Andrzej Kisielewicz sztuczna inteligencja i logika podsumowanie przedsiewzi ˛ ecia ˛ naukowego Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2011 1. Przedmowa 2. Spis tre±ci 1 Przedmowa Póª wieku temu logika nale»aªa do dziedzin nauki ±wi¦c¡cych najwi¦ksze sukcesy. Ostateczna formalizacja caªej matematyki, twierdzenia Gödla, maszyny Turinga zaliczone zostaªy do osi¡gni¦¢ ludzkiego geniuszu. Jednocze±nie rozpocz¡ª si¦ rozwój technologii informatycznej, w du»ej mierze opartej wªa±nie na osi¡gni¦ciach logiki, metod¦ formaln¡ zacz¦to stosowa¢ w innych naukach, tak»e humanistycznych, post¦py logiki zrewolucjonizowaªy metodologi¦ nauk i lozo¦. W tej atmosferze w roku 1956 narodziªa si¦ dziedzina sztuczna inteligencja. Uczeni podj¦li otwarty atak na od- wieczne ludzkie marzenie zbudowanie sztucznego czªowieka. Badania obj¦ªy wkrótce równie» konstrukcj¦ sztucznych zmysªów i sztucznego ciaªa (robotyka), ale gªówny wysiªek skierowano pocz¡tkowo na sztuczny umysª st¡d ogólna nazwa dziedziny. Centralne miejsce w tych badaniach zaj¦ªa logika formalna; próbowano wprost osi¡gni¦cia logiki zastosowa¢ do wyposa»enia komputera w zdolno±¢ logicznego rozumowania. Szeroka publiczno±¢ informowana byªa o post¦pach, a jeszcze bardziej o otwieraj¡cych si¦ perspektywach. Zacz¦to dys- 2 Przedmowa 3 kutowa¢ czekaj¡ce nas wkrótce problemy etyczne i lozoczne zwi¡zane z pojawieniem si¦ sztucznej formy inteligentnego »ycia; nowego impetu nabraªa dyskusja dotycz¡ca fenomenu ±wiadomo±ci. Humani±ci w milczeniu przygl¡dali si¦ tej ofensywie. Z braku matematycznej kompetencji nie byli w stanie podj¡¢ merytorycznej dyskusji, ale jak wskazuj¡ niektóre reakcje przera»eni byli tym, »e oto odwieczne problemy lozoi, zagadki ±wiadomo±ci i umysªu rozwi¡zuj¡ teraz matematycy i in»ynierowie. Niestety (lub na szcz¦±cie) mijaªy kolejne dekady, a zapowiadanych osi¡gni¦¢ jak nie byªo, tak nie ma. Pomimo tego, »e min¦ªo ju» póª wieku od czasu, gdy rozpocz¦to badania, »e parametry techniczne wspóªczesnych komputerów znacznie przewy»szaj¡ wyobra»enia sprzed lat, a w wielu innych pokrewnych kierunkach post¦p jest znacznie wi¦kszy ni» przewidywano, to nie udaªo si¦ jak dot¡d skonstruowa¢ niczego, co zasªugiwaªoby na miano my±l¡cej maszyny. Co do tego wszyscy s¡ ju» raczej zgodni, bardzo ró»ne jednak wyci¡gaj¡ wnioski z tego faktu. Sami badacze dªugo nie chcieli rozpozna¢ tej sytuacji, nie chcieli przyzna¢ si¦ do tego; i wielu nadal nie chce trudno im si¦ dziwi¢. Za projektami sztucznej inteligencji, szczególnie tymi, które obiecywaªy budow¦ ju» zaraz, szªy wielkie pieni¡dze. Ostatnio jednak sami zaªo»yciele tej dziedziny bada« przyznaj¡ otwarcie, »e (u»ywaj¡c sªów Marvina Min- prawdziwa sztuczna inteligencja czeka dopiero na swojego odkrywc¦! sky'ego) Brak spektakularnego sukcesu i coraz wi¦kszy rozziew pomi¦dzy rezultatami bada« a zbyt lekkomy±lnie czynionymi zapowiedziami doczekaªy si¦ wreszcie krytyki wygªaszanej ju» nie tylko przez zwykªych niedowiarków, ale przez takie Przedmowa 4 autorytety dziedzin pokrewnych jak Penrose czy Edelman. To otworzyªo wrota krytyce humanistów. Niektórzy z nich z nieukrywanym triumfem obwie±cili ostateczn¡ kl¦sk¦ bada« nad sztuczn¡ inteligencj¡, a znale¹li si¦ i tacy, którzy gªosz¡ kl¦sk¦ metody formalnej w ogóle i koniec ery kartezja«skiej! Te ostatnie twierdzenia formuªowane s¡ jednak z tak oczywist¡ przesad¡, »e same przez si¦ lokuj¡ si¦ w sferze niepowa»nych prowokacji. Nie ma raczej w¡tpliwo±ci, »e technologia informatyczna dopiero zacz¦ªa zmienia¢ ±wiat, a jest to dziedzina, dla której metoda formalna jest esencj¡. Jednak»e póª wieku bezowocnych prób skonstruowania sztucznej inteligencji stanowi intryguj¡c¡ zagadk¦ i jest dobr¡ okazj¡ do caªo±ciowego przyjrzenia si¦ dotychczasowemu podej±ciu do zagadnienia. Czy dotarli±my wªa±nie do granicy stosowalno±ci metod formalnych i matematycznych, czy te» metody s¡ dobre, a wybrali±my jedynie niewªa±ciwe, zbyt bezpo±rednie i niecierpliwe podej±cie? * Kryzys w danej dziedzinie bada« naukowych mo»e oznacza¢ upadek, mo»e te» jednak oznacza¢ pocz¡tek transformacji lub przeªom historia nauki dostarcza wiele przykªadów. Poniewa» chodzi tu przede wszystkim o przeªom my±lowy, o nowe idee, nie wida¢ »adnego powodu, aby ów odkrywca, o którym mówi Minsky ów nowy Kopernik nie miaª pochodzi¢ z Polski. Przeciwnie, daªoby si¦ wymieni¢ kilka