Scienza dei calcolatori

Oggi i computer apprendono autonomamente, superano l'uomo in molte delle sue capacità mentali e di recente parlano con noi in modo fluido: l'intelligenza artificiale sta dando vita a una nuova inarrestabile rivoluzione industriale. Contucci ci fa comprendere il funzionamento di questa tecnologia sempre più pervasiva e ci aiuta a identificare i rischi e le sfide che ci attendono, per riuscire a trasformarla in una grande opportunità.

Verso la metà degli anni Cinquanta la cibernetica di Wiener, Turing e von Neumann lasciava il campo all'IA (l'intelligenza artificiale). Ai saggi dei "padri" della cibernetica, si affiancano qui i fondamentali contributi di Simon, Samuel, McCarthy e Minsky, i fondatori dell'IA, che ne illustrano le prime realizzazioni e la portata nell'ambito dei problemi della filosofia della mente. I temi trattati coprono un arco temporale che va dagli anni a cavallo della Seconda guerra mondiale alla fine degli anni Sessanta, con aggiornamenti critici dei curatori sui successivi sviluppi dell'IA e i suoi rapporti con le discipline psicologiche nonché sulla recente ripresa delle ricerche nel campo delle reti neurali e del connessionismo. Introduzione di Damiano Cantone.

SageMaker è una piattaforma in cloud di AWS che consente di elaborare modelli di machine learning utilizzando un'interfaccia grafica e senza dover gestire alcuna infrastruttura. Questo manuale accompagna il lettore nell'apprendimento delle varie funzionalità, dalla preparazione dei dati alla creazione, addestramento e distribuzione di modelli. Viene mostrato come integrare la piattaforma con le librerie di deep learning più diffuse, in modo da estenderne le potenzialità. Il lettore impara inoltre a ottimizzare il flusso di lavoro, migliorando la produttività e riducendo i costi, a individuare problemi e difetti nell'addestramento dei modelli, con la giusta attenzione alla scalabilità e al rilascio delle applicazioni. Una guida passo passo adatta ad analisti, data scientist, sviluppatori e in generale a chiunque voglia esplorare e sfruttare l'esperienza di AWS nello sviluppo di applicazioni di machine learning e analisi dei dati.

Nei prossimi vent'anni le intelligenze artificiali stravolgeranno ogni campo dell'esperienza umana. I settori del lavoro, i parametri dell'istruzione e prima ancora la nostra quotidianità assumeranno un volto diverso: imparando a gestire algoritmi e modelli informatici, vivremo in una nuova realtà. Kevin Scott, luminare del "machine learning", ripensa il sogno americano alla luce delle ultimissime scoperte della Silicon Valley. In un percorso autobiografico che si apre con la sua infanzia nelle sterminate, abbandonate terre del Sud, Scott ripercorre la sua brillante e insolita carriera di scienziato costretto a emigrare nelle zone più ricche dell'America, esplorando l'incredibile e a tratti spaventoso mondo delle intelligenze artificiali. Ne sottolinea l'enorme potere, analizza i problemi etici presentati dalla crescente indipendenza dei computer e non nasconde rischi e pericoli che presto dovremo affrontare. Ma soprattutto spiega come l'IA abbia in sé il potenziale per diventare un'opportunità in ogni campo, dall'agricoltura all'industria, dall'informatica al mondo dei social: un'opportunità che, se sapremo sfruttarla, non solo permetterà al sogno americano di continuare a vivere, ma aiuterà l'umanità a risolvere alcuni dei suoi problemi più pressanti. Prefazione di J. D. Vance.

Il manuale nasce dalla constatazione che Python ha ormai spodestato giganti come Java sia nei corsi universitari sia nella formazione professionale di alto livello e costituisce il linguaggio del machine learning. Gli autori guidano il lettore in un graduale apprendimento della programmazione Python e delle sue librerie scientifiche NumPy e Pandas, dei concetti di machine learning e deep learning e della loro implementazione nel linguaggio, anche con framework come TensorFlow-Keras. L'obiettivo è ridurre al minimo i tempi di studio necessari per apprendere l'essenza del linguaggio e la sua applicazione consapevole alle reti neurali.

