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INTELIGENCIA ARTIFICIAL - ICIF0021
        Unidad 5 - Agentes Inteligentes

                      Docente: Milton A. Ram´ Klapp
                                            ırez
                            miramire@gmail.com

                             Universidad San Sebasti´n
                                                    a
                         Facultad de Ingenier´ y Tecnolog´
                                             ıa          ıa


                          Primer Semestre de 2011



M. Ram´
      ırez K. (USS)                 Apunte curso IA           Primer Semestre 2011   1 / 71
Objetivos de la Unidad



   Identifican los componentes que conforman un sistema de agentes.
   Conocen m´tricas para evaluar el rendimiento de un agente
                e
   inteligente.
   Identifican la caracterizaci´n del entorno de trabajo de un agente en
                              o
   base al an´lisis REAS (Rendimiento, Entorno, Actuadores, Sensores).
             a
   Reconocen las propiedades del entorno de un agente en funci´n de la
                                                              o
   interacci´n que ´ste tiene con su medio.
            o      e
   Clasifican el entorno de un agente seg´n sus propiedades.
                                        u
   Conocen las componentes de un sistema de agentes.
   Reconocen la clasificaci´n que tienen los agentes dependiendo de las
                            o
   caracter´
           ısticas propias de su programa.


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         ırez K. (USS)        Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   2 / 71
Contenidos




 1   Agentes, entorno, sensores y actuadores.
 2   Medidas de rendimiento de agentes.
 3   Racionalidad.
 4   Entornos de trabajo de agentes.
 5   Estructura de un agente.
 6   Clasificaci´n de agentes.
               o




     M. Ram´
           ırez K. (USS)        Apunte curso IA   Primer Semestre 2011   3 / 71
Agentes y su entorno




    Introducci´n
              o                                 Agente                percepción
                                                         sensores                      A
                                                                                       M
           Agente es cualquier                                                         B
           cosa capaz de percibir                                                      I
           su medio ambiente ,                            ?                            E
                                                                                       N
           utilizando sensores                                                         T
                                                                      acciones         E
           . . . as´ como tambi´n
                   ı           e                         actuadores

           actuar en ese medio
           usando actuadores.




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Agentes y su entorno




El ser humano como agente


       Sensores                                Actuadores

              ojos, o´
                     ıdos                          piernas, brazos
              lengua, piel                         boca, dedos




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Agentes y su entorno



Un robot como agente


       Sensores                                       Actuadores

              pulsaciones de                              mensajes en el
              teclas, archivos                            monitor, escritura
              con informaci´n
                            o                             de archivos de
              paquetes de datos                           datos
              que recibe por red.                         env´ de paquetes
                                                             ıo
                                                          de datos v´ red.
                                                                    ıa




   M. Ram´
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Agentes y su entorno


Hip´tesis general sobre agentes
   o

    Cada agente puede percibir sus propias acciones.
    Pero no siempre los efectos de las mismas.


Percepci´n
        o

    Percibir es recibir entradas en cualquier momento.
    Una secuencia de percepciones corresponde al hist´rico de lo que el
                                                       o
    agente ha recibido:
           a veces, los agentes toman decisiones seg´n lo percibido en una
                                                    u
           secuencia




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Agentes y su entorno




En t´rminos matem´ticos un agente es una funci´n que proyecta
    e              a                          o
percepciones en acciones.




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Agentes y su entorno




   La funci´n de comportamiento se puede representar como una
           o
   tabla:
          que por lo general es muy grande
          a veces puede ser infinita a menos que se limite el tama˜o de la
                                                                 n
          secuencia de percepciones.
   Esta tabla es una caracterizaci´n externa:
                                  o
          el programa del agente es su caracterizaci´n interna.
                                                    o
   Hay que diferenciar la funci´n del agente del programa del agente.
                               o




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Agentes y su entorno

El mundo de la aspiradora como agente

    Tenemos una aspiradora que puede estar en dos ubicaciones posibles:
    A o B.




    Supondremos que es capaz de percibir en qu´ posici´n est´ y si su
                                              e       o     a
    ubicaci´n actual tiene o no suciedad.
           o
    Sus acciones permitidas son:
           moverse a la izquierda (Izquierda), derecha (Derecha)
           limpiar (Limpiar)
           hacer nada (HacerNada).



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Agentes y su entorno


Ejemplo de tabulaci´n parcial para estudiar el comportamiento del agente aspiradora
                   o



Observaciones                 Tabulaci´n parcial
                                      o

     Es una tabla que           Percepci´n
                                         o                              Acci´n
                                                                            o
     contrasta la secuencia     [A, Limpia]                             Derecha
     de percepciones con        [A, Sucia]                              Limpiar
     la acci´n que debiera
            o                   [B, Limpia]                             Izquierda
     emprender.                 [B, Sucia]                              Limpiar
     La secuencia es lo que     [A, Limpia], [A, Limpia]                Derecha
     se conoce.                 [A, Limpia], [A, Sucia]                 Limpiar
                                .
                                .                                       .
                                                                        .
     La acci´n es lo que
            o                   .                                       .
     hay que determinar.        [A, Limpia], [A, Limpia], [A, Sucia]    Limpiar




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Agentes y su entorno


Un ejemplo m´s sofisticado: la aspiradora Roomba
            a




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Concepto de Racionalidad


Agente racional

    Un agente racional es aquel que siempre hace lo correcto.
    Cada elemento de la tabla de comportamiento debe rellenarse
    correctamente.

¿Qu´ significa hacer lo correcto?
   e

    Como primera aproximaci´n, aquello que le permita al agente obtener
                           o
    un resultado mejor:
           por lo tanto, se debe medir el ´xito.
                                          e
    De esta manera, los sensores, actuadores y medida de ´xito nos
                                                         e
    permiten definir qu´ es racionalidad.
                      e


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Medidas de Rendimiento




   Un agente genera una secuencia de acciones
          en el medio en que se inserta y de acuerdo a las percepciones que recibe
          entonces, el habitat tiene una secuencia de estados
          si secuencia es la deseada, el agente habr´ actuado correctamente.
                                                     a
   La medida del ´xito puede ser
                 e
          subjetiva
          objetiva




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Medidas de Rendimiento


¿C´mo se puede medir el ´xito en el ejemplo de la aspiradora?
  o                     e

    Propuesta 1: por la cantidad de suciedad que se ha limpiado en un
    intervalo de tiempo determinado (¿10 horas?):
           ¿y si el agente limpia, luego vuelve a tirar la basura y vuelve a limpiar
           (repetidamente)?
    Propuesta 2: mantener el suelo limpio.


Observaci´n
         o
Es mejor crear medidas de utilidad de acuerdo al entorno, m´s que de
                                                           a
acuerdo al c´mo lo hace el agente.
            o




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Racionalidad



Factores que determinan la racionalidad de un agente en un momento
determinado

  1   La medida de rendimiento que define el criterio de ´xito del
                                                        e
      comportamiento.
  2   El conocimiento acumulado por el agente sobre el medio en el que
      habita.
  3   Las acciones que el agente puede realizar.
  4   La secuencia de percepciones del agente que hasta un momento
      determinado ha captado.




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Racionalidad



Definici´n de agente racional
       o
En cada secuencia de percepciones, un agente racional deber´ emprender
                                                            a
aquella acci´n que supuestamente maximice su medida de rendimiento,
            o
bas´ndose en las evidencias aportadas por la secuencia de percepciones y
   a
en el conocimiento que el agente mantiene.

Con respecto a la aspiradora

    ¿Se puede considerar al agente aspiradora como un agente racional?
    ¿Qu´ es aquello que se debiera determinar?
       e




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Racionalidad


Agente aspiradora

    Medida de rendimiento: premia con un punto por cada recuadro
    limpio en un periodo de tiempo.
    Geograf´ del medio: el medio se conoce de antemano (recordar la
             ıa
    figura del ejemplo anterior)
           podemos suponer que la distribuci´n de la suciedad y la posici´n inicial
                                            o                            o
           del agente no se conocen
    Acciones posibles: Izquierda, Derecha, Limpiar y HacerNada.
    Se puede suponer tambi´n que percibe correctamente la localizaci´n y
                             e                                      o
    si hay suciedad en la celda actual.




