introducción a la inteligencia artificial

Introduccin a la inteligenciaartificial

Historia de la inteligencia artificial 14

En la mitologa 14En la Antigedad 16En las matemticas 18En la ciencia 19

Qu es la inteligencia? 21Tecnologas relacionadas 23Aplicaciones 24Resumen 25Actividades 26

Captulo 1

Para comprender la inteligencia artificial

debemos conocer su historia. Algunas

personas piensan que dicha historia

es corta, ya que se desarrolla desde

mediados del siglo XX hasta la fecha.

Sin embargo, las bases de la inteligencia

artificial pueden rastrearse desde

la poca de la Antigua Grecia.

Inteligencia artificial

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01_inteligencia.qxp 15/08/2007 04:39 p.m. Pgina 13

HISTORIA DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIALLas races de la inteligencia artificial se hallan en la historia misma de la humani-dad, y no slo en su historia, tambin en los mitos y leyendas de muchas culturas.Si bien estas culturas no hablaban como tal de computadoras pensantes, s se ha ob-servado que se mencionan inteligencias artificiales o creadas por humanos. Es decir,que la idea de inteligencias creadas artificialmente siempre ha despertado inters en laraza humana. Por primera vez, quizs estemos cerca de lograr este tipo de inteligencias.Empecemos con un recorrido por los mitos ms representativos de esta idea.

En la mitologaEncontramos un primer ejemplo en la mitologa griega. Hera tiene un hijo lla-mado Hephaestus, quien ha creado un hombre hecho de bronce llamado Talos.La misin de Talos era proteger Creta. Aqu, al parecer, en trminos modernos,

tenemos la historia de un androide protector.

Otro mito es el de Pygmalin, un rey-artista que crea unaescultura de marfil en la cual representa su ideal de mu-jer. La diosa Afrodita le concede vida a la escultura y leda como nombre Galatea.

Figura 1. El mito de Pygmalin y Galatea ha inspirado

a diversos artistas a lo largo de la historia. Aqu tenemos

la interpretacin de Boris Vallejo sobre este relato.

Se sabe tambin que Ddalo, un famoso inventor de la Antigedad, haba creadogente artificial. Al parecer, la creacin de esta clase de seres constituye una inquie-tud presente en ingenieros, inventores y escritores. Pero la construccin de una m-quina que slo se asemeje al ser humano no resulta suficiente, lo que en realidad seha buscado es que tenga inteligencia.

1. INTRODUCCIN A LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL

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Existen muchos tipos diferentes de robots, pero uno en particular muy interesante es el androide:

un robot antropomorfo que, adems de imitar la apariencia humana, remeda algunos aspectos de

su conducta de manera autnoma. La caracterstica particular de estos robots es que tienen forma

de ser humano, con piernas, brazos, tronco y cabeza.

LOS ANDROIDES


Estos mitos no se detienen en la Antigua Grecia. Se cuenta que el papa Silvestre IIconstruy un artefacto que poda predecir el futuro. Este aparato era una cabeza hu-mana mecnica, capaz de pronunciar dos palabras: s y no. La gente le preguntaba,y la cabeza contestaba, prediciendo de esta manera el futuro.

Al parecer, una mquina que deca dos palabras no result suficiente. Tambinsabemos que astrlogos rabes de la Antigedad construyeron un artefacto co-nocido como Zairja, que supuestamente ya presentaba inteligencia. Adems, setienen noticias de una mquina similar llamada Ars Magna, pero de origen cris-tiano, con caractersticas parecidas.

El homunculus fue creado por Paracelsus y era un hombre pequeito. El ra-bbi Judah ben Loew tambin tena inters en la crea-cin de seres artificiales y, utilizando barro, cre unpequeo hombre viviente. Este hombre tena pornombre Jospeh Golem, y se le haba encomendadouna misin de espionaje en Praga. Por alguna razn,el hombre de barro se volvi violento y agresivo, porlo que hubo que destruirlo.

Figura 2. En este grabado del siglo XIX,

observamos la creacin del homunculus.

Es interesante notar cmo, desde hace siglos,

el ser humano tiene la idea de los seres artificiales.

