IA - SBC

Prévia do material em texto

SISTEMAS BASEADOS EM 
CONHECIMENTO
Inteligência Artificial – Ciência da Computação UNIP – 5º semestre
Profa. Dra. Alynne Oya Kitamura (profa.alynne@gmail.com)
Baseado no material de Solange O. Rezende e Thiago A. S. Pardo
SISTEMAS BASEADOS EM 
CONHECIMENTO – SBC
Conhecimento 
específico sobre o 
domínio do problema 
X 
Estratégia de soluções 
gerais
Colocar o conhecimento humano em uma 
máquina para serem resolvedores de problemas
SISTEMAS BASEADOS EM 
CONHECIMENTO – SBC
Talento 
humano para 
tomada de 
decisões
DEFINIÇÃO
“Sistemas Baseados em Conhecimento são 
programas de computador que usam o conhecimento 
representado explicitamente para resolver 
problemas.”
• Conhecimento
• Processos de resolução de problemas
PESPECTIVAS
• processável pelo homem;
• a base restringe-se a 
descrever o que o sistema 
deve fazer;
Conhecimento: 
• processável pelo 
computador;
• a base deve indicar em 
termos simbólicos como o 
sistema irá proceder;
Simbólica: 
CAPACIDADES DE UM SBC
Questionar o usuário usando uma linguagem de fácil 
entendimento para reunir as informações que necessita;
Desenvolver uma linha de raciocínio a partir dessas 
informações e do conhecimento nele embutido para 
encontrar soluções satisfatórias;
Explicar o seu raciocínio, como chegou a solução;
Conviver com os erros, mas com um desempenho satisfatório.
PROPRIEDADES
Tudo o que se sabe sobre o 
problema deve estar explicitamente 
representado na Base de 
Conhecimento (BC) do sistema;
A BC deve ser usada por um agente 
capaz de interpretá-la (mecanismo 
de inferência);
Os problemas resolvidos por SBC 
são aqueles sobre os quais não é 
conhecido um procedimento 
determinístico que garanta uma 
solução efetiva (tempo/recurso).
SISTEMAS CONVENCIONAIS X SBC
Sistemas Convencionais SBC
Estrutura de dados Representação do conhecimento
Dados e relações entre dados Conceitos, relações entre 
conceitos e regras
Algoritmos determinísticos Busca heurística
Conhecimento embutido no
código do programa
Conhecimento representado
explicitamente e separado do 
código que o manipula e 
interpreta
Explicação do raciocínio é 
difícil
Podem e devem explicar seu 
racioncínio
SBC X SE
o SBC
oresolvem problemas usando conhecimento específico sobre o 
domínio da aplicação
o SEs
o são SBCs que resolvem problemas comumente resolvidos por 
humanos
o profunda interação com especialista
SBCs podem ser classificados como SEs quando o desenvolvimento
do mesmo é voltado para aplicações nas quais o conhecimento a
ser manipulado restringe-se a um domínio específico e conta com
um alto grau de especialização
SI X SBC X SE
Sistemas Inteligentes (SI): Exibem
comportamento inteligente;
Sistemas Baseados em
Conhecimento (SBC): Tornam
explícito o domínio do conhecimento, 
além de separá-lo do sistema; 
Sistemas Especialistas (SE): Aplicam
conhecimento especializado na
resolução de problemas difíceis do 
mundo real.
CONSTRUÇÃO DE UM SBC
Para a construção de um SBC, deve-se verificar a viabilidade 
da aplicação dessa tecnologia no domínio em questão
oJustificativas para a construção de um SBC
oTarefas remunerativas (para compensar o custo do 
desenvolvimento do SBC)
o Falta/dispersão de especialistas
oDomínio bem delimitado
o Retenção de conhecimento (que poderia ser perdido)
INTRODUÇÃO AO SBC
o Para fazer com que um Sistema Baseado em 
Conhecimento chegue perto do desempenho 
de um especialista humano, o sistema deve:
o ter grande quantidade de conhecimento 
disponível
o conseguir ter acesso a este conhecimento 
rapidamente e
o ser capaz de raciocinar adequadamente 
com este
oconhecimento
TIPOS DE 
APLICAÇÕES 
DE SBCS
o Interpretação: 
o Consiste na análise de dados para 
determinação de seu significado
o Ex: processamento de imagens, 
reconhecimento de fala, análise de 
circuitos elétricos
o Classificação:
o Consiste no processo de determinação 
de falhas em um sistema, dado um 
conjunto de sintomas.