Nel mondo della tecnologia e dell'industria dei calcolatori ci sono stati negli ultimi anni enormi cambiamenti, che vanno dal rallentamento nello sviluppo della tecnologia dei semiconduttori alla crescita delle Architetture Specifiche di Dominio (DSA); dal ruolo delle microarchitetture come superfici sicure contro gli attacchi informatici alla ri-verticalizzazione dell'industria della tecnologia informatica, con poche aziende che forniscono infrastrutture di calcolo. In particolare, la crescente importanza dell'insieme di istruzioni open-source, che consentono alle organizzazioni di costruire processori senza dover prima negoziare una licenza e di sviluppare implementazioni che vengono condivise liberamente, costituisce una risorsa preziosa per la ricerca accademica e la didattica. Lo studio dell'informatica non può riguardare solo i principi su cui è fondata l'elaborazione, ma deve anche riflettere lo stato delle conoscenze attuali, e la quinta edizione italiana di Struttura e progetto dei calcolatori riflette proprio questi vertiginosi cambiamenti. Oltre all'aggiornamento dei dispositivi descritti, è stata aggiunta la trattazione delle Architetture Specifiche di Dominio e sono state reinserite le parti dedicate alle architetture multi-ciclo. Viene dato più spazio all'impatto dei software open-source sulle architetture e il confronto tra le architetture MIPS e quelle ARM e RISC-V è portato avanti in modo ancora più approfondito. Dal punto di vista didattico sono stati aggiunti in ciascun capitolo i paragrafi Come andare più veloce e Aiuto allo studio, con quesiti sfidanti (e risposte), mentre si mantengono le rubriche delle edizioni precedenti Interfaccia hardware/software, Capire le prestazioni dei programmi, Quadro d'insieme e Autovalutazione (con le risposte alla fine di ogni capitolo). Tutti gli esercizi sono stati aggiornati.

L'Interaction Design si occupa della progettazione di prodotti e servizi nei quali è presente un'interazione tra persone e macchine. Si tratta di una disciplina dalla forte valenza applicativa che ha acquisito grande importanza con il dilagare della tecnologia nella nostra vita. Coinvolge aspetti cognitivi, sociali ed emotivi, e gli strumenti impiegati derivano da campi diversi, dalla psicologia all'antropologia fino all'informatica. Questo volume insegna la pratica dell'Interaction Design dalle basi, mostrando non solo quali principi applicare e come, ma anche come integrarli con le metodologie Agile e Lean, la data analysis, il design di interfacce e la teoria contemporanea sulla cognizione umana. Arricchito da esercitazioni e interviste a esperti del settore, questo manuale è una guida fondamentale per studenti e professionisti che vogliono acquisire le competenze necessarie per operare nel campo della progettazione dell'interazione uomo-macchina.

La creatività: una delle doti peculiari dell'Homo sapiens, qualcosa che ci definisce come specie e come individui; la capacità, a lungo ritenuta unica, di realizzare opere d'arte o trovare soluzioni innovative ai problemi e agli stimoli del mondo. Grazie a essa abbiamo creato macchine sempre più avanzate, ormai in grado di superarci in molti ambiti. Ma se il sogno di riprodurre le caratteristiche della mente umana è antichissimo, lo sviluppo di una vera e propria intelligenza artificiale - in grado di apprendere dall'esperienza e migliorarsi - è un percorso ben più recente. Oggi che l'intelligenza artificiale è una realtà in via di affermazione, la domanda è: potrebbe a sua volta dimostrarsi creativa? Musica, arti visive, letteratura, matematica, persino l'elaborazione di una nuova lingua: i passi avanti in questi campi sono stati enormi, e tali da far ritenere che si sia sulla strada giusta per raggiungere traguardi un tempo impensabili. Possibile che, in un futuro prossimo, le macchine siano in grado di aiutarci a tener viva la nostra immaginazione? Marcus du Sautoy - studioso e divulgatore di fama internazionale - ripercorre in questo libro i progressi compiuti negli ultimi anni dal machine learning, oltre a esaminare la natura profonda della creatività umana e a descrivere i processi matematici che vi sono implicati. Il risultato è un volume ricco e affascinante, che offre un'analisi innovativa del mondo dell'IA e dell'essenza di ciò che chiamiamo «essere umano».