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Racionalidad


Recopilaci´n de informaci´n
          o              o

    Proceso relacionado con ejecutar acciones que intenten modificar
    percepciones futuras.
    Es una parte importante de lo que involucra el concepto de
    racionalidad.

Exploraci´n
         o

    Es un ejemplo de recopilaci´n de informaci´n.
                               o              o
    El agente aspiradora debe realizar una exploraci´n inicial debido a
                                                    o
    que no conoce el ambiente.



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Racionalidad


Aprendizaje

    No s´lo se deber´ recopilar informaci´n:
        o           ıa                   o
           sino tambi´n ser capaz de aprender de ella.
                     e
    Cuando se conoce el entorno de antemano, no se necesita aprender. . .
           s´lo actuar correctamente
            o
           pero aquellos son simplemente agentes fr´giles.
                                                   a


Autonom´ de agentes
       ıa

    Se dice que un agente no es aut´nomo
                                   o
           cuando se apoya m´s en el conocimiento inicial que en sus propias
                            a
           percepciones



    M. Ram´
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Racionalidad




Un agente racional debe ser aut´nomo.
                               o




    M. Ram´
          ırez K. (USS)       Apunte curso IA   Primer Semestre 2011   21 / 71
¿Qu´ vimos la clase pasada?
   e




   Introducci´n a los sistemas de agentes.
             o
   Racionalidad.
   Medida del rendimiento de un agente.




   M. Ram´
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Hoy veremos




   Entornos de trabajo de un agente.
   Propiedades de los entornos de trabajo.
   Estructuras de agentes.
   Tipos de agente seg´n el programa del agente.
                      u




   M. Ram´
         ırez K. (USS)        Apunte curso IA      Primer Semestre 2011   23 / 71
La naturaleza del entorno



    Los agentes racionales son soluciones a entornos de trabajo
    (problemas).

¿C´mo se define el entorno de trabajo?
  o

    En el agente aspiradora definimos lo que era la medida de
    Rendimiento, Entorno, Actuadores y Sensores (REAS).
    Mediante el estudio del REAS se pueden comprender de manera m´s   a
    cabal las distintas aristas que intervienen en la formulaci´n del
                                                               o
    problema que tiene que resolver el agente.




    M. Ram´
          ırez K. (USS)        Apunte curso IA       Primer Semestre 2011   24 / 71
La naturaleza del entorno


REAS para el taxista autom´tico
                          a


 Tipo         de     Medida    de
                                       Ambiente           Actuadores         Sensores
 Agente              Rendimiento
                                                                             c´maras, espe-
                                                                              a
                                       rutas, tr´nsito,
                                                a         acelerador,        jos,
                                       peatones,          palanca      de    veloc´ımetro,
 conductor           seguro, r´pido,
                              a
                                       pasajeros,         cambio, freno,     GPS,
 autom´tico de
       a             viaje confor-
                                       condiciones        luces        de    tac´metro,
                                                                                o
 taxi.               table.
                                       meteo-             se˜alizaci´n,
                                                            n       o        niveles de los
                                       rol´gicas.
                                          o               bocina.            par´metros del
                                                                                 a
                                                                             motor.




    M. Ram´
          ırez K. (USS)                 Apunte curso IA             Primer Semestre 2011   25 / 71
La naturaleza del entorno



REAS para un sistema de diagn´stico m´dico
                             o       e


 Tipo         de     Medida    de
                                      Ambiente           Actuadores        Sensores
 Agente              Rendimiento
                                                                           teclado para
                     pacientes
                                                                           la entrada de
                     sanos y re-      pacientes,         set de pre-
 sistema     de                                                            s´
                                                                            ıntomas, sis-
                     ducir costos y   hospital, taba-    guntas, diag-
 diagn´stico
       o                                                                   tema fon´tico
                                                                                     e
                     demandas por     jadores     del    n´stico,
                                                          o
 m´dico.
   e                                                                       para interpre-
                     negligencias     hospital           tratamiento.
                                                                           tar lo que dice
                     m´dicas.
                       e
                                                                           el paciente.




    M. Ram´
          ırez K. (USS)                Apunte curso IA            Primer Semestre 2011   26 / 71
Propiedades de entornos



      Existen muchos tipos de entornos de trabajo donde se utiliza la IA.

Propiedades de los entornos de trabajo donde se aplica la IA

  1   Observaci´n del ambiente.
               o
  2   Determinaci´n del siguiente estado.
                 o
  3   Consideraci´n de la experiencia del agente.
                 o
  4   Cambio del entorno.
  5   Manejo de percepciones.
  6   Agentes participantes.




      M. Ram´
            ırez K. (USS)         Apunte curso IA       Primer Semestre 2011   27 / 71
Propiedades de entornos
Observaci´n del ambiente
         o



Ambientes totalmente observables

     Los sensores del agente permiten acceso al estado completo del
     ambiente.
     Se detectan todos los aspectos medibles para la toma de decisiones
     del agente.
     En t´rminos de rendimiento, es lo m´s recomendable y conveniente.
         e                              a


Ambientes parcialmente observables

     Los sensores no son capaces de captar todo el ambiente:
            es lo m´s habitual
                   a
            debido a que los sensores pueden ser poco exactos.



     M. Ram´
           ırez K. (USS)            Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   28 / 71
Propiedades de entornos
Determinaci´n del siguiente estado
           o




En entornos deterministas

      El siguiente estado se determina totalmente desde el estado actual
      y la acci´n ejecutada del agente.
               o
      El agente no tiene que lidiar con la incertidumbre.
      Si el medio fuera parcialmente observable, puede parecer estoc´stico.
                                                                    a


En entornos estoc´sticos
                 a

      El siguiente estado no siempre se puede determinar siempre desde el
      estado actual y la acci´n del agente.
                             o




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           ırez K. (USS)             Apunte curso IA    Primer Semestre 2011   29 / 71
Propiedades de entornos
Consideraci´n de la experiencia del agente
           o



Entorno epis´dico
            o

      La experiencia del agente se divide en episodios at´micos:
                                                         o
            cada episodio es una percepci´n con su acci´n asociada.
                                         o             o
      El siguiente episodio no depende de las acciones de los episodios
      previos.


Entorno secuencial

      Las decisiones y acciones presentes pueden afectar a las decisiones y
      acciones futuras.
      Ejemplo cl´sico: agente que juega Ajedrez.
                a



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           ırez K. (USS)               Apunte curso IA       Primer Semestre 2011   30 / 71
Propiedades de entornos
Cambio de entorno



Entorno est´tico
           a

     El ambiente no puede cambiar mientras el agente est´ deliberando.
                                                        a
     Son f´ciles de tratar puesto que no es necesario estar pendiente de los
          a
     cambios que se puedan estar sucediendo.
     Tampoco interesa analizar el paso del tiempo.


Entorno din´mico
           a

     El ambiente puede cambiar mientras se delibera.
     El agente no siempre conoce el estado del mundo sin volver a sentirlo
     nuevamente.



     M. Ram´
           ırez K. (USS)         Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   31 / 71
Propiedades de entornos
Manejo de percepciones


Entorno discreto

     Sus estados son distinguibles de forma finita.
     Se refiere a la forma en que el agente interpreta las percepciones,
     genera acciones y maneja el tiempo.
     Por ejemplo: agente que juega ajedrez.


Entorno continuo

     Es lo contrario a un entorno discreto.
     Por ejemplo, el caso del taxista autom´tico:
                                            a
            Variables continuas a considerar: velocidad, coordenadas geogr´ficas
                                                                          a
            del taxi, ´ngulo de viraje, etc.
                      a
            Las c´maras que pueda tener se consideran como continuas, pese a su
                  a
            naturaleza discreta.

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           ırez K. (USS)            Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   32 / 71
Propiedades de entornos
Agentes participantes

Agente individual

      Interviene un agente.
      Por ejemplo: un agente que resuelve crucigramas.


