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Introdução à Inteligência Artificial (IA)

• A inteligência artificial (IA) não possui uma definição globalmente aceite.
• Aspectos importantes a considerar na IA incluem a capacidade de resolver problemas, utilizar conhecimentos (raciocínio) e aprender.
• O conceito de QI (quociente de inteligência) não é uma medida adequada para a IA.
• O xadrez representava antes uma forma de determinar inteligência, mas atualmente, máquinas superam os campeões mundiais.

Definição de Trabalho

• Não existe uma definição globalmente aceite para a IA.
• Elaine Rich definiu a IA como o estudo de como fazer computadores realizarem tarefas nas quais as pessoas são melhores.
• Já houve momentos em que as pessoas eram mais capazes que as máquinas em operações aritméticas.

Nascimento da IA

• A designação "Inteligência Artificial" foi inventada em 1956.
• Foi numa conferência realizada em "Dartmouth College", nos EUA.
• Os principais percursores incluem John McCarthy (LISP, 1959), Marvin Minsky, Seymour Papert (Percepção, 1969), Allen Newell (Logic Theorist, 1956), Arthur Samuel (Teoria de Jogos, Damas, 1963) e Herbert Simon (Racionalidade Limitada, Prémio Nobel).

Paradigma Funcional

• As funções são consideradas entidades de primeira classe em linguagens funcionais, podendo ser passadas como argumentos ou retornadas por outras funções.
• As funções de ordem superior são comumente suportadas.
• O paradigma funcional caracteriza-se pela ausência de efeitos colaterais.
• O cálculo lambda é a base da programação funcional.

Cálculo Lambda

• Um modelo de computação universal baseado na lógica matemática.
• O cálculo lambda permite expressar a computação através da abstração de funções.
• É utilizado para modelar e computar funções.

Conceitos Básicos

• A revisão de conceitos de compilação vs. interpretação, gestão de memória (heap vs. stack) e tipos de dados é crucial para compreender a implementação da IA.
• Devem ser consideradas as vantagens e desvantagens de cada abordagem.
• Tipos de dados estaticos vs dinamicos.

Compilação vs Interpretação

• Compilação: Conversão da linguagem do programa para linguagem de máquina antes da execução, mas tem dependência da plataforma e recompilação para novos testes.
• Interpretação: Independência da plataforma usada para execução, o que torna relevante para testes, pois permite a criacao e instanciação de entidades à medida que programa é executado.

Características de Linguagens Interpretadas Reflexivas

• Baseia-se num REPL, que permite fazer testes incrementais rápidos.
• Trata dados como se fossem programas, permitindo construir código em tempo de execução.

Gestão de Memória: Stack vs Heap

• Stack: Seguindo a disciplina LIFO, guarda as informações de invocação de função, incluindo código e variáveis, que têm um tamanho fixo e vida limitada, e é rápido.
• Heap: Possível problema com recursividade, fornece alocação dinâmica de memória para variáveis globais com tamanho variável e vida indefinida, que é mais lento.

Tipos de Dados

• Os tipos de dados definem a semântica e as regras de comportamento de um programa.
• Os tipos de dados básicos incluem inteiro, caracter, booleano e string.
• Os tipos têm vantagens associadas (ex. modularidade).

Variáveis

• As variáveis têm um tipo e um âmbito.
• O tempo de vida de uma variável abrange desde a sua criação até ao seu desaparecimento.
• O âmbito léxico é definido pelo código fonte, onde uma variável é referenciável dentro dos blocos internos.
• O âmbito dinâmico é associado ao encadeamento de invocação de funções durante a execução do programa.

Características Principais de LISP

• Linguagem functional, interpretada e reflexiva.
• Tipos de dados dinâmicos (late binding).
• Âmbito das variáveis baseado em escopo léxico.
• Estruturas de dados dinâmicas.

Gênese

• LISP (List Processing) foi criado em 1958.

LISP: Uma Linguagem Funcional

• Uma linguagem de programação com a função como elemento central.
• Enfatiza o estilo de programação de cima para baixo e também de baixo para cima, resultando em programas mais fáceis de ler e manutenção facilitada.
• Aplicabilidade importante no domínio da sua aplicação.

LISP Puro

• Um núcleo central da linguagem LISP, focado somente no cálculo lambda.
• Ausência de atribuição, sequenciação, pointer e estrutura de dados de armazenamento como memória heap.

Aspectos Básicos do Avaliador

• Invocações de funções usando notação prefixa.
• Mecanismos para evitar a avaliação de expressões como programas.

Tipos de Dados Elementares

• Incluem átomos (símbolos, números, inteiros, bignums, reais, booleanos, carateres e strings).
• São estruturas de dados dinâmicas usadas para dados e programas.

Literais de Números, Booleanos, Caracteres e Strings

• Exemplos de literais de números (inteiros, fixnums, bignums, reais) e valores booleanos.
• Inclui exemplos de literais de caracteres e strings.
• Tipos de dados numéricos (inteiro, real).
• Tipos booleanos (T, NIL).
• Tipos de caracteres (#\a, #\b).
• Tipos de strings ("uma string").

Símbolos

• Permitem representar variáveis e funções (estrutura de slots).

Listas

• Estruturas de dados dinâmicas.
• Baseadas em células Cons.

Tipo Abstrato Lista

• Os construtores incluem cons, car e cdr.
• Apresenta-se exemplos práticos de como trabalhar com listas complexas e os selectores.

Macros

• Formas especiais em LISP que extendem a sintaxe.
• Mecanismo de substituição léxica, sem uso de stack.

Notações BNF

• Uma notação formal para definir a sintaxe de uma linguagem.

Tipo Abstrato de Dados

• Modelo matemático definindo um tipo de dados pelas operações sobre seus valores.
• Um tipo abstrato de dado é independente da sua implementação.

Algumas Funções de Manipulação de Listas

• Apresenta-se funções como append, length, nth e reverse, com exemplos de uso.

Tipos Numéricos, Funções Aritméticas

• Tipos numéricos (real, inteiro).
• Principais operações aritméticas.

Operações com Números

• Exemplos de cálculo com números inteiros (ex.: divisão, resto da divisão, raiz quadrada).
• Detalhes sobre as diferenças entre as utilizações das funções.
• Operações matemáticas como divisão, resto da divisão e raiz quadrada são demonstradas, incluindo detalhes sobre suas possíveis exceções.

Algumas Funções Interessantes (Log, Exp e Random)

• As funções exp, log e random estão disponíveis.

Números Muito Grandes

• Dados numéricos com muitos dígitos são representados como lista de bytes (bignums).

Tipo Boolean/Predicados

• Operadores booleanos (ex.: igualdade, maior que, menor que...).
• Predicados booleanos (ex.: zero, impar, par, elemento de uma lista...).

Operadores Relacionais

• Operadores relacionais.

Tipo Boolean/Operadores Lógicos

• Operadores lógicos (ex.: e, ou, não).
• Resultados demonstrados nos predicados booleanos.

Detalhes dos Operadores Booleanos de Igualdade

• Detalhes sobre ref vs. valor em operadores de igualdade.

Exercícios

• Diversos exercícios para praticar os conceitos aprendidos.
• Detalhes sobre o trabalho com funções, recursividade e estruturas de dados.
• Apresentação de exercícios para praticar os conhecimentos adquiridos em aplicações de diferentes áreas.

Definição de Funções e Estruturas de Controlo

• Sintaxe para definir funções (defun) com parâmetros, descrição, e corpo.

Exemplos

• Desenvolve exemplos para ilustrar a sintaxe do LISP e suas aplicações.
• Exemplos práticos para calcular o quadrado de um número e a área de um círculo.

Funções e Símbolos de Funções

• Distinção entre funções nomeadas e funções anônimas (lambda).

Depuração (Debug)

• Métodos para depurar o código (ex.: trace, dribble).

Estruturas de Controlo no LISP Puro

• Sequenciação (não aplicada no LISP puro)
• Seleção (cond)
• Repetição (recursividade)

Seleção

• Sintaxe e exemplos de uso da estrutura de controlo cond.
• Apresenta-se exemplos usando a estrutura de controlo cond.

Macros (if e ecase).

• Sintaxe e exemplos do uso das macros if e ecase.

Exemplos (max e max4)

• Definição e exemplos de funções para encontrar o máximo de 2 e 4 números.

Recursividade

• Recursividade é abordada.
• Funcionalidades, estruturas e condição de paragem.
• Exemplos de funções recursivas.

Utilização do Stack

• Explicação visual da pilha de chamadas (stack) durante a execução recursiva.

Exercícios (pot, fib e A de Ackermann)

• Exercícios para definir funções recursivas.

Usar com extremo cuidado e apenas em casos excepcionais

• Sequenciação, iteração (do e dotimes).
• Conceitos com exemplos de uso.

Atribuição

• Funcoes para atribuicao de valores a variaveis (setq e setf).

Variáveis e Constantes Globais

• Definição e uso adequado de variáveis globais.
• Usar com extremo cuidado.
• Utilização da diretiva defparameter.
• Exemplos práticos.

Ligação de Valores a Variáveis em Ambientes Léxicos

• Funções LET e LET*, avaliando em sequencialmente ou em paralelo.

Exemplo LET

• Demonstração do uso de LET num exemplo para calcular perímetro e área de um círculo baseado no raio recebido.

Exemplo LET*

• Demonstração de uso num cálculo de raiz quadrada, baseado na amplitude dos valores de uma lista, caso esta amplitude seja maior que 10.

LET e LAMBDA

• Exemplos mostrando a similaridade entre as construções LET e LAMBDA.

Ligação de Funções a Variáveis em Ambientes Léxicos (flet e labels)

• Funcionamentos de flet e labels com demonstrações das suas utilizações.

Exemplos de Flet e Labels.

• Exemplos práticos, demonstrando os usos de flet e labels.

Closures

• Explicação do conceito de closures léxicas.
• Caracterísitcas e demonstrações de utilização.
• Âmbito léxico e dinâmico, e tipos de escopos.

Algumas Funções Destrutivas

• Funções destrutivas (incf, setf).

Outro Exemplo (segurança com passwords).

• Criar um exemplo prático para lidar com a segurança de uma aplicação com passwords.

Exemplo 2 (segurança com passwords).

• Uma abordagem mais segura para proteger os dados de uma aplicação com passwords.

Exercícios

• Exercícios práticos para demonstrar os conceitos.
• Exercícios práticas variam desde funções para manipular listas. Funções para tratamento de números (inteiros e reais) e para resolução de equações matemticas.

Functionais ou meta-funções

• Funções para manipulação de outras funções.
• eval, apply e funcall.
• Exemplos de funções.

Funções de Correspondência

• mapcar, maplist, mapc, mapl, mapcan, e mapcon.
• Demonstrando exemplos de uso.

Exemplo

• Função para listar os países das pessoas com mais de 50 anos, a partir de uma lista de dados.

Detalhes

• Detalhes e exemplos da função apply como ferramenta fundamental em LISP para processar diversas entradas e saídas.

Exercícios

• Exercícios para praticar a utilização de funções de correspondência e manipulação de dados complexos em LISP.

Ficheiros

• Funcionalidades de funções de ficheiros, como abrir, ler e escrever dados.

Keywords de open

• Opções disponíveis para configurar as funções de abertura de ficheiros em LISP.

Pathname

• Métodos para criar e trabalhar com nomes de caminhos de ficheiros usando a classe pathname.

Exemplo (cópia de linhas impares)

• Criar uma função que copia as linhas impares de um ficheiro ".txt" para um novo ficheiro, mantendo o mesmo nome (e extensão).

Exercícios

• Exercícios envolvendo a leitura/escrita de ficheiros.
• Escrita de programas para lidar com ficheiros e funções de leitura/escrita.

Packages

• Namespace problem, uma problemática de LISP que se resolve utilizando packages.

Possíveis Soluções

• As possibilidades para resolver problemas de Namespace.
• Uso de prefixos diferentes para símbolos em módulos distintos e a gestão dos nomes pelos programadores.

Exemplo Concreto

• Exemplo prático de um jogo de 2 jogadores baseado em simbolos.

Exemplo Esquemático

• Representação visual de um exemplo.

A Melhor Solução: Packages

• Utilização de packages para gestão de nomes em LISP.
• Um pacote é uma forma de organizar símbolos, e os pacotes predefinidos como CL, e CL-User.

Exemplo Simples de Utilização

• Exemplos práticos de definição e carga de packages.

Programas J1.lisp e J2.lisp

• Exemplos mostrando os programa de cada jogador, para um jogo entre dois jogadores.

Recomendações

• Recomendações para boas práticas na utilização de packages.

Definir Packages

• Utilização de defpackage para definição de pacotes.

Opções Principais

• Opções principais para configuração de pacotes em LISP (ex.: :use, :import-from, :export).

Export e Use-Package

• Mecanismos para importação e exportação de símbolos entre pacotes.

Shadowing

Mecanismo para gestão de simbolos com mesmo nome, sem conflitos.

Intern/Unintern

• Mecanismo para criar e remover símbolos dentro de um package.

Lista de Símbolos de um Package

• Macros para listagem dos símbolos de um pacote.

Exercícios

• Exercícios sobre diferentes funcionalidades do LISP envolvendo packages.
• Envolve funcionalidades dos packages com exemplos práticos de jogo entre dois jogadores.

Programas Completos

• Apresentação de exemplos de programas completos em LISP com foco em packages.

Tipos Abstratos de Dados

• Discussão de linguagem extensível do LISP e Vantagens.

Exemplo 1

• Exemplo prático com o tipo de dados "Turma".
• Inclui o tipo de dados "Aluno" necessário para o tipo "Turma".

Exercício 1

• Exercício para praticar a gestão de uma pauta de alunos em LISP numa aplicação prática.

Exemplo 2

• Abordagem baseada em árvore de decisão binária para um jogo.

Exercício 2 (Implementacão)

• Orientações sobre a criação do tipo abstrato dos dados, para a implementação da árvore binária do jogo.

Exercícios

• Exercícios adicionais (roda para esquerda, equação do segundo grau, Fibonacci, binary, hexadecimal) e exercicios adicionais sobre conjuntos.