No podemos olvidar al ser artificial ms conocido de todos: Pinocho. Pinocho era unnio de madera que obtuvo la vida gracias a la magia del Hada Azul. En la literatura,encontramos desarrollada esta idea. Frankenstein resulta quizs el mayor ejemplo mo-derno de la inquietud por parte de un cientfico de crear un ser artificial. A partir delsurgimiento de la ciencia ficcin como gnero literario, aparecen, cada vez con ms fre-cuencia, seres artificiales, robots inteligentes y computadoras con superinteligencia ar-tificial. Recordemos a Isaac Asimov con su famoso libro, Yo robot.

Historia de la inteligencia artificial

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A partir de la historia de Jospeh Golem, se ha utilizado la palabra Golem como un trmino que

define a un hombre artificial. Este nombre no slamente se ha aplicado a los robots en los vi-

deojuegos y leyendas, sino que tambin ha sido aplicado a seres creados por medios mgi-

cos, tanto en pelculas como en series de Ciencia Ficcin.

EL GOLEM


En los ltimos aos, el cine ha retomado la idea y ha mostrado una evolucin. Enpelculas como IA y El hombre del bicentenario, encontramos pinochos moder-nos. La tesis de estos filmes no consiste solamente en la creacin de un ser artificial;va ms all de la mquina que luce como un hombre, de la inteligencia artificial: esla mquina que intenta convertirse en un ser humano.

Todo lo anterior se refiere a mitos y a personajes de ficcin, pero nos permiteempezar a entender de dnde viene la inteligencia artificial, al menos como unainquietud de la raza humana. Quizs el hombre, en su interior, ansa ser comoPrometeo y llevar la inteligencia a algn otro ser.

No debemos olvidar que, histricamente, ha existido una tendencia al rechazo delas mquinas inteligentes. Esta tendencia ha disminuido durante los ltimos cin-cuenta aos, quiz debido a que se comprende mejor lo que es la inteligencia hu-mana y lo que es una inteligencia artificial.

En la AntigedadAhora veremos la historia de la inteligencia artificial desde la perspectiva de perso-nas que realmente existieron. Nuevamente regresamos a la Antigua Grecia.Aristteles ha sido uno de los ms grandes filsofos de todos los tiempos. Entre sus

trabajos encontramos la Fsica, donde describe el estu-dio de las cosas que cambian. Es importante para no-sotros porque hace la distincin entre la materia y laforma, dndonos las bases para la computacin simb-lica y la abstraccin de datos. El abstraer la forma de lamateria nos permite representarla y trabajar sobre ellasin modificar su materia.

Figura 3. Aqu tenemos a Aristteles pintado

por el artista Francesco Hayez. El filsofo sienta las bases para la computacin simblica.


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Es bueno separar la materia de la forma, pues nos brinda mucha flexibilidad y la capacidad de cre-

ar abstracciones. La materia nos indica de qu est hecho algo, pero la forma nos da idea de lo que

es. El ejemplo clsico son las esculturas. Podemos utilizar mrmol como materia y darle la forma

de una mujer. Pero tambin podemos utilizar madera como material y darle la misma forma.

MATERIA Y FORMA


El aporte de Aristteles no se limita a la Fsica, ya que en la Metafsica encontra-mos ideas muy tiles para nuestros fines. Tambin nos da la Lgica, y la idea deque el estudio del pensamiento por s mismo nos aporta la base de cualquier cono-cimiento. La lgica de Aristteles nos permite saber si algo es verdadero en relacincon otras cosas que consideramos verdaderas.

Actualmente, podemos pensar que la Lgica de Aristteles es bsica, pero sent lasbases para las formas modernas de lgica y de razonamiento.

El Renacimiento brinda nuevas herramientas mentales. En este perodo, se tratade entender a la naturaleza de una manera emprica. Quizs el pensamiento msimportante para la inteligencia artificial que surgi en estos tiempos es que cual-quier proceso puede ser analizado matemticamente. De esta manera, permite sercomprendido y, al ser comprendido, se podr reproducir.

Coprnico nos brinda una idea reveladora: lo que percibimos del mundo puede serdiferente de lo que realmente es. Esto crea una divisin entre lo que pensamos delas cosas y lo que son en realidad. Galileo, por medio de la observacin cientfica,confirm esto y abri la puerta a una nueva era, en la que las matemticas comen-zaron a usarse como una herramienta para definir al mundo.

Continuando con nuestro viaje, encontramos a Ren Descartes quien, por mediode la introspeccin, busca las bases de la realidad. Descartes decide que la informa-cin que obtiene por medio de los sentidos puede engaar, por lo que la toma co-mo falsa. De esta manera, empieza sistemticamente a dudar de todo, incluso de supropia existencia. Llega a la conclusin de que su existencia solamente puede ser jus-tificada en trminos de su propio pensamiento. A Descartes se lo recuerda por sufamosa frase: Cogito ergo sum, es decir, pienso luego existo.

Todo esto nos ha llevado paulatinamente a una divisin entre la mente y el mun-do fsico. El proceso del pensamiento puede ser separado del entorno fsico don-de ocurre. Es decir que el mundo de las ideas no coincide necesariamente con el


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Antes de Coprnico se crea que los planetas y el Sol giraban alrededor de la Tierra, y esa teora

constitua la cosmologa aceptada en la poca. Coprnico rompe con esta creencia al indicar que to-

dos los planetas giran alrededor del Sol. Su libro, The revolutionibus orbium coelestium, es consi-

derado como el punto inicial de la astronoma moderna.

NICOLS COPRNICO



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mundo fsico. Los procesos mentales tienen su propia existencia y pueden ser es-tudiados por s mismos. A partir de entonces, han surgido diferentes formas dereunificar la mente y el cuerpo.

En las matemticasUn gran matemtico, Gottfried Leibniz, cre el primer sistema formal de lgica. Loimportante de dicho sistema reside en que se puede utilizar para construir mquinasque realicen clculos en forma automtica. Euler, por su parte, sent las bases parala teora de grafos, los cuales se usan actualmente en la inteligencia artificial.

Figura 4. En este diagrama podemos observar la distribucin de los puentes

en el problema resuelto por Euler. La solucin de este

problema llev al primer teorema de la teora de grafos.

Charles Babbage cre la mquina diferencial, la cual se utilizaba para calcular losvalores de determinadas funciones. Esta mquina resulta un punto clave, ya quesienta las bases de procesamiento y clculo realizado por mquinas, aunque desdeluego no podemos decir que fuera inteligente. Tambin dise la mquina anal-tica, una mquina programable de propsito general, que presenta las bases de laarquitectura que posteriormente utilizaran las computadoras como las conocemos.

Leonhard Euler es famoso por haber estudiado la solucin a los puentes de Knigsberg. En es-

ta ciudad haba siete puentes, y el problema consista en atravesar todos los puentes una sola

vez y regresar al punto de inicio. El estudio de este problema es importante, pues forma el pri-

mer teorema de la teora de grafos.

EULER Y LOS PUENTES


Figura 5. En esta fotografa vemos una reproduccin de la mquina

analtica de Babbage que se encuentra en el Museo de Ciencias en Londres.

Otro matemtico muy importante fue George Boole, ya que sent las bases para for-malizar las leyes de la lgica por medio de la creacin del lgebra de Boole. Ma-temticos posteriores tomaron su trabajo y continuaron avanzando en este campo.

Ms adelante, Gottlob Frege crea un lenguaje de especificaciones matemticaspara describir la aritmtica. Su trabajo se encuentra en la obra conocida comoFundamentos de Aritmtica. El lenguaje de Frege se conoce ahora como clcu-lo de predicados de primer orden y se utiliza en la inteligencia artificial para in-ferir nuevas expresiones verdaderas.

Ya en el siglo pasado, Russell & Whitehead trabajaron en un sistema matemticoque pudiera representar a las matemticas por medio de operaciones y axiomas. Sutrabajo se aplica en la inteligencia artificial, en particular en los sistemas que per-miten comprobar teoremas en forma automtica.

En la cienciaOtros grandes cientficos han contribuido a crear esta disciplina, entre ellos AlfredTarski, Scout, Burstall, Plotkin.

Sin embargo, un cientfico en particular se destaca en la historia de la inteligenciaartificial, su nombre es Alan Turing. Este britnico se interesaba en la posibilidadde crear una verdadera inteligencia artificial. Escribi un artculo en el cual tratabade contestar la pregunta sobre si las mquinas pueden pensar o no, y donde se con-


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sideraban diferentes objeciones a esta posibilidad. Uno de los puntos importantesresida en la dificultad para definir lo que es la inteligencia en s. Aun si podemosdefinirla, la pregunta ms importante es: cmo reconocer la inteligencia artificial?

Para esto, Turing ide una prueba. En la prueba conocida como el test de Turing,l espera poder medir la supuesta inteligencia artificial frente a la inteligencia de unser humano. Ya que ste es el nico parmetro de inteligencia con el que se cuenta.

En este test, se tiene una persona llamada el interrogador que se encuentra aislada enun cuarto que contiene, solamente, una terminal de computadora. Esa terminal estconectada a otra computadora con un software de inteligencia artificial y a otra termi-nal controlada por una persona. El interrogador puede hacer cualquier pregunta y nosabe si la respuesta que obtiene es de la computadora o de la otra persona. Si debido alas respuestas puede deducir fcilmente quin es la computadora, entonces supondre-mos que esa computadora no es inteligente. Sin embargo, si no puede diferenciarlos,entonces, asumiremos que la computadora muestra inteligencia.

El test de Turing resulta interesante, pero ha tenido muchas crticas a lo largo deltiempo. La principal es que la inteligencia debe ser del estilo humano para que el testfuncione como est planeado. Esto nos abre a la opcin de que podemos encontraro crear inteligencias que no necesariamente se amolden al esquema humano.

Figura 6. El diagrama nos muestra el test de Turing, con el interrogador

aislado de la inteligencia artificial y del sujeto. Puede hacerse fcilmente

para comprobar la inteligencia de nuestros programas.

Sujeto Inteligencia artificial

Interrogador


Qu es la inteligencia?

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QU ES LA INTELIGENCIA?En este momento hemos llegado a un punto importante y nos debemos preguntar:qu es la inteligencia y qu es la inteligencia artificial? Veamos algunas respuestasa estas preguntas fundamentales para el tema que estamos tratando.

El ganador del Pulitzer, Douglas Hofstadter, cre una lista de las habilidades fun-damentales de la inteligencia. Es decir, que una entidad inteligente, ya sea humanao computacional, debe cubrir la siguiente lista:

Responder a las situaciones de manera muy flexible. Darle sentido a mensajes ambiguos o contradictorios. Reconocer la importancia relativa de los diferentes elementos en una situacin. Encontrar similitudes entre situaciones a pesar de las diferencias que las separan. Encontrar diferencias entre situaciones a pesar de las similitudes que las ligan.

Elaine Rich da una definicin:

La inteligencia artificial es el estudio de cmo hacer que las computadoras hagan cosas, que hasta el momento, las personas hacen mejor.

Es obvio que hay cosas que las computadoras pueden hacer mejor que las personas.Entre estas, se encuentran los clculos matemticos, las operaciones repetitivas, la ca-pacidad de recordar cantidades enormes de datos de forma muy rpida y sin errores.Pero las personas son mejores que las computadoras en otro tipo de actividades. Losseres humanos se destacan al entender la informacin, en lugar de procesarla.

Barr y Feigenbaum dan una definicin ms til sobre la inteligencia artificial:

La inteligencia artificial es la parte de las ciencias computacionales que se encarga de disear sistemas de cmputo inteligentes, esto es, sistemas que exhiban caractersticas que asociamos con la inteligencia en el comportamiento humano.

El test de Turing originalmente se llamaba el juego de imitacin. En ste, existe un interrogador

y dos personas. El interrogador, aislado de ellas. El sujeto A siempre debe decir la verdad, y el

sujeto B siempre debe mentir. El interrogador debe decir qu sujeto es hombre y cul es mujer,

basndose nicamente en sus respuestas.

EL TEST DE TURING



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Esta definicin no se refiere tanto al proceso, como en la definicin de Rich, sinoms bien est dirigida al comportamiento. Entonces, una computadora inteligenteemular el comportamiento de los humanos. Debemos saber cmo los humanosresuelven un problema, para que la computadora lo resuelva de manera similar.

Los cientficos cognoscitivos se han dado a la tarea de estudiar los procesos queusan a los seres humanos para mostrar un tipo de inteligencia en particular. Estos procesos son programados en una computadora con la esperanza de simu-lar en ella el comportamiento inteligente. Este tipo de trabajo se conoce actual-mente como modelado o simulacin.

Cuando se hace uso del modelado de inteligencia artificial, no es posible lograr el pro-ceso correctamente simulado al primer intento, por lo que se lleva a cabo un ciclo pa-ra mejorarlo progresivamente. Este ciclo se conoce como ciclo de retroalimentacin.

Figura 7. Aqu podemos ver el ciclo de retroalimentacin con sus etapas. La mejora

progresiva resulta fundamental para los programas de inteligencia artificial.

Existen otras tendencias dentro de la inteligencia artificial. Se pueden crear tam-bin computadoras que presenten caractersticas de inteligencia, aunque no nece-sariamente se utilicen los mismos procedimientos que usan los humanos. Es de-cir que podemos tener formas de inteligencia diferente de la humana. La duda essi, en algn momento en el futuro, se tendrn mquinas que realmente piensen yno que slo emulen la inteligencia.

Programade computadora

Validacin de las teorias

Teorias

El ciclo de retroalimentacin cuenta con tres etapas. En la primera, los cientficos desarrollan

teoras sobre un comportamiento humano. En la segunda etapa, las teoras son programadas en

la computadora y, en la tercera etapa, se hacen pruebas sobre la validez de dichas teoras. Con

el conocimiento obtenido de estas pruebas, se mejoran las teoras, y el ciclo se repite.

CICLO DE RETROALIMENTACIN


Otra definicin que nos brinda una nueva perspectiva sobre la inteligencia artificiales la creada por Buchanan y Shortliffe:

La inteligencia artificial es la rama de las ciencias computacionales que se encarga de la resolucin de problemas de una manera simblica, no algortmica.

Pero Buchanan tambin nos da otra definicin interesante:

La inteligencia artificial es la rama de las ciencias computacionales que se encarga de las maneras de representar el conocimiento usando smbolos en lugar de nmeros y con mtodos heursticas para procesar la informacin.

Es decir que, en la inteligencia artificial, se puede trabajar con smbolos, tal y comolo hacen los seres humanos. Y tambin se pueden obtener resultados sin un sistemargido paso a paso como en el caso de los algoritmos.

No podemos finalizar un recuento de la historia de la inteligencia artificial sin ha-blar de la conferencia de Dartmouth. En 1956 en el Dartmouth College en NewHampshire, se reunieron un grupo de cientficos. Estos cientficos provenan de di-ferentes disciplinas y todos ellos hacan uso de la computadora para sus investiga-ciones sobre la simulacin de la inteligencia humana. Estas disciplinas abarcabanprofesionales de la computacin, matemticos, psiclogos, neurlogos, etctera.

John McCarthy sugiri el trmino inteligencia artificial para nombrar a este nue-vo campo sobre el cual todos estaban trabajando. El trmino se ha utilizado a par-tir de esa fecha.

TECNOLOGAS RELACIONADASExisten diferentes tipos de tecnologas que forman parte de lo que conocemos co-mo inteligencia artificial.

Por un lado, existen los sistemas expertos, programas de cmputo que tienen co-nocimientos especficos sobre un tema. Estos conocimientos son dados por exper-tos humanos en un rea en particular y colocados dentro del programa junto conreglas y heursticas. Estos programas tienden a enfocarse directamente en el temasobre el cual se especializan y no tienen la facultad de aprender de su experiencia.

La estadstica tambin es usada en la inteligencia artificial, principalmente cuando el

Tecnologas relacionadas

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sistema se enfrenta a la incertidumbre producida por la falta de informacin. En es-tos casos, el sistema es capaz de tomar una decisin aun teniendo datos incompletos.

El software de inteligencia artificial puede tener mecanismos que le permitan elaprendizaje, como es el caso de las redes neuronales. Cuando se requiera un siste-ma de control sencillo, se puede usar una mquina de estados finitos.

Algunas veces, es necesario trabajar con datos de los cuales no conocemos los valo-res exactos; en estos casos, utilizamos la lgica difusa. Por su parte, los algoritmosgenticos pueden llegar a soluciones para un problema en particular.

Durante este libro veremos las bases para estas tecnologas, usando el lenguaje deprogramacin C#. Al principio, pueden parecernos difciles, pero haremos aplica-ciones sencillas que muestren las bases de su implementacin.

APLICACIONESLa inteligencia artificial tiene muchas aplicaciones, de hecho es muy posible que eneste momento tengamos en casa aparatos electrnicos que utilicen algn tipo de tec-nologa relacionada con la inteligencia artificial.

Un calentador de agua puede usar una mquina de estados finitos para su control.La lavadora automtica de ropa puede utilizar lgica difusa para seleccionar el ci-clo de lavado, la temperatura del agua y la cantidad de detergente.

Las cmaras de video y de fotografa tambin pueden hacer uso de la lgica difusapara enfocar la imagen y otro tipo de tecnologa para seleccionar las caractersticasnecesarias para tomar la mejor foto.

Los automviles modernos usan sistemas inteligentes para proporcionar un mejorfrenado, y evitar los derrapes en curvas y caminos los das de lluvia.

Los videojuegos actuales hacen uso de la inteligencia artificial de muchas mane-ras diferentes: la seleccin de la estrategia por utilizar, la bsqueda del jugadoradentro de un ambiente complejo, el evitar la colisin con el jugador, el controlde los personajes, etctera.

Sistemas de inteligencia artificial se usan en los mercados financieros o como apo-yo en consultas mdicas para la evaluacin de los sntomas.


Aplicaciones

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Un sistema de inteligencia artificial puede ser usado para controlar el riego y la dis-tribucin de fertilizantes en las plantaciones. Incluso, se usa en las mquinas de bs-queda en Internet para dar mejores resultados y encontrar pginas significativas.

En los captulos siguientes veremos muchos elementos relacionados con la inteli-gencia artificial. Nuestro primer intento ser una mquina de estados finitos paraun robot que debe recoger objetos y dirigirse a su fuente de energa. Luego, por me-dio de la lgica difusa, simularemos una pelota que hay que mantener flotando pormedio de un ventilador. Posteriormente, los algoritmos genticos nos ayudarn a si-mular la evolucin de un grupo de flores. Hacia la mitad del libro, tendremos con-tacto con las redes neuronales, que poseen la capacidad de aprender. Con los siste-mas expertos, crearemos un entretenimiento que puede predecir la jugada del usua-rio. La computadora nos ayudar a tomar decisiones en condiciones de incerti-dumbre, utilizando inteligencia artificial probabilstica. Luego, aprenderemos las ba-ses de la teora de grafos y varios algoritmos que nos permitirn hacer bsquedas decaminos y crear aplicaciones de navegacin para robots o videojuegos.

RESUMEN

La inteligencia artificial, si bien como ciencia apareci durante el siglo pasado, ha tenido una

larga historia que podemos descubrir desde los orgenes del pensamiento humano. Actual-

mente, posee mltiples aplicaciones en la casa, la industria y el comercio. Ha dejado de ser una

ciencia de los laboratorios y ha entrado a formar parte de la vida cotidiana. An hace falta des-

cubrir cmo sera una computadora inteligente, y la pregunta algn da las mquinas podrn

pensar? permanece sin respuesta.


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TEST DE AUTOEVALUACIN

1 Desde qu poca se encuentran ideas ti-

les para la inteligencia artificial?

2 Cmo se define la inteligencia?

3 Cmo se define la inteligencia artificial?

4 Opine si el test de Turing es vlido.

5 Cmo se prueba que una mquina tiene in-

teligencia?

6 En la literatura universal, dnde se encuen-

tran ejemplos de inteligencias artificiales?

7 Los androides son robots ms inteligentes

que otros?

ACTIVIDADES

8 Dnde se encuentran ejemplos del uso de

la inteligencia artificial?

9 En el futuro, ms aparatos electrnicos

utilizarn la inteligencia artificial?

10Podrn las mquinas llegar a ser inteli-

gentes?

11 Qu problemas de la vida cotidiana, podran

solucionarse con inteligencia artificial?

12La inteligencia artificial debera imitar la

inteligencia humana o encontrar su propia

ruta de desarrollo?


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introducción a la inteligencia artificial

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