Mutiagentes

      Intervienen dos o m´s agentes, que no tienen por qu´ ser s´lo robots
                         a                               e      o
      o software.
      Por ejemplo: agentes que juegan ajedrez, videojuegos de estrategia,
      de guerra, de aventuras.
      Cuando los agentes intentan minimizar el rendimiento entre s´ ı,
      estamos hablando de un medio competitivo:
            en caso contrario, el medio es cooperativo como en el caso de la
            RoboCup Search and Rescue (Urban Search and Rescue).

     M. Ram´
           ırez K. (USS)            Apunte curso IA         Primer Semestre 2011   33 / 71
Estructuras de Agente


    Hasta ahora hemos hablado de la conducta de los agentes
    inteligentes. . .
           que es la acci´n dada una secuencia de percepciones.
                         o
    La IA debe dise˜ar lo que se conoce como el programa del agente.
                   n
    Los programas de agente se ejecutan en computadores con sensores
    y actuadores, que es el hardware del agente.

Esto se llama Arquitectura

    Entonces: Agente = Arquitectura + Programa.
    El programa debe ser el adecuado para la arquitectura.




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          ırez K. (USS)            Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   34 / 71
Programas de Agente




    La mayor´ sigue la misma estructura:
            ıa
          reciben percepciones desde sensores
          env´ acciones a los actuadores
              ıan

Programa y Funci´n del Agente
                o

    El programa recibe la percepci´n actual.
                                  o
    La funci´n recibe todo el hist´rico de percepciones (tabla).
            o                     o




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         ırez K. (USS)            Apunte curso IA      Primer Semestre 2011   35 / 71
Programas de Agente

¿Cu´l es el problema con la tabla de agente?
   a

    Est´ condenada al fracaso.
       a
    Veamos el caso del taxi automatizado:
           si cada imagen de c´mara entrega una tasa de 27 MB , suponiendo
                               a                                 s
           una resoluci´n de 640 × 480, con 24 bits de color y 30 fps.
                       o
           Se estima que por cada hora de conducci´n tendr´
                                                     o        ıamos una tabla con
           la no despreciable cantidad de 10250.000.000.000 entradas.
    En el caso del peque˜o y ordenado mundo del Ajedrez:
                        n
                         ıamos 10150 entradas.
           Al menos tendr´

S´lo como referencia
 o
Se calcula que el n´mero de ´tomos observables en el universo es del
                   u        a
orden de 1080 .

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          ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   36 / 71
Programas de Agente




La idea de la IA es crear programas de agentes racionales usando una
peque˜a cantidad de c´digo, sin tener que recurrir a grandes tablas.
      n                o




    M. Ram´
          ırez K. (USS)        Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   37 / 71
Programas de Agente




Otras ´reas han logrado un objetivo similar
      a

    Antiguamente hab´ grandes tablas con ra´ cuadradas para
                     ıan                   ıces
    ingenieros y matem´ticos:
                      a
           hoy las calculadoras utilizan un programa que no excede las cinco
           l´
            ıneas.
    De la misma manera para el c´lculo de funciones
                                   a
    logar´
         ıtmico-exponenciales, circulares, etc.




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          ırez K. (USS)             Apunte curso IA         Primer Semestre 2011   38 / 71
Programas de Agente




Tipos de programa de agente.

  1   Agentes reactivos simples.
  2   Agentes reactivos basados en modelos.
  3   Agentes basados en objetivos.
  4   Agentes basados en utilidad.




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Tipos de Programa de Agente
Agentes Reactivos Simples




     Es el tipo de agente m´s sencillo.
                           a
     Seleccionan la acci´n s´lo sobre las percepciones actuales del agente,
                        o o
     ignorando las percepciones hist´ricas.
                                     o




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Tipos de Programa de Agente
Agentes Reactivos Simples

     Las reacciones son conexiones mentales que siguen una regla
     sencilla:
            si <percepci´n> entonces <acci´n>
                         o                    o
            por ejemplo: si el auto que va adelante enciende la luz de freno,
            entonces disminuyo mi velocidad.
     Estas reglas se llaman reglas de condici´n-acci´n (CA).
                                             o      o

                           Agente                          percepción
                                    sensores                            A
                                                                        M
                                                                        B
                                                                        I
                                    reglas                              E
                                    CA                                  N
                                                                        T
                                                            acciones    E
                                    actuadores




     M. Ram´
           ırez K. (USS)                         Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   41 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes Reactivos Simples



Ejemplo: Programa de Agente Reflejo Simple Aspiradora
Entrada: (ubicaci´n, estado), ubicaci´n ∈ {A, B},estado ∈ {limpio, sucio}
                  o                   o
Salida: acci´n ∈ {Izquierda, Derecha, Limpiar}
             o
 1: si (estado = limpio) y (ubicaci´n = A) entonces
                                   o
 2:    retornar Derecha
 3: fin si
 4: si (estado = limpio) y (ubicaci´n = B) entonces
                                   o
 5:    retornar Izquierda
 6: fin si
 7: si (estado = sucio) y (ubicaci´n = A) entonces
                                  o
 8:    retornar Limpiar
 9: fin si
10: si (estado = sucio) y (ubicaci´n = B) entonces
                                  o
11:     retornar Limpiar
12: fin si



     M. Ram´
           ırez K. (USS)             Apunte curso IA           Primer Semestre 2011   42 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes Reactivos Simples




     Estos agentes son simples pero tienen una inteligencia limitada.
     Por lo general requieren que el mundo sea totalmente observable:
            si acaso lo que se desea es tomar la decisi´n correcta.
                                                       o
     Otro problema es que pueden caer en bucles infinitos, dependiendo de
     su arquitectura:
            pueden tomar decisiones de modo aleatorio
            por ejemplo: aspiradora sin sensor de ubicaci´n.
                                                         o




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Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Modelos




     El problema a resolver es la visibilidad del mundo.
     La soluci´n para la visibilidad parcial: almacenar aquellas partes del
              o
     mundo que no se ven. . .
            se requiere de un estado interno
            que dependa de la historia de las percepciones
            por ejemplo: al conducir, saber d´nde est´n los otros veh´
                                             o       a               ıculos.
     Se necesita informaci´n sobre el c´mo evoluciona el mundo,
                          o            o
     independiente del agente: saber por ejemplo que los autos se
     acercan cuando se encienden las luces de freno traseras.
     El c´mo es lo que se conoce como modelo.
         o




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Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Modelos



Estructura del agente basado en modelos

              Agente


                  estado              sensores
                                                           percepción
                                                                                  A
                cómo evoluciona
                   elmundo
                                  cómo es el mundo                                M
                                       ahora                                      B
                qué hacen mis
                  acciones
                                                                                  I
                                                                                  E
                                                                                  N
                                    qué acción
                 reglas CA        emprender ahora                                 T
                                                           acciones               E
                                     actuadores




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           ırez K. (USS)                 Apunte curso IA                Primer Semestre 2011   45 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Objetivos




     No siempre es suficiente el conocimiento sobre el estado actual del
     mundo.
     Por ejemplo: el taxista autom´tico al verse enfrentado a un cruce de
                                  a
     calles. . .
            puede decidir girar a la izquierda, derecha o bien continuar su marcha
            hacia adelante
            dependiendo hacia d´nde quiere ir, y NO de las percepciones del
                                 o
            mundo.
     Se requiere, por lo tanto, informaci´n sobre un objetivo o meta
                                         o
     para el agente.
     Para esto, se puede emplear el resultado que generen las acciones, de
     un modo similar a c´mo opera el agente basado en modelos.
                         o



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           ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   46 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Objetivos

Estructura de un agente reactivo basado en objetivos

                   Agente


                                        sensores
                                                                                     A
                                                              percepción
                                                                                     M
                  estado
                                  cómo es el mundo
                                          ahora                                      B
                cómo evoluciona
                   elmundo

                                                                                     I
                qué hacen mis     ¿cómo será si emprendo
                  acciones             la acción A?                                  E

                                                                                     N
                                  qué acción debiera
                   metas           emprender ahora
                                                                                     T
                                                              acciones
                                        actuadores
                                                                                     E


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           ırez K. (USS)                    Apunte curso IA                Primer Semestre 2011   47 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Objetivos




Se recomienda su uso en. . .

