SITEMAS ESPECIALISTAS (SE)

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UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia
Graduação em Ciência da Computação
André Moreira – RA – C6643I-0
Guilherme Martins – RA – C664EE-9
Gustavo Junior – RA – C64864-7
Kayo Henrique – RA –C4975F-7
Thiago de Oliveira – RA – C5480B-1
SISTEMAS ESPECIALSTAS (SE)
CONCEITOS E APLICAÇÕES
Chácara Santo Antônio - São Paulo.
2017
O QUE É UM SISTEMA ESPECIALISTA?
Antes de começarmos a falar sobre SE (Sistemas Especialistas), devemos conhecer um pouco sobre IA, pois SE é uma das áreas de IA.
Imprescindíveis que ajudaram o avanço de IA foram os trabalhos matemáticos. No século 20, surge Alan Turing, mas só em 1956 é que a inteligência artificial começou a ser reconhecida como Ciência.
IA é a forma de tentar criar dispositivos que simulem a mente humana, mais do que criar padrões que a maquina possa seguir é de fazer com que elas aprendam informações novas e tomem decisões.
O conceito de inteligência de acordo com os filósofos e a forma de você usar o seu conhecimento para determinadas circunstâncias, um exemplo é a fala: quando éramos pequenos não conseguíamos falar direito, mas conforme os tempos que escutamos as pessoas ao nosso redor, acabaram aprendendo as palavras e a forma que devemos usa-as.
Com S.E não é diferente, ele é um sistema que pega os dados e ajuda na hora de tomar decisões de acordo com sua base de conhecimento.
Vamos deixar um pouco mais claro, vamos usar unificação de conceitos para que entendamos melhor.
SISTEMA: É um conjunto de ideais, elementos ou materiais que podemos encontrar alguma relação. EX: Sistema Respiratório, Sistema Operacional, Sistema de Transito, etc...
ESPECIALISTA: Aquele que é conhecedor do assunto, problema. Perito.
Ou seja, um sistema especialista tem como objetivo principal resolver um problema que normalmente são solucionados por “especialistas humanos”, o sistema é capaz de emitir uma decisão, com o apoio em conhecimento justificado, a partir de uma base de informação, tal qual um especialista de determinada área do conhecimento.
SISTEMAS ESPECIALISTAS E SUAS FUNÇÕES.
Um sistema especialista assim como qualquer tecnologia, tem como objetivo principal dar apoio às necessidades do homem. Porém esse tipo de sistema vai muito além de apenas propor soluções comuns, ele possui propriedades especificas para auxiliar em uma determinada área de especialização. Cabe a ele apresentar resultados precisos, de acordo com a necessidade solicitada para tal aplicação.
Segundo Edward Feigenbaum docente na universidade de Stanford nos Estados Unidos, citado por Harmon e King (1988), um sistema especialista é um software inteligente que utiliza procedimentos de inferência para solucionar problemas do mundo real que requerem análise humana.
Um médico ou mesmo um geólogo, por exemplo, precisam ter conhecimento suficiente para atuar em sua profissão, para isso eles necessitam de uma formação acadêmica que supra os requisitos necessários para a atuação desse profissional. Em um sistema inteligente não é diferente, é de extrema importância levar em conta os dados que alimentam esse sistema, pois serão eles os responsáveis pela análise correta e precisa no domínio do problema. De maneira geral, a arquitetura de um sistema especialista precisa ser robusta para que o mesmo atenda a demanda necessária.
Seja um sistema especialista que mapeie rotas em todo o mundo ou até mesmo um que apresente diagnósticos médicos, ambos devem apontar o erro, solucionar problemas e demonstrar resultados satisfatórios assim como qualquer profissional de uma área de atuação faria.
A partir desses sistemas inteligentes, é possível abranger diferentes áreas, sem a necessidade um profissional capacitado. Em um ambiente corporativo isso gera a redução de custos, levando em consideração que a atividade exercida por dezenas de funcionários, poderá ser substituída por apenas um sistema especialista, resultando em um avanço comercial e lucrativo entre empresas e instituições governamentais de diversos setores. 