powodów, dla których szanse s¡ tu nawet nieco wi¦ksze ni» w wielu innych krajach... Przyznam, »e ksi¡»k¦ t¦ postanowiªem napisa¢ przede wszystkim dlatego, »eby mªodym polskim adeptom informatyki umo»liwi¢ dostrze»enie tej niezwykªej szansy i »eby zach¦ci¢ ich do podj¦cia studiów w zakresie Przedmowa 5 sztucznej inteligencji mimo kryzysu tej dziedziny na ±wiecie lub wªa±nie z powodu tego kryzysu. Dla dokonania przeªomu nie wystarcz¡ akademickie podr¦czniki, które z natury rzeczy raczej dziedzin¦ glorykuj¡ i koncentruj¡ si¦ na technicznych szczegóªach, ani dzieªa krytyków, którzy stwierdziwszy brak spektakularnego sukcesu coraz ±mielej próbuj¡ wyla¢ dziecko z k¡piel¡. Potrzebna jest rzetelna próba zrozumienia istoty dotychczasowego podej±cia oraz przyczyn trudno±ci i niepowodze«. W tym sensie ksi¡»k¦ t¦ mo»na traktowa¢ jako wst¦p i uzupeªnienie do akademickich podr¦czników, a tak»e jako punkt wyj±cia do rzetelnej reeksji nie tylko nad perspektywami sztucznej inteligencji, ale i nad stosowan¡ do tej pory metod¡ naukow¡. Mo»na si¦ z niej dowiedzie¢ ogólnie, co to jest sztuczna inteligencja, czym si¦ zajmuje, jaka jest jej historia i jakie s¡ jej aktualne osi¡gni¦cia, jednak»e gªównym celem jest analiza idei osi¡gni¦¢ logiki, matematyki i informatyki, które legªy u podstaw bada« w dziedzinie sztucznej inteligencji i które sprawiªy, »e tak wielu m¡drych ludzi uwierzyªo, »e sztuczny umysª jest ju» w zasi¦gu naszych mo»liwo±ci. Czy idee te s¡ zasadniczo sªuszne i jedynie wymagaj¡ znacznie wi¦cej szczegóªowych pomysªów i pracy ni» to sobie wyobra»ano, czy potrzebna jest nowa przeªomowa my±l, czy te» mo»e kompletna zmiana kierunku bada« i poszukiwa«? Czy sztuczna inteligencja to natr¦tna mrzonka, kolejna w historii ludzko±ci próba zbudowania homunkulusa, czy te» tym razem bliska i nieuchronnie zbli»aj¡ca si¦ przyszªo±¢? Mam nadziej¦, »e ksi¡»ka ta pomo»e czytelnikowi wyrobi¢ sobie wªasny, rzetelnie uzasadniony pogl¡d w tej sprawie. * Popularno±¢ tematu, liczne fora dyskusyjne w Internecie, Przedmowa 6 lozoczne i pseudolozoczne rozwa»ania na temat sztucznej inteligencji, a przede wszystkim mnóstwo nieporozumie« i przes¡dów zwi¡zanych z tym tematem wszystko to sprawiªo, »e postanowiªem udost¦pni¢ tre±¢ tej ksi¡»ki mo»liwie szerokiemu gronu czytelników, i staraªem si¦ napisa¢ j¡ tak, aby do jej przeczytania i zrozumienia wystarczaªy ciekawo±¢, ogólne wyksztaªcenie i naturalna inteligencja. W szczególno±ci licz¦, »e zainteresuje ona wszystkich naukowców, którym nieobca jest ogólna reeksja nad nauk¡ i metod¡ naukow¡. Nie zmienia to faktu, »e w sposób szczególny ksi¡»ka adresowana jest do studentów, nie tylko informatyki i matematyki, ale równie» innych kierunków studiów, tak»e humanistycznych, bo kontynuowanie przedsi¦wzi¦cia pod nazw¡ sztuczna inteligencja mo»e wymaga¢ wi¦kszej wspóª- pracy naukowców ró»nych dziedzin ni» dot¡d praktykowano. Chocia» ksi¡»ka skonstruowana jest przede wszystkim jako opis pewnego przedsi¦wzi¦cia naukowego i towarzysz¡ca opisowi reeksja, to zawiera tyle konkretnych faktów i wiedzy, »e mo»e sªu»y¢ tak»e jako podr¦cznik uzupeªniaj¡cy do ró»nych wykªadów z zakresu sztucznej inteligencji, inteligencji obliczeniowej, systemów ekspertowych, czy te» systemów wspomagania decyzji ( business intelligence ). Poza wydzia- ªami matematyczno-informatycznymi mo»e sªu»y¢ jako podr¦cznik podstawowy w kursie logiki ze szczególnym uwzgl¦dnieniem zastosowa« w sztucznej inteligencji. Mo»e wreszcie by¢ podstaw¡ do zaj¦¢ seminaryjnych dotycz¡cych zastosowania metod matematycznych w nauce, lozoi matematyki i logiki, granic naukowego poznania. Mam wreszcie nadziej¦, »e szczególnie zainteresuje ona naukowców pracuj¡cych w dziedzinie sztucznej inteligencji, a tak»e w dziedzinach pokrewnych. Spojrzenie kogo±, kto nie Przedmowa 7 prowadziª bezpo±rednich bada« w tym zakresie, nie jest zainteresowany w wytwarzaniu dobrego lub zªego obrazu dziedziny, ale kto pracuj¡c dostatecznie blisko w dziedzinach matematyki, logiki i informatyki teoretycznej, przez wiele lat ±ledziª post¦py sztucznej inteligencji, prowadziª wykªady dla studentów na ten temat spojrzenie w miar¦ kompetentnego i staraj¡cego si¦ zachowa¢ obiektywno±¢ recenzenta, mo»e by¢ mam nadziej¦ przydatne w dalszym rozwoju dziedziny. * Pierwsza cz¦±¢ ksi¡»ki skªada si¦ z rozdziaªów stanowi¡cych w miar¦ popularne wprowadzenia