     B´squeda.
      u
     Planificaci´n.
                o
     Porque encuentran secuencias de acciones para alcanzar objetivos
     concretos:
            de acuerdo a lo que agente perciba.




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           ırez K. (USS)            Apunte curso IA   Primer Semestre 2011   48 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Utilidad




      Las metas por s´ solas no son suficientes:
                     ı
            para generar comportamiento de gran calidad
      Por ejemplo, hay muchas maneras de que el taxi autom´tico llegue a
                                                          a
      su destino:
            no est´ en discusi´n que el taxista cumple con su objetivo
                  a           o
            pero no todas resultan c´modas o baratas para el usuario.
                                    o
      Por lo tanto, las metas definen vagamente lo que es felicidad y
      tristeza, con respecto al cumplimiento de objetivos.




     M. Ram´
           ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   49 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Utilidad




      Ser´ mejor tener una medida concreta de felicidad que permita
         ıa
      comparar estados:
            cient´
                 ıficamente conocida como utilidad
            un estado puede tener m´s utilidad que otro.
                                   a

Funci´n de Utilidad
     o

      Toma uno o m´s estado y los transforma a un n´mero real, que va a
                     a                              u
      representar al nivel de felicidad del agente.
      A veces hay estados conflictivos:
            la utilidad representa un balance
            por ejemplo: velocidad y seguridad al conducir




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           ırez K. (USS)            Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   50 / 71
Tipos de Programa de Agente
Agentes basados en Utilidad

                   Agente


                                        sensores
                                                              percepción             A
                  estado
                                   cómo es el mundo                                  M
                                          ahora
                cómo evoluciona
                   elmundo                                                           B
                                  ¿ cómo será siemprendo
                qué hacen mis          la acción A?                                  I
                  acciones

                                                                                     E
                                  ¿ qué tan feliz seré
                 utilidad            en ese caso?                                    N

                                                                                     T
                                  qué acción debiera
                                   emprender ahora

                                                               acciones              E
                                     actuadores




     M. Ram´
           ırez K. (USS)                    Apunte curso IA                Primer Semestre 2011   51 / 71
¿Qu´ vimos la clase pasada?
   e




   M. Ram´
         ırez K. (USS)   Apunte curso IA   Primer Semestre 2011   52 / 71
Hoy veremos




   Estructura de agentes.
   Tipos de programas de agentes.




   M. Ram´
         ırez K. (USS)       Apunte curso IA   Primer Semestre 2011   53 / 71
Estructuras de Agente


    Hasta ahora hemos hablado de la conducta de los agentes
    inteligentes. . .
           que es la acci´n dada una secuencia de percepciones.
                         o
    La IA debe dise˜ar lo que se conoce como el programa del agente
                   n
    Los programas de agente se ejecutan en computadores con sensores
    y actuadores.

Esto se llama Arquitectura

    Entonces: Agente = Arquitectura + Programa.
    El programa debe ser el adecuado para la arquitectura.




    M. Ram´
          ırez K. (USS)            Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   54 / 71
Programas de Agente I



    La mayor´ sigue la misma estructura:
            ıa
          reciben percepciones desde sensores
          env´ acciones a actuadores
              ıan

Programa y Funci´n del Agente
                o

    El programa recibe la percepci´n actual:
                                  o
          porque no hay algo disponible en el entorno
          por ende, es necesario recordar las percepciones.
    La funci´n recibe todo el hist´rico de percepciones (tabla).
            o                     o




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         ırez K. (USS)             Apunte curso IA            Primer Semestre 2011   55 / 71
Programas de Agente II

¿Cu´l es el problema con la tabla de agente?
   a

    Est´ condenada al fracaso.
       a
    Veamos el caso del taxi automatizado:
           si cada imagen de c´mara entrega una tasa de 27 MB , suponiendo una
                               a                                s
           resoluci´n de 640 × 480, con 24 bits de color y 30 fps.
                   o
           Se estima que por cada hora de conducci´n tendr´
                                                     o        ıamos una tabla con
           la no despreciable cantidad de 10250.000.000.000 entradas.
    En el caso del peque˜o y ordenado mundo del Ajedrez:
                        n
                         ıamos 10150 entradas
           Al menos tendr´

S´lo como referencia
 o
Se calcula que el n´mero de ´tomos observables en el universo es del
                   u        a
orden de 1080 .


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          ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   56 / 71
Programas de Agente III




La idea de la IA es crear programas de agentes racionales usando una
peque˜a cantidad de c´digo, sin tener que recurrir a grandes tablas.
      n                o




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          ırez K. (USS)        Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   57 / 71
Programas de Agente IV



Otras ´reas han logrado un objetivo similar
      a

    Antiguamente hab´ grandes tablas con ra´ cuadradas para
                     ıan                   ıces
    ingenieros y matem´ticos:
                      a
           hoy las calculadoras utilizan un programa que no excede las cinco
           l´
            ıneas.
    De la misma manera para el c´lculo de funciones
                                   a
    logar´
         ıtmico-exponenciales, circulares, etc.




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          ırez K. (USS)             Apunte curso IA         Primer Semestre 2011   58 / 71
Programas de Agente V




Tipos de programa de agente.

  1   Agentes reactivos simples.
  2   Agentes reactivos basados en modelos.
  3   Agentes basados en objetivos.
  4   Agentes basados en utilidad.




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Tipos de Programa de Agente I
Agentes Reactivos Simples


     Es el tipo de agente m´s sencillo.
                           a
     Seleccionan la acci´n s´lo sobre las percepciones actuales del agente,
                        o o
     ignorando las percepciones hist´ricas.
                                    o

Ejemplo: Funci´n de Agente Reflejo Simple Aspiradora
              o
Entrada: [ubicaci´n, estado]
                  o
Salida: acci´n
             o
 1: si estado = Sucio entonces
 2:    retornar Limpiar
 3: sino si ubicaci´n = A entonces
                   o
 4:    retornar Derecha
 5: sino si ubicaci´n = B entonces
                   o
 6:    retornar Izquierda
 7: fin si


     M. Ram´
           ırez K. (USS)         Apunte curso IA        Primer Semestre 2011   60 / 71
Tipos de Programa de Agente II
Agentes Reactivos Simples




     Las reacciones son conexiones mentales que siguen una regla
     sencilla:
            si <percepci´n> entonces <acci´n>
                         o                    o
            por ejemplo: si el auto que va adelante enciende la luz de freno,
            entonces frenar.
     Estas reglas se llaman reglas de condici´n-acci´n (CA)
                                             o      o




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           ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   61 / 71
Tipos de Programa de Agente III
Agentes Reactivos Simples




     Estos agentes son simples pero tienen una inteligencia limitada.
     Por lo general requieren que el mundo sea totalmente observable:
            si acaso lo que se desea es tomar la decisi´n correcta.
                                                       o
     Otro problema es que pueden caer en bucles infinitos, dependiendo de
     su arquitectura:
            pueden tomar decisiones de modo aleatorio
            por ejemplo: aspiradora sin sensor de ubicaci´n.
                                                         o




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Tipos de Programa de Agente I
Agentes basados en Modelos




     El problema a resolver es la visibilidad del mundo.
     La soluci´n para la visibilidad parcial: almacenar aquellas partes del
              o
     mundo que no se ven:
            se requiere de un estado interno
            que dependa de la historia de las percepciones
            por ejemplo: al conducir, saber d´nde est´n los otros veh´
                                             o       a               ıculos.
     Se necesita informaci´n sobre el c´mo evoluciona el mundo,
                          o            o
     independiente del agente: saber por ejemplo que los autos se
     acercan cuando frenan.
     El c´mo es lo que se conoce como modelo.
         o




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           ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   63 / 71
Tipos de Programa de Agente II
Agentes basados en Modelos



              Agente


                  estado              sensores
                                                           percepción
                                                                                  A
                cómo evoluciona
                   elmundo
                                  cómo es el mundo                                M
                                       ahora                                      B
                qué hacen mis
                  acciones
                                                                                  I
                                                                                  E
                                                                                  N
                                    qué acción
                 reglas CA        emprender ahora                                 T
                                                           acciones               E
                                     actuadores




