Teórico de la lógica

Logic Theorist es un programa informático escrito en 1956 por Allen Newell, Herbert A. Simon y Cliff Shaw. Fue el primer programa diseñado deliberadamente para realizar razonamiento automatizado y se le ha descrito como el «primer programa de inteligencia artificial». Logic Theorist demostró 38 de los primeros 52 teoremas del capítulo dos de los Principia Mathematica de Whitehead y Bertrand Russell, y encontró demostraciones nuevas y más breves para algunos de ellos.

En 1955, cuando Newell y Simon comenzaron a trabajar en el Teórico Lógico, el campo de la inteligencia artificial aún no existía. Incluso el término mismo («inteligencia artificial») no se acuñaría hasta el verano siguiente.Simon era un politólogo que ya había producido trabajos clásicos en el estudio del funcionamiento de las burocracias, además de desarrollar su teoría de la racionalidad limitada (por la que posteriormente ganaría un Premio Nobel). El estudio de las organizaciones empresariales requiere, al igual que la inteligencia artificial, una comprensión de la naturaleza de la resolución de problemas y la toma de decisiones humanas. Simon recuerda haber sido consultor en RAND Corporation a principios de la década de 1950 y haber visto una impresora escribiendo un mapa, utilizando letras comunes y signos de puntuación como símbolos. Se dio cuenta de que una máquina capaz de manipular símbolos podía simular con la misma eficacia la toma de decisiones y posiblemente incluso el proceso del pensamiento humano.El programa que imprimió el mapa fue escrito por Newell, un científico de RAND que estudiaba logística y teoría de la organización. Para Newell, el momento decisivo se produjo en 1954, cuando Oliver Selfridge acudió a RAND para presentar su trabajo sobre la comparación de patrones. Al ver la presentación, Newell comprendió de repente cómo la interacción de unidades simples y programables podía generar comportamientos complejos, incluyendo el comportamiento inteligente de los seres humanos. «Todo ocurrió en una tarde», diría más tarde. Fue un momento excepcional de epifanía científica.

"Tenía tal sentido de claridad que este era un nuevo camino, y uno que iba a bajar. No he tenido esa sensación muchas veces. Soy bastante escéptico, y así que normalmente no salgo en un trasero, pero lo hice en ese. Completamente absorbido en ella—sin existir con la conciencia de dos o tres niveles para que estés trabajando, y consciente de que estás trabajando, y consciente de las consecuencias y implicaciones, el modo normal de pensamiento. No. Completamente absorbido por diez a doce horas."

Newell y Simon comenzaron a hablar sobre la posibilidad de enseñar a las máquinas a pensar. Su primer proyecto fue un programa que pudiera demostrar teoremas matemáticos como los utilizados en los Principia Mathematica de Bertrand Russell y Alfred North Whitehead. Solicitaron la ayuda del programador informático Cliff Shaw, también de RAND, para desarrollar el programa. (Newell afirma que «Cliff era el verdadero informático de los tres»).La primera versión fue simulada a mano: escribieron el programa en tarjetas de 3x5 y, como recordó Simon:

En enero de 1956, reunimos a mi esposa y tres hijos junto con algunos estudiantes graduados. A cada miembro del grupo, le dimos una de las tarjetas, de modo que cada uno se convirtió, en efecto, en un componente del programa informático... Aquí estaba la naturaleza imitando el arte imitando la naturaleza.

Lograron demostrar que el programa podía demostrar teoremas con la misma eficacia que un matemático talentoso. Finalmente, Shaw logró ejecutar el programa en la computadora de las instalaciones de RAND en Santa Mónica.En el verano de 1956, John McCarthy, Marvin Minsky, Claude Shannon y Nathan Rochester organizaron una conferencia sobre lo que llamaron «inteligencia artificial» (término acuñado por McCarthy para la ocasión). Newell y Simon presentaron con orgullo al grupo el Teórico de la Lógica. La recepción fue tibia. Pamela McCorduck escribe: «La evidencia demuestra que nadie, salvo los propios Newell y Simon, percibió la trascendencia a largo plazo de lo que estaban haciendo». Simon confiesa que «probablemente fuimos bastante arrogantes al respecto» y añade:

No quisieron oír de nosotros, y no quisimos oír de ellos: teníamos algo que hacer. show ellos... De alguna manera era irónico porque ya habíamos hecho el primer ejemplo de lo que buscaban; y segundo, no le prestaron mucha atención.

Logic Theorist pronto demostró 38 de los primeros 52 teoremas en el capítulo 2 de los Principia Mathematica. La demostración del teorema 2.85 fue, de hecho, más elegante que la demostración elaborada laboriosamente a mano por Russell y Whitehead. Simon pudo mostrarle la nueva demostración al propio Russell, quien respondió encantado. Intentaron publicar la nueva demostración en The Journal of Symbolic Logic, pero fue rechazada por considerar que una nueva demostración de un teorema matemático elemental no era relevante, aparentemente pasando por alto que uno de los autores era un programa de computadora.Newell y Simon forjaron una colaboración duradera, fundando uno de los primeros laboratorios de IA en el Instituto Carnegie de Tecnología y desarrollando una serie de programas e ideas influyentes sobre inteligencia artificial, incluyendo el Solucionador General de Problemas, Soar y su teoría unificada de la cognición.

Esta es una breve presentación, basada en.

El teórico lógico es un programa que realiza procesos lógicos sobre expresiones lógicas.

• Una expresión está hecha de elementos.
• Hay dos tipos de recuerdos: de trabajo y almacenamiento.
• Cada memoria de trabajo contiene un único elemento. El teórico lógico generalmente utiliza 1 a 3 recuerdos de trabajo.
• Cada memoria de almacenamiento es una lista que representa una expresión completa o un conjunto de elementos. En particular, contiene todos los axiomas y teoremas lógicos comprobados.
• Una expresión es un árbol de sintaxis abstracto, cada nodo es un elemento con hasta 11 atributos.

Por ejemplo, la expresión lógica ${\displaystyle \neg P\to (Q\wedge \neg P)}$ está representado como un árbol con un elemento raíz que representa ${\displaystyle \to }$. Entre los atributos del elemento raíz se encuentran punteros a los dos elementos que representan las subexpresiones ${\displaystyle \neg P}$ y ${\displaystyle Q\wedge \neg P}$.

Hay cuatro tipos de procesos, desde el nivel más bajo hasta el más alto.

• instrucción: Estos son similares al código de montaje. Pueden realizar una operación primitiva en una expresión en memoria de trabajo, o realizar un salto condicional a otra instrucción. Un ejemplo es "poner el subelemento adecuado de la memoria de trabajo 1 a la memoria de trabajo 2"
• Proceso elemental: Son similares a las subrutinas. Una secuencia de instrucciones que se pueden llamar.
• método: Una secuencia de procesos elementales. Sólo hay 4 métodos:
  • sustitución: dada una expresión, intenta transformarla a un teorema o axioma probado por sustituciones de variables y conexiones lógicas.
  • desapego: expresión dada ${\displaystyle B}$, intenta encontrar un teorema probado o axioma de forma ${\displaystyle A\to B.$, donde ${\displaystyle B'$ rendimientos ${\displaystyle B}$ después de la sustitución, entonces intenta probar ${\displaystyle A}$ por sustitución.
  • encadenamiento hacia adelante: expresión dada ${\displaystyle A\to C}$, intenta encontrar para un teorema probado o axioma de forma ${\displaystyle A\to B}$, luego intentar probar ${\displaystyle B\to C}$ por sustitución.
  • encadenamiento hacia atrás: expresión dada ${\displaystyle A\to C}$, intenta encontrar para un teorema probado o axioma de forma ${\displaystyle B\to C}$, luego intentar probar ${\displaystyle A\to B}$ por sustitución.
• método de control ejecutivo: Este método aplica cada uno de los 4 métodos en secuencia a cada teorema para ser probado.

El teórico lógico introdujo varios conceptos que serían fundamentales para la investigación en IA:

Razones como búsqueda

El teórico lógico exploraba un árbol de búsqueda: la raíz era la hipótesis inicial, cada rama era una deducción basada en las reglas de la lógica. En algún lugar del árbol era el objetivo: la proposición que el programa pretendía probar. El camino a lo largo de las ramas que llevaron a la meta fue una prueba – una serie de declaraciones, cada una deducida utilizando las reglas de la lógica, que llevó de la hipótesis a la proposición a ser probada.

Heurística

Newell y Simon se dieron cuenta de que el árbol de búsqueda crecería exponencialmente y que necesitaban "trim" algunas ramas, utilizando "reglas de pulgar" para determinar qué caminos eran poco probables para llevar a una solución. Los llamaban ad hoc reglas "heurística", usando un término introducido por George Pólya en su libro clásico sobre la prueba matemática, Cómo resolverlo. (Newell había tomado cursos de Pólya en Stanford). La heurística se convertiría en un importante área de investigación en inteligencia artificial y sigue siendo un método importante para superar la intráctil explosión combinatorial de búsquedas de crecimiento exponencial.

Procesamiento de listas

Para implementar el teórico lógico en una computadora, los tres investigadores desarrollaron un lenguaje de programación, IPL, que utilizó la misma forma de procesamiento de listas simbólicas que posteriormente formaría la base del lenguaje de programación de McCarthy Lisp, un lenguaje importante que todavía utilizan los investigadores de AI.

Pamela McCorduck escribe que el Teórico de la Lógica fue «la prueba fehaciente de que una máquina podía realizar tareas hasta entonces consideradas inteligentes, creativas y exclusivamente humanas». Y, como tal, representa un hito en el desarrollo de la inteligencia artificial y nuestra comprensión de la inteligencia en general.En enero de 1956, Simon le contó a una clase de posgrado: «Durante la Navidad, Al Newell y yo inventamos una máquina pensante», y escribió:

[Nosotros] inventamos un programa informático capaz de pensar no anualmente, y así resolvimos el venerable problema mental-cuerpo, explicando cómo un sistema compuesto por materia puede tener las propiedades de la mente.

Esta afirmación, de que las máquinas pueden tener mentes al igual que las personas, sería posteriormente denominada "IA Fuerte" por el filósofo John Searle. Sigue siendo un tema de intenso debate hasta la actualidad.Pamela McCorduck también ve en el Teórico de la Lógica el inicio de una nueva teoría de la mente: el modelo de procesamiento de la información (a veces llamado computacionalismo o cognitivismo). Escribe que «esta perspectiva llegaría a ser fundamental para su trabajo posterior y, en su opinión, tan fundamental para la comprensión de la mente en el siglo XX como lo fue el principio de selección natural de Darwin para la comprensión de la biología en el siglo XIX». Newell y Simon formalizarían posteriormente esta propuesta como la hipótesis de los sistemas de símbolos físicos.

• Crevier, Daniel (1993). AI: The Tumultuous Search for Artificial Intelligence. New York, NY: BasicBooks. ISBN 0-465-02997-3., págs. 44 a 46.
• McCorduck, Pamela (2004), Máquinas que piensan (2a ed.), Natick, Massachusetts: A. K. Peters, ISBN 1-5688-1205-1, págs. 161 a 170.
• Russell, Stuart J.; Norvig, Peter. (2021). Inteligencia Artificial: Un enfoque moderno (4a edición). Pearson. ISBN 9780134610993. LCCN 20190474.

• Newell y Simon RAND Corporation informan sobre el teórico lógico
• Versión completa de Newell y Simon RAND Corporation informan sobre el teórico lógico
• CMU Bibliotecas: mentes humanas y de máquinas
• Código fuente como PDF en Github