do ró»nych przewijaj¡cych si¦ w dalszych cz¦±ciach tematów. Na pocz¡tek zwracam uwag¦ na najwa»niejsze aspekty dziaªania komputera: czytelnika mniej obeznanego z informatyk¡ staram si¦ zapozna¢ z istot¡ dziaªania tego, by¢ mo»e najwi¦kszego, wynalazku XX wieku. Dalej wskazuj¦ na nieporozumienia zwi¡zane z popularnym testem Turinga, opisuj¦ krótk¡, lecz peªn¡ wzlotów i upadków histori¦ bada« nad sztuczn¡ inteligencj¡, przedstawiam z lotu ptaka histori¦ logiki. Wspóªczesna logika i metoda formalna zwi¡zane s¡ nierozerwalnie z matematyk¡. Dlatego za niezb¦dne uwa»am zapoznanie czytelnika z obrazem wspóªczesnej matematyki mo»e okaza¢ si¦ on bardzo ró»ny od tego, który czytelnik pami¦ta ze szkoªy ±redniej. Autorzy popularnonaukowych ksi¡»ek z zakresu nauk ±cisªych cz¦sto próbuj¡ zach¦ci¢ czytelników obietnic¡, »e w ksi¡»ce nie b¦dzie zbyt wiele matematyki. Ja musz¦ obieca¢ co± odwrotnego: b¦dzie sporo matematyki, ale mam nadziej¦, »e nawet czytelnikom bez matematycznego przygotowania zaprezentowane tematy wydadz¡ si¦ nie Przedmowa 8 tylko bardzo interesuj¡ce, ale przy tym przedstawione jasno i prawdziwie. W szczególno±ci rozdziaª ?? stanowi specjalne, bo napi- sane dla ogólnego audytorium, wprowadzenie do pewnych idei wspóªczesnej matematyki, niezb¦dne mi¦dzy innymi do prawidªowego zrozumienia rzeczywistych osi¡gni¦¢ wspóªczesnej logiki. W cz¦±ci pierwszej zdecydowaªem si¦ tak»e umie±ci¢ rozdziaªy prezentuj¡ce dokªadniej najstarsz¡ dziedzin¦ sztucznej inteligencji: problem solving (techniki rozwi¡zywa- nia problemów). Jest ona stosunkowo ªatwa do przedstawienia, stanowi ±wietn¡ ilustracj¦ nowych metod matematycznych, których czytelnik mo»e nie zna¢ ze szkoªy ±redniej, a wreszcie daje mo»liwo±¢ wyja±nienia, jakimi metodami osi¡gni¦to jeden z najwi¦kszych sukcesów dziedziny: zbudowanie programu komputerowego, który w grze w szachy pokonaª mistrza ±wiata. Cz¦±¢ druga ma form¦ wykªadu prezentuj¡cego najwa»niejsze osi¡gni¦cia logiki wspóªczesnej. Studenci kierunków humanistycznych znajd¡ w niej, mam nadziej¦, zrozumiaªy dla nich j¦zyk i sposób wykªadu. Studenci kierunków ±cisªych znajd¡ spojrzenie caªo±ciowe i reeksj¦ nad sensem prezentowanych osi¡gni¦¢. Wybór tematów i prezentacja ma charakter subiektywny o tyle, i» rzeczy, które uwa»am za istotne z punktu widzenia mechanizmów logicznych rozumowa«, prezentuj¦ do±¢ szczegóªowo, podczas gdy liczne inne osi¡gni¦cia sygnalizuj¦ tylko, stwierdzaj¡c, »e maj¡ one dla naszych rozwa»a« dla sztucznej inteligencji i dla mechanizmów my±lenia znaczenie drugorz¦dne. W szczególno±ci wykªad ten uwzgl¦dnia teori¦ oblicze«, która dzi± traktowana jest jako dziaª informatyki teoretycznej. Cz¦±¢ trzecia zawiera podsumowanie i prezentacj¦ osi¡- Przedmowa 9 gni¦¢ dziedziny sztucznej inteligencji: przede wszystkim tych, które bazowaªy wªa±nie na logice i tworzyªy do tej pory gªówny nurt tej dziedziny, ale tak»e innych, opartych na podej±ciu przeciwstawnym, tych, które dzi± okre±lane s¡ mianem ligencja obliczeniowa. inte- Jest to opis pewnego trwaj¡cego póª wieku przedsi¦wzi¦cia naukowego. Poniewa» przedsi¦wzi¦cie to w obecnej formie zostaªo zasadniczo zako«czone (a przynajmniej, jak argumentuj¦, zako«czyª si¦ jego pierwszy etap), samo w sobie zasªuguje na opis i podsumowanie jako rodzaj wyj¡tkowej wyprawy naukowej w nieznane, rzekªbym nawet awanturniczej bo jak si¦ okazaªo, bez odpowiednich narz¦dzi i odpowiedniego rozeznania ale przecie» tym bardziej ciekawej. Bez wzgl¦du na to czy w dziedzinie sztucznej inteligencji nast¡pi przeªom i nowe otwarcie, czy te» badania b¦d¡ kontynuowane pod innymi nazwami, przedsi¦wzi¦cie articial intelligence (AI) domaga si¦ opisu i podsumowa- nia wªa±nie dzi±. Jest maªo prawdopodobne, »eby taki opis zostaª zdezaktualizowany nowymi zaskakuj¡cymi wynikami bada« takie bowiem, je±li si¦ pojawi¡, b¦d¡ (jestem o tym przekonany) oparte na nowym paradygmacie. * Ksi¡»k¦ wyposa»yªem w do±¢ szczegóªow¡ bibliogra¦ i skorowidz kluczowych terminów. W wielu miejscach, po dalsze szczegóªy pozwalam sobie odesªa¢ czytelnika do Internetu. W istocie rzeczy mógªbym nawet zarekomendowa¢ t¦ ksi¡»k¦ jako uporz¡dkowane wprowadzenie do dziedzin sztucznej inteligencji i logiki pozwalaj¡ce korzysta¢ z zasobów Internetu z rozeznaniem. W Internecie zawarta jest dzi± olbrzymia wiedza, z ka»dej niemal dziedziny, jednak ze swej natury