Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e Automação ...

Inteligência Artificial Aplicada a
Sistemas de Controle e Automação
DAS 6607
Guilherme Bittencourt
Departamento de Automação e Sistemas
Universidade Federal de Santa Catarina
88040-900 - Florianópolis - SC - Brazil
Internet: www.das.ufsc.br/∼gb E-mail: gb@das.ufsc.br
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Epistemologia
Fundamentos
In the Quest of the Missing Link
Sumário
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Epistemologia
O conhecimento é um atributo da mente.
O conhecimento se refere à realidade.
⇒ Qual a natureza da mente e da realidade?
A alma material
Participation Mystique
Homero, Shakespeare: “sombra”, “fantasma”, “vapor”, “sopro”.
Heráclito: processos, “fogo”.
A alma abstrata
Pitágoras: alma como um número.
Platão: formas, idéias. Ética: a mente como “piloto” do corpo.
Aristóteles: enteléquias. Inspiração biológica.
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O essencialismo
Epistemologia
Conjectura × Percepção intuitiva da essência.
Descartes:
intuições e percepções representam seguros critérios de verdade.
extensão é a essência da materialidade.
a mente é inextensa e sua essência é pensante.
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Epistemologia
Inconsistência da teoria de Descartes: corpos extensos – os espíritos
animais – receberem impulso de um inextenso – a alma.
Soluções:
Ocasionalistas: paralelismo mediado por Deus (intervensão direta).
Baruch Spinoza: Deus é a única substância, o pensamento e a
extensão são apenas dois dos infinitos atributos de Deus.
Gottfried Wilhelm von Leibniz: Deus, ao criar o mundo,
pré-estabeleceu a harmonia (Mônadas).
David Hume (monismo neutro): paralelismo epistemológico, não existe
corpo ou mente, o que existe é um ordenamento físico e um ordenamento
mental das mesmas coisas neutras, chamadas “dados”.
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Fim do essencialismo:
Epistemologia
Isaac Newton: teoria baseada na atração gravitacional, e não em
impulso ou repulsão.
James Clerck Maxwell: As ondas eletromagnéticas não têm extensão.
Albert Einstein: o tempo e o espaço não correspondem à intuição.
Mecânica Quântica: princípio da incerteza de Heisenberg, a matéria
só pode ser concebida em termos de ondas de probabilidade.
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Epistemologia
Karl Popper (1902-1994):
Assumir tacitamente a existência de estados físicos e estados mentais e
sua interação e tentar ampliar o entendimento a respeito de como é
possível a interação entre entidades tão distintas.
mundos 1: o mundo físico, o universo das entidades físicas.
mundo 2: o mundo dos estados mentais, estados de consciência e
inconsciência.
mundo 3: o mundo do conteúdo do pensamento e dos produtos da
mente humana.
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Epistemologia
Karl Popper (1902-1994):
Problema corpo-mente, dois subproblemas:
A interação entre o mundo externo (via sentidos) e os estados
mentais.
A interação entre estados mentais e os elementos do mundo 3.
Utilizar o conhecimento sobre a interação entre o mundo 2 e mundo 3
para entender melhor a interação entre mundo 1 e mundo 2.
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Epistemologia
Autopoiesis:
O ser humano existe em dois domínios que não se intersectam: o
domínio da corporalidade e o domínio de nossas interações e relações
enquanto seres humanos (Humberto Maturana).
organização: define o sistema enquanto unidade composta,
determinando a classe de sistemas à qual o sistema pertence, suas
propriedades e o domínio no qual ele pode interagir.
estrutura: determina o espaço no qual o sistema existe como unidade
composta, e que pode ser perturbado através de interações de seus
componentes, mas não determina suas propriedades enquanto
unidade.
Sistema determinado estruturalmente: pode mudar de estado, caso mude a
sua estrutura mantendo a organização, ou desintegrar-se, quando a
mudaça de estrutura leva a uma mudança de organização.
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Autopoiesis:
Epistemologia
A linguagem se deve à existência de um domínio consensual, criando
através do acoplamento estrutural de diversos organismos, cada um
fazendo papel de meio ambiente para o outro. Este acoplamento
estrutural é formado por coordenações de coordenações de ações e
é construído através das interações do organismo com o meio e com
outros organismos.
A idéia de realidade objetiva não não faz sentido, pois toda descrição é
sujeito-dependente e só tem significado quando é realizada em um
domínio consensual.
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C.S. Peirce semiótica:
Epistemologia
Um signo S representa um objeto O para outro signo, o interpretante
I.
A relação triádica r(S, O, I) não é redutível: o signo peirceano é vago
e geral em extensão e compreensão lógicas.
Semiosis: atualização da série I, I1, I2, . . .,In, onde, I: hábito ou lei
mental, que pode determinar um interpretante I1, etc.