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           ırez K. (USS)                 Apunte curso IA                Primer Semestre 2011   64 / 71
Tipos de Programa de Agente I
Agentes basados en Objetivos




     No siempre es suficiente el conocimiento sobre el estado actual del
     mundo.
     Por ejemplo: el taxista autom´tico al verse enfrentado a un cruce de
                                  a
     calles. . .
            puede decidir girar a la izquierda, derecha o bien continuar su marcha
            hacia adelante
            dependiendo hacia d´nde quiere ir, y NO de las percepciones del
                                 o
            mundo.
     Se requiere, por lo tanto, informaci´n sobre un objetivo o meta
                                         o
     para el agente.
     Para esto, se puede emplear el resultado que generen las acciones, de
     un modo similar a c´mo opera el agente basado en modelos.
                         o



     M. Ram´
           ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   65 / 71
Tipos de Programa de Agente II
Agentes basados en Objetivos

Estructura de un agente reactivo basado en objetivos

                   Agente


                                        sensores
                                                                                     A
                                                              percepción
                                                                                     M
                  estado
                                  cómo es el mundo
                                          ahora                                      B
                cómo evoluciona
                   elmundo

                                                                                     I
                qué hacen mis     ¿cómo será si emprendo
                  acciones             la acción A?                                  E

                                                                                     N
                                  qué acción debiera
                   metas           emprender ahora
                                                                                     T
                                                              acciones
                                        actuadores
                                                                                     E


     M. Ram´
           ırez K. (USS)                    Apunte curso IA                Primer Semestre 2011   66 / 71
Tipos de Programa de Agente III
Agentes basados en Objetivos




Se recomienda su uso en. . .

     B´squeda.
      u
     Planificaci´n.
                o
     Porque encuentran secuencias de acciones para alcanzar objetivos
     concretos:
            de acuerdo a lo que agente perciba.




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           ırez K. (USS)            Apunte curso IA   Primer Semestre 2011   67 / 71
Tipos de Programa de Agente I
Agentes basados en Utilidad




      Las metas por s´ solas no son suficientes:
                     ı
            para generar comportamiento de gran calidad
      Por ejemplo, hay muchas maneras de que el taxi autom´tico llegue a
                                                          a
      su destino:
            no est´ en discusi´n que el taxista cumple con su objetivo
                  a           o
            pero no todas resultan c´modas o baratas para el usuario.
                                    o
      Por lo tanto, las metas definen vagamente lo que es felicidad y
      tristeza, con respecto al cumplimiento de objetivos.




     M. Ram´
           ırez K. (USS)             Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   68 / 71
Tipos de Programa de Agente II
Agentes basados en Utilidad



      Ser´ mejor tener una medida concreta de felicidad que permita
         ıa
      comparar estados:
            cient´
                 ıficamente conocida como utilidad
            un estado puede tener m´s utilidad que otro.
                                   a

Funci´n de Utilidad
     o

      Toma uno o m´s estado y los transforma a un n´mero real, que va a
                     a                              u
      representar al nivel de felicidad del agente.
      A veces hay estados conflictivos:
            la utilidad representa un balance
            por ejemplo: velocidad y seguridad al conducir




     M. Ram´
           ırez K. (USS)            Apunte curso IA          Primer Semestre 2011   69 / 71
Tipos de Programa de Agente III
Agentes basados en Utilidad

Estructura de un agente basado en utilidad

                       Agente


                                            sensores
                                                                 percepción         A
                      estado
                                       cómo es el mundo                             M
                                              ahora
                    cómo evoluciona
                       elmundo                                                      B
                                      ¿ cómo será siemprendo
                   qué hacen mis           la acción A?                             I
                     acciones

                                                                                    E
                                      ¿ qué tan feliz seré
                    utilidad             en ese caso?                               N

                                                                                    T
                                      qué acción debiera
                                       emprender ahora

                                                                  acciones          E
                                         actuadores




     M. Ram´
           ırez K. (USS)                       Apunte curso IA                Primer Semestre 2011   70 / 71
Fin de la Unidad 5




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Inteligencia artificial - Agentes inteligentes