jest to wiedza nie- Przedmowa 10 uporz¡dkowana, nie zawsze wiarygodna, i nie zawsze przedstawiona w sposób umo»liwiaj¡cy wªa±ciwe z niej korzystanie. W przypadku tematyki tej ksi¡»ki, szczególnie godne polecenia s¡ Stanford Encyclopedia of Philosophy , bardzo rzetelnie prowadzony projekt, z artykuªami zredagowanymi przez fachowców, oraz z pewnym zastrze»eniem pedia . Wiki- Ta ostatnia, mimo anonimowo±ci i zespoªowego reda- gowania haseª, i mimo krytyki ze strony ró»nych ekspertów, jest w miar¦ wiarygodna w dziedzinach wiedzy szczegóªowej. Zawarto±¢ haseª w tego typu dziedzinach oparta jest zwykle (mniej lub bardziej literalnie) na bardziej wiarygodnych drukowanych ¹ródªach i pozwala wyrobi¢ sobie ogólne wyobra»enie o opisywanej tematyce w sposób znacznie gª¦bszy ni» na podstawie drukowanych encyklopedii i leksykonów. Jako taka Wikipedia staje si¦ nieoceniona. Przy korzystaniu z tego ¹ródªa nale»y jednak zwróci¢ uwag¦ na dwa potencjalne problemy. Pierwszy, w przypadku haseª dotycz¡cych nauki, to cz¦sty brak wyja±nie« na bardziej elementarnym poziomie, wchodzenie od razu w specjalistyczn¡ terminologi¦ i wiedz¦. Tak zredagowane hasªa przydatne s¡ tylko dla tych, którzy posiadaj¡ ju» odpowiedni¡ wiedz¦ i rozeznanie w danej dziedzinie, a poszukuj¡ dalszych szczegóªów. Dla laików, dla mniej zorientowanych, takie hasªa s¡ maªo u»yteczne. Drugi problem to tendencyjno±¢ informacji. Wiele haseª tworzonych jest przez bezpo±rednio zainteresowanych odpowiedni¡ wymow¡ hasªa lub te» na podstawie tendencyjnych ¹ródeª (czego redaguj¡cy nie umie rozpozna¢). W rezultacie, caªo±ci projektu brak jest odpowiedniej równowagi, fachowego spojrzenia z dystansu, i cz¦sto si¦ zdarza, »e znaczenie jakich± wspóªczesnych osi¡gni¦¢ ograniczam si¦ tylko do nauki jest przecenione lub nieodpowiadaj¡ce Przedmowa 11 stanowi faktycznemu. (Zdarzaj¡ si¦ te» niestety przypadki bª¦dnego zreferowania tematu wynikaj¡ce z niezrozumienia istoty zagadnienia przez autorów hasªa, ale te s¡ stosunkowo rzadkie). Nie mo»na poleci¢ wi¦c Wikipedii, czy w ogóle Internetu, jako podstawowego ¹ródªa wiedzy (tak jak nie mo»na poleci¢ przeczytania encyklopedii z danej dziedziny jako sposobu na poznanie tej dziedziny). Wikipedi¦ mo»na natomiast ±miaªo poleci¢ jako ¹ródªo uzyskania dalszych szczegóªów dla osób zorientowanych w danej dziedzinie (zdolnych do ocenienia wiarygodno±ci artykuªów na dany temat), a tak»e jako dodatek do ogólnych opracowa«, w których rozlegªo±¢ tematyki zmusza do pomini¦cia wielu bardziej szczegóªowych tematów i zagadnie«. Celem mojej ksi¡»ki jest w szczególno±ci danie czytelnikowi odpowiedniego rozeznania, pozwalaj¡cego korzysta¢ swobodnie z bardziej specjalistycznej wiedzy zawartej w dii . Stanford Encyclopedia of Philosophy i Wikipe- Hasªa w skorowidzu umieszczonym na ko«cu ksi¡»ki s¡ na ogóª podkre±lone w tek±cie i mog¡ sªu»y¢ doskonale jako sªowa kluczowe wyszukiwa« w wymienionych ¹ródªach. Bªyskawiczny dost¦p do tych haseª czyni Internet bardziej efektywnym ¹ródªem wiedzy uzupeªniaj¡cej ni» spis literatury. * W tym miejscu chciaªbym podzi¦kowa¢ profesorom George'owi Grätzerowi z University of Manitoba w Winnipeg, Rudolfowi Willemu z Technische Hochschule Darmstadt, Ralphowi McKenziemu z Vanderbilt University w Nashville i Marinowi Gutanowi z Université Blaise Pascal w Clermont-Ferrand, dzi¦ki którym ponad cztery lata mojego »ycia mogªem sp¦dzi¢ na zagranicznych uniwersytetach i mi¦dzy Przedmowa 12 innymi studiowa¢ na bie»¡co osi¡gni¦cia w dziedzinie sztucznej inteligencji. Dzi¦kuj¦ Wiesªawowi Dziobiakowi z University of Puerto Rico za podarowanie mi swojego osobistego egzemplarza Articial Intelligence. A Modern Approach Rus- sella i Norviga. Szczególne podzi¦kowania skªadam Jerzemu Surmie z SGH w Warszawie. Jego entuzjazm i przyjacielskie wsparcie znacznie przyspieszyªy uko«czenie i wydanie tej ksi¡»ki. Chciaªbym wreszcie wspomnie¢ tu Stanisªawa Lema i podzi¦kowa¢ mu za komentarze do moich wczesnych tekstów na temat logiki oraz sprowokowanie mnie do gª¦bszych studiów nad sztuczn¡ inteligencj¡. Cz¦±¢ ilustracji inspirowana jest podobnymi ilustracjami w (Russell, Norvig 2009), a dwie s¡ wprost skopiowane za zezwoleniem Stuarta Russella, za co mu niniejszym dzi¦kuj¦. Dzi¦kuj¦ równie» redakcji Wydawnictw Naukowo--Technicznych, a w szczególno±ci redaktorowi Krzysztofowi Kossobudzkiemu, za bardzo »yczliwe przyj¦cie mojej ksi¡»ki i znakomit¡ wspóªprac¦. Wrocªaw, grudzie« 2010 r. Andrzej Kisielewicz Spis treści Przedmowa ............................................. CZ I: WPROWADZENIE 1. Komputer .......................................... 