O resultado da semiosis é a diminuição da vagueza e o aumento da
generalidade dos signos envolvidos, uma ação (as vezes) ou mudança
de hábitos (sempre).
A teoria de Peirce tem profundas raízes matemáticas e pode ser vista
como uma teoria geral da evolução dos sistemas cognitivos.
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Epistemologia
Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus:
(...) The whole sense of the book might be summed up the
following words: what can be said at all can be said clearly, and
what we cannot talk about we must pass over in silence. Thus
the aim of the book is to draw a limit to thought, or rather – not to
thought, but to the expression of thoughts: for in order to be able
to draw a limit to thought, we should have to find both sides of
the limit thinkable (i.e. we should have to be able to think what
cannot be thought). It will therefore only be in language that the
limit can be drawn, and what lies on the other side of the limit
will simply be nonsense. (...)
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Epistemologia
Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus (1922):
1 The world is everything that is the case.
1.1 The world is the totality of facts, not of things.
1.2 The world divides into facts.
2 What is the case, the fact, is the existence of atomic facts.
3 The logical picture of the facts is the thought.
3.4 The proposition determines a place in logical space: the
existence of this logical place is guaranteed by the existence of
the constituent parts alone, by the existence of the significant
proposition.
3.41 The propositional sign and the logical co-ordinates: that is the
logical place.
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Epistemologia
Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus:
4 The thought is the significant proposition.
4.022 The proposition shows its sense. The proposition shows how things stand, if it
is true. And it says, that they do so stand.
4.1 A proposition presents the existence and non-existence of atomic facts.
4.2 The sense of a proposition is its agreement and disagreement with the
possibilities of the existence and non-existence of the atomic facts.
4.461 The proposition shows what it says, the tautology and the contradiction that
they say nothing.
The tautology has no truth-conditions, for it is unconditionally true; and the
contradiction is on no condition true. Tautology and contradiction are without
sense.
(Like the point from which two arrows go out in opposite directions.)
(I know, e.g. nothing about the weather, when I know that it rains or does not rain.)
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Epistemologia
Ludwig Wittgenstein Tractatus Logico-Philosophicus:
5 Propositions are truth-functions of elementary propositions. (An
elementary proposition is a truth-function of itself.)
6 The general form of truth-function is: [p, ξ, N(ξ)]. This is the general
form of proposition.
7 Whereof one cannot speak, thereof one must be silent.
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Epistemologia
António Damásio (1944-): sem emoção não há razão...
O Erro de Descartes - Emoção, Razão e Cérebro Humano (1996).
O Mistério da Consciência (2000).
Em Busca de Espinosa: Prazer e Dor na Ciência dos Sentimentos
(2004).
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Fundamentos
Suposições que orientam e dividem as opiniões sobre como a inteligência
pode ser capturada por um mecanismo artificial:
a simulação da inteligência requer conhecimento declarativo e algum
tipo de mecanismo de raciocínio;
a inteligência pode ser estudada independentemente dos detalhes
de percepção e controle motor;
a evolução dos estados de conhecimento de um agente pode ser
descrita em forma de linguagem (lógica ou natural);
a inteligência pode ser estudada independentemente dos processos
de aprendizagem, desenvolvimento psicológico e mudança evolutiva;
existe uma arquitetura única na qual qualquer tipo de inteligência
pode ser simulada.
Programas de pesquisa em IA: combinações das suposições acima ou de
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suas negações.

Conhecimento e conceitualização
Teorias em nível de conhecimento: especificação do conhecimento
necessário a uma capacidade cognitiva (e.g., solução de problemas, uso
de linguagem, tomada de decisões, percepção e alguns elementos
de controle motor).
Exemplo: o projeto CYC (www.cyc.com):
Cycorp was founded in 1994 to research, develop, and
commercialize Artificial Intelligence. Cycorp’s vision is to
create the world’s first true artificial intelligence, having both
common sense and the ability to reason with it.
At the present time, the Cyc KB contains nearly two hundred
thousand terms and several dozen hand-entered assertions
about/involving each term. New assertions are continually added to
the KB by human knowledge enterers.
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Conhecimento e conceitualização
A capacidade cognitiva pode ser dividida em duas partes:
uma base de conhecimento declarativa e
um motor de inferência, i.e., um mecanismo capaz de, a partir da
descrição de uma situação e da base de conhecimento, gerar novos
conhecimentos declarativos que serão, por sua vez, armazenados
na base de conhecimento e, eventualmente, utilizados como
instruções para ação.
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Conhecimento e conceitualização
Conceitualização: escolher uma estrutura matemática – formada por
objetos, funções e relações – que descreva o estado das coisas no
mundo.
conceito: componente modular do conhecimento codificado em
estruturas declarativas na memória do computador.
entendimento de um conceito: de que maneira um conceito reflete a
situação no mundo real? Como este conceito se relaciona com
outros conceitos? Como isto influencia o comportamento do agente
que possui o conceito?
