Bài giảng Trí tuệ nhân tạo - Bài 2: Tác tử

Trí Tuệ Nhân Tạo

(Artificial Intelligence)

Thân Quang Khoát

[email protected]

Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Năm 2020

Nội dung môn học:

n Giới thiệu về Trí tuệ nhân tạo

n Tác tử

q Định nghĩa

q Môi trường công việc

q Các kiểu môi trường

q Các kiểu tác tử

n Giải quyết vấn đề: Tìm kiếm, Thỏa mãn ràng buộc

n Logic và suy diễn

n Biểu diễn tri thức

n Học máy

Trí tuệ nhân tạo

2

Tác tử - Định nghĩa

n Tác tử là bất cứ cái gì (con người, người máy, software

robots, các bộ ổn nhiệt,…) có khả năng cảm nhận (nhận biết)

môi trường xung quanh nó thông qua các bộ phận cảm biến

(sensors) và hành động phù hợp theo môi trường đó thông

qua các bộ phận hoạt động (actuators)

n Tác tử con người

q Các bộ phận cảm biến: mắt, tai, và một số bộ phận cơ thể khác

q Các bộ phận hoạt động: tay, chân, miệng, và một số bộ phận cơ

thể khác

n Tác tử người máy

q Các bộ phận cảm biến: các máy quay (cameras), các bộ truy tìm

tín hiệu hồng ngoại

q Các bộ phận hoạt động: các loại động cơ (motors)

Trí tuệ nhân tạo

3

Tác tử và Môi trường

n Hàm tác tử: là hàm ánh xạ từ lịch sử nhận thức tới các

hành động:

f: P* ® A

n Chương trình tác tử: hoạt động (chạy) dựa trên kiến trúc

thực tế của hàm f

n Tác tử = Kiến trúc + Chương trình

Trí tuệ nhân tạo

4

Ví dụ: Thế giới của máy hút bụi

n Các nhận thức

q Ví trí và mức độ sạch sẽ

q Ví dụ: [A, Bẩn], [B, Bẩn]

n Các hành động

q Di chuyển (máy hút bụi) sang trái, sang phải, hút bụi, hoặc không

làm gì

Trí tuệ nhân tạo

5

Tác tử máy hút bụi

Bảng hành động của tác tử máy hút bụi

Chuỗi các nhận thức

Hành động

[A, Sạch]

Di chuyển sang phải

Hút bụi

[A, Bẩn]

[B, Sạch]

Di chuyển sang trái

Hút bụi

[B, Bẩn]

[A, Sạch], [A, Sạch]

[A, Sạch], [A, Bẩn]

. . .

Di chuyển sang phải

Hút bụi

function Reflex-Vacuum-Agent( [location, status]) returns an action

if status = Dirty then return Suck

else if location = A then return Right

else if location = B then return Left

Trí tuệ nhân tạo

6

Tác tử hợp lý (1)

n Tác tử cần phấn đấu để “làm đúng việc cần làm”, dựa

trên những gì nó nhận thức (nhận biết) được và dựa

trên các hành động mà nó có thể thực hiện

n Một hành động đúng (hợp lý) là hành động giúp cho tác

tử đạt được thành công cao nhất đối với mục tiêu đặt ra

n Đánh giá hiệu quả hoạt động: là tiêu chuẩn để đánh giá

mức độ thành công trong hoạt động của một tác tử

q Ví dụ: Tiêu chí đánh giá hiệu quả hoạt động của một tác tử máy

hút bụi có thể là: mức độ làm sạch, thời gian hút bụi, mức độ điện

năng tiêu tốn, mức độ tiếng ồn gây ra, …

Trí tuệ nhân tạo

7

Tác tử hợp lý (2)

n Tác tử hợp lý

q

Với mỗi chuỗi nhận thức có được,

q

Một tác tử hợp lý cần phải lựa chọn một hành động

giúp cực đại hóa tiêu chí đánh giá hiệu quả hoạt động

của tác tử đó,

q

Dựa trên các thông tin được cung cấp bởi chuỗi nhận

thức và các tri thức được sở hữu bởi tác tử đó

Trí tuệ nhân tạo

8

Tác tử hợp lý (3)