1.1. Kóªko i krzy»yk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Kodowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Odrobina fantazji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Komputer z pudeªek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Programowanie w j¦zyku maszynowym . . . . . . . . . 1.6. Architektura von Neumanna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7. System binarny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8. Programowanie w j¦zyku wy»szego rz¦du . . . . . . . 1.9. Praktyczne mo»liwo±ci komputera . . . . . . . . . . . . . . 2. Wizja Turinga ..................................... 2.1. Przedmiot bada« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Test Turinga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Czy komputer mo»e my±le¢? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Sukces czy pora»ka? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Silna AI i sªaba AI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Spis tre±ci 2 3. Póª wieku sztucznej inteligencji .................. 3.1. Entuzjastyczne pocz¡tki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Doza realizmu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. In»ynieria wiedzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Pi¡ta Generacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. Rok 2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. Kierunki bada« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7. Stan bada« w roku 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8. Inteligencja obliczeniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.9. HLAI i GAI sztuczna inteligencja na ludzkim poziomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Techniki rozwi¡zywania problemów ............. 4.1. Kombinatoryczna eksplozja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Problemy logiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Ogólne metody rozwi¡zywania problemów . . . . . . 4.4. Algorytm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Problemy przeszukiwania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Reprezentacje graczne problemów . . . . . . . . . . . . . 4.7. Przeszukiwanie grafu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8. Przeszukiwanie kierowane informacj¡ . . . . . . . . . . . 4.9. Heurystyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10. Na±ladowanie natury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Mechaniczny szachista ........................... 5.1. Szachy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Minimax i strategie gry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Funkcja ewaluacyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Algorytm alfa-beta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5. Sukces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6. Warcaby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7. Go . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 5.8. 3 Dalsze perspektywy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Dwa tysi¡ce lat logiki ............................ 6.1. Arystoteles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Pi¡ty postulat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Wizje Leibniza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4. Obalenie Euklidesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5. Matematyzacja logiki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6. wiatowy kongres matematyczny . . . . . . . . . . . . . . . 6.7. Antynomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.8. Program Hilberta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.9. Nierozstrzygalno±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.10. Istota obliczania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Idee wspóªczesnej matematyki ................... 7.1. Odkrycie liczby niewymiernej . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Rachunek prawdopodobie«stwa . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Wzór Bayesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4. Wielkie twierdzenie Fermata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5. Problem czterech barw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6. Matematyka dyskretna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7. Zawodna intuicja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.8. Ciaªa i grupy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9. Teoria zbiorów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.10. Co to jest liczba? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.11. Paradoksy niesko«czono±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.12. Argument przek¡tniowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.13. Twierdzenie Cantora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.14. Zbiór wszystkich sªów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CZ II: LOGIKA 8. Klasyczny rachunek zda« 8.1. ........................ Sylogistyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 4 8.2. Rachunek zda« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Koniunkcja i alternatywa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. Implikacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5. Negacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6. Inne spójniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.7. Metoda zero-jedynkowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8. Schematy wnioskowa« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.9. Inne uj¦cia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Peªna formalizacja ............................... 9.1. Kwantykatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Relacje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Aksjomatyzacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4. Teorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5. Formalizacja j¦zyka matematyki . . . . . . . . . . . . . . . 9.6. Hipoteza Goldbacha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7. J¦zyk formalny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.8. Termy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.9. Formuªy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.10. Zmienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.11. Aksjomaty logiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.12. Reguªy wnioskowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.13. Arytmetyka elementarna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.14. Twierdzenia i dowody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Metamatematyka .................................. 10.1. Semantyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2. Denicja prawdy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. Twierdzenie Gödla o peªno±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4. Twierdzenie o niesprzeczno±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5. Redukcja poj¦¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.6. Redukcja matematyki do logiki . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 5 10.7. Antynomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.8. Aksjomatyzacja teorii zbiorów . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.9. System ZF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.10. Aksjomatyzacja matematyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.11. Aksjomat wyboru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.12. Program Hilberta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.13. Póªrozstrzygalno±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Twierdzenie Gödla ................................ 11.1. Formalizacja metamatematyki . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Dowód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3. Immanentna niezupeªno±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4. Nieudowadnialno±¢ niesprzeczno±ci . . . . . . . . . . . . . 11.5. Nierozstrzygalno±¢ logiki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6. Metateoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Teoria oblicze« .................................... 