o Ex: diagnóstico de doenças, 
determinação de falhas em máquinas
TIPOS DE 
APLICAÇÕES 
DE SBCS
o Monitoramento:
o Consiste no processo de observação 
contínua do comportamento de um 
sistema a fim de realizar ações quando 
alguma situação específica acontece
o Ex: usinas nucleares, tráfego aéreo
o Planejamento:
o Consiste no processo de determinação 
de uma sequência de ações que devem 
ser realizadas para atingir uma dada 
meta
o Ex: planejamento de operações de 
robôs, de genética molecular, de ações 
militares
TIPOS DE 
APLICAÇÕES 
DE SBCS
oProjeto:
o Consiste no desenvolvimento das 
especificações de um objeto, de maneira 
a satisfazer um dado conjunto de 
requisitos
o Ex: layout de circuitos e de 
computadores, tubulações de aviões
ESTRUTURA GERAL DE UM SBC
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
BC
BD
Memória 
de trabalho
Usuário
ESTRUTURA GERAL DE UM SBC
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
BC
BD
Memória 
de trabalho
Usuário
Onde está representado 
todo o conhecimento 
sobre determinado 
domínio. Ou seja, uma 
abstração do mundo 
descrita explicitamente 
por um formalismo 
processável 
computacionalmente.
BASE DE CONHECIMENTO
oÉ composta de fatos e regras que o sistema conhece 
sobre o domínio do problema
oConhecimento é representado na base de 
conhecimento usando uma das técnicas de 
Representação de Conhecimento (RC) como: regras 
de produção, redes semânticas, frames, scripts, etc.
o SBCs também podem usar uma mistura de técnicas 
de RC: estes tipos de sistemas são chamados 
Sistemas Híbridos
BC
CERTEZA DO CONHECIMENTO
oConhecimento também pode incluir probabilidades ou 
fatores de incerteza, os quais podem ser usados para:
o Melhorar a corretude das tomadas de decisões
o Ajudar a resolver conflitos
o Melhorar recursos de explicação
oTécnicas para lidar com incerteza incluem:
o Método Bayesiano
o Teoria de Evidência de Dempster-Shafer
o Teoria da Certeza (Fatores de Certeza) e
o Lógica Fuzzy
ESTRUTURA GERAL DE UM SBC
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
BC
BD
Memória 
de trabalho
Usuário
Obtenção ou 
armazenamento de dados 
e/ou informações
ESTRUTURA GERAL DE UM SBC
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
BC
BD
Memória 
de trabalho
Usuário
São armazenadas as conclusões 
intermediárias de um processo de 
raciocínio e as respostas do usuário 
durante a interação
MEMÓRIA DE TRABALHO
o Ela funciona como “memória” do sistema;
oVantagens:
o Permite fornecer ao usuário toda a linha de raciocínio 
correspondente às conclusões obtidas
o Evita a repetição de uma mesma pergunta ao usuário
o Evita a realização repetida de sequências de raciocínio para a 
obtenção de conclusões intermediárias
Memória 
de trabalho
ESTRUTURA GERAL DE UM SBC
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
BC
BD
Memória 
de trabalho
Usuário
Responsável pela 
obtenção de informação 
junto ao usuário, além de 
apresentar os resultados e 
explicações
INTERFACE COM O USUÁRIO
oMódulo Coletor de Dados: responsável
pela interação com o usuário, obtendo
informações, através de sucessivas
perguntas ao usuário.
o Módulo de Explicação: esclarecimento
sobre as conclusões obtidas (por quê,
como, o que acontece se, por quê não).
