IBM), Geometry Theorem Prover, …
• 1. Ernüchterung (1966 – 1973): Viele Vorhersagen zu optimistisch, öffentliche Förderung wird fast komplett eingestellt.
• Wissensbasierte Systeme (1969 – 1990): Expertensysteme, Regelsysteme, Wissensrepräsentationsformalismen
• Erfolgreiche KI‐Forschung und Entwicklung (1980 bis heute): Prolog, Shells, Neuronale Netze, Genetische Algorithmen, Autonome Systeme, Agententechnologie, Sprachverstehen, Wissen…
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 11
KI Entwicklung (II)
• 2. Ernüchterung („KI‐Winter“; 1990 – ca. 2010): Allgemeine KI‐
Techniken haben Versprechen nicht erfüllt.
• Status (heute, spannende Forschung & viele reale Systeme): – „Rights for autonomous artificial agents?“ (CACM Artikel, Aug. 2010)
– „Rise of the Robots‐‐The Future of Artificial Intelligence “ (Scientific American, 2009), siehe auch Arbeiten Prof. Froitzheim, Prof. Jung
– Aktueller Stand (2017) des Themengebiets muss noch erarbeitet werden: es gibt sehr vieles (buntes und glizerndes) und auch
– Wenig bekanntes: KI‐Techniken in der (trivialen) Realwelt: Waschmaschine, Kreditvergabe, Datenanalyse, …
– Viele offene Fragen: Intelligenz, Rationalität, Grenzen, …
Prof. Jasper: Künstliche Intelligenz
1. Einführung
17.10.2016, 12
Aktuelle KI‐Arbeiten (Beispiele)
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Autonome Systeme (Computer, Fahrzeuge, Reparaturwerkzeuge)
Spiele (Schach, Go)
Diagnose (Medizin, technische Systeme)
Planung (überall!)
Robotik (auch autonom)
Spracherkennung und Sprachübersetzung
Wissensverarbeitung und Ontologien
Semantische Suchverfahren
Emotionale Agenten
Bio‐ / Neurologische Analogien
……….
Und auch theoretische Fundierung
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1. Einführung
17.10.2016, 13