12.1. Wyra»enia i termy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2. Algorytm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3. Efektywne rozstrzyganie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4. Kodowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5. Kodowanie binarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.6. Funkcje rekurencyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. Maszyny Turinga .................................. 13.1. Denicja maszyny Turinga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2. Przykªad I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3. Obliczanie funkcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4. Przykªad II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5. Równowa»no±¢ denicji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.6. Maszyna RAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7. Teza Churcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.8. Rozstrzygalno±¢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 6 13.9. J¦zyki formalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.10. Rozumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.11. Klasy rekurencyjno±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.12. Argument z teorii mnogo±ci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.13. Problem stopu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.14. Inne problemy nierozstrzygalne . . . . . . . . . . . . . . . . 14. Praktyka oblicze« ................................. 14.1. Teoria i praktyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2. Algorytmy praktyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3. Czas wielomianowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4. Zªo»ono±¢ obliczeniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5. Klasa NP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.6. P6=NP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.7. Szyfrowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. Logiki nieklasyczne i metodologia nauk ......... 15.1. Logiki wielowarto±ciowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2. Logiki modalne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3. Logika intuicjonistyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4. Logiki dopuszczaj¡ce sprzeczno±¢ . . . . . . . . . . . . . . 15.5. Logika rozmyta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6. Logika indukcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.7. Wiedza analityczna i syntetyczna . . . . . . . . . . . . . . 15.8. Bayesianizm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.9. Zakªad holenderski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.10. Logika prawdopodobie«stwa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.11. Logika nieformalna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.12. Dedukcjonizm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.13. Metodologia nauk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.14. Denicje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.15. Braki logiki formalnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 7 CZ III: SZTUCZNA INTELIGENCJA 16. In»ynieria wiedzy ................................. 16.1. Bazy wiedzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2. Mechanizm wnioskowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3. Rezolucja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4. Koniunkcyjna posta¢ normalna . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5. Eliminacja kwantykatorów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.6. Unikacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.7. W kierunku praktyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.8. Walka z kombinatoryczn¡ eksplozj¡ . . . . . . . . . . . . 16.9. Automatyczne dowodzenie twierdze« . . . . . . . . . . . 16.10. Hipoteza Robbinsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.11. Programowanie logiczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.12. Systemy ekspertowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17. Rozumowania zdroworozs¡dkowe ................ 17.1. Formalizacja wiedzy zdroworozs¡dkowej . . . . . . . . 17.2. Ontologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3. CYC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4. Ramy i sieci semantyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5. Logiki deskrypcji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.6. Kªopoty z logik¡ pierwszego rz¦du . . . . . . . . . . . . . 