Slides-Sistemas-Inteligentes

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Profª. Ms. Amélia Acácia M. Batista
ameliabatista@hotmail.com
Centro Universitário Santo Agostinho - UNIFSA
Diretoria de Ensino
Coordenação de Engenharia da Produção
TÓPICOS AVANÇADOS EM TECNOLOGIA E SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
Teresina
2019.1
SISTEMAS BASEADOS EM CONHECIMENTO
PARTE I
Fundamentos
A natureza do conhecimento humano
Dado, informação, conhecimento;
Habilidade de criar um modelo mental que descreva o objeto e indique as ações a implementar, as decisões a tomar;
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Dados
Informação
Síntese
Análise
Compreensão
Conhecimento
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Fundamentos
Níveis de conhecimento: fatos, conceitos, regras e metaregras;
Uma decisão é o uso explicito de um conhecimento;
Tipos de conhecimento:
Declarativo: “o que é; descreve o conhecimento”
Procedural: “como o problema é solucionado”
Senso comum: “declarativo e procedural”
Heurístico: “único para cada individuo”
Meta Conhecimento: “conhecimento sobre o conhecimento”
Inteligência Artificial
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Fundamentos
Sistemas Inteligentes
Habilidade para usar conhecimento para desempenhar tarefas ou resolver problemas;
A capacidade para aproveitar associações e inferência para trabalhar com problemas complexos que assemelham-se a problemas reais.
Aquisição de conhecimento, Aprendizado de Máquina, Redes Neurais, Lógica Fuzzy, Computação Evolutiva, Agentes e Multiagentes, Mineração de dados e de textos;
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Sistemas baseados em conhecimento - conceitos e definições
São programas de computador que usam o conhecimento representado explicitamente para resolver problemas;
Segundo Newell (1982), o desenvolvimento de um SBC deve conter a perspectiva:
Conhecimento processável pelo homem;
Simbólica, processável pelo computador;
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Sistemas baseados em conhecimento - conceitos e definições
Os SBCs devem ser capazes de (Jackson, 1998):
Questionar o usuário, usando uma linguagem de fácil entendimento, para reunir as informações de que necessita;
Desenvolver uma linha de raciocínio a partir dessas informações e do conhecimento nele embutido para encontrar soluções satisfatórias;
Explicar seu raciocínio, caso seja questionado pelo usuário, do porquê necessita de informações externas e de como chegou às suas conclusões;
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Sistemas baseados em conhecimento - conceitos e definições
Conviver com seus erros, isto é, tal como um especialista humano, o SBC pode cometer erros, mas deve possuir um desempenho satisfatório que compense seus possíveis enganos;
Segundo Motta (1998), SBCs devem possuir as seguintes propriedades:
Tudo que se sabe sobre o problema deve estar explicitamente representado na base de conhecimento do sistema;
A base de conhecimento deve ser usada por um agente capaz de interpretá-la;
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Sistemas baseados em conhecimento - conceitos e definições
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Sistemas convencionais
Sistemas baseadosem conhecimento
Estrutura de dados
Representação do conhecimento
Dados e relações entre dados
Conceitos, relações entre conceitos e regras
Tipicamente usa algoritmos determinísticos
Busca heurística
Conhecimento embutido no código do programa
Conhecimentorepresentado explicitamente e separado do programa que o manipula e interpreta
Explicação do raciocínioé difícil
Podem e devem explicar seuraciocínio
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Sistemas baseados em conhecimento - conceitos e definições
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Sistemas baseados em conhecimento - conceitos e definições
Justificativas para o desenvolvimento de um SBC:
Existe necessidade de retenção de conhecimento;
Especialistas são necessários em vários locais;
A tarefa precisa ter um domínio bem limitado;
A falta de especialistas afeta a eficiência da tarefa;
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Tipos de Aplicações de SBCs
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Interpretação: análise de dados para determinação de seu significado; Ex.: reconhecimento de manuscrito;
Classificação: determinação de falhas em um sistema, dado um conjunto de sintomas; ex.: SBC que auxilia na avaliação e tratamento de pacientes com glaucoma;
Monitoramento: observação contínua do comportamento de um sistema a fim de realizar ações quando alguma situação especifica acontece; ex.: controle de tráfego aéreo;
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Tipos de Aplicações de SBCs
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Planejamento: determinação da sequência de ações que devem ser realizadas para atingir uma dada meta; ex.: planejamento de operações de robôs;
Projeto: desenvolvimento das especificações de um objeto, de maneira a satisfazer um dado conjunto de requisitos; ex.:
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Estrutura de um SBC
A estrutura geral é composta por módulos responsáveis pelo armazenamento da base de conhecimento e pelo mecanismo de inferência.