Aplicação do Sistema Especialista 
O uso dos Sistemas Especialistas traz muitos benefícios em nossa rotina cotidiana. Os sistemas especialistas não têm o objetivo de substituir o ser humano em suas atividades, sim ajudar na tomada de decisões. Sua vasta capacidade de armazenar informações, capacita em um grande potencial de interpretação. Os Sistemas Especialistas estão sendo utilizados em diversas áreas realizando diagnósticos médicos, até fazem trabalhos paralelos com sistemas convencionais organizacionais.
Como sua aplicação na área médica, por sua necessidade de tomar decisões o mais rápido possível e também por ser uma das áreas que têm mais "problemas", sendo assim uma das áreas mais beneficiadas com essa tecnologia. Na área médica é mais usado para que o tomador de decisões, ou seja o médico, não se esqueça de nada antes de tomar qualquer decisão antes de se realizar uma ação. O primeiro sistema especialista para a medicina foi desenvolvido pelo Dr. Edward Shortliffe na década de 70 e se chamava MYCIN, o software era capaz de receitar alguns antibióticos em casos de doenças já "cadastradas em sua base".
Mas não existe apenas os sistemas especialistas para a medicina, existem também para empresas que são utilizados, para resolução dos problemas mais complexos, problemas que para o humano seria necessário horas, dias, até mesmo semanas para ser resolvido, mas com um sistema especialista isso pode ser resolvido em questão de segundos, devido a velocidade e ao nível de conhecimento do sistema, capaz de processar milhões de informações em bem pouco tempo, a rápida tomada de decisão e decisão certa é muito importante para uma empresa, por isso ao invés dos achados a melhor solução está na tecnologia, unir-se para obter o melhor resultado antes que seja tarde. 
Máquina de inferência
Máquina de inferência ou motor de inferência é uma parte essencial do SE, onde será responsável por exibir o conteúdo guardado na base de conhecimentos em prol de resoluções de problemas. Assim sendo, dizemos que a máquina de inferência pega a situação dada pelo usuário e transforma-a em uma situação dada, que também pode ser chamada de ‘estado inicial’ e usando condições, como IF, vai testando a informação até chegar ao resulto final, ou seja, o ‘estado final’. 
A máquina de inferência possui dois procedimentos de raciocínio que podem trabalhar em conjunto ou não, são eles a forma de raciocínio progressiva e a forma de raciocínio regressiva.
A primeira, forma de raciocínio progressiva ou direta, consiste numa busca partida das informações pedidas pelo usuário, onde conforme o processo para se encontrar a melhor resposta vão rodando conforme as buscas nas regras da base de conhecimento, a máquina de inferência continua fazendo perguntas para o usuário a fim de melhorar sua resposta final. Se ela encontra uma condição que não consegue provar, vai perguntar para o usuário, e com base na sua resposta, sendo positiva ira guardar essa resposta como verdadeira, e continuar com os processos de inferência, se forem negativos, a máquina de inferência não vai consegui r chegar a uma conclusão exata para a pergunta.
Já na forma de raciocínio regressiva ou indireta, a própria máquina de inferência parte de uma conclusão, escolhida por ela ou dita pelo usuário, e vai fazendo o caminho inverso para provar ela, ou seja, enquanto aquela condição for verdadeira ela continua, até não ser e ela passar a ter outra condição, que pode vir de perguntas ao usuário. Ela vai ser verdadeira se todas as premissas testadas partidas da conclusão forem verdadeiras, caso contrário, a conclusão não é verdadeira.
A Arquitetura de um Sistema Especialista se divide em Interface (do Usuário e do Especialista/Engenheiro), Módulo de Inferência, Mecanismo de Explanação e Base de Conhecimento.
O usuário digita sua solicitação em sua interface, que é encaminhada para a Máquina/Motor de Inferência que trabalha em cima de soluções predeterminadas paraencontrar a melhor resposta na Base de Conhecimento para ser devolvida, depois essa resposta é encaminhada para o Mecanismo de Explanação, que trabalha a resposta e a converte de forma à atender melhor a solicitação do usuário e tornar seu entendimento mais claro.
A Interface é o justamente o front-end do sistema, no caso da do Usuário, é o dispositivo de saída de informações com qual o usuário interage, trabalha e extrai dados. Está diretamente ligada com o Mecanismo de Explanação.
A Interface do Especialista/Engenheiro de Conhecimento é a saída onde o profissional pode inserir ou extrair dados e informações do sistema, assim como alterar conjuntos de regras de tratamentos e exceções.
