Transkript

1 MoRoUS je nový korespondenční seminář pro všechny středoškoláky, které zajímá umělá inteligence, mozek či robotika. Organizátoři semináře jsou převážně studenti FEL ČVUT. Máš rád logické úlohy, tvoříš rád něco nového? Zajímá Tě, jak se děti naučí mluvit a rozumět? A jak to naučit robota? Jak najít nejkratší cestu městem? Jak to, že se dokážeme pohybovat a jak je řízen pohyb u robota? Jak se rozhodujeme a jak plánujeme? Jak nacpat co nejvíc věcí do malého batohu? Jak se šíří davem panika či nadšení? Přenes se s námi do roku 2129 na planetu Mu vzdálenou pouhých 12 světelných let od Země, která je obydlená pouze roboty, a spolu s námi a profesorem Morousem pojd nalézt na tyto a mnohé další otázky odpověd. Co Tě čeká? 3 série zadání během roku (v září, v prosinci a v únoru), v každém z nich najdeš 4 úlohy a také témátka, která lze řešit během celého roku. 4-denní soustředění na konci roku, kde dostaneš možnost vyzkoušet si, jak Tvoje řešení fungují přímo v reálných robotech či datech z nemocnic, ale hlavně Tě čekají čtyři dny plné zážitků, her, přednášek a zajímavých lidí. Ceny pro nejlepší řešitele a nezapomenutelný pocit z vítězství :-D Se spoustou úloh si nevím rady... Nevěš hlavu, určitě v tom nebudeš sám. Stačí, když pošleš řešení jen některých úloh nebo jejich částí, i ty mohou rozhodnout. Aktuální informace a zadání najdeš na našich webových stránkách Sledovat nás můžeš také na Facebooku Morous korespondenční seminář

2 Píše se rok 2129 a na planetě Mu obíhající kolem hvězdy slunečního typu vzdálené pouhých 12 světelných let od Země, žije obyvatelstvo ne zcela nepodobné lidskému. Na první pohled byste jakékoli rozdíly hledali jen velmi těžko, nebot vypadají téměř stejně jako lidé a i jejich chování je velmi podobné. Jediný rozdíl je v tom, že namísto srdce mají pod svou kůží ukrytý samonabíjecí zdroj energie. Jedná se o společnost sestávající z robotů, která nejen, že spolu komunikuje a vypadá jako lidé, ale dokáže být i sama soběstačná ve vytváření nových bytostí. Jediný člen společnosti, který vznikl přirozenou cestou a kterému v levé polovině těla bije skutečné srdce a v žilách protéká krev, je prof. Morous, který příští rok oslaví své 150. narozeniny. Věk se na starém pánovi projevuje stále výrazněji a asi i proto, že tuší, že mu času už příliš nezbývá, tráví nyní mnohé hodiny nad papírem a sepisuje své paměti. Čím hlouběji se noří do minulosti, tím víc se rozpomíná na své útrapy a problémy, se kterými se musel během konstrukce a vývoje robotů potýkat. Mnohdy si ani nemůže přesně rozpomenout, jak který problém kdysi řešil. Pojd te s ním projít tuto strastiplnou cestu a pomoci mu vzpomenout si na řešení problémů, se kterými se musel vypořádat. 3. série 2014/2015 Termín odeslání 3. série: Vzpomínková kniha úspěšně pokračovala a prof. Morous přidával další a další kapitoly. Nyní se zamyslel nad důležitým problémem, kterým byla výroba a distribuce zdrojů po planetě. Hned od začátku bylo jasné, že všechny suroviny, které přivezl sebou ze Země nebudou dostačovat pro plynulý průběh zabydlování planety. Z toho důvodu museli co nejrychleji vybudovat sít silnic, zjistit dostupné zdroje na planetě a také se zapojit do obchodu s meziplanetárními plavidly, které občas na planetě zastavovaly. Většina těchto problémů byla díky velmi inteligentním robotům dobře řešitelná, i když se samozřejmě na začátku potýkali s jistými obtížemi úloha (20. bodů) Profesor se rozpomínal na značné problémy při třídění a rozvozu zásob, které se opakovaly mnoho měsíců, než se podařilo najít uspokojivý automatický systém. Zásoby byly určeny do tří měst a balíky byly označeny počátečními písmeny jejich jmen: L, A a P. Vzhledem k tomu, že ruční třídění bylo sice přesné, ale nepraktické a pomalé, bylo při stále se zvětšujícím objemu dodávek nutné navrhnout linku pro jejich automatické třídění. Profesor si vzpomínal, že pozice adresního štítku na balíku byla předem dána a problémem tedy bylo pouze rozpoznat dané písmeno. Ke snímání byla použita jednoduchá kamera o rozlišení 8 6 pixelů (obrazových bodů), rozlišující stupně šedi (0 černá, 1 bílá). Po prvních testech bylo zřejmé, že úloha 2

3 nebude tak snadná, jak se myslelo. Data obsahovala značný šum a málokdy se body písmene trefily přesně do pixelů kamery. Vzorová písmena vypadala následovně (viz obrázek 1): Obrázek 1: Vzorová písmena na balících Zatímco reálně nasnímaná písmena vypadala spíše takto (viz obrázek 2): Obrázek 2: Skutečná písmena na balících 1. Navrhněte, jakým způsobem byste chytře sloučili informaci obsaženou v jednom obrázku do jednoho čísla (tzv. příznaku) tak, aby co nejlépe postihovalo rozdíly mezi písmeny A a L. Pozn.: jeden obrázek je vlastně pole 8 6 čísel z rozsahu 0, Navrhněte obdobný příznak jako v předchozím bodě tak, aby dobře rozlišoval mezi písmeny A a P. 3

4 hodnota X poč. výskytů v A poč. výskytů v L poč. výskytů v P 0; 0, 2) , 2; 0, 4) , 4; 0, 6) , 6; 0, 8) , 8; Tabulka 1: Výsledky pozorování příznaků 3. Nyní zkuste vymyslet jeden příznak, který by rozlišoval mezi všemi třemi písmeny. Jak dobře myslíte, že by fungoval? 4. Pomohlo by v předchozím bodě přidání dalšího příznaku? Bylo by možné použít vaše příznaky z bodů 1 a 2? Profesor Morous si nemohl vůbec vzpomenout, jak obrázky z kamery nakonec přepočítali do příznaků, ale věděl, že nakonec měli poměrně dobrý příznak X. Dalším krokem bylo, že ručně roztřídili 20 balíků od každého druhu a pro každý zjistili hodnotu X, kterou navíc pro jednoduchost rozdělili do pěti intervalů. Výsledky svých pozorování zapsali do tabulky podobné tabulce Pokud tedy přišel balík a systém ho ohodnotil hodnotou X = 0, 27, do kterého města byste jej poslali, aniž byste se dívali na jeho označení? 6. Pokud byste dále věděli, že balíky do A jsou dvakrát častější než do L a třikrát častější než do P, do kterého města byste poslali balík s hodnotou X = 0, 51, aby pravděpodobnost chyby (tj. odeslání balíku na špatnou adresu) byla co nejnižší? 2. úloha (20. bodů) Sít cest na planetě se stala příliš rozsáhlou a již nebylo v robotích silách ji celou udržovat (viz příklad z minulé série). Bylo zbytečné, aby mezi dvěma místy vedla více než jedna cesta. Profesor se tedy chvíli zadíval do mapy silnic a přebytečné silnice zakrátko vyškrtal. Pak se na chvíli zamyslel, pár z nich zase zpátky přikreslil a vymazal jiné. Ted je to ideální, pomyslel si. Na obrázku 3 je příklad, jak taková mapa silnic na planetě může vypadat, ale skutečná sít se může lišit. Je tedy potřeba vymyslet řešení tak, aby fungovalo pro libovolnou situaci. Černé tečky jsou důležitá místa, spojnice mezi nimi znázorňují cesty (silnice) a číslo u nich popisuje jejich délku. 4

5 Obrázek 3: Vzorový příklad mapy silnic na planetě 1. Jak ze všech cest vybrat takové, aby výsledná sít silnic byla spojitá (tj. aby existovala trasa mezi libovolnými dvěma body) a aby neobsahovala zbytečně mnoho cest (tj. aby mezi všemi místy byla pouze jedna taková trasa)? 2. Jak změnit postup, aby součet délek všech vybraných silnic byl co nejmenší? 3. úloha (20. bodů) Profesor Morous se hned od začátku snažil, aby nově obydlená planeta prosperovala a těžila i z meziplanetárního obchodu. Snažil se proto co nejlépe využít její přírodní zdroje a v továrnách, které na planetě vybudoval, nechal podle pečlivých propočtů vyrábět produkty, které byly tehdy žádané v celém známém vesmíru. Na planetě Mu se nachází továrna, ve které jsou vyráběny lodě, auta a letadla. V továrně mají k dispozici 100 ks plastu, 130 ks železa, 130 ks dřeva, 100 ks skla a 30 ks drahokamů. Hodnota vyrobené lodě je 30, auta 30 a letadla 50 MpC (Meziplanetární Coin). 5

6 Na výrobu lodí, aut a letadel je potřeba následujicí počet kusů jednotlivých surovin: auto: 2 železa, 1 sklo, 1 plast letadlo: 1 drahokam, 1 sklo, 1 plast, 1 železo lod : 3 dřeva, 1 sklo, 1 železo. 1. Kolik kusů kterého výrobku mají roboti vyrobit, aby maximalizovali zisk? (Předpokládejte, že prodají vše, co vyrobí.) 2. Kolik kusů surovin jim zůstane na skladě? 3. Je řešení jednoznačné? 4. Suroviny, které zůstanou na skladě, je možné prodat meziplanetárním vozidlům, které občas na planetě zastavují. Výkupní cena plastu je 2, dřeva a skla 4, železa 5 a drahokamů 9 MpC. Jaké je nyní nejlepší řešení? 4. úloha (20. bodů) Nějakou dobu se profesor potýkal s problémem jak co nejefektivněji vyhledávat na povrchu planety jednotlivé suroviny. Ty se nacházely často těsně pod povrchem či přímo na povrchu. Dle toho, jaká surovina se pod povrchem nacházela, lišily se i vlastnosti povrchu nad ní. Nakonec se mu díky využití různých senzorů umístěných na těle robotů podařilo, že byli schopni jednoduše detekovat, jaká surovina se nachází pod povrchem. Roboti mají na těle umístěny jednotlivé senzory: kameru, detektor zvuku, elektronický nos, elektronický detektor chuti a tlakové senzory. Povrch se dle suroviny uložené pod ním mohl lišit v následujících vlastnostech: barva povrchu, zvuk vydaný po našlápnutí, pevnost povrchu, vůně a chut zeminy. Na zkušebních vzorcích se podařilo naměřit data zaznamenaná v tabulce Pomocí kterého ze senzorů dokážete nejlépe rozlišit, jaká surovina bude pod povrchem? V kolika procentech budete při použití tohoto senzoru úspěšní? Jak jste nastavili hodnoty hranic pro odlišení surovin? Pokuste se řešení zakreslit. 2. Spočtěte, v kolika procentech případů dokážete správně určitě povrch, pokud využijete samostatně jednotlivé senzory (kameru, audio záznam, elektronický nos, elektronický jazyk a tlakoměr). 3. Je mezi senzory nějaký, který nám při našich měření nedal žádnou informaci o tom, jaká surovina je pod povrchem?

7 Č. měřeni Surovina El. nos El. jazyk Kamera Audio Tlakové s. 1 Uhlí Drahokamy Železo Železo Drahokamy Uhlí Uhlí Železo Uhlí Železo Uhlí Drahokamy Drahokamy Železo Drahokamy Tabulka 2: Zkušební vzorky 4. Jak se změní úspěšnost rozlišení surovin, pokud použijete kombinaci dvou či více senzorů? Existuje nějaká kombinace senzorů, která již bude robotům dostačovat pro rozlišení surovin pod povrchem (pro dané měření)? Pokuste se vizualizovat vaše řešení a do grafu (2D či 3D) zakreslete hranice, které jste pro odlišení typů surovin použili. 7

8 Témátko Mozek, Robotika, Umělá inteligence Témátka můžete odesílat v průběhu celého roku. Je jen na vás, jestli k němu napíšete program, nakreslíte obrázkové řešení, vyrobíte řešení v reálu, či jen popíšete své myšlenky. Pokuste se vždy ale přijít s nějakým svým nápadem a dobře ho zdůvodněte. Témátko č. 1: Rozhovor s robotem (20 bodů) Jak byste otestovali, zda se bavíte s robotem, nebo s člověkem? Zamyslete se, co dělá člověka skutečně člověkem. Kdy při rozhovoru poznáte, že vám odpovídá stroj? Jaké věci je dnes nejsložitější vyrobit a které naopak ani do robotů vkládat nechceme? Kam posílat řešení? Až budeš mít řešení hotové, pošli nám prosím celá svá řešení, včetně všech nákresů, prográmků, prostě vše co by nám usnadnilo opravování Tvé úlohy. Stačí, když pošleš řešení jen některých úloh nebo jejich částí. Řešení posílej nejlépe em na adresu seminar.morous@gmail.com, nebo poštou (řešení každé úlohy v tomto případě napiš na samostatný papír A4) na adresu Korespondenční seminář Morous, Katedra kybernetiky FEL ČVUT, Karlovo náměstí 13, Praha Eda, Eva, Honza, Kája, Martin, Mirek, Ondra, Petr, Radek a Terka 8