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NÚCLEO DO SISTEMA BASEADO EM CONHECIMENTO ou SHELL
Memória de trabalho
Base de Dados
Base de Conhecimento
INTERFACE
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Estrutura de um SBC
Núcleo do Sistema Baseado em Conhecimento (NSBC): ou shell, desempenha as principais funções do SBC, sendo responsável pelos mecanismos de inferência do sistema;
Base de Conhecimento (BC): está representado todo o conhecimento sobre um determinado domínio, ou seja, contém uma abstração do mundo descrita explicitamente por um formalismo processável computacionalmente;
Memória de Trabalho (MT): onde são armazenadas as conclusões intermediarias de um processo de raciocínio e as respostas fornecidas pelo usuário durante a interação;
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Estrutura de um SBC
Base de Dados (BD): o sistema pode estar interagindo com uma BD para obtenção ou armazenamento de dados e/ou informações;
Interface com o usuário, responsável pela obtenção de informação junto ao usuário, além da apresentação de resultados e explicações.
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Núcleo do Sistema Baseado em Conhecimento
(NSBC)
Controle da interação com o usuário ou com equipamentos externos;
Processamento do conhecimento utilizando alguma linha de raciocínio;
Justificativa ou explicação das conclusões obtidas a partir do raciocínio;
Composto por três submódulos interdependentes: Módulo Coletor de Dados (MCD), Motor de Inferência (MI), Módulo de Explicações (ME).
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Núcleo do Sistema Baseado em Conhecimento
MCD responsável pela interação com o usuário, obtendo informações do problema em questão;
MI responsável pelo desenvolvimento do raciocínio baseado nas informações obtidas pelo MCD e no reconhecimento representado na BC;
Encadeamento Regressivo: partindo de uma conclusão, feita pelo usuário, é feita uma pesquisa por meio do conhecimento acumulado para se provar a afirmação inicial;
Encadeamento Progressivo: respostas fornecidas pelo usuário desencadeiam um processo de busca até que se encontre a solução ótima;
ME responsável pela explicação, ou justificativas, das conclusões obtidas e dos motivos pelos quais o SBC fez determinadas perguntas (por quê?, como?, o que acontece se? Por que não?).
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Base de Conhecimento
Contém a descrição do conhecimento necessário para a resolução do problema abordado na aplicação;
Sentença representação individual expressa em uma linguagem especifica;
Linguagem de representação do conhecimento baseiam-se em diferentes técnicas de representação, como as regras de produção, redes semânticas, frames e lógica;
“se a temperatura está acima de 37,5º C, então o paciente está com febre”.
“se o paciente é alcoólatra, investigue primeiramente doençashepáticas”.
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Memória de Trabalho
São registradas todas as respostas fornecidas pelo usuário durante as interações realizadas com o sistema; 
Funciona como a “memória do sistema”;
Permite fornecer ao usuário toda a linha de raciocínio correspondente às conclusões obtidas;
Evita a repetição de uma mesma pergunta ao usuário;
Evita a realização repetida de sequencias de raciocínio para a obtenção de conclusões intermediarias.
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Representação do Conhecimento
Forma sistemática de estruturar e codificar o que se sabe sobre uma determinada aplicação; 
Ser compatível ao ser humano para permitir a sua interpretação;
Abstrair-se dos detalhes de como funciona internamente o processador;
Ser robusta, isto é, permitir sua utilização mesmo que não aborde todas as situações possíveis;
Ser generalizável; ela necessita de vários pontos de vista do mesmo conhecimento;
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Representação do Conhecimento
Técnicas de RC:
Representação Lógica
Regras de Produção
Redes semânticas
Frames
Orientação a objetos
Orientação a objetos associadas a regras 
Atividade:
Montar uma representação da interdependência existente entre os submódulos de um NSBC e a interface com o usuário.
