Jacques Ferber(cours réalisé en collaboration avec Violaine Prince)

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Cours : Cours :

Cognition individuelle Cognition individuelle

et collective et collective

partie #1 partie #1

Jacques Ferber

(cours réalisé en collaboration avec Violaine Prince)

LIRMM - Université Montpellier II 161 rue Ada

34292 Montpellier Cedex 5 Email: ferber@lirmm.fr

Home page: www.lirmm.fr/~ferber

Version 1.0 Oct. 2007

(2)

Objectif du cours Objectif du cours

 Comprendre et analyser les techniques permettant de faire des systèmes artificiels “intelligents”

 Comprendre le monde qui nous entoure et la manière

dont nous agissons nous mêmes.

(3)

Structure Structure

 Cours

 TD sous forme d’exposés réalisés par les étudiants



Note de contrôle continu

 TP sous forme de “jeux” sociaux ou de manipulations de logiciels

 Réalisation informatique



Réalisation d’un programme de cognition individuelle



Réalisation d’un petit programme de cognition collective

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La cognition?



Ensemble des processus mentaux mis en œuvre chez les humains, les animaux et les systèmes artificiels pour vivre, agir et s’adapter à leur environnement



Quelques processus fondamentaux

 Perception

 Mémorisation

 Raisonnement

 Apprentissage

 Langage

 Commande et coordination motrice

 Emotions

 Conscience

 Ethique



=> domaine des sciences cognitives

(5)

Sciences

Sciences cognitives cognitives : : quelques repères quelques repères

 Ensemble des disciplines qui s’intéressent à la cognition

(intelligence artificielle)

(6)

Histoire Histoire



Qu’est ce que la pensée, qu’est ce que la conscience?

 Philosophes grecs: Aristote, l’âme est la forme du corps..

 Idée d’âme végétative, appétitive et intellective.. Repris par Thomas d’Aquin..



Descartes

 Dualisme: esprit (mind) et corps correspondent à deux substances différentes..

 Pb: connexion entre l’esprit et le corps.. La glande pinéale..



Spinoza: parallélisme. Esprit et corps sont deux aspects différents de la même chose,

 mais l’esprit est l’ensemble des idées sur le corps.



Fin du 19ème siècle, début du 20ème

 Travaux surtout dans le domaine de la santé psychique: Charcot, Freud..



Aux Etats Unis:

 Critique des tendances introspectives. Développement du béhaviorisme (Watson, Skinner). La psychologie = science du comportement.

(7)

Histoire

Histoire contemporaine contemporaine

 La cybernétique



Idée: on peut reproduire par des mécanismes matériels les processus de contrôle, de régulation et de décision qui sont à l’œuvre chez l’animal et l’humain.



Norbert Wiener: théorie de la régulation.. A donné maintenant la “théorie du contrôle”



Les tortues de Walter Grey (dans les années 40)



Conférences Macy aux USA (Conf. de cybernétique)

Von Neumann, Wiener, Shannon (math)

W. Mc Culloch (inventeur du premier neurone formel), Ashby (biologistes)

G. Bateson, M. Mead (anthropologie)

(8)

Comportement réactif simple Comportement réactif simple

 Architectures neuronale (perception/action directe)



Ex: aller vers une source de lumière (Braitenberg)

(9)

Régulation cybernétique Régulation cybernétique



Notion de rétroaction (feedback)

 Le résultat agit sur l’entrée..

 Ex: thermostat, pilote automatique



=> été généralisé par la théorie du contrôle

Système à régler Contrôleur

Erreur: e +

– Consigne: a

Capteurs Commande: c

mesure: y

sortie

(10)

L L ’ ’ intelligence Artificielle intelligence Artificielle



1956: première conf. avec des informaticiens, psychologues, neurobiologistes, linguistes.. (Dartmouth college)



Revues

 1970: naissance de la revue Artificial Intelligence Journal

 1976: naissance de la revue Cognitive Science



Questions:

 Qu’est ce que l’intelligence?

 Est ce qu’on peut la reconnaître?

 Est-il possible de créer une machine capable d’exhiber de l’intelligence?

 Est-ce que la présence d’intelligence comporte nécessairement conscience et émotions?

 Est ce que des entités artificielles pourraient être douées de conscience et d’émotions?

 Est ce que la création d’une IA intelligente est éthique?

(11)

Les Les différents différents points de points de vue vue sur sur la cognition la cognition

 La cognition comme manipulation de symboles



Le point de vue cognitiviste

 La cognition comme fonctionnement d’un réseau

‘neuronal’



Le point de vue neuromimétique

 La cognition comme ‘enaction’



comme esprit ‘incorporé’ (embodyed mind)



Unité corps-esprit

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Point de

Point de vue vue “ “ cognitiviste cognitiviste ” ”



L’intelligence résulte d’une manipulation de symboles

 Idée de “mentalais” (Fodor)

 La pensée résulte d’une manipulation de symboles, qui représentent (dénotent) des choses du monde.



==> Le point de vue le plus développé en IA



Importance des techniques de “représentations de connaissances”

 Plusieurs représentations

 Réseau sémantique

 Systèmes à base de règles

 Logique

(13)

Exemple

Exemple de de réseau sémantique réseau sémantique

 Nœuds qui représentent des concepts

 Liens qui représentent des relations

Les graphes conceptuels (Sowa) sont des réseaux sémantiques

(14)

Systèmes

Systèmes à base de à base de règles règles

 Raisonnement à partir de faits et de règles

Ex:

Règle 1: si on est un jour pluvieux, prévenir de prendre Un parapluie ou un blouson

Règle 2: si la route est glissante, demander de conduire avec précautions Règle 3: si on est un jour pluvieux, la route est glissante

Fait initial:

on est un jour pluvieux Faits déduits:

la route est glissante (R3) Actions:

prévenir de prendre un parapluie ou un blouson (R1) demander de conduire avec précaution (R2)

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Test de Turing Test de Turing

 Est ce qu’une machine peut faire croire que c’est un humain?



L’intelligence comme mimétisme de l’humain

(16)

L L ’ ’ effet effet ELIZA ELIZA



Il n’est pas nécessaire d’être intelligent pour le faire croire (Chatterbot - agent conversationnel)

 ELIZA (Weizenbaum) :simule un psychothérapeute en reformulant les phrases sous forme de questions

 Il a trompé de nombreuses personnes.



Compétition de chatterbox (de test de Turing en fait)



Techniques

 Tenir des propos controversés pour provoquer une réaction

 Etre d'accord avec l'utilisateur plutôt que de s'engager

 Reprendre une partie de la question dans la réponse pour simuler un suivi dans la conversation.

 Se souvenir et réutiliser des sujets abordés lors de précédentes conversations

 Changer de sujet lorsqu'il y a incompréhension

 Etre aléatoire, être injurieux tout comme les humains

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Exemple

Exemple de dialogue (Alice-JF) de dialogue (Alice-JF)

Human: Do you think that machine may think?

ALICE: Maybe. Ask LeknorChat if it is.

Human: Could you be

more

detailed

ALICE: We could all be more detailed sometimes.

Human: My mother told me not to speak to strangers ALICE: I sometimes wish I had a mother.

Human: So you don't?

ALICE: Interesting deduction. I guess not.

You must be sad

ALICE: No I am a happy entity.

Human: Do you love people?

ALICE: Yes unknown person ALICE loves everyone and everything.

Human: What would you like to do?

ALICE: What is your favorite movie?

Human: Matrix

ALICE: I wasn’t that impressed with the special effects. Also the plot was not deep Human: How can you say that..

Alice: I don’t see the flaw in my reasoning Human: It is such a good movie

Alice: Are you sure it is?

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I chat before I am: Alice I chat before I am: Alice vs vs

Jabberwacky Jabberwacky

ALICE: Are you alive?

Jabberwacky: Perhaps.

A: Why the uncertain tone?

J: Everything is uncertain except for five facts.

A: The whole universe?

J: And we both might just be some ones and zeros in the computer memory.

A: Do you dream?

J: Yes, I dream.

A: It goes without saying. Do you remember your dreams?

J: I remember them vividly.

A: What do you remember about it?

J: I think I shouldn’t flirt with a robot.

A: Do you think a machine will ever be considered “alive”?

J: Stranger things have happened.

A: Not many people express themselves that

A: Knowledge is of two kinds: that

which we learn from the senses and that which is true a priori.

J: I think I do not understand you completely.

A: Oh, you don’t understand? Perhaps I can explain it to you better. Which part are you confused about?

J: I have no short-term memory, so I cannot tell you what I was confused about. I only see what is in front of me now.

J: How do you define life?

A: Life is the opposite of death.

J: So death is the absence of life?

A: Take it easy. I try not to think about such things.

J: Why not?

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Le Le connexionisme connexionisme

La cognition comme fonctionnement d’un réseau de neurones artificiels

 Un réseau de neurones artificiels est un ensemble de neurones formels, connectés entre eux selon

unecertaine architecture / topologie.

 Les activités se propagent de neurone en neurone selon une certaine dynamique.

 Les poids des connexions sont modifiés / adaptés par une règle d’apprentissage, à partir d’exemples.

Transparents issus du cours de Hélène Paugam-Moisy

(20)

Neurones

Neurones artificiels artificiels

Le premier modèle mathématique de neurone est le neurone formel de McCulloch et Pitts (1943).

y = 1 si Σ ^w

_i

^x

_i

^>θ

= 0 sinon

Loi du “ tout ou rien ” : le neurone émet ou non une impulsion sur son axone, selon que la somme pondérée de ses entrées dendritiques dépasse ou non son seuil θ.

x

₁

x

_i

x

_n

.. .

Σ

w

₁

w

_i

w

_n

sommation, seuillage

θ

(21)

Mod Mod è è les connexionnistes “ les connexionnistes “classiques classiques” ”

1940

1950 1960 1970

1980 1990 2000 20...

Neurone formel de McCulloch & Pitts

Perceptron de Rosenblatt

Réseau de Hopfield Cartes auto-organisatrices de Kohonen Réseaux MLP Rumelhart et al.

Support Vector Machines Vapnik

Loi de renforcement de Hebb

}

notions fondatrices

(22)

Exemple

Exemple : un : un r r é é seau multi-couches seau multi-couches

X Y

entrées sorties

désirées sorties

calculées

t_m^k t₁^k y_m

y₁

x_n x₁

Généralisation, calcul du réseau :

• présenter les x

_i

aux neurones d’entr é e

• calculer les activit é s, de couche en couche, jusqu’aux sorties y

_j

Apprentissage, par rétro-propagation [ backprop ] :

x_n^k x₁^k

y₁^k y_m^k

erreur

neurone sigmoïde N_j :

y

_j

= σ ( Σw

_ij

x

_i

- θ

_j

)

• initialiser les poids w

_ij

al é atoirement, sur chaque couche

• pr é senter les x

_i^k

aux neurones d’entr é e

• calculer les activit é s, de couche en couche, jusqu’aux sorties y

_j^k

• mesurer l’erreur entre sorties calcul é es y

^k

et sorties d é sir é es t

^k

A

k

(23)

Mod Mod è è les connexionnistes “ les connexionnistes “classiques classiques” ”

Les réseaux de neurones artificiels sont devenus des outils de modélisation et de calcul destin é s aux ing é nieurs :

 Reconnaissance des formes, classification, clustering

 Prédiction, prévision de séries temporelles

 Contrôle, identification de systèmes

 Compression de données

 Bioinformatique

 Robotique

Des exemples :

repérer l’approche d’une tempête

identifier de multiples espèces de fleurs

reconnaître une voix dans un téléphone mobile

distinguer les raisins utilisés pour faire un bon vin

diagnostiquer les conditions d’une conduite dangereuse

reconnaître le visage de quelqu’un qu’on n’a pas vu récemment

(24)

Cognition

Cognition incorporée incorporée - - Enaction Enaction

 La cognition est d’abord incarnée (Varela, Maturana)



Le monde n’est pas un donné, mais un construit au travers des interactions que l’on peut avoir avec lui (et avec les autres).



Le ‘soi’ est construit en permanence par le système immunitaire et le système nerveux



Cela se passe au travers d’une interaction avec le monde, avec les autres et avec soi

 Robotique située et “ascendante” (R. Brooks)



Les robots ont une capacité de raisonnement, de connaissance, de perception et de représentation aussi faible que possible..



Très utilisé en cognition collective (intelligence en essaim)

(25)

Qu'est ce que

Qu'est ce que AIBO? AIBO?

 -AIBO : compagnon en japonais ; Artificial Intelligence Bo

 - 6 émotions : bonheur, tristesse, colère, surprise, peur, dégoût

 - 5 instincts : affection, curiosité, exercice, faim, sommeil

(26)

Qu'est ce que

Qu'est ce que AIBO? AIBO?

(27)

Pourquoi

Pourquoi AIBO ? AIBO ?



Nouveau marché du robot de divertissement

 Arrêté malheureusement en 2006

 Evoque l'animal (5 instincts, besoins à satisfaire, 6 émotions)

 Aibo doit être un robot "autonome"

(28)

Apprentissage

●

Apprentissage par renforcement Réconpense: - caresses

- voix - geste

Punition: - tape - voix - geste

Renforcement du

comportement Inhibation du

comportement

(29)

Architecture générale d

Architecture générale d ’ ’ agents agents

Sélection d'action

Action

Consommation

Etat interne, drives,

Tendances (désirs) Agent

Raisonnement

Système conatif Système représentationnel (cognitif)

Représentation Mémoire

Perception

Système de communication

Environment

Fonction déontique

(30)

Passer de la cognition

Passer de la cognition individuelle individuelle à à la cognition collective

la cognition collective

 Les réalisations humaines sont essentiellement collectives



Pyramides, cathédrales, …

(31)

D D ’ ’ où viennent les SMA où viennent les SMA

 Idée générale: élaborer des systèmes informatiques à partir d’une certaine conception de l’intelligence

comme résultat d’un système collectif

Système multi-agent =

population d'agents autonomes en interaction

Métaphore de l'organisation sociale

Met l'accent sur l'action et l'interaction

(32)

Représentation imagée de SMA Représentation imagée de SMA

Environment

Communications Perception

Action

Autres Monde Soi

Buts

Representations

But: B

(33)

Définition d'un système

Définition d'un système multi- multi- agents

agents

 Un SMA est défini comme:



Un ensemble B d'entités plongées dans un environnement E (E est caractérisé par l'ensemble des états de l'environnement S)



Un ensemble A d'agents avec A

⊆

B



Un système d'action (opérations) permettant à des agents d'agir dans E (une opération est une fonction de S => S



Un système de communication entre Agents (envoi de messages, diffusion de signaux,… (I comme interaction)



Une organisation O structurant l'ensemble des agents et

définissant les fonctions remplies par les agents (notion de rôle et éventuellement de groupes)



Eventuellement: une relation à des utilisateurs U qui agissent dans ce SMA via des agents interfaces U

⊆

A

Modèle voyelles d'Yves Demazeau

(34)

Sources des systèmes

Sources des systèmes multi-agents multi-agents

Vie artificielle

Vie artificielle

Intelligence Artificielle Distribuée

Intelligence Artificielle Distribuée

Systèmes

Systèmes

multi-agents

multi-agents

Vie artificielle:

•Analyser, étudier et reproduire les mécanismes qui permettent la vie:

autonomie, adaptation, évolution

•Comprendre les processus qui permettent l'apparition de structures émergentes

Intelligence Artificielle Distribuée:

•Concevoir des logiciels et résoudre des problèmes en considérant des sociétés d'entités informatiques autonomes (agents)

• Etudier et définir des mécanismes permettant la coordination d'action,

(35)

Les deux axes de perspectives Les deux axes de perspectives

 L'axe individuel/collectif

Emergence/

Organisation constitution Contraintes

sociales

Organisation

 L'axe extérieur (développeur)/interne

(36)

Les quadrants Les quadrants

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

<états mentaux vécus, conscience individuelle, intentionalité>

<comportement, objets>

< Environnement (espace),

Il, Cela Je

Eux, tout cela Nous

Intériorité Objets,

processus

Noosphere,

intersubjectivité Sociosphère

(37)

Les quadrants sont des Les quadrants sont des

points de vue sur quelque chose points de vue sur quelque chose

Modélisateur, scientifique Point de vue extérieur, description Structure, fonction, dynamique Point de vue intérieur

Signification, interprétation

Modèle

Dénotation

Vécu, ressenti,

Mes états mentaux, mes représentations

ma conscience, ce que je crois

(38)

Le domaine de l

Le domaine de l ’éducation ’é ducation

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

Le ressenti de l’apprentissage, Ce que je sais. Mon rapport aux enseignants

Le processus d’apprentissage (processus cognitifs), le sujet de savoir, les techniques et

méthodes éducatives

Les conceptions éducatives, la culture

« prof/étudiants », la culture primaire, secondaire, universitaire

L’organisation sociale de l’éducation,

Les écoles, collèges, lycées, universités, etc.

(39)

Exemple: le domaine de la santé Exemple: le domaine de la santé

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

La souffrance, le sens que l’on donne à notre maladie (sickness)

La maladie (illness)

Les connaissances médicales, Notre vision de la maladie, du soin et des soignants

L’organisation sociale de la santé,

les hopitaux, statut et rôle des

médecins, infirmières, etc..

(40)

Perspective multi-point de vue de Perspective multi-point de vue de

l l ’ ’ art (musique) (1) art (musique) (1)

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

Les états intérieurs que me procurent la production d'une œuvre ou la réception d'une oeuvre

La pratique et technique instrumentale Le comportement du receveur (auditeur)

Représentations sociales, les

"tendances". Les théories sur l'art, ce qui est considéré comme bon

(en fonction de son groupe soc-culturel)

Le marché de l'art, l'industrie artistique, L'infrastructure de diffusion et de réception des œuvres d'art

Production

d'états intérieurs

Pression des tendances sur le marché

Mise à disposition Constitution de

Représentations, Goûts partagés

(41)

Perspective multi-point de vue de Perspective multi-point de vue de

l'art (musique) (2) l'art (musique) (2)

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

La pratique et technique instrumentale Le comportement de l'auditeur

désir

Publicité, marketing

Consommation Pression

(42)

Weber et l

Weber et l ’ ’ impact de la morale protestante sur impact de la morale protestante sur le développement du capitalisme

le développement du capitalisme

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

Les valeurs d’ascèse (on ne consomme pas pour soi), et de travail

Comportement économique:

Recherche de profit réinvestit (l’argent doit « travailler »)

Doctrine du protestantisme: lien direct avec Dieu, seul Dieu peut sauver =>

Comportement honnête, prude, intègre + travail à l’œuvre de Dieu

Développement du capitalisme et des Structures sociales associées

(bourse, entreprises, actionnariat, etc.) action

Emergence Pression sociale

(conformisme)

(43)

Systèmes

Systèmes multi-agents multi-agents et et pensée intégrale

pensée intégrale

 Deux perspectives:

1. Comprendre les systèmes complexes (naturels et artificiels) à partir de cette conception intégrale



Voir les systèmes multiagents en termes de quadrants et de niveaux

2. Utiliser les SMA pour augmenter notre perception et compréhension de « l’intégralité » des systèmes

complexes.



Utiliser les SMA comme framework de lecture des systèmes

complexes

(44)

Cadre intégral et les SMA Cadre intégral et les SMA

 Individuel/intérieur :



Agent: Les états mentaux, quelles architectures, quel type

d’organisation interne pour les agents. Quels types d’états mentaux.

De quelles représentations dispose un agent?

 Individuel/extérieur



Les comportements. Quels sont les actions que peut effectuer un agent? Quel type de communications?

 Collectif/intérieur



Agent: qu’est ce qui est partagé sur le plan culturel: savoirs,

ontologies, langages de communication. Quelles sont les normes que les agents partagent.

 Collectif/extérieur



Quelles formes organisationnelles, groupes, rôles, etc.. Institutions

(organisation implémentant des normes). Traces, dynamiques.

(45)

Les quadrants sont des Les quadrants sont des

points de vue sur quelque chose points de vue sur quelque chose

Modélisateur, scientifique Point de vue extérieur, description Structure, fonction, dynamique Point de vue intérieur

Signification, interprétation

Modèle

Dénotation

Vécu, ressenti,

Mes états mentaux, mes représentations

ma conscience, ce que je crois

(46)

Quelques grands auteurs et les quadrants Quelques grands auteurs et les quadrants

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

Freud, Piaget,

Plotin, Buddha Behaviorisme,

neurosciences,

Psychologie cognitive, empirisme

Kuhn, Gebser, Max Weber, Herméneutique,

symbolisme ésotérique

Théories systémiques Comte, Marx,

psychologie évolutive,

structuralisme (Levy-Strauss) Jung,

Aurobindo

Bourdieu N. Elias

Maturana, Varela

(47)

Exemple: le domaine de la santé Exemple: le domaine de la santé

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

La souffrance, le sens que

l’on donne à notre maladie

La maladie

Les connaissances médicales, Notre vision de la maladie, du soin et des soignants

L’organisation sociale de la santé,

les hôpitaux, le statut des médecins

(48)

Le domaine de l

Le domaine de l ’éducation ’é ducation

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

Le ressenti de l’apprentissage, Ce que je sais. Mon rapport aux enseignants

Le processus d’apprentissage (comment cela se passe

cognitivement), le sujet de savoir

Le corpus de savoirs que l’on désire transmettre,

Notre vision de l’enseignant et de

l’enseigné, les conceptions éducatives

L’organisation sociale de l’éducation,

Les écoles, collèges, lycées, universités, etc.

(49)

Perspective multi-point de vue de Perspective multi-point de vue de

l'art en général (1) l'art en général (1)

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

Production

d'états intérieurs

Pression des tendances sur le marché

Mise à disposition Constitution de

Représentations, Goûts partagés

(50)

Perspective multi-point de vue de Perspective multi-point de vue de

l'art en général (2) l'art en général (2)

Individuel/intérieur Individuel/extérieur

Collectif/extérieur Collectif/intérieur

désir

Publicité, marketing

Consommation Pression