  • 1. INTELIGENCIA ARTIFICIAL - ICIF0021 Unidad 5 - Agentes Inteligentes Docente: Milton A. Ram´ Klapp ırez miramire@gmail.com Universidad San Sebasti´n a Facultad de Ingenier´ y Tecnolog´ ıa ıa Primer Semestre de 2011 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 1 / 71
  • 2. Objetivos de la Unidad Identifican los componentes que conforman un sistema de agentes. Conocen m´tricas para evaluar el rendimiento de un agente e inteligente. Identifican la caracterizaci´n del entorno de trabajo de un agente en o base al an´lisis REAS (Rendimiento, Entorno, Actuadores, Sensores). a Reconocen las propiedades del entorno de un agente en funci´n de la o interacci´n que ´ste tiene con su medio. o e Clasifican el entorno de un agente seg´n sus propiedades. u Conocen las componentes de un sistema de agentes. Reconocen la clasificaci´n que tienen los agentes dependiendo de las o caracter´ ısticas propias de su programa. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 2 / 71
  • 3. Contenidos 1 Agentes, entorno, sensores y actuadores. 2 Medidas de rendimiento de agentes. 3 Racionalidad. 4 Entornos de trabajo de agentes. 5 Estructura de un agente. 6 Clasificaci´n de agentes. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 3 / 71
  • 4. Agentes y su entorno Introducci´n o Agente percepción sensores A M Agente es cualquier B cosa capaz de percibir I su medio ambiente , ? E N utilizando sensores T acciones E . . . as´ como tambi´n ı e actuadores actuar en ese medio usando actuadores. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 4 / 71
  • 5. Agentes y su entorno El ser humano como agente Sensores Actuadores ojos, o´ ıdos piernas, brazos lengua, piel boca, dedos M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 5 / 71
  • 6. Agentes y su entorno Un robot como agente Sensores Actuadores pulsaciones de mensajes en el teclas, archivos monitor, escritura con informaci´n o de archivos de paquetes de datos datos que recibe por red. env´ de paquetes ıo de datos v´ red. ıa M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 6 / 71
  • 7. Agentes y su entorno Hip´tesis general sobre agentes o Cada agente puede percibir sus propias acciones. Pero no siempre los efectos de las mismas. Percepci´n o Percibir es recibir entradas en cualquier momento. Una secuencia de percepciones corresponde al hist´rico de lo que el o agente ha recibido: a veces, los agentes toman decisiones seg´n lo percibido en una u secuencia M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 7 / 71
  • 8. Agentes y su entorno En t´rminos matem´ticos un agente es una funci´n que proyecta e a o percepciones en acciones. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 8 / 71
  • 9. Agentes y su entorno La funci´n de comportamiento se puede representar como una o tabla: que por lo general es muy grande a veces puede ser infinita a menos que se limite el tama˜o de la n secuencia de percepciones. Esta tabla es una caracterizaci´n externa: o el programa del agente es su caracterizaci´n interna. o Hay que diferenciar la funci´n del agente del programa del agente. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 9 / 71
  • 10. Agentes y su entorno El mundo de la aspiradora como agente Tenemos una aspiradora que puede estar en dos ubicaciones posibles: A o B. Supondremos que es capaz de percibir en qu´ posici´n est´ y si su e o a ubicaci´n actual tiene o no suciedad. o Sus acciones permitidas son: moverse a la izquierda (Izquierda), derecha (Derecha) limpiar (Limpiar) hacer nada (HacerNada). M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 10 / 71
  • 11. Agentes y su entorno Ejemplo de tabulaci´n parcial para estudiar el comportamiento del agente aspiradora o Observaciones Tabulaci´n parcial o Es una tabla que Percepci´n o Acci´n o contrasta la secuencia [A, Limpia] Derecha de percepciones con [A, Sucia] Limpiar la acci´n que debiera o [B, Limpia] Izquierda emprender. [B, Sucia] Limpiar La secuencia es lo que [A, Limpia], [A, Limpia] Derecha se conoce. [A, Limpia], [A, Sucia] Limpiar . . . . La acci´n es lo que o . . hay que determinar. [A, Limpia], [A, Limpia], [A, Sucia] Limpiar M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 11 / 71
  • 12. Agentes y su entorno Un ejemplo m´s sofisticado: la aspiradora Roomba a M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 12 / 71
  • 13. Concepto de Racionalidad Agente racional Un agente racional es aquel que siempre hace lo correcto. Cada elemento de la tabla de comportamiento debe rellenarse correctamente. ¿Qu´ significa hacer lo correcto? e Como primera aproximaci´n, aquello que le permita al agente obtener o un resultado mejor: por lo tanto, se debe medir el ´xito. e De esta manera, los sensores, actuadores y medida de ´xito nos e permiten definir qu´ es racionalidad. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 13 / 71
  • 14. Medidas de Rendimiento Un agente genera una secuencia de acciones en el medio en que se inserta y de acuerdo a las percepciones que recibe entonces, el habitat tiene una secuencia de estados si secuencia es la deseada, el agente habr´ actuado correctamente. a La medida del ´xito puede ser e subjetiva objetiva M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 14 / 71
  • 15. Medidas de Rendimiento ¿C´mo se puede medir el ´xito en el ejemplo de la aspiradora? o e Propuesta 1: por la cantidad de suciedad que se ha limpiado en un intervalo de tiempo determinado (¿10 horas?): ¿y si el agente limpia, luego vuelve a tirar la basura y vuelve a limpiar (repetidamente)? Propuesta 2: mantener el suelo limpio. Observaci´n o Es mejor crear medidas de utilidad de acuerdo al entorno, m´s que de a acuerdo al c´mo lo hace el agente. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 15 / 71
  • 16. Racionalidad Factores que determinan la racionalidad de un agente en un momento determinado 1 La medida de rendimiento que define el criterio de ´xito del e comportamiento. 2 El conocimiento acumulado por el agente sobre el medio en el que habita. 3 Las acciones que el agente puede realizar. 4 La secuencia de percepciones del agente que hasta un momento determinado ha captado. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 16 / 71
  • 17. Racionalidad Definici´n de agente racional o En cada secuencia de percepciones, un agente racional deber´ emprender a aquella acci´n que supuestamente maximice su medida de rendimiento, o bas´ndose en las evidencias aportadas por la secuencia de percepciones y a en el conocimiento que el agente mantiene. Con respecto a la aspiradora ¿Se puede considerar al agente aspiradora como un agente racional? ¿Qu´ es aquello que se debiera determinar? e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 17 / 71
  • 18. Racionalidad Agente aspiradora Medida de rendimiento: premia con un punto por cada recuadro limpio en un periodo de tiempo. Geograf´ del medio: el medio se conoce de antemano (recordar la ıa figura del ejemplo anterior) podemos suponer que la distribuci´n de la suciedad y la posici´n inicial o o del agente no se conocen Acciones posibles: Izquierda, Derecha, Limpiar y HacerNada. Se puede suponer tambi´n que percibe correctamente la localizaci´n y e o si hay suciedad en la celda actual. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 18 / 71
  • 19. Racionalidad Recopilaci´n de informaci´n o o Proceso relacionado con ejecutar acciones que intenten modificar percepciones futuras. Es una parte importante de lo que involucra el concepto de racionalidad. Exploraci´n o Es un ejemplo de recopilaci´n de informaci´n. o o El agente aspiradora debe realizar una exploraci´n inicial debido a o que no conoce el ambiente. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 19 / 71
  • 20. Racionalidad Aprendizaje No s´lo se deber´ recopilar informaci´n: o ıa o sino tambi´n ser capaz de aprender de ella. e Cuando se conoce el entorno de antemano, no se necesita aprender. . . s´lo actuar correctamente o pero aquellos son simplemente agentes fr´giles. a Autonom´ de agentes ıa Se dice que un agente no es aut´nomo o cuando se apoya m´s en el conocimiento inicial que en sus propias a percepciones M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 20 / 71
  • 21. Racionalidad Un agente racional debe ser aut´nomo. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 21 / 71
  • 22. ¿Qu´ vimos la clase pasada? e Introducci´n a los sistemas de agentes. o Racionalidad. Medida del rendimiento de un agente. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 22 / 71
  • 23. Hoy veremos Entornos de trabajo de un agente. Propiedades de los entornos de trabajo. Estructuras de agentes. Tipos de agente seg´n el programa del agente. u M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 23 / 71
  • 24. La naturaleza del entorno Los agentes racionales son soluciones a entornos de trabajo (problemas). ¿C´mo se define el entorno de trabajo? o En el agente aspiradora definimos lo que era la medida de Rendimiento, Entorno, Actuadores y Sensores (REAS). Mediante el estudio del REAS se pueden comprender de manera m´s a cabal las distintas aristas que intervienen en la formulaci´n del o problema que tiene que resolver el agente. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 24 / 71
  • 25. La naturaleza del entorno REAS para el taxista autom´tico a Tipo de Medida de Ambiente Actuadores Sensores Agente Rendimiento c´maras, espe- a rutas, tr´nsito, a acelerador, jos, peatones, palanca de veloc´ımetro, conductor seguro, r´pido, a pasajeros, cambio, freno, GPS, autom´tico de a viaje confor- condiciones luces de tac´metro, o taxi. table. meteo- se˜alizaci´n, n o niveles de los rol´gicas. o bocina. par´metros del a motor. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 25 / 71
  • 26. La naturaleza del entorno REAS para un sistema de diagn´stico m´dico o e Tipo de Medida de Ambiente Actuadores Sensores Agente Rendimiento teclado para pacientes la entrada de sanos y re- pacientes, set de pre- sistema de s´ ıntomas, sis- ducir costos y hospital, taba- guntas, diag- diagn´stico o tema fon´tico e demandas por jadores del n´stico, o m´dico. e para interpre- negligencias hospital tratamiento. tar lo que dice m´dicas. e el paciente. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 26 / 71