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Representação do Conhecimento
Representação Lógica
A lógica matemática possui várias regras sintáticas de dedução;
O cálculo proposicional baseia-se na existência de constantes e no uso de operadores lógicos;
Tratabilidade e Decidibilidade
PROLOG é a linguagem mais usada e conhecida que utiliza os princípios da lógica matemática.
Orientação a objetos associada a regras
Descreve como o conhecimento armazenado deve ser utilizado;
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Linguagem de Representação do Conhecimento
Representação orientada a objetos com regras:
Descrição da classe de bloco em: nome, cor e tamanho do método imprime; das instâncias correspondentes aos blocos; dos fatos que representam as relações entre/sobre os blocos; as regras que definem essas relações;
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Bloco a – Azul/Grande
Bloco b Verde/Médio
Bloco c branco/pequeno
Mundo dos Blocos
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Linguagem de Representação do Conhecimento
Representação orientada a objetos com regras:
(defclass bloco
 (is-a USER)
 (role concrete)
 (slot nome (type STRING) (create-acessor read-write))
 (slot cor (type STRING) (create-acessor read-write))
 (slot tamanho (type STRING) (create-acessor read-write))
)
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Linguagem de Representação do Conhecimento
(defmessage-handler bloco imprime()
 (printout t “ Bloco “ ?self:name “ ( “ ?self:cor “ e “ ?self:tamanho” ) “ )
 )
 (definstances blocos
 (nome “a” )
 (cor “azul” )
 (tamanho “grande” )
)
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Linguagem de Representação do Conhecimento
(deffacts exemplo
 (sobre [a] [b] )
 (sobre [b] [c] )
 )
(defrule direta
 (sobre ?X ?Y )
 (assert (acima ?X ?Y ) )
 (printout t (send ?X imprime) “acima de”
 (send ?Y imprime ) crlf
 )
 )
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Linguagem de Representação do Conhecimento
Representação lógica:
 cor (a, azul).
 cor (b, verde).
 cor (c, branco).
 tamanho (a, grande).
 tamanho (b, medio).
 tamanho (c, pequeno).
 sobre (a, b).
 sobre (b, c).
 acima(X,Y) :- sobre(X,Y).
 acima(X,Y) :- sobre(Z,Y), acima(X,Y).
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Processo de desenvolvimento de um SBC
Genericamente, a que se refere um processo de desenvolvimento de software?
Projeto e desenvolvimento de SBCs normalmente usam métodos empíricos;
As características dos SBCs fazem com que alguns modelos de processo de desenvolvimento tenham difícil aplicação; 
Um passo importante no processo de construção de um SBC é a identificação das características do domínio de aplicação.
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Processo de desenvolvimento de um SBC
Principais etapas do processo de construção de um SBC: 
Fase 1- Planejamento: descreve o domínio de conhecimento, termos chaves e referências;
Fase 2 – Aquisição do conhecimento: tem como objetivo adquirir os conhecimentos que serão armazenados na BC;
Fase 3 – Implementação do SBC: o conhecimento adquirido deve ser representado formalmente;
Fase 4 – Validação e Refinamento do SBC: envolve a validação e verificação do sistema; processo continuo;
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Ferramentas de suporte à construção de SBCs
Ferramentas de Apoio:
Oferecem vários esquemas de representação de conhecimento, monitoramento de inferência, estratégias para resolução de problemas, bem como interfaces para aquisição de conhecimento e explicação;
Shells:
Geralmente oferecem um esquema de representação de conhecimento e motor de inferência. Nelas, a interface e a estratégia para resolução de problemas é prefixada;
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Perspectivas Futuras
Técnicas automáticas de aquisição do conhecimento;
Aprendizado de máquina e Mineração de Dados;
Tratamento da incerteza!
Cognição situada!
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