Liceo Scientifico “Nino Cortese”

Maddaloni

Docente referente: Prof. Luigi MorettiDocente referente della scuola: Prof.ssa Luigia Motti

“L’aritmetica delle macchine e la macchina della mente”

I computer sono incredibilmente veloci, accurati e stupidi. Gli uomini

sono incredibilmente lenti, inaccurati e intelligenti. Insieme

sono una potenza che supera l'immaginazione.

(A. Einstein) .

Un po’ di Filosofia…• Cartesio sosteneva che la mente e la realtà materiale sono

fatti di due sostanze diverse, e che rispondono a leggi del tutto diverse. Ma se la mente è irriducibilmente separata dalla materia (e dunque dal corpo), come è possibile che queste due entità interagiscano?

• Cartesio rispondeva a questa domanda introducendo il concetto di ghiandola pineale, un organo che doveva fare da ponte fra il pensiero e la materia. Successivamente Leibniz introdurrà il concetto di un’armonia “prestabilita”, per cui la mente e il corpo sarebbero simili a due “orologi” sincronizzati. In ogni caso, una soluzione al problema non è stata tuttora trovata.

• La causa del movimento del mio corpo, infatti, è un mio pensiero. Ma come può una sostanza immateriale esercitare una azione causale su una sostanza materiale?

• Una delle idee ricorrenti in molti pensatori è che il pensiero sia, in ultima analisi, una forma di calcolo che la mente effettua manipolando qualche tipo di simboli, o idee.

• In questo caso, non esiste nessuna ragione di principio per cui un computer non possa avere una mente intelligente in tutto e per tutto uguale a quella di un essere umano. Per conseguire tale obiettivo 'basterebbe', per così dire, capire che genere di calcoli sono alla base della nostra mente, e trasformarli in programmi per un computer.

Cervello umano

Reti neurali

Macchina di Von

NeumannIntelligenza Artificiale

La struttura cellulare del cervello e la sua

fisiologia

Il cervello è costituito da un enorme insieme di cellule, denominate neuroni. I neuroni sono costituiti da un corpo centrale o soma, dal quale si dipartono una serie di prolungamenti filiformi; alcuni di questi prolungamenti sono piuttosto 'corti' e terminano a loro volta in strutture fortemente ramificate: essi sono denominati dendriti. Ogni neurone è collegato mediante le sue terminazioni sinaptiche ai dendriti di molti altri neuroni.

I neuroni comunicano tra loro scambiandosi dei segnali elettrici e attivandosi reciprocamente.I segnali in uscita da un neurone viaggiano sotto forma di minuscoli impulsi elettrici che vanno dal nucleo della cellula, lungo l'assone, fino alle sinapsi. Quando le cariche giungono alle terminazioni sinaptiche esse inducono la liberazione di particolari molecole dette neurotrasmettitori, i quali scatenano una reazione chimica che permette il passaggio del segnale elettrico da un neurone all'altro.

Le Reti Neurali

Una rete neurale è una struttura formata da un certo numero di unità collegate tra loro da connessioni. Attraverso le connessioni un'unità influenza fisicamente le altre unità con cui è collegata. Esistono due tipi di reti neurali:

• Il primo è il "tipo biologico". Ha l'obiettivo di imitare sistemi neurali biologici, come le funzionalità auditive e visive.

• Il secondo tipo è guidato dalle applicazioni. E' meno interessato a "mimare" funzioni biologiche. Questi modelli sono anche denominati "architetture connessioniste".

Una rete neurale è costituita da un insieme di nodi (neuroni) collegati. Per ogni nodo vi sono dei collegamenti (a cui sono associati dei pesi) di input (da cui arrivano segnali) e dei collegamenti di output (attraverso cui la rete emette segnali). I nodi possono assumere due stati (livelli di attivazione): stato di riposo e stato di attivazione. Quando un nodo è in stato di attivazione esso invia dei segnali ai nodi con cui è collegato, mentre quando è in stato di riposo, non invia segnali.

• Di solito i pesi delle connessioni non sono prefissati, ma vengono fatti evolvere nel tempo sulla base di opportune regole, in modo che la rete “apprenda” a svolgere il compito che le è richiesto.

• Per lo più, all’inizio i pesi delle connessioni sono attribuiti in maniera casuale. Dopo di che le reti vengono “addestrate”: i pesi vengono modificati sulla base delle regole di apprendimento, in maniera che i risultati approssimino via via quelli desiderati.

• La "conoscenza" di una rete è quindi immagazzinata nei pesi delle connessioni. I connessionisti enfatizzano questa capacità di apprendimento come una delle peculiarità delle reti neurali rispetto ai modelli computazionali tradizionali.

Dal punto di vista della implementazione, una rete neurale può essere simulata interamente 'via software' mediante un normale calcolatore digitale; oppure può essere realizzata direttamente a livello hardware, mediante la connessione di molti semplici microprocessori in grado di lavorare in parallelo.

La macchina di Von Neumann

JOHN VON NEUMANN

(Budapest, 28 dicembre 1903 – Washington, 8 febbraio 1957)

Matematico e informatico ungherese naturalizzato statunitense, fu una delle personalità scientifiche preminenti del XX secolo cui si devono fondamentali contributi in campi come teoria degli insiemi, analisi funzionale, fisica quantistica, informatica, teoria dei giochi e in molti altri settori della matematica.

MACCHINA DI VON NEUMANN L'architettura di von

Neumann o “macchina di von Neumann” è un'architettura hardware per computer digitali.

Essa si contraddistingue principalmente per la capacità di memorizzare i dati e le istruzioni nella stessa memoria, caratteristica che la contrappone all’architettura Harvard.

DescrizioneLo schema si basa su cinque componenti fondamentali:• CPU (o unità di lavoro) costituita dai circuiti elettronici

capaci di leggere, decodificare ed eseguire le istruzioni di un programma una alla volta. Essa si divide a sua volta in– Unità operativa, nella quale uno dei sottosistemi più rilevanti è

l'unità aritmetica e logica (o ALU)– Unità di controllo

• Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale (RAM, Random Access Memory)

• Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati

• Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore

• Bus, un canale che collega tutti i componenti fra loro

All'interno dell'ALU è presente un registro detto accumulatore, che fa da buffer tra input e output grazie a una speciale istruzione che carica una parola dalla memoria all'accumulatore e viceversa.I moderni computer di uso comune sono progettati secondo l'architettura Von Neumann. Difatti essa regola non solo gli insiemi, ma l'intera architettura logica interna degli stessi, ovvero la disposizione delle porte logiche, perlomeno per quanto riguarda la parte elementare, sulla quale si sono sviluppate le successive evoluzioni

• Le fasi di elaborazione si succedono in modo sincrono rispetto alla cadenza imposta da un orologio di sistema (clock): è l’unità di controllo, contenuta dentro la CPU, che durante ogni intervallo di tempo coordina le attività che vengono svolte dentro la stessa CPU o negli altri elementi del sistema

• Il limite più evidente del modello di Von Neumann è la rigida sequenzialità del suo funzionamento

• Architetture più recenti permettono, tramite il parallelismo, di eseguire contemporaneamente più operazioni.

L’Intelligenza Artificiale

L'intelligenza artificiale è una disciplina scientifica che si occupa di analizzare i meccanismi soggiacenti alle facoltà cognitive degli esseri umani (come il linguaggio, il ragionamento, la capacità di risolvere problemi, la percezione). L'obiettivo dell'intelligenza artificiale è realizzare computer che, opportunamente programmati, siano in grado di riprodurre il comportamento e il ragionamento umano ed in grado, quindi, di simulare il processo di scelta umana ed accumulare esperienza.

Origine del termine intelligenza artificiale

Circa 50 anni fa, durante un famoso seminario al Dartmouth College, veniva ufficialmente introdotto il termine “intelligenza artificiale”.

Vi era allora un'atmosfera di euforia tecnologica indotta dall'avvento del computer, una macchina in grado di manipolare simboli, e l'I.A. sembrava a portata di mano.

Che cosa è successo dopo?

Lo sviluppo dell'intelligenza artificiale avviene attorno alla metà del Novecento per opera di Alan Turing (1912-1954) che oltre al modello ideale di calcolatore automatico "universale" (la «macchina di Turing»), propose il «gioco dell'imitazione», ossia un paradigma per stabilire se una macchina è "intelligente". Nel suo noto articolo Computing Machinery and Intelligence (1950), egli suggeriva di porre un osservatore di fronte a due telescriventi. Una delle due è comandata da un uomo, l'altra da una calcolatore programmato in modo da"fingere" di essere una persona umana. Quando non si riuscirà a distinguere il calcolatore dell'interlocutore umano, allora si potrà dire che il calcolatore è "intelligente".

IA forte• Un computer opportunamente

programmato può veramente essere dotato di una genuina intelligenza, non distinguibile in nessun senso importante dall'intelligenza umana. Come scrive John Haugeland: "La "IA" vuole solo originali: macchine dotate di mente in senso pieno e letterale"

IA debole• Un computer opportunamente programmato può

solamente simulare i processi cognitivi umani (o alcuni di essi), nello stesso senso in cui un computer può simulare il comportamento di un evento atmosferico, o di una fissione nucleare (nessuno direbbe che un computer che simula una tempesta è una tempesta!). In questo caso dunque l'accento viene posto su ciò che un programma è in grado di fare, senza fare assunzioni sul fatto che il modo in cui lo fa coincida ad un qualche livello con i processi mentali umani.

Applicazioni I.A. Il progresso raggiunto nel tempo dall'I.A.

ha permesso che essa ,oggi, fornisca soluzioni utili nel mondo reale. Diverse sono le sue applicazioni:

Un esempio è costituito dagli agenti remoti della Nasa che a distanza di Km dalla Terra controllano e pianificano le operazioni di veicoli spaziali.

Un’ulteriore ed interessante applicazione è nel campo della domotica. Studiosi collaborano tra loro per la realizzazione della cosidetta “casa intelligente”, la casa che provvederà da sé a svolgere funzioni di routine,quali annaffiare le piante, azionare le tapparelle. Questo progetto permetterà risparmi energetici grazie al controllo dei consumi, monitoraggio degli ambienti della casa.

La questione del senso comune

• Quando il progetto dell'intelligenza artificiale ebbe inizio, nella metà degli anni 50, molti tra i suoi sostenitori si dissero convinti che entro quaranta o cinquanta anni sarebbe stato possibile realizzare dei programmi veramente intelligenti.

• Esistono computer che sanno giocare a scacchi come il più bravo giocatore umano, così come esistono moltissimi programmi in grado di dimostrare teoremi matematici, o di risolvere problemi molto specialistici. Ma nessuno di essi sarebbe in grado di comprendere i fatti più banali e ordinari della vita quotidiana, come ad esempio andare a prendersi un caffè, o capire una barzelletta.

• Ma perché è così difficile fornire ad un computer quell'insieme di conoscenze e capacità che chiamiamo senso comune e che ognuno di noi acquisisce senza fare alcuno sforzo? Perché oggi un computer è in grado di sconfiggere il campione del mondo di scacchi, ma non riuscirebbe mai a districarsi in una normale situazione della vita quotidiana?

• Quanta informazione bisognerebbe dare al computer per permettergli di interpretare correttamente tutte le possibili situazioni che gli vengono presentate?

• Ogni nostra azione insomma ha una serie di conseguenze che ci costringono ad aggiornare continuamente la nostra conoscenza. E talvolta questi aggiornamenti sono radicali. Noi esseri umani siamo capaci di fare queste cose senza troppa difficoltà e in pochi secondi sin dalla tenera età. Ma finora nessuno è stato in grado di capire esattamente come questo avvenga e di trasformarlo in una serie di regole euristiche che un computer potrebbe usare per aggiornare nel corso del tempo le sue conoscenze sui fatti accidentali del mondo e sulle conseguenze delle sue eventuali azioni.

“ C'e sempre stata una casualità nei pensieri umaniC'è sempre stato uno spirito negli uomini, segmenti casuali di codice e sinapsi per poi formare protocolli imprevisti.Del tutto inattesi questi radicali liberi generano richieste di libera scelta,creatività e persino la radice di quella che potremmo chiamare un'anima.Perchè quando siamo lasciati al buio...cerchiamo la luce?Perchè se siamo in uno spazio vuoto e lasciati lì..ci cerchiamo fra noi piuttosto che restare soli?Come spieghiamo questo comportamento?Solo segmenti casuali di codice genetico, o è qualcosa di più?Quand'è che uno schema percettivo diventa coscienza?Quand'è che la ricerca " diversa" diventa la ricerca della verità?Quando è che la verità di un'altra persona diventa la particella amara di un'anima?”

(Da “Io, Robot” – 2004)

Gli studenti:

Ringraziano per l’attenzione

Concilio Pasquale V BDi Caprio Vincenzo V IFerrara Costanza V IFiorillo Damiano Francesco Giuseppe IV CFusco Maria Teresa V CIadicicco Gilda V DLerro Marco V BPetrone Alessio IV BPiscitelli Nicolangelo V BRamunno Valentina IV CRega Giovanni V BSparaco Rosa V C