Fino a poco tempo fa i programmatori potevano fare affidamento sul lavoro dei progettisti di architetture e di compilatori e su quello dei produttori di chip per rendere più veloci e più efficienti a livello energetico i propri programmi senza il bisogno di apportare alcuna modifica. Questa epoca è finita: affinché un programma possa essere eseguito più velocemente deve diventare un programma parallelo. La tecnologia moderna richiede che i professionisti di ogni settore dell'informatica conoscano sia il software sia l'hardware, la cui interazione ai vari livelli offre la chiave per capire i princìpi fondamentali dell'elaborazione. Per questo motivo gli autori di Struttura e progetto dei calcolatori hanno posto l'enfasi sulla relazione tra hardware e software, e il recente passaggio dalle architetture uniprocessore ai multiprocessori multicore ha confermato quanto la prospettiva del parallelismo sia giusta. La novità di questa edizione è la scelta di trattare l'architettura RISC-V. Sviluppato inizialmente a Berkeley e progettato per funzionare con cloud computing, dispositivi mobili e altri sistemi embedded, questo insieme di istruzioni è più semplice ed elegante dell'insieme di istruzioni MIPS e presenta anche il vantaggio di non essere un'architettura proprietaria. Esistono quindi simulatori, compilatori e debugger RISC-V open source facilmente reperibili, e persino implementazioni RISC-V open source scritte nei linguaggi di descrizione dell'hardware. Gli obiettivi principali del corso sono: dimostrare con esempi concreti quanto sia importante comprendere il funzionamento dell'hardware, per ottenere buone prestazioni ed elevata efficienza energetica; evidenziare i temi principali di ogni argomento inserendo a margine del testo le icone associate alle «otto grandi idee» nella progettazione delle architetture; proporre nuovi esempi che riflettano il ricambio generazionale avvenuto nel passaggio dall'era dei PC all'era postPC (tablet, cloud, ARM, x86); distribuire il materiale relativo all'I/O in tutto il libro anziché racchiuderlo in un unico capitolo; aggiornare il contenuto tecnico per rispecchiare i cambiamenti avvenuti nell'industria, facendo riferimento, per esempio, ad architetture come il Cortex A-53 ARM e il Core i7 Intel.

I dispositivi "intelligenti", come gli smartphone, le smart TV, le smart car, gli assistenti vocali, sono dappertutto e stanno già influenzando la vita di tutti. Ma è vero che sono intelligenti? Se non lo sono già adesso, lo diventeranno? In fondo, cos'è l'intelligenza? Cosa dobbiamo aspettarci in un prossimo domani e cosa in un futuro remoto? L'intelligenza artificiale sarà per noi un bene o un male? Il libro risponde ai molti quesiti che sempre più spesso sorgono intorno al concetto di Intelligenza Artificiale. Un agile strumento per capire e interpretare i risultati che la scienza e la tecnologia mettono a disposizione dei singoli cittadini, dei governi e degli imprenditori.

Pur conservando l'ormai nota e inconfondibile metafora che vede un calcolatore come una gerarchia di livelli, questa nuova edizione presenta numerosi cambiamenti, che allineano i contenuti del manuale allo stato dell'arte dei più recenti sviluppi dell'industria. Gli esempi presentati riguardano Intel Core i7, OMAP4430 di Texas Instruments e ATmega168 di Atmel. Il Core i7 è un esempio di CPU largamente utilizzata su portatili, desktop e server, OMAP4430 è una diffusissima CPU basata su ARM, molto utilizzata su smartphone e tablet e ATmega168 è il microcontrollore della piattaforma open-source ARDUINO, presente in numerosi sistemi integrati, dalle radiosveglie digitali ai forni a microonde.

L'intelligenza artificiale sta rapidamente prendendo piede nelle nostre società. Ma è davvero "intelligente"? Di che tipo di intelligenza è dotata? Come la concepiscono coloro che la progettano? Che senso ha servircene nella vita di tutti i giorni? In questo libro, si tenta di rispondere a queste domande con gli strumenti della semiotica, la disciplina che si interroga, appunto, su come si determina il significato delle cose di cui facciamo esperienza. Ci si concentra, in particolare, sulla capacità delle macchine di interpretare la realtà e di aiutarci a interpretarla. Inoltre, analizzando i discorsi portati avanti da chi le crea, le utilizza, ne parla nei saggi scientifici o sui giornali, nei film o nelle serie tv, si riflette sulle narrazioni e sulle ideologie che influiscono sul modo in cui le pensiamo. Ciò che se ne evince è un quadro interessante, non solo delle tecnologie di cui ci stiamo dotando, ma soprattutto di noi che scegliamo di servircene e della nostra visione del mondo.