inteligencia artificial clase 3

Dr. Wladimir Rodríguez

Postgrado en Computación

[email protected]

Inteligencia Artificial

Clase #3

Agente Solucionador de

Problemas

Dr. Wladimir Rodríguez Inteligencia Artificial2

•Agente Solucionador de Tareas

•Formulación de los Problemas

•Espacio de Estados

•Problemas de Búsqueda

•Búsqueda en Espacio de Estados

•Ejemplos

•Aplicaciones

Agenda



Problemas



Problemas


Espacio de Estados

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

Espacio de Estados


Espacio de Estados y

Función Sucesor

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

Espacio de Estados

Función Sucesor


Espacio de Estados y

Estado Inicial

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

Espacio de Estados

Función Sucesor


¿Meta?

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

- Acciones

- Estado Inicial

-¿Meta?

Espacio de Estados

Función Sucesor


Ejemplo 8-puzzle

1

2

3 4

5 6

7

8 1 2 3

4 5 6

7 8

Estado Inicial Estado Meta


Ejemplo 8-puzzle

1

2

3 4

5 6

7

8

1

2

3 4

5 6

7

8

1

2

3 4

5 6

78

1

2

3 4

5 6

7

8


•Tamaño del espacio de estados: 9!/2 = 181.444

•15-puzzle = 0,65 x 1012

•24-puzzle = 0,5 x 1025

Ejemplo 8-puzzle


•Tamaño del espacio de estados: 9!/2 = 181.444

•15-puzzle = 0,65 x 1012

•24-puzzle = 0,5 x 1025

Ejemplo 8-puzzle

6 días

12 billones años


•Espacio de Estado

•Estado Inicial

•Función Sucesor

•¿Es la Meta?

•Costo del Camino

Problemas de Búsqueda



•Cada estado es una representación abstracta del ambiente

•El espacio de estado es discreto

•Estado Inicial

•Función Sucesor

•¿Es la Meta?

•Costo del Camino

Espacio de Estado



•Estado Inicial

•Usualmente el estado actual

•Algunas veces uno de varios estados hipotéticos ( ¿Qué

si ... ?

•Función Sucesor

•¿Es la Meta?

•Costo del Camino

Estado Inicial



•Estado Inicial

•Función Sucesor

•[ estado ! subconjunto de estados]

•una representación abstracta de las posibles acciones

•¿Es la Meta?

•Costo del Camino

Función Sucesor



•Estado Inicial

•Función Sucesor

•¿Es la Meta?

•usualmente una condición

•algunas veces la descripción de un estado

•Costo del Camino

¿Es la Meta?



•Estado Inicial

•Función Sucesor

•¿Es la Meta?

•Costo del Camino

•[camino ! número positivo]

•usualmente el costo del camino = suma de los costos de

cada paso

•por ejemplo, número de movimientos del cuadro blanco

Costo del Camino


Búsqueda en Espacio de

Estados



Estados



Estados



Estados



Estados



Estados

! Arbol de Búsqueda


1. estado Inicial " sensar/leer estado

2. meta " seleccionar/leer meta

3. sucesor " seleccionar/leer modelos de acción

4. problema " (estado inicial, meta, sucesor)

5. solución " búsqueda (problema)

6. ejecutar (solución)

Algoritmo para el Agente

Solucionador de Problemas


Algoritmo para el Agente

Solucionador de Problemas

función AGENTE-SENCILLO-RESOLVEDOR-de-PROBLEMAS(percepción)

retorna acción

entradas: p, una percepción

estático s, una secuencia de acciones (cola de nodos candidatos a expandir),

inicialmente vacía

estado, una descripción del estado actual del mundo

g, una meta, originalmente nula

problema, una formulación del problema

si s = vacío entonces

g ! Formular-Meta (estado)

problema ! Formular-Problema(estado, g)

s ! Búsqueda(problema)

terminar_si se llega a la meta g. En el otro caso:

estado ! Actualizar-Estado(estado, p)

acción ! Recomendación(s, estado) s ! Saldo_de_la_cola(s, estado)

retornar acción

función AGENTE-SENCILLO-RESOLVEDOR-de-PROBLEMAS(percepción)

retorna acción

entradas: p, una percepción

estático s, una secuencia de acciones (cola de nodos candidatos a expandir),

inicialmente vacía

estado, una descripción del estado actual del mundo

g, una meta, originalmente nula

problema, una formulación del problema

si s = vacío entonces

g ! Formular-Meta (estado)

problema ! Formular-Problema(estado, g)

s ! Búsqueda(problema)

terminar_si se llega a la meta g. En el otro caso:

estado ! Actualizar-Estado(estado, p)

acción ! Recomendación(s, estado) s ! Saldo_de_la_cola(s, estado)

retornar acción


•Colocar ocho reinas en un tablero de ajedrez de tal

forma que no haya 2 reinas en la misma fila, columna o

diagonal.

Ejemplo 8-reinas


Formulación #1:

•Estados: cualquier arreglo de 0 a 8

reinas en el tablero

•Estado inicial: 0 reinas en el tablero

•Función sucesor: agregar una reina en

cualquier casilla

•Meta alcanzada: 8 reinas en el tablero,

ninguna atacada

! 648 con 8 reinas

Ejemplo 8-reina


Formulación #2

• Estados: cualquier arreglo de k = 0 a 8

reinas en las k columnas mas a la

izquierda, con ninguna atacada

•Estado inicial: 0 reinas en el tablero

•Función sucesor: agregar una reina en

cualquier casilla en la columna vacía más a

la izquierda de tal forma que no sea atacada

por ninguna otra reina

•Meta alcanzada: 8 reinas en el tablero,

ninguna atacada

Ejemplo 8-reinas


Ejemplo: encontrar una ruta


Ejemplo: navegación de un

robot

¿Qué es el espacio en blanco?



robot

Costo de un paso horizontal/vertical = 1

Costo de un paso diagonal = !2



robot



robot



robot



robot



robot



robot



robot

Costo de un paso: longitud del segmento



robot


Ejemplo: planificación de

ensamblaje


Ejemplo: planificación de

ensamblaje


•El ambiente es estático

•El ambiente es discretizable

•El ambiente es observable

•Las acciones son determinísticas

Suposiciones de la Búsqueda

Básica


•Ambientes del mundo real ! Abstracción

•Valides:

•Se puede ejecutar la solución

•Contiene el espacio de estados la solución

•Utilidad

•Es el problema abstracto más fácil que el problema del mundo

real.

•Sin abstracción un agente se perdería en el mundo real.

Formulación del Problema de

Búsqueda


•Hay tres misioneros y tres caníbales en una orilla de un

río. Deben cruzar a la otra orilla utilizando un bote que

solo puede llevar a dos personas, además en ningún

momento el número de misioneros en una orilla puede

ser menor al número de caníbales. Ya que sería

devorados por los caníbales.

Misioneros y Caníbales


•Formulación

•Espacio de estados: vector de la forma (M, C, B)

•Estado inicial: (3, 3, 1)

•Estado meta: (0, 0, 0)

•Función sucesor: es la suma o resta de los vectores

(1 0 1) ,(2 0 1) ,(0 1 1) ,(0 2 1) o (1 1 1) . Cualquier

resultado fuera de los limites del problema (3, 3, 1) y (0, 0,

0). Será descartado

•Solución: (331) (310) (321) (300) (311) (110) (221)

(020) (031) (010) (021) (000)

Misioneros y Caníbales


•Encontrar rutas: viajes aéreos, redes teléfonos/

computadoras

•Enrutado de tuberías, enrutado de VLSI

•Diseño de Medicinas

•Planificación de los movimientos de un robot

•Juegos de Video

Aplicaciones

inteligencia artificial clase 3

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