17.7. Niepewno±¢ wiedzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.8. Sieci bayesowskie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.9. Logiki niemonotoniczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.10. Logika domniema« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.11. Perspektywy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18. Inteligencja obliczeniowa ......................... 18.1. Obliczeniowy model mózgu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2. Perceptron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3. Uczenie neuronu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 8 18.4. Sztuczne sieci neuronowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5. Perspektywy sieci neuronowych . . . . . . . . . . . . . . . . 18.6. Mózg i komputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7. Algorytmy genetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.8. Obliczenia ewolucyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.9. Inteligencja rojowiska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.10. Inteligencja obliczeniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.11. Perspektywy inteligencji obliczeniowej . . . . . . . . . . 19. Maszyny ucz¡ce si¦ ............................... 19.1. Drzewa decyzyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.2. Funkcje boolowskie i hipotezy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.3. Ucz¡ce si¦ programy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.4. Uczenie gier logicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.5. Teoria uczenia si¦ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.6. Uczenie obliczeniowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.7. Ogólna teoria wnioskowania indukcyjnego . . . . . . 19.8. Prawdopodobie«stwo algorytmiczne . . . . . . . . . . . . 19.9. Maszyna Gödla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20. Przetwarzanie j¦zyka naturalnego ............... 20.1. Trzy problemy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2. Rozpoznawanie mowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.3. Struktura gramatyczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4. Analiza znaczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.5. Znaczenie zdania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.6. NLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7. Tªumaczenie maszynowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.8. Mówi¡ce bazy danych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.9. Komputer rozumny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.10. Wyszukiwanie informacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.11. Chatboty i inne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spis tre±ci 9 21. Sztuczna inteligencja i otoczenie ................ 21.1. Automatyczne planowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Robotyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Komputerowe widzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4. Kognitywistyka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5. Prawo Moore'a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6. Futurologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22. Perspektywy ....................................... 22.1. Problem bada« interdyscyplinarnych . . . . . . . . . . . 22.2. Problemy z logik¡ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3. Rozpoznanie kl¦ski poznawczej . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.4. Logika formalna i sztuczna inteligencja . . . . . . . . . 22.5. Metoda naukowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.6. Podej±cie in»ynierskie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.7. Sceptycyzm i optymizm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.8. Sztuczna inteligencja w matematyce . . . . . . . . . . . 22.9. Wiedza nieformalna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.10. Realne perspektywy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.11. Ograniczone dziedziny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.12. W kierunku rozumienia j¦zyka naturalnego . . . . . Bibliograa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Skorowidz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .