Laskennallinen älykkyys. Computational Intelligence

Transkriptio

1 Laskennallinen älykkyys Computational Intelligence

2 MITEN PIDÄN TEIDÄT HEREILLÄ? SAMK ja laskennallisen älykkyyden tutkimus Lyhyesti muutamasta ongelmasta Miten jääkiekon SM liigan sarjaohjelma laaditaan? Miksi maailman tehokkaimmatkaan tietokoneet eivät auta ongelmien ratkaisemisessa Mikä ihmeen laskennallinen älykkyys Miten naisille valitaan parhaat miehet?

3 SAMK:N LASKENNALLISEN ÄLYKKYYDEN TUTKIMUSKOHTEITA Työvoiman hallinta Älykkäät ja oppivat pelihahmot Tilastollinen ennustaminen ja simulointi Logistiikka Massiivisten avointen verkko opintojen data analyysi (MOOC kurssit) Kurssivalinnat ja lukujärjestykset Ammattilaisliigojen sarjaohjelmat

4 TUTKIMUSYHTEISTYÖTÄ

5 Työvoiman hallinta miten saadaan sekä tehokkuutta että työtyytyväisyyttä lisättyä? 1) Jokaisella työntekijällä tulee olla tasan 9 vapaapäivää 4 viikon jaksoissa 2) Vapaapäiviä maksimissaan 3 peräkkäin 3) Ei voi työskennellä yli 6 päivää peräkkäin 4) Vapaan välissä tulee olla väh. 2 työpäivää 5) Yövuoron jälkeen ei saa alkaa vapaapäivää 1) Työntekijöiden lukumäärä tulee minimoida 2) Yli/alityön määrä tulee minimoida ja tasoittaa eri päiville 3) Aamu/ilta/yövuoroja tulee olla kaikilla tasaisesti 4) Viikonlopputöitä tulee olla kaikilla tasaisesti 5) Vapaapäivä ja työvuorotoiveet tulee toteuttaa mahdollisimman hyvin

6 Logistiikka miten kerätään jätteet tehokkaimmin? 1) Asiakkaiden jätteet pitää hakea tietyn aikaikkunan sisällä 2) Jäteautoihin mahtuu tietty määrä tiettyä jätettä 3) Työntekijöiden työsopimuksia tulee noudattaa 4) jne... 1) Autojen lukumäärä tulee minimoida 2) Autojen kulkema matka tulee minimoida 3) Työntekijöiden lukumärä tulee minimoida 4) Työntekijöiden työaika tulee minimoida 5) jne

7 Urheilun ammattilaisliigat miten tehdään kaikille tasapuolinen ja yleisömäärän maksimoiva sarjaohjelma? 1) Tehdään mahdollisimman paljon täysiä kierroksia (= kaikki pelaavat) 2) Joukkue A ei voi pelata kotona tiettynä päivänä (hallissa muu tapahtuma) 3) Joukkue A ei voi pelata kotona, jos B pelaa (Tappara/Ilves) 4) Muiden liigojen asettamat rajoitukset ja ehdot (CHL) 1) Ei yli kahta peliä peräkkäin kotona/vieraissa 2) Pelattujen koti/vierasottelujen ero korkeintaan yksi 3) Pelattujen ottelujen ero saa olla korkeintaan yksi 4) Joukkue A haluaisi pelata kotona tiettynä päivänä 5) Samojen joukkueiden kohtaamisen väli vähintään k kierrosta (k = 7)

8 MIKSI LASKENNALLISEN ÄLYKKYYDEN MENETELMÄT TOIMIVAT VUONNA 2014? 1) Algoritmit (tietokoneelle ohjelmoitavat ratkaisumenetelmät) ovat kehittyneet selvästi paremmiksi 2) Tutkijat ovat selvästi lisänneet kiinnostusta myös käytännön ongelmien ratkaisemiseen (maailmanlaajuinen ilmiö) 3) Tietokoneiden teho on saavuttanut tason, joka mahdollistaa vaativien käytännön ongelmien ratkaisemisen. Jos 100 henkilön työvuorojen optimointi kolmelle viikolle kestää nykyisillä tehokkailla tietokoneilla yön yli, vuoden 2005 tietokoneilla aikaa olisi kulunut kuukausi ja vuonna 2000 noin vuoden päivät.

9 Sarjaohjelman laatimisen haasteellisuus 1. Pelicans TPS Ässät Lukko Blues - HIFK 2. TPS Ässät Lukko Blues HIFK Pelicans 3. Pelicans Lukko Ässät HIFK Blues TPS 4. (jne tosi helppoa?) Veikkauksia, kuinka monta erilaista sarjaohjelmaa voidaan tehdä yksinkertaiselle sarjalle (kaikki pelaa vastakkain kerran) jossa on 14 joukkuetta?

10 14 joukkueelle yksinkertaisia sarjoja on erilaista (25 kvadriljardia) Maailman nopeimmalta supertietokoneelta menee näiden kaikkien vaihtoehtojen laskemiseen ja lopuksi parhaan valitsemiseen yli miljoona vuotta. (IBM Sequoija)

11 SM-liigassa 14 joukkuetta pelaa yli nelinkertaisen sarjan, jolloin erilaisia sarjaohjelmavaihtoja on enemmän kuin kpl

12 Kuinka kauan näiden vaihtoehtojen laskemiseen kuluu aikaa? Maailmankaikkeudessa on arvioitu olevan protonia. Jos jokaisella protonilla olisi käytössä maailman nopein supertietokone, ne saisivat miljoonassa vuodessa laskettua parhaan sarjaohjelman, jos saataisiin jostain apuun maailmankaikkeutta lisää!

13 Miksi työvuorojen laatiminen on haastava tehtävä? Otetaan esimerkkinä 50 henkilön työvuorojen laatiminen 3 viikolle. Jokaisena päivänä on 50 työtä suoritettavana. 1. hlölle 1. päivän työ voidaan valita 50 tavalla 1. hlölle 2. päivän työ voidaan valita 50 tavalla 1. hlölle 21. päivän työ voidaan valita 50 tavalla Eli 1. henkilölle työt voidaan valita yhteensä eri tavalla = eri tavalla

14 Miksi työvuorojen laatiminen on haastava tehtävä? 2. hlölle 1. päivän työ voidaan valita 49 tavalla 2. hlölle 21. päivän työ voidaan valita 49 tavalla 50. hlölle 1. päivän työ voidaan valita 1 tavalla 50. hlölle 21. päivän työ voidaan valita 1 tavalla Eli 50 henkilölle työt voidaan valita yhteensä ( ) 21 eri tavalla = eri tavalla =

15 eri tavalla

16 KEHITTÄMÄMME RATKAISUMENETELMÄT PERUSTUVAT LUONNON KEHITTÄMÄÄN ÄLYYN Miten lisääntyminen ja luonnonvalinta toimivat Miten aivojen neuroniverkosto toimiii Miten muurahaiset löytävät yhteisen polun Miten kalojen liikkuminen parvissa tapahtuu Näitä luonnon ratkaisuja sovelletaan keinotekoisessa tietokonemaailmassa

17 LISÄÄNTYMINEN JA LUONNONVALINTA Käyttää joukkoa (= populaatio) rinnakkaisia ratkaisuehdotelmia (= sukupolvi) Ratkaisuehdotelmista valitaan, parhaita jotenkin suosien, osa (yleensä kaksi) käsiteltäväksi Valittuja ratkaisuehdotelmia yhdistellään ja parannellaan (risteytyksillä ja mutaatioilla) Näin saadaan uusia ratkaisuehdotelmia, joista uuteen sukupolveen pääsevät todennäköisimmin arvoltaan parhaat eli the fittest will survive

18 MUURAHAISTEN JOUKKOÄLY Miten muurahaiset löytävät parhaan reitin? erittävät feromonia mennään sinne missä eniten! Pesä Ruoka Pesä Ruoka Este Pesä Ruoka Pesä Ruoka

19 KALOJEN JOUKKOÄLY Mitä sääntöjä kalaparvet noudattavat? Jokainen kala pyrkii lähimpien naapuriensa keskustaan Jokainen kala pyrkii pitämään saman suunnan kuin lähimmät naapurit keskimäärin Jokainen kala pyrkii liikkumaan poispäin lähimmistä naapureista, jos ne tulevat liian lähelle

20 Järjestelyongelma kuka valitsee parhaiten naisille miehet? Sini Sinkku, potentiaalinen elämänkumppani (vaikka vain lyhyemmäksikin aikaa), on pyytänyt yhdeksän vapaalla jalalla olevaa kaveriaan luokseen kylään. Hän on skautannut nettipalvelusta heille kymmenen treffi kandidaattia. Kukin kandidaatti on lähettänyt Sinille oman portfolionsa, jossa nämä suomalaisen sisun ruumiillistumat esittelevät omia vahvuuksiaan. Sini ja hänen kaverinsa järjestävät kukin miehet paremmuusjärjestykseen.

21 Allaolevassa taulukossa on naisten rankkaukset (1 = mieluisin). Etsi naisille parhaat mahdolliset miehet siten, että jokainen saa yhden miehen. Ympyröi yksi luku joka riviltä ja joka sarakkeelta. Valintasi hyvyys lasketaan valittujen järjestyslukujen summana. Taulukossa on esitetty yksi vaihtoehto (summa = 26).

22 Paras ratkaisu Summa = 20

23 Kiitos mielenkiinnosta