  • 27. Propiedades de entornos Existen muchos tipos de entornos de trabajo donde se utiliza la IA. Propiedades de los entornos de trabajo donde se aplica la IA 1 Observaci´n del ambiente. o 2 Determinaci´n del siguiente estado. o 3 Consideraci´n de la experiencia del agente. o 4 Cambio del entorno. 5 Manejo de percepciones. 6 Agentes participantes. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 27 / 71
  • 28. Propiedades de entornos Observaci´n del ambiente o Ambientes totalmente observables Los sensores del agente permiten acceso al estado completo del ambiente. Se detectan todos los aspectos medibles para la toma de decisiones del agente. En t´rminos de rendimiento, es lo m´s recomendable y conveniente. e a Ambientes parcialmente observables Los sensores no son capaces de captar todo el ambiente: es lo m´s habitual a debido a que los sensores pueden ser poco exactos. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 28 / 71
  • 29. Propiedades de entornos Determinaci´n del siguiente estado o En entornos deterministas El siguiente estado se determina totalmente desde el estado actual y la acci´n ejecutada del agente. o El agente no tiene que lidiar con la incertidumbre. Si el medio fuera parcialmente observable, puede parecer estoc´stico. a En entornos estoc´sticos a El siguiente estado no siempre se puede determinar siempre desde el estado actual y la acci´n del agente. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 29 / 71
  • 30. Propiedades de entornos Consideraci´n de la experiencia del agente o Entorno epis´dico o La experiencia del agente se divide en episodios at´micos: o cada episodio es una percepci´n con su acci´n asociada. o o El siguiente episodio no depende de las acciones de los episodios previos. Entorno secuencial Las decisiones y acciones presentes pueden afectar a las decisiones y acciones futuras. Ejemplo cl´sico: agente que juega Ajedrez. a M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 30 / 71
  • 31. Propiedades de entornos Cambio de entorno Entorno est´tico a El ambiente no puede cambiar mientras el agente est´ deliberando. a Son f´ciles de tratar puesto que no es necesario estar pendiente de los a cambios que se puedan estar sucediendo. Tampoco interesa analizar el paso del tiempo. Entorno din´mico a El ambiente puede cambiar mientras se delibera. El agente no siempre conoce el estado del mundo sin volver a sentirlo nuevamente. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 31 / 71
  • 32. Propiedades de entornos Manejo de percepciones Entorno discreto Sus estados son distinguibles de forma finita. Se refiere a la forma en que el agente interpreta las percepciones, genera acciones y maneja el tiempo. Por ejemplo: agente que juega ajedrez. Entorno continuo Es lo contrario a un entorno discreto. Por ejemplo, el caso del taxista autom´tico: a Variables continuas a considerar: velocidad, coordenadas geogr´ficas a del taxi, ´ngulo de viraje, etc. a Las c´maras que pueda tener se consideran como continuas, pese a su a naturaleza discreta. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 32 / 71
  • 33. Propiedades de entornos Agentes participantes Agente individual Interviene un agente. Por ejemplo: un agente que resuelve crucigramas. Mutiagentes Intervienen dos o m´s agentes, que no tienen por qu´ ser s´lo robots a e o o software. Por ejemplo: agentes que juegan ajedrez, videojuegos de estrategia, de guerra, de aventuras. Cuando los agentes intentan minimizar el rendimiento entre s´ ı, estamos hablando de un medio competitivo: en caso contrario, el medio es cooperativo como en el caso de la RoboCup Search and Rescue (Urban Search and Rescue). M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 33 / 71
  • 34. Estructuras de Agente Hasta ahora hemos hablado de la conducta de los agentes inteligentes. . . que es la acci´n dada una secuencia de percepciones. o La IA debe dise˜ar lo que se conoce como el programa del agente. n Los programas de agente se ejecutan en computadores con sensores y actuadores, que es el hardware del agente. Esto se llama Arquitectura Entonces: Agente = Arquitectura + Programa. El programa debe ser el adecuado para la arquitectura. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 34 / 71
  • 35. Programas de Agente La mayor´ sigue la misma estructura: ıa reciben percepciones desde sensores env´ acciones a los actuadores ıan Programa y Funci´n del Agente o El programa recibe la percepci´n actual. o La funci´n recibe todo el hist´rico de percepciones (tabla). o o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 35 / 71
  • 36. Programas de Agente ¿Cu´l es el problema con la tabla de agente? a Est´ condenada al fracaso. a Veamos el caso del taxi automatizado: si cada imagen de c´mara entrega una tasa de 27 MB , suponiendo a s una resoluci´n de 640 × 480, con 24 bits de color y 30 fps. o Se estima que por cada hora de conducci´n tendr´ o ıamos una tabla con la no despreciable cantidad de 10250.000.000.000 entradas. En el caso del peque˜o y ordenado mundo del Ajedrez: n ıamos 10150 entradas. Al menos tendr´ S´lo como referencia o Se calcula que el n´mero de ´tomos observables en el universo es del u a orden de 1080 . M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 36 / 71
  • 37. Programas de Agente La idea de la IA es crear programas de agentes racionales usando una peque˜a cantidad de c´digo, sin tener que recurrir a grandes tablas. n o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 37 / 71
  • 38. Programas de Agente Otras ´reas han logrado un objetivo similar a Antiguamente hab´ grandes tablas con ra´ cuadradas para ıan ıces ingenieros y matem´ticos: a hoy las calculadoras utilizan un programa que no excede las cinco l´ ıneas. De la misma manera para el c´lculo de funciones a logar´ ıtmico-exponenciales, circulares, etc. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 38 / 71
  • 39. Programas de Agente Tipos de programa de agente. 1 Agentes reactivos simples. 2 Agentes reactivos basados en modelos. 3 Agentes basados en objetivos. 4 Agentes basados en utilidad. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 39 / 71
  • 40. Tipos de Programa de Agente Agentes Reactivos Simples Es el tipo de agente m´s sencillo. a Seleccionan la acci´n s´lo sobre las percepciones actuales del agente, o o ignorando las percepciones hist´ricas. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 40 / 71
  • 41. Tipos de Programa de Agente Agentes Reactivos Simples Las reacciones son conexiones mentales que siguen una regla sencilla: si <percepci´n> entonces <acci´n> o o por ejemplo: si el auto que va adelante enciende la luz de freno, entonces disminuyo mi velocidad. Estas reglas se llaman reglas de condici´n-acci´n (CA). o o Agente percepción sensores A M B I reglas E CA N T acciones E actuadores M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 41 / 71
  • 42. Tipos de Programa de Agente Agentes Reactivos Simples Ejemplo: Programa de Agente Reflejo Simple Aspiradora Entrada: (ubicaci´n, estado), ubicaci´n ∈ {A, B},estado ∈ {limpio, sucio} o o Salida: acci´n ∈ {Izquierda, Derecha, Limpiar} o 1: si (estado = limpio) y (ubicaci´n = A) entonces o 2: retornar Derecha 3: fin si 4: si (estado = limpio) y (ubicaci´n = B) entonces o 5: retornar Izquierda 6: fin si 7: si (estado = sucio) y (ubicaci´n = A) entonces o 8: retornar Limpiar 9: fin si 10: si (estado = sucio) y (ubicaci´n = B) entonces o 11: retornar Limpiar 12: fin si M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 42 / 71
  • 43. Tipos de Programa de Agente Agentes Reactivos Simples Estos agentes son simples pero tienen una inteligencia limitada. Por lo general requieren que el mundo sea totalmente observable: si acaso lo que se desea es tomar la decisi´n correcta. o Otro problema es que pueden caer en bucles infinitos, dependiendo de su arquitectura: pueden tomar decisiones de modo aleatorio por ejemplo: aspiradora sin sensor de ubicaci´n. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 43 / 71
  • 44. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Modelos El problema a resolver es la visibilidad del mundo. La soluci´n para la visibilidad parcial: almacenar aquellas partes del o mundo que no se ven. . . se requiere de un estado interno que dependa de la historia de las percepciones por ejemplo: al conducir, saber d´nde est´n los otros veh´ o a ıculos. Se necesita informaci´n sobre el c´mo evoluciona el mundo, o o independiente del agente: saber por ejemplo que los autos se acercan cuando se encienden las luces de freno traseras. El c´mo es lo que se conoce como modelo. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 44 / 71
  • 45. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Modelos Estructura del agente basado en modelos Agente estado sensores percepción A cómo evoluciona elmundo cómo es el mundo M ahora B qué hacen mis acciones I E N qué acción reglas CA emprender ahora T acciones E actuadores M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 45 / 71
  • 46. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Objetivos No siempre es suficiente el conocimiento sobre el estado actual del mundo. Por ejemplo: el taxista autom´tico al verse enfrentado a un cruce de a calles. . . puede decidir girar a la izquierda, derecha o bien continuar su marcha hacia adelante dependiendo hacia d´nde quiere ir, y NO de las percepciones del o mundo. Se requiere, por lo tanto, informaci´n sobre un objetivo o meta o para el agente. Para esto, se puede emplear el resultado que generen las acciones, de un modo similar a c´mo opera el agente basado en modelos. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 46 / 71
  • 47. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Objetivos Estructura de un agente reactivo basado en objetivos Agente sensores A percepción M estado cómo es el mundo ahora B cómo evoluciona elmundo I qué hacen mis ¿cómo será si emprendo acciones la acción A? E N qué acción debiera metas emprender ahora T acciones actuadores E M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 47 / 71
  • 48. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Objetivos Se recomienda su uso en. . . B´squeda. u Planificaci´n. o Porque encuentran secuencias de acciones para alcanzar objetivos concretos: de acuerdo a lo que agente perciba. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 48 / 71
  • 49. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Utilidad Las metas por s´ solas no son suficientes: ı para generar comportamiento de gran calidad Por ejemplo, hay muchas maneras de que el taxi autom´tico llegue a a su destino: no est´ en discusi´n que el taxista cumple con su objetivo a o pero no todas resultan c´modas o baratas para el usuario. o Por lo tanto, las metas definen vagamente lo que es felicidad y tristeza, con respecto al cumplimiento de objetivos. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 49 / 71
  • 50. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Utilidad Ser´ mejor tener una medida concreta de felicidad que permita ıa comparar estados: cient´ ıficamente conocida como utilidad un estado puede tener m´s utilidad que otro. a Funci´n de Utilidad o Toma uno o m´s estado y los transforma a un n´mero real, que va a a u representar al nivel de felicidad del agente. A veces hay estados conflictivos: la utilidad representa un balance por ejemplo: velocidad y seguridad al conducir M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 50 / 71
  • 51. Tipos de Programa de Agente Agentes basados en Utilidad Agente sensores percepción A estado cómo es el mundo M ahora cómo evoluciona elmundo B ¿ cómo será siemprendo qué hacen mis la acción A? I acciones E ¿ qué tan feliz seré utilidad en ese caso? N T qué acción debiera emprender ahora acciones E actuadores M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 51 / 71
  • 52. ¿Qu´ vimos la clase pasada? e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 52 / 71
  • 53. Hoy veremos Estructura de agentes. Tipos de programas de agentes. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 53 / 71
  • 54. Estructuras de Agente Hasta ahora hemos hablado de la conducta de los agentes inteligentes. . . que es la acci´n dada una secuencia de percepciones. o La IA debe dise˜ar lo que se conoce como el programa del agente n Los programas de agente se ejecutan en computadores con sensores y actuadores. Esto se llama Arquitectura Entonces: Agente = Arquitectura + Programa. El programa debe ser el adecuado para la arquitectura. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 54 / 71
  • 55. Programas de Agente I La mayor´ sigue la misma estructura: ıa reciben percepciones desde sensores env´ acciones a actuadores ıan Programa y Funci´n del Agente o El programa recibe la percepci´n actual: o porque no hay algo disponible en el entorno por ende, es necesario recordar las percepciones. La funci´n recibe todo el hist´rico de percepciones (tabla). o o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 55 / 71
  • 56. Programas de Agente II ¿Cu´l es el problema con la tabla de agente? a Est´ condenada al fracaso. a Veamos el caso del taxi automatizado: si cada imagen de c´mara entrega una tasa de 27 MB , suponiendo una a s resoluci´n de 640 × 480, con 24 bits de color y 30 fps. o Se estima que por cada hora de conducci´n tendr´ o ıamos una tabla con la no despreciable cantidad de 10250.000.000.000 entradas. En el caso del peque˜o y ordenado mundo del Ajedrez: n ıamos 10150 entradas Al menos tendr´ S´lo como referencia o Se calcula que el n´mero de ´tomos observables en el universo es del u a orden de 1080 . M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 56 / 71
  • 57. Programas de Agente III La idea de la IA es crear programas de agentes racionales usando una peque˜a cantidad de c´digo, sin tener que recurrir a grandes tablas. n o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 57 / 71
  • 58. Programas de Agente IV Otras ´reas han logrado un objetivo similar a Antiguamente hab´ grandes tablas con ra´ cuadradas para ıan ıces ingenieros y matem´ticos: a hoy las calculadoras utilizan un programa que no excede las cinco l´ ıneas. De la misma manera para el c´lculo de funciones a logar´ ıtmico-exponenciales, circulares, etc. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 58 / 71
  • 59. Programas de Agente V Tipos de programa de agente. 1 Agentes reactivos simples. 2 Agentes reactivos basados en modelos. 3 Agentes basados en objetivos. 4 Agentes basados en utilidad. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 59 / 71
  • 60. Tipos de Programa de Agente I Agentes Reactivos Simples Es el tipo de agente m´s sencillo. a Seleccionan la acci´n s´lo sobre las percepciones actuales del agente, o o ignorando las percepciones hist´ricas. o Ejemplo: Funci´n de Agente Reflejo Simple Aspiradora o Entrada: [ubicaci´n, estado] o Salida: acci´n o 1: si estado = Sucio entonces 2: retornar Limpiar 3: sino si ubicaci´n = A entonces o 4: retornar Derecha 5: sino si ubicaci´n = B entonces o 6: retornar Izquierda 7: fin si M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 60 / 71
  • 61. Tipos de Programa de Agente II Agentes Reactivos Simples Las reacciones son conexiones mentales que siguen una regla sencilla: si <percepci´n> entonces <acci´n> o o por ejemplo: si el auto que va adelante enciende la luz de freno, entonces frenar. Estas reglas se llaman reglas de condici´n-acci´n (CA) o o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 61 / 71
  • 62. Tipos de Programa de Agente III Agentes Reactivos Simples Estos agentes son simples pero tienen una inteligencia limitada. Por lo general requieren que el mundo sea totalmente observable: si acaso lo que se desea es tomar la decisi´n correcta. o Otro problema es que pueden caer en bucles infinitos, dependiendo de su arquitectura: pueden tomar decisiones de modo aleatorio por ejemplo: aspiradora sin sensor de ubicaci´n. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 62 / 71
  • 63. Tipos de Programa de Agente I Agentes basados en Modelos El problema a resolver es la visibilidad del mundo. La soluci´n para la visibilidad parcial: almacenar aquellas partes del o mundo que no se ven: se requiere de un estado interno que dependa de la historia de las percepciones por ejemplo: al conducir, saber d´nde est´n los otros veh´ o a ıculos. Se necesita informaci´n sobre el c´mo evoluciona el mundo, o o independiente del agente: saber por ejemplo que los autos se acercan cuando frenan. El c´mo es lo que se conoce como modelo. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 63 / 71
  • 64. Tipos de Programa de Agente II Agentes basados en Modelos Agente estado sensores percepción A cómo evoluciona elmundo cómo es el mundo M ahora B qué hacen mis acciones I E N qué acción reglas CA emprender ahora T acciones E actuadores M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 64 / 71
  • 65. Tipos de Programa de Agente I Agentes basados en Objetivos No siempre es suficiente el conocimiento sobre el estado actual del mundo. Por ejemplo: el taxista autom´tico al verse enfrentado a un cruce de a calles. . . puede decidir girar a la izquierda, derecha o bien continuar su marcha hacia adelante dependiendo hacia d´nde quiere ir, y NO de las percepciones del o mundo. Se requiere, por lo tanto, informaci´n sobre un objetivo o meta o para el agente. Para esto, se puede emplear el resultado que generen las acciones, de un modo similar a c´mo opera el agente basado en modelos. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 65 / 71
  • 66. Tipos de Programa de Agente II Agentes basados en Objetivos Estructura de un agente reactivo basado en objetivos Agente sensores A percepción M estado cómo es el mundo ahora B cómo evoluciona elmundo I qué hacen mis ¿cómo será si emprendo acciones la acción A? E N qué acción debiera metas emprender ahora T acciones actuadores E M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 66 / 71
  • 67. Tipos de Programa de Agente III Agentes basados en Objetivos Se recomienda su uso en. . . B´squeda. u Planificaci´n. o Porque encuentran secuencias de acciones para alcanzar objetivos concretos: de acuerdo a lo que agente perciba. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 67 / 71
  • 68. Tipos de Programa de Agente I Agentes basados en Utilidad Las metas por s´ solas no son suficientes: ı para generar comportamiento de gran calidad Por ejemplo, hay muchas maneras de que el taxi autom´tico llegue a a su destino: no est´ en discusi´n que el taxista cumple con su objetivo a o pero no todas resultan c´modas o baratas para el usuario. o Por lo tanto, las metas definen vagamente lo que es felicidad y tristeza, con respecto al cumplimiento de objetivos. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 68 / 71
  • 69. Tipos de Programa de Agente II Agentes basados en Utilidad Ser´ mejor tener una medida concreta de felicidad que permita ıa comparar estados: cient´ ıficamente conocida como utilidad un estado puede tener m´s utilidad que otro. a Funci´n de Utilidad o Toma uno o m´s estado y los transforma a un n´mero real, que va a a u representar al nivel de felicidad del agente. A veces hay estados conflictivos: la utilidad representa un balance por ejemplo: velocidad y seguridad al conducir M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 69 / 71
  • 70. Tipos de Programa de Agente III Agentes basados en Utilidad Estructura de un agente basado en utilidad Agente sensores percepción A estado cómo es el mundo M ahora cómo evoluciona elmundo B ¿ cómo será siemprendo qué hacen mis la acción A? I acciones E ¿ qué tan feliz seré utilidad en ese caso? N T qué acción debiera emprender ahora acciones E actuadores M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 70 / 71
  • 71. Fin de la Unidad 5 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 71 / 71