O Mecanismo de Explanação utiliza três técnicas de modos para tratar a emissão da resposta:
Primeiro - O sistema constrói uma área de possibilidade de acerto para retornar uma resposta imprecisa. 
Pode determinar, por exemplo, de maneira geral, um raio de área onde um tipo de minério tem mais possibilidade de ter se formado, sem retornar a região exata da formação do minério.
Segunda - Uma resposta mais precisa e com um resultado final determinado, normalmente cálculos matemáticos ou informações bem estruturadas.
Terceiro - Sem emissão de resultados ou retorno de informações, apenas interação com o profissional que está utilizando (Interface do Especialista/Engenheiro).
A Base de Conhecimento e a Máquina de Inferência estão diretamente ligadas, trocando informações recebidas das interfaces e retornando informações para o Mecanismo de Explanação.
Dendral Sistema Especialista 
O Dendral foi o primeiro sistema especialista em pericias, sua criação se iniciou na Universidade de Starford no ano de 1965. Começou em um projeto pioneiro de inteligência artificial que consistia em um programa que encontrasse soluções em estruturas moleculares orgânicas a partir de espectrometria de massa presentes em uma molécula desconhecida.
Na época o sistema foi reconhecido como o primeiro programa especialista, por trabalhar principalmente no domínio do problema e sua capacidade de tomar decisões relacionados aos conhecimentos adquiridos e implementados no sistema. O sistema foi desenvolvido na linguagem Lisp, foi escolhida por ser uma linguagem formal matemática, que possibilita melhor interação com os requisitos obtidos na base de estudos, facilitando usar funções exclusivas com estrutura de dados elementares e por ser conhecida em usos recorrentes de sistemas inteligentes. 
O sistema Dendral é dividido em dois subprogramas, o Meta-Dendral, que é especialista em conhecimento por aprendizagem indutiva, ele alimenta a base de conhecimento do sistema Dendral com as regras adquiridas. As moléculas são bombardeadas com elétrons, resultando na quebra de algumas ligações químicas. É medido o peso dos fragmentos resultantes e interpretam estes resultados para ganhar uma compreensão da estrutura do composto. A premissa é um grafo de uma porção de uma estrutura molecular. A conclusão da regra é este grafo com a localização da clivagem indicada. O Heuristic Dendral é um utiliza os dados obtidos da espectrometria, com a base de conhecimento para produzir números de estruturas para possíveis dados entrada, e assim analisando a comparação molecular.
O sistema Dendral foi utilizado em muitas pesquisas, em alguma delas foi muito elogiado por fazer análises melhores que especialistas humanos. O método se mostrou muito efetivo por obter estruturas corretas em milhões de possibilidades. Por ser bem sucedido os sistemas na atualidade utilizam os mesmos métodos para analises e tomadas de decisões. 
Base de Conhecimento
No momento de construção do Sistema Especialista, a Base de Conhecimento, pode ser considerada o seu cérebro, pois é nele que se encontram todos os artigos, estudos, fluxogramas e possíveis resultados para atender o seu requisito.
Nada mais é do que um Banco de Dados dinâmico, onde os especialistas podem ir adicionando artigos, problemas, conforme ele vai crescendo. 
Para se obter uma Base sólida, primeiro de tudo é necessário definir sobre o que será essa base, qual o assunto e tema tratado, para, assim, ser criado e adicionado conteúdo a ele. É aqui que se encontra todo o conhecimento do Sistema Especialista, se deseja responder a uma aquisição do cliente, as questões são feitas e é daqui que sai a conclusão, sendo passada para o cliente.
Atualmente as Base de Conhecimentos vão aprendendo conforme o tempo passa, ela não depende somente das informações passadas pelos seus criadores (mesmo sendo o principal meio de inserção de dados), pois quando se depara com algo sem resposta, caso não consiga responder, ele também aprende com aquilo (sendo um Sistema Inteligente e programado para isso).
O controle do que é colocado dentro da Base de Conhecimento tem que ser feito com muita cautela; mesmo que qualquer Analista, Técnico, possa inserir dados, o controle do que já tem e o que falta, tem que ser feito por alguém (ou script) específico, para evitar duplicidade de conteúdo e também para ter um filtro do que é necessário ou não.
Depois de tudo que foi dito, fica bem claro que a Base de Conhecimento não é algo simples e fácil de se fazer, sendo uma das principais partes (senão a mais importante) do Sistema Especialista.