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
ESTRUTURA GERAL DE UM SBC
Motor de 
inferência
Interface com o 
usuário
SHELL
BC
BD
Memória 
de trabalho
Usuário
Responsável pelo 
desenvolvimento 
doraciocínio
MOTOR DE INFERÊNCIA
oO motor de inferência possui:
o Interpretador, bem parecido com o motor utilizado num sistema de 
produção, que aciona regras de uma base de conhecimento e 
executa itens da agenda
o Agendador que mantém o controle da agenda
o Verificador de Consistência que tenta manter uma representação 
consistente da solução que surge
INFERÊNCIAS: REGRAS DE 
PRODUÇÃO
oUma das técnicas mais antigas e bem sucedidas para 
representar conhecimento em SBCs
Regras “se PREMISSAS então CONCLUSÃO”
R1 → se o motor está recebendo combustível e o motor 
tenta pegar então o problema é vela
R2 → se o motor não tenta pegar e as luzes não acendem 
então o problema é bateria e cabo
INFERÊNCIAS: REGRAS DE 
PRODUÇÃO
oUm SBC que utiliza regras de produção, faz uso das 
estratégias de raciocínio:
o forward chaining ou encadeamento progressivo
o backward chaining ou encadeamento regressivo
FORWARD CHAINING
oA direção da busca é dos dados para as metas ou hipóteses
SE Cond.1 e Cond.2 e ... e Cond.n ENTÃO Ação1
o Inicia-se a partir das evidências Cond.1, Cond.2, etc.
O que podemos concluir a partir dos dados?
Direção da Busca
REGRAS - EXEMPLO
R1 → se o motor está recebendo combustível e o motor tenta 
pegar então o problema é vela
R2 → se o motor não tenta pegar e as luzes não acendem então o 
problema é bateria e cabo
R3 → se o motor não tenta pegar e as luzes acendem então o 
problema é motor de partida
R4 → se houver combustível no tanque de combustível e houver 
combustível no carburador então o motor está recebendo 
combustível
Motor está recebendo 
combustível
Motor tenta pegar
Problema é a vela
Motor não tenta pegar 
As luzes não acendem 
Problema é bateria e cabo
As luzes acendem 
Problema é motor de partida
Houver combustível no 
tanque de combustível 
Houver combustível no 
carburador
Motor está recebendo 
combustível
BACKWARD CHAINING
oA direção da busca é das metas para os dados 
SE Cond.1 e Cond.2 e ... e Cond.n ENTÃO Ação1
o Inicia-se a partir das hipóteses
É possível provar as hipóteses a partir dos dados?
Direção da Busca
REGRAS - EXEMPLO
R1 → se o motor está recebendo combustível e o motor tenta 
pegar então o problema é vela
R2 → se o motor não tenta pegar e as luzes não acendem então o 
problema é bateria e cabo
R3 → se o motor não tenta pegar e as luzes acendem então o 
problema é motor de partida
R4 → se houver combustível no tanque de combustível e houver 
combustível no carburador então o motor está recebendo 
combustível
EXEMPLO
PROCESSO DE 
DESENVOLVIMENTO DE UM SBC
2. Aquisição de 
Conhecimento
• Identificação
• Conceituação
• Formalização
3. Implementação do SBC
• Representar o conhecimento 
na ferramenta
• Implementar a Interface do 
SBC
• Gerar documentação do SBC
4. Verificação e Refinamento do SBC
• Validação e verificação do SBC
• Refinar o SBC
1. Planejamento do SBC
• Identificar o domínio
• Selecionar a equipe de 
desenvolvimento
• Selecionar a ferramenta para 
desenvolvimento
EXEMPLOS DE SBCS
o MYCIN
o INTERNIST/CADUCEUS
o DENDRAL
o DENDRAL HEURÍSTICO
o XCON
oPROSPECTOR
o CONSELHEIRO DIPMETER
o FOSSIL
o SPAM
o ACE
o RESEDA
o PUFF
o CENTAUR
REFERÊNCIA
oCapítulo 2
o REZENDE, S. O. Sistemas Inteligente: Fundamentos e Aplicações. 
Barueri, SP : Manole, 2005.