Mas, um programa reflexivo deve representar suas próprias
representações, o que cria problemas de recursividade e auto-referência
similares aos problemas encontrados no Paradoxo de Russel e no
Teorema de Gödel.
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Conhecimento e conceitualização
Jerry A. Fodor: Mentalese, the language of thought.
"... assume that psychological laws are typically implemented by
computational processes. There must be an implementing
mechanism for any law of a non-basic science, and the putative
intentional generalisations of psychology are not exceptions...
Computational processes are ones defined over syntactically
structured objects; viewed in extension, computations are
mappings from symbol to symbol; viewed in intension, they are
mappings of symbols under syntactic description to symbols
under syntactic description..."
Since sciences all have laws governing their phenomenon, psychology
and the workings of the brain are not an exception.
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Cognitivo ou reativo
Todo homem é mortal
Sócrates é homem
Logo, Sócrates é mortal
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Percepção e controle motor
Rodney Brooks (moboticistas): sistemas inteligentes sem representação,
construídos incrementalmente de maneira que a cada passo
obtenham-se sistemas completos, com capacidades crescentes em
termos de inteligência, quando julgados através de seu comportamento
no mundo real.
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Percepção e controle motor
Rodney Brooks (moboticistas): suposições que levam a uma interpretação
errônea da natureza das atividades cognitivas:
a interface entre o sistema perceptivo e o mecanismo central da
cognição pode ser descrita através de uma linguagem lógica;
a atividade cognitiva é caracterizada pela atualização regular,
através da percepção ou de inferência, de uma representação
interna do estado do mundo;
as seqüências de ações que permitem a um agente inteligente
realizar tarefas são previamente planejadas através do exame das
possibilidades e da escolha da melhor alternativa.
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Percepção e controle motor
Problema: a complexidade do mundo não permite que este tipo de
mecanismo cognitivo seja executado em tempo real.
Argumentos filosóficos contra a possibilidade de um mecanismo cognitivo
totalmente abstrato:
teorias axiomáticas que não levam em conta uma teoria da
percepção e controle motor são excessivamente incompletas para
servir de base para um modelo da cognição e
conhecimento axiomático não é suficiente para capturar todo
conhecimento que um agente pode ter sobre o mundo.
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Percepção e controle motor
Um planejador abstrato, incapaz de perceber o mundo ou agir sobre
ele, mas informado sobre as propriedades do domínio, é capaz de
fazer previsões e propor explicações?
A única maneira de dar sentido à linguagem de um tal planejador
seria adotar uma interpretação em teoria dos modelos do possível
significado dos termos que compõem a linguagem. Mas a teoria de
modelos é uma teoria que trata da validade e das conseqüências lógicas e
nada tem a dizer sobre intencionalidade e significado.
Asas do Desejo de Win Wenders
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Linguagem e cognição
Enfoque lógico: raciocinar é passar de um estado cognitivo a outro. Estes
estados são caracterizados por funções e relações, cujo significado foi
especificado pelo projetista do sistema, e a passagem de um estado a
outro é uma inferências válida na linguagem lógica.
Problemas:
a caracterização de um conceito através da linguagem natural pode
tornar-se tão complexa a ponto de não ser mais racionalmente
compreensível.
os conceitos primários utilizados na caracterização não são
compartilhados pelo usuário e pelo sistema.
formas de processamento não seqüenciais (processamento paralelo,
processamento distribuído, redes neurias) não têm uma descrição
semântica em termos da teoria de modelos.
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Aprendizado e cognição
Enfoque lógico: a aprendizagem é uma função que recebe uma
conceitualização e retorna uma outra mais “madura” e pode ser estudada
separadamente da competência do sistema.
Restrições:
em uma rede neuronal não é possível descrever em uma linguagem
lógica o estado de conhecimento do sistema e a aprendizagem
inseparável da competência.
as trajetórias de conhecimento, mesmo em sistemas simbólicos, são
imprevisíveis. Uma reorganização da base de conhecimento pode
ter um efeito não linear sobre a competência do sistema.
sistemas com capacidade interna de automodificação requerem
mecanismos para integrar novo conhecimento ao antigo (indexação do
conhecimento).
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Arquiteturas
Não existe consenso na comunidade de IA sobre a questão de qual
arquitetura é a mais indicada para a simulação da inteligência, ou se esta
arquitetura é única ou não.
Projeto SOAR: toda cognição pode ser simulada em um único tipo
de arquitetura e a interação e composição de um pequeno conjunto
de mecanismos é capaz de servir de base para a implementação de
qualquer tipo de atividade cognitiva.
Minsky A sociedade da mente: a inteligência é o produto de inúmeros
mecanismos computacionais especializados (agentes)
Brooks: arquiteturas em diversos níveis onde cada nível é capaz de
agir sobre os níveis inferiores eliminando ou redirecionando entradas
e saídas.
A questão da arquitetura ideal é aquela que menos pode ser esclarecida
por argumentos filosóficos ou não experimentais.
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Missing Link
A Connectionist-Symbolic Model for Cognition. In: International Symposium
on Methodologies for Intelligent Systems (ISMIS’93), Trondheim,
Norway, June 15-18, 1993.
In the Quest of the Missing Link, International Joint Conference on Artificial
Intelligence (IJCAI’97), Nagoya, Japan, August 23-29, 1997.
An Embodied Model for Higher-Level Cognition, 29th annual meeting of the
Cognitive Science Society (CogSci2007), August 1-4, Gaylord
Opryland Hotel Resort, Nashville, Tennessee, USA, 2007.
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Missing Link
Cognition is an emergent property of a cyclic dynamic self-organizing
process.
Cognitive models should be epistemologically compatible with the
Theory of Evolution.
Learning and cognitive activity are closely related.
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Three levels:
Reactive level: insects
Instinctive level: cats and dogs
Cognitive level: humans
Missing Link
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Cognitive models in AI:
Missing Link
logical models “sense-model-plan-act”
knowledge representation, inference engines, planning (SAT),
reasoning about action
compositionality, modularity, explicit semantic
reactive models “behavior-based artificial creatures situated in the
world”
subsumption architecture, connexionism, fuzzy control,
evolutionary computation, reinforcement learning
self-organization, embodiment, learning
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Missing Link
N System
Perception Action
Genetically determined
by the environment
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Genetically determined
by the emotions
Missing Link
Memory
N System
Fitness function (emotions)
Genetically determined
by the environment
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Culturally determined
Memory
Missing Link
Thought
Emotions
Cognition
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Referências
Conclusão
[Bau04] Eric B. Baum. What is thought? A Bradford Book The MIT Press, 2004. p. 478.
[Bro91] Rodney A. Brooks. Intelligence without representation. Artificial Intelligence
(Special Volume Foundations of Artificial Intelligence), 47(1-3):139–159, January 1991.
[Dav05] Darryl N. Davis, editor. Visions of Mind Architectures for Cognition and Affect.
IDEA Group INC., 2005. ISBN:159140483-5.
[Mat97] H. Maturana. A Ontologia da Realidade. Editora da UFMG, 1997.
[McC77] J. McCarthy. Epistemological problems of artificial intelligence. In Proceedings of
IJCAI 5, pages 1038–1044, 1977.
[McD78] J. McDermott. Tarskian semantics, or no notation without denotation. Cognitive
Science, 2(3):277–282, July-September 1978.
Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 – p.37/39

Referências
Conclusão
[Min86] M.L. Minsky. The Society of Mind. Simon and Schuster, New York, 1986.
[MV80] Humberto R. Maturana and Francisco J. Varela. Autopoiesis and cognition: The
realization of the living. In Robert S. Cohen and Marx W. Wartofsky, editors, Boston
Studies in the Philosophy of Science, volume 42. Dordecht (Holland): D. Reidel
Publishing Co., 1980.
[New80] A. Newell. Physical symbol systems. Cognitive Science, 4:135–183, 1980.
[New82] A. Newell. The knowledge level. Artificial Intelligence, 18:87– 127, 1982.
[Pei74] C.S. Peirce. The Collected Papers of C.S. Peirce. Harvard University Press,
Cambridge, Mass., 1974.
[Sch02] Matthias Scheutz, editor. Computationalism New Directions. A Bradford Book The
MIT Press, 2002.
Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 – p.38/39

Referências
Conclusão
[Smi82] Brian Cantwell Smith. Reflection and Semantics in a Procedural Language. PhD
thesis, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA, 1982.
[Smi96] Brian Cantwell Smith. On the Origin of Objects. A Bradford Book The MIT Press,
1996. p. 420.
[Var79] Francisco J. Varela. Principles of Biological Autonomy. New York: Elsevier (North
Holland), 1979.
[Var89] Francisco J. Varela. Autonomie et Connaissance: Essai sur le Vivant. Editions du
Seuil, Paris, 1989.
[VTR91] F.J. Varela, E. Thompson, and E. Rosch. The Embodied Mind: Cognitive Science
and Human Experience. MIT Press, Cambridge, MA, 1991.
[Wit33] Ludwig Wittgenstein. Tractatus Logico-Philosophicus. Routledge & K. Paul,
London, 1933. Originally published in 1922.
Inteligência Artificial Aplicada a Sistemas de Controle e AutomaçãoDAS 6607 – p.39/39