Universidade Federal de Pernambuco - Centro de Informática Introdução aos Agentes Inteligentes (Pós-Graduação ) Lista de Exercícios 01

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1 Universidade Federal de Pernambuco - Centro de Informática Introdução aos Agentes Inteligentes (Pós-Graduação ) Lista de Exercícios 01 Danilo Carlos Gouveia de Lucena Albert F. J. Costa Parte I - Agentes Questão 01: Escolha um domínio (ambiente e agente) Na área da engenharia, o termo drone é comumente utilizado para referenciar um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) ou Veículo Aéreo Remotamente Pilotado (VARP). Simplificando, um drone a aeronave que não necessita de pilotos para ser guiada e sua operação pode ser feita de forma remota através da combinação de hardware e de software. Recentemente empresas como a Amazon 1 anunciaram projetos para o uso da tecnologia de drones para entrega de encomendas em áreas urbanas. A proposta a seguir descreve um drone como um agente inteligente que realiza tarefas de entrega de encomendas de pequeno e médio porte em residências de áreas urbanas. O domínio do problema O domínio do problema envolve o uso de um drone para realizar entregas de encomendas de pequeno ou de médio porte em uma determinada área residencial. O drone será modelado como um agente inteligente e sua operação, de forma geral, é descrita a seguir. Uma empresa é responsável pela entrega de encomendas e a logística relacionada é coordenada a partir de uma central de distribuição localizada nos arredores de uma determinada área residencial. Um funcionário da empresa recebe uma solicitação de entrega e então inicia a configuração do drone para a entrega. O processo é feito em duas etapas: primeiro, a encomenda é acoplada ao compartimento de carga do drone; segundo, é informado ao sistema de software do drone o local em que a encomenda deve ser entregue. 1 Matéria com mais informações no site da revista Wired, amazon-delivery-drones/ 1

2 O drone, então, realiza a entrega da encomenda no local especificado de forma autônoma. O problema a ser resolvido consiste na entrega de encomendas nas residências dos clientes utilizando apenas os drones e com a melhor taxa de eficiência possível. Dessa forma, o objetivo geral do agente inteligente modelado é o de garantir que o processo geral de entrega seja feito de forma correta. Definindo o PEAS O PEAS do agente modelado é definido a seguir. Inciamos com uma descrição do ambiente que é composto por: O drone. As encomendas que devem ser entregues. A central de distribuição de encomendas onde os drones recebem as encomendas e iniciam o processo de entrega. Após o processo de entrega ser finalizado, os drones devem retornar para a central. As residências de uma determinada área residencial. Na frente de cada residência existe uma caixa de entrega onde o drone deverá deixar a encomenda. Os atuadores definidos são: De forma geral, o drone possui mecanismos que permite o vôo (i.e. atuadores tais como hélices e motores) para o deslocamento em áreas residenciais. O