n Sự hợp lý ¹ Sự thông suốt mọi thứ

q Sự thông suốt mọi thứ = Biết tất cả mọi thứ, với tri thức vô hạn

q Vì các nhận thức có thể không cung cấp tất cả các thông tin liên

quan

n Các tác tử có thể thực hiện các hành động nhằm thay đổi

các nhận thức trong tương lai, với mục đích thu được

các thông tin hữu ích (ví dụ: thu thập thông tin, khám phá

tri thức)

n Tác tử tự trị (autonomous agent) là một tác tử mà các

hành động của nó được quyết định bởi chính kinh

nghiệm của tác tử đó (cùng với khả năng học và thích

nghi)

Trí tuệ nhân tạo

9

Môi trường công việc – PEAS (1)

n PEAS

q Performance measure: Tiêu chí đánh giá hiệu quả hoạt động

q Environment: Môi trường xung quanh

q Actuators: Các bộ phận hành động

q Sensors: Các bộ phận cảm biến

n Để thiết kế một tác tử thông minh (hợp lý), trước tiên cần

phải xác định (thiết lập) các giá trị của các thành phần

của PEAS

Trí tuệ nhân tạo

10

Môi trường công việc – PEAS (2)

n Ví dụ: Thiết kế một tác tử lái xe taxi tự động

q Đánh giá hiệu quả hoạt động (P): an toàn, nhanh, đúng luật

giao thông, mức độ hài lòng của khách hàng, tối ưu lợi nhuận, …

q Môi trường xung quanh (E): các con đường (phố), các phương

tiện khác cùng tham gia giao thông, những người đi bộ, các

khách hàng, …

q Các bộ phận hành động (A): bánh lái, chân ga, phanh, đèn tín

hiệu, còi xe,…

q Các bộ phận cảm biến (S): máy quay (cameras), đồng hồ tốc

độ, GPS, đồng hồ đo khoảng cách quãng đường, các bộ cảm

biến động cơ,…

Trí tuệ nhân tạo

11

Môi trường công việc – PEAS (3)

n Ví dụ: Thiết kế một tác tử chuẩn đoán y tế

q Đánh giá hiệu quả hoạt động (P): mức độ sức khỏe của bệnh

nhân, cực tiểu hóa các chi phí, các việc kiện cáo, …

q Môi trường xung quanh (E): bệnh nhân, bệnh viện, nhân viên y

tế, …

q Các bộ phận hành động (A): hiển thị trên màn hình các câu hỏi,

các xét nghiệm, các chuẩn đoán, các điều trị, các chỉ dẫn, …

q Các bộ phận cảm biến (S): bàn phím để nhập vào các thông tin

về triệu chứng, các trả lời của bệnh nhân đối với các câu hỏi, …

Trí tuệ nhân tạo

12

Môi trường công việc – PEAS (4)

n Ví dụ: Thiết kế một tác tử nhặt đồ vật

q Đánh giá hiệu quả hoạt động (P): tỷ lệ (bao nhiêu phần trăm)

các đồ vật được đặt vào đúng các thùng

q Môi trường xung quanh (E): dây chuyền chuyển động trên đó có

các đồ vật, các thùng đựng

q Các bộ phận hành động (A): cánh tay và bàn tay được kết nối

q Các bộ phận cảm biến (S): máy quay (camera), các bộ cảm

biến các góc độ (các hướng)

Trí tuệ nhân tạo

13

Môi trường công việc – PEAS (5)

n Ví dụ: Thiết kế một tác tử dạy tiếng Anh tương tác

q Đánh giá hiệu quả hoạt động (P): cực đại hóa điểm thi tiếng

Anh của học viên

q Môi trường xung quanh (E): một nhóm học viên

q Các bộ phận hành động (A): hiển thị màn hình các bài tập, các

gợi ý, sửa (chữa) bài tập

q Các bộ phận cảm biến (S): bàn phím

Trí tuệ nhân tạo

14

Môi trường công việc – PEAS (6)

n Ví dụ: Thiết kế một tác tử lọc thư rác (spam emails

filtering)

q Đánh giá hiệu quả hoạt động (P): khả năng lọc thư rác (amount

of error: false positives, false negatives)

q Môi trường xung quanh (E): email server and clients

q Các bộ phận hành động (A): đánh dấu thư rác, gửi thông báo

q Các bộ phận cảm biến (S): nhận và phân tích nội dung các

emails

Trí tuệ nhân tạo

15

Các kiểu môi trường (1)

n Có thể quan sát được hoàn toàn (hay có thể quan sát

được một phần)?

q Các bộ cảm biến của một tác tử cho phép nó truy cập tới trạng

thái đầy đủ của môi trường tại mỗi thời điểm

n Xác định (hay ngẫu nhiên)?

q Trạng thái tiếp theo của môi trường được xác định hoàn toàn dựa

trên trạng thái hiện tại và hành động của tác tử (tại trạng thái hiện

tại này)

q Nếu một môi trường là xác định, ngoại trừ đối với các hành động

của các tác tử khác, thì gọi là môi trường chiến lược

Trí tuệ nhân tạo

16

Các kiểu môi trường (2)

n Phân đoạn (hay liên tiếp)?

q Lịch sử kinh nghiệm của tác tử được chia thành các giai đoạn

(chương/hồi)

q Mỗi giai đoạn bao gồm việc nhận thức của tác tử và hành động

mà nó thực hiện

q Ở mỗi giai đoạn, việc lựa chọn hành động để thực hiện chỉ phụ

thuộc vào giai đoạn đó (không phụ thuộc vào các giai đoạn khác)

n Tĩnh (hay động)?

q Môi trường không thay đổi trong khi tác tử cân nhắc (xem nên

đưa ra hành động nào)

q Môi trường bán động (semi-dynamic) là môi trường mà khi thời

gian trôi qua thì nó (môi trường) không thay đổi, nhưng hiệu quả

hoạt động của tác tử thì thay đổi

n Ví dụ: Các chương trình trò chơi có tính giờ

Trí tuệ nhân tạo

17

Các kiểu môi trường (2)

n Rời rạc (hay liên tục)?

q Tập các nhận thức và các hành động là hữu hạn, được định

nghĩa phân biệt rõ ràng

n Tác tử đơn lẻ (hay đa tác tử)?

q Một tác tử hoạt động độc lập (không phụ thuộc / liên hệ với các

tác tử khác) trong một môi trường

Trí tuệ nhân tạo

18

Các kiểu môi trường – Ví dụ

Chơi cờ

tính giờ

Chơi cờ không Lái xe taxi

tính giờ

Quan sát đầy đủ?

Xác định?

có

không

chiến lược

không

bán động

có

chiến lược

không

có

Phân đoạn?

Tĩnh?

Rời rạc?

có

Tác tử đơn?

không

n Kiểu của môi trường có ảnh hưởng quyết định đối với

việc thiết kế tác tử

n Môi trường trong thực tế thường có các đặc điểm: chỉ có

thể quan sát được một phần, ngẫu nhiên, liên tiếp, thay

đổi (động), liên tục, đa tác tử

Trí tuệ nhân tạo

19

Các kiểu tác tử

n 4 kiểu tác tử cơ bản

q

Tác tử phản xạ đơn giản (simple reflex agents)

Tác tử phản xạ dựa trên mô hình (model-based reflex

agents)

q

Tác tử dựa trên mục tiêu (goal-based agents)

Tác tử dựa trên lợi ích (utility-based agents)

Trí tuệ nhân tạo

20

Bài giảng Trí tuệ nhân tạo - Bài 2: Tác tử - Thân Quang Khoát