INF-5100 L INTELLIGENCE ARTIFICIELLE GUIDE D ÉTUDE

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1 INF-5100 L INTELLIGENCE ARTIFICIELLE GUIDE D ÉTUDE

2 SOMMAIRE SECTION 1 CONTENU Présentation du cours Objectifs Structure du contenu SECTION 2 GUIDE D ÉTUDE Démarche pédagogique Encadrement Évaluation Feuille de route Site Internet et environnement Matériel pédagogique Exploitation de l environnement

3 SECTION 1 CONTENU PRÉSENTATION DU COURS L avènement de l ordinateur a constitué une véritable révolution, beaucoup plus profonde que les autres, parce qu il s agit du premier «artefact» qui réussit à amplifier et à prolonger de façon significative nos facultés intelligentes de traitement de l information. C est d abord dans ce cadre qu il faut situer l intelligence artificielle : poursuivre le processus qui, depuis la naissance de l informatique, nous amène à transmettre à nos machines des capacités de plus en plus intelligentes. Malgré l énorme intérêt qu elle suscite depuis plusieurs décennies, l intelligence artificielle est un domaine encore peu connu du grand public et qui soulève de nombreuses interrogations. Quelle est l origine de l intelligence artificielle? Si on définit l intelligence artificielle comme l entreprise qui consiste à implanter des comportements intelligents dans des mécanismes artificiels, il faut reconnaître qu'elle existe depuis longtemps. En leurs temps, le métier à tisser de Jacquart, les délicats mécanismes horlogers du XVIII e siècle et les premiers ordinateurs de l après-guerre reproduisaient certaines facettes de l intelligence humaine. Mais ce n est que depuis une quarantaine d années que l on parle vraiment d intelligence artificielle. En quoi l intelligence artificielle est-elle donc si différente de l informatique traditionnelle? Issue de travaux dans des domaines aussi divers que la micro-électronique, la linguistique, la logique, l épistémologie ou la psychologie cognitive, l intelligence artificielle est une dimension importante des sciences cognitives, lesquelles ont désormais une énorme influence sur l évolution culturelle de nos sociétés. Quels en sont les impacts sur l évolution des idées et des valeurs? Bien que certains objectifs fixés par les pionniers de la recherche en intelligence artificielle semblent moins faciles à atteindre maintenant qu au début, il n en demeure pas moins que l intelligence artificielle est une spécialité qui continue à sortir des laboratoires en prouvant son utilité dans divers secteurs : fabrication, services financiers, design, formation, etc. Notamment, les systèmes experts, la robotique et la compréhension de textes sont adoptés par un nombre sans cesse croissant d entreprises et d institutions. Quels sont les impacts actuels et futurs de l intelligence artificielle sur l économie et le travail? Lorsque l on parle d intelligence artificielle, certains imaginent une armée d ordinateurs et de robots prenant le contrôle de nos destinées, d autres construisent le rêve d une société idyllique où la machine intelligente pourrait, davantage que maintenant, aider nos sociétés à résoudre leurs graves problèmes. Enfin, il y a cet énorme fossé entre l opinion de ceux qui pensent impossible l implantation d un haut niveau d intelligence dans les machines et l opinion de ceux qui voudraient que cela existe déjà. Jusqu où peut-on et doit-on aller dans l implantation d intelligence dans les machines? Ce cours veut aider l étudiant à apporter un début de réponses à ces importantes questions... et à d autres.

4 OBJECTIFS De façon générale, le cours devrait permettre à l étudiant de se familiariser avec ce qu est l intelligence artificielle et ses principaux impacts éducatifs, culturels, économiques et sociaux. Plus spécifiquement, le cours devrait permettre à l étudiant de : 1. Définir les buts, les méthodes et les champs d application de l intelligence artificielle. 2. Situer l intelligence artificielle dans l évolution générale des idées sur l intelligence et la technologie. 3. Identifier le rôle central de la représentation des connaissances et des modes d inférence en intelligence artificielle. 4. Représenter un ensemble de connaissances informelles en utilisant les trois méthodes les plus répandues en intelligence artificielle : règles, prédicats et schémas (frames). 5. Décrire le fonctionnement général d un système expert et certaines méthodes d inférence ou de contrôle. 6. Simuler le fonctionnement général d un mécanisme de déduction en programmation logique. 7. Distinguer les aspects syntaxiques, sémantiques et pragmatiques de l analyse de phrases et évaluer les difficultés inhérentes au dialogue personne/machine. 8. Simuler le fonctionnement général des mécanismes d héritage et d envoi de message en programmation orientée-objet. 9. Identifier certaines tendances lourdes de l évolution en intelligence artificielle au cours des prochaines années, en particulier les logiciels qui apprennent, les réseaux neuronaux et les systèmes multi-agents. 10. Évaluer les réalisations et les possibilités d application de l intelligence artificielle dans les domaines de l éducation, de l économie et du travail. 11. Développer une réflexion critique personnelle face aux différentes écoles de pensée sur l intelligence des machines.

5 STRUCTURE DU CONTENU Le contenu du cours porte essentiellement sur l intelligence artificielle, ses bases théoriques, ses méthodes, ses applications et ses impacts. Il est subdivisé en sept modules : le module 1 constitue une introduction au sujet, les modules 2, 3, 4 et 5 permettent d approfondir des notions centrales en intelligence artificielle et finalement, les modules 6 et 7 permettent d évaluer les tendances d avenir en intelligence artificielle, ainsi que ses impacts éducatifs, économiques et sociaux. 1- S'informer sur le cours et sur l'ia 5. S'initier aux représentations par schémas et par objets 6. S'informer sur l'ia évolutive et distribuée P 2 S'initier aux systèmes à base de connaissances Premier envoi de travaux au tuteur Deuxième envoi de travaux au tuteur Troisième envoi de travaux au tuteur P 3 S'initier aux langages et aux bases de données logiques 4. S'initier au traitement du langage naturel 7. Évaluer les impacts de l'intelligence artificielle Plus spécifiquement, le contenu des sept modules se présente de la façon suivante. Module 1 S informer sur le cours et sur l intelligence artificielle Survol du contenu du cours. Premier contact avec les collègues. Introduction à l analyse de tâches familières. Examen d une application en intelligence artificielle. Module 2 S initier aux systèmes à base de connaissances Représentations de connaissances. Simulation de déductions. Résolution de problèmes par des représentations. Représentations de connaissances sous la forme si-alors. Test d un système à base de connaissances. Module 3 S initier aux langages et aux bases de données logiques Représentations en langage des prédicats.. Construction et interrogation d une base de données logique. Résolution de problèmes à l aide de graphes. Représentation d une démarche de résolution de problèmes Module 4 S initier au traitement du langage Évaluation de l exactitude grammaticale de phrases. Génération de phrases. Construction d une grammaire.. Représentation sémantique d une situation. Module 5 S initier aux représentations par schémas et objets Représentation de l information sous forme de réseau sémantique. Représentation de l information sous forme de schéma.. Utilisation d une base de schémas. Description d une situation en termes d objets.. Association de messages à des objets. Module 6 S informer l intelligence artificielle évolutive et distribuée Illustration de l apprentissage des machines. Simulation d un réseau neuronal. Simulation d un système multi-agents.

6 Module 7 Évaluer les impacts de l intelligence artificielle Environnements d apprentissage intelligents. Modélisation de l apprentissage. Impacts de l intelligence artificielle sur l économie et le travail. Impacts sociaux de l intelligence artificielle.

7 SECTION 2 GUIDE D ÉTUDE EXIGENCES PARTICULIÈRES DU COURS Dans ce cours, nous avons recherché un équilibre entre la compréhension des concepts de base de l intelligence artificielle et la réflexion sur l intelligence artificielle comme phénomène technologique, culturel, économique et social. Nous avons considéré de la plus haute importance d éviter une approche superficielle qui amènerait à discuter des retombées de l intelligence artificielle sans connaissance suffisante de son objet et de ses méthodes, axées principalement sur la manipulation de symboles. Ce dernier aspect pourra paraître un peu rébarbatif à certains étudiants peu enclins au raisonnement formel ou symbolique. Nous avons tenté de leur faciliter la tâche au moyen d activités avec logiciels, en limitant le caractère technique de certaines lectures et en préparant une série d émissions vidéo visant à fournir une connaissance «par l intérieur» des possibilités et des limites de divers logiciels «intelligents». Ce cours de premier cycle demande une connaissance préalable minimale de la micro-informatique, obtenue de préférence par l utilisation de progiciels d application, de logiciels-outils ou de langages de programmation. DÉMARCHE PÉDAGOGIQUE La démarche du cours repose principalement sur cinq grands types d activités d apprentissage, soit : - La lecture de textes obligatoires ou suggérés. - Le visionnement d émissions préenregistrées à la télévision ou sur vidéocassettes. - L expérimentation de logiciels illustrant des concepts d intelligence artificielle - La réalisation de travaux d analyse, de simulation ou de synthèse - L échange d idées avec vos collègues. La démarche prévoit une combinaison de travail individuel et de travail en groupe. L organisation de ce travail est facilitée par les personnes responsables de votre encadrement. Comme le cours comporte 3 crédits, il se déroule normalement sur une période de 15 semaines ou l'équivalent, soit 135 heures de travail à raison de 9 heures par semaine. Pour planifier votre travail hebdomadaire, consultez la «feuille de route» dans ce guide ou la feuille de route intégrée dans l environnement EXPLORA du cours. ENCADREMENT L environnement du cours est conçu de manière à vous permettre de réaliser toutes les activités demandées de façon autonome. La Télé-université vous offre cependant les services d une personne-ressource, appelée tuteur, pour vous assister dans votre cheminement. Le tuteur est responsable de l encadrement de vos apprentissages et des travaux que vous avez à réaliser tout au long du cours. Vous communiquerez avec lui par messagerie électronique et par l intermédiaire des forums de discussion. Le contact télématique de démarrage Ce contact a lieu dès la première semaine du cours : le tuteur dépose un message dans la boîte aux lettres de chaque étudiant, en utilisant la messagerie électronique. Ce message amorce la communication et, par la même occasion, le début des activités du cours. L encadrement individuel Tout au long du cours, vous bénéficierez d un encadrement individuel. Le tuteur est disponible pour traiter de questions qui vous concernent personnellement, et qui n ont pas d intérêt pour le groupe. Il répondra à vos questions et il vous transmettra ses commentaires sur vos travaux, ainsi que les notes obtenues.

8 L encadrement collectif L encadrement collectif est fourni dans des réunions virtuelles qui se tiennent à l intérieur de forums de discussion. Le tuteur en est l animateur et le professeur responsable du cours peut, au besoin, y participer. Dès le début du cours et tout au long de celui-ci, vous devez vous joindre au forum INF5100 pour faire connaissance avec les autres étudiants inscrits au cours et pour discuter, si nécessaire, des exigences et de l organisation du cours. Tout au long des activités, vous pourrez également participer à d autres forums qui seront proposés selon les activités spécifiques du cours. Vous pourrez alors y partager vos expériences, vos difficultés, de même que la réflexion suscitée par la réalisation des travaux. Vous y trouverez le soutien du tuteur et de vos collègues. ÉVALUATION DES TRAVAUX Vos apprentissages seront évalués par la réalisation de plusieurs travaux pratiques. Une note vous sera également accordée pour la participation aux activités d échange télématique dont le forum de discussion qui termine le cours. La pondération de ces activités est la suivante : Premier groupe de travaux : 30 % Deuxième groupe de travaux : 35 % Troisième groupe de travaux : 25 % Participation aux forums : 10 % Les explications relatives à chacun de ces travaux figurent dans les consignes des travaux accessibles à partir de la page «cours» du site Internet du cours. On y présente notamment la description des tâches, les étapes de travail ainsi que les ressources disponibles à utiliser ou à produire. Vous pouvez cependant obtenir une vue d ensemble des activités de ce cours à la rubrique FEUILLE DE ROUTE. En résumé, seules les activités de rédaction de textes et d expérimentation de logiciels font l'objet d une évaluation commentée par votre tuteur. Ces travaux sont suffisants pour évaluer les activités de lecture et de visionnement puisqu'ils consistent à réaliser un travail d approfondissement qui nécessite une bonne compréhension des textes et des vidéos. Quant aux activités avec logiciels, on demande généralement d inclure, dans les travaux à évaluer, une copie imprimée de l interaction avec l ordinateur. Les activités portant le nom exercice ne seront pas notés. Elles ont pour but de permettre à l'étudiant de tester sa compréhension du sujet et de favoriser l entraide car elles peuvent être mis à la disposition des autres étudiants dans une vitrine électronique en utilisant l outil de transfert correspondant dans l environnement EXPLORA. Les activités portant de nom de travail seront notées et participent à l évaluation. Les productions demandées devront être intégrées dans un GABARIT de présentation des travaux disponible sur le site du cours. Ces travaux doivent être expédiés à votre tuteur en utilisant l outil de transfert Travaux notés, en trois envois : Premier envoi : vers la semaine 6 Les travaux des modules 2 et 3 Deuxième envoi vers la semaine 11 Les travaux des modules 4 et 5 Dernier envoi : vers la semaine 15 Les travaux des modules 6 et 7 Note : L étudiant doit garder une copie de tous ses travaux en cas d erreur d expédition. Seul le tuteur pourra voir ces travaux. TOUTE INFORMATION ADDITIONNELLE RELATIVEMENT À LA POLITIQUE D ÉVALUATION DE LA TÉLÉ-UNIVERSITÉ, NOTAMMENT EN CE QUI CONCERNE LA GESTION DU DOSSIER DE L ÉTUDIANT, EST DISPONIBLE SUR LE SITE INSTITUTIONNEL.

9 FEUILLE DE ROUTE Modules du cours Ressources à utiliser Moment suggéré Productions non notées Production notées Notation 1. S informer sur le cours et sur l intelligence artificielle Guide d étude Manuel, ch. 1 Vidéo 1 Semaine 1 2 textes (Activités 1.2 et 1.3) 2. S initier aux systèmes à base de connaissances Manuel, ch. 2 et 3 Vidéo 2 Logiciel RÈGLES 2 et 3 4 textes (Activités 2.1 à 2.4) Interaction avec RÈGLES (Activité 2.6) 10% 30% 3. S initier aux langages et aux bases de données logiques Manuel, ch. 4, 5 et 6 Vidéo 3 Logiciel MOT Logiciel PETIT- PROLOG 4, 5 et 6 2 textes (Activités 3.1 et 3.4) Interactions avec PETIT-PROLOG (Activité 3.3) 2 graphes MOT (Activités 3.4 et 3.5) 10% 10% 4. S initier au traitement du langage 5. S initier aux représentations par schémas et objets Manuel, ch. 7, 8 et 9 Vidéo 4 Logiciel SYNTAXE Logiciel SÉMANTIQUE Manuel, ch. 10, 11, 12 et 13 Vidéo 5 Logiciel ANIMAUX Logiciel BLOCS 7 et 8 9 et 10 2 textes (Activités 4.1 et 4.2) 1 texte (Activité 5.4) Interactions avec SYNTAXE (Activité 4.4) Interactions avec SÉMANTIQUE (Activité 4.6) 1 graphe MOT (Activité 5.1) Interactions avec ANIMAUX (Activité 5.3) 10% 10% 5% 5% 35% Interactions avec BLOCS (Activité 5.6) 5% 6. S informer l intelligence artificielle évolutive et distribuée Manuel, ch. 16 Texte 14 et 15 Vidéo 6 11 et 12 1 texte (Activité 6.1) 3 exercices de simulation sur papier (Activités 6.2 ou 6.3, et 6,4 et 6.5) 15% 25% 7. Évaluer les impacts de l intelligence artificielle Manuel, ch. 20, 21, 22, 23, et 24 Texte 4 Vidéos 7 et 8 Logiciel MOT 13, 14 et 15 3 textes d opinion (Activités 7.1 à 7.3) Texte synthèse 10% Ensemble des modules 1 à 7 Activités d échange et forums de discussion 1 à 15 Questions, commentaires et réflexions Participation 10%

10 ENVIRONNEMENT D APPRENTISSAGE Le cours Intelligence artificielle comprend plusieurs composantes dont un site Internet qui décrit les objectifs des sept modules, les consignes de chaque activité ainsi que les ressources requises et à produire. Les modules et les activités, ainsi que les divers documents sont accessibles via une interface graphique qui décrit la structure du cours et les scénarios d apprentissage des sept modules. Chaque module contient une introduction au contenu, une présentation de ses objectifs, ainsi qu un accès à la description de chaque activité. Chaque activité est décrite par une consigne, ainsi que des ressources à utiliser et des travaux à produire. Les ressources donnent accès à une description de tous les documents imprimés, vidéo et logiciels du cours. Dans le cas de certains textes et de tous les vidéos, il permet de les afficher ou des les démarrer directement. Le site Internet est complété par environnement de type campus virtuel appelé EXPLORA. Cet environnement se présente à l écran sous la forme d une fenêtre flottante qui complète le site Internet du cours en donnant accès en tout temps et de façon commode, aux différentes ressources (documents, outils, services) utiles à la réalisation des activités d apprentissage. Cinq catégories de ressources sont mises à votre disposition afin de pouvoir réaliser chacune des activités de ce cours. Il s agit de ressources d autogestion, d information, de production, de collaboration et d assistance. Ressources Outils Description Ressources Profil personnel Permet de vous présenter aux autres participants. d autogestion Progression Affiche votre progression dans les activités et les connaissances du cours. Feuille de route Indique la répartition de vos travaux dans le temps. Évaluation Permet de transmettre vos suggestions à la Télé-université et d évaluer le cours. Ressources Textes Donne accès à tous les textes du cour, consultés ou produits. d information Vidéos Donne accès à tous les vidéos du cours. Webographie Donne accès à la liste des références et des sites web pertinents. Ressources Travaux notés Permet de transférer à votre tuteur vos travaux pour évaluation. production Éditeur de texte Donne accès à votre traitement de texte favori. Éditeur de modèles Donne accès à l éditeur graphique MOT pour réaliser certains exercices et certains travaux. Liste des didacticiels Permet de lancer les didacticiels préparés pour ce cours et servant à faire les exercices et les travaux. Ressources collaboration Profil de groupe Permet de consulter la démarche des autres participants pour trouver des collaborateurs et échanger avec eux par «chat». Chat Permet d échanger avec les autres participants. Courrier Donne accès à votre logiciel de courrier électronique. Forums Donne accès au système de téléconférence de la Télé-université. Vitrine Permet de transférer le résultat de vos exercices non notés et de consulter ceux des autres étudiants. Ressources d assistance Guide Explora Donne des informations plus détaillées sur les ressources de l environnement. Guide d étude Permet de lire à l écran ou d imprimer le présent guide d étude Capsules techniques Fournit une aide technique relative à l environnement technologique du cours et de la Télé-université. Personnes ressources Donne accès par courriel aux personnes affectées à votre cours : professeur, tuteur, coordonnateur, administrateur de réseau...

11 MATÉRIEL PÉDAGOGIQUE Les éléments de ce cours ont été conçus dans le but de permettre un apprentissage individualisé à distance qui repose sur l utilisation de plusieurs médias. La démarche d apprentissage implique par conséquent la consultation d un matériel didactique qui vous est offert sous format imprimé ou imprimable, télévisuel ou logiciel : il s agit du manuel de base et de textes PDF, de huit émissions vidéo et de huit logiciels. Manuel de base et textes Le manuel comporte six grandes parties correspondant plus ou moins aux sept modules du cours. Il regroupe la majorité des textes de fond du cours répartis sur trente chapitres, dont 19 sont retenus pour ce cours. Trois autres textes sont également proposés afin de compléter le contenu du manuel. Une partie substantielle des activités du cours consiste à lire et à analyser les textes proposés ou à réaliser certains exercices s y rapportant. Émissions vidéo Ces émissions de 30 minutes chacune accompagnent la démarche du cours en présentant des reportages et des interviews regroupés autour des thèmes des différents modules. Chaque émission est diffusée sur Internet directement sur le poste de l étudiant en petit format. Des cassettes VHS peuvent également être commandées pour visionnement sur l écran de télévision. Logiciels Le matériel du cours comporte six petits logiciels auxquels est intégré un guide d utilisation. Ces logiciels ont été développés par la Télé-université spécifiquement pour ce cours sont disponibles en version IBM et compatibles ou en version Macintosh.. Ces logiciels ont été conçus à des fins strictement didactiques, dans le but de rendre plus concrètes à l étudiant certaines notions de base en intelligence artificielle. En voici une brève description : REGLES (module 2) permet de construire un système de règles de production et de dialoguer avec ce système pour en analyser les connaissances et les modes d inférence. PETIT-PROLOG (module 3) permet de construire une petite base de données à l aide d un sous-ensemble du langage logique PROLOG et de l interroger. SYNTAXE (module 4) permet de construire une petite grammaire et de s en servir pour générer des phrases ou en analyser. SEMANTIQUE (module 4) construit une représentation du sens d une phrase qui lui permet de se «rappeler» des connaissances acquises antérieurement. ANIMAUX (module 5) permet de construire une base de connaissances sur les animaux sous forme d objets et de l interroger. BLOCS (module 5) permet de construire un système d objets informatiques et d étudier l envoi de messages entre objets. De plus, un autre logiciel est disponible pour utilisation dans Windows uniquement MOT (modules 3 et 5) permet de représenter graphiquement les objets et les connaissances d une situation réelle que l on cherche à décrire.

12 EXPLOITATION DE L ENVIRONNEMENT L utilisation efficace de l environnement de ce cours repose sur l exploitation de tous les blocs d information et de tous les outils mis à votre disposition. Il s agit pour vous de procéder à un survol du site dès le début du cours et d expérimenter chacun des outils. Toute difficulté devra faire l objet d une démarche immédiate de votre part afin de ne pas prendre du retard dans les activités ou d adopter un mode de travail qui ne serait pas le plus productif. En ce sens, vous devez absolument vous engager dans les opérations suivantes : 1- vous assurer d avoir bien lu chacune des sections de ce guide d étude qui est destiné à vous faire une présentation du cours, de son contenu, de ses objectifs, des activités prévues et des exigences au point de vue de l évaluation ; 2- consulter attentivement les différents guides d exploitation qui accompagnent les outils ou les logiciels de ce cours ; en cas de difficultés techniques, vous pouvez communiquer avec une personne du support informatique de la Télé-université, par courrier électronique à l adresse suivante : support@teluq.uquebec.ca, ou par téléphone aux numéros suivants : 1 (418) ou Si des difficultés d ordre administratif, pédagogique ou affectif se présentent, ils pourront faire l objet d échanges avec votre tuteur ; 3- établir une stratégie d étude qui concorde bien avec votre façon usuelle d aborder des contenus tels ceux présentés dans ce cours, en faisant par exemple des résumés, des schémas ou en faisant ressortir des listes de notions ou de questions à utiliser ultérieurement dans vos travaux ou dans les forums ; 4- utiliser régulièrement le bottin et les outils de communication (messagerie et forums) qui sont mis à votre disposition afin de trouver rapidement des réponses à vos interrogations et de ne pas prendre du retard dans le déroulement des activités ; 5- juger de la nécessité d imprimer certaines pages présentées dans l environnement, notamment le présent guide des activités et les textes en format PDF ; 6- faire régulièrement un bilan de vos réalisations (synthèses, rédactions, échanges) en fonction des objectifs énoncés au début du cours et de l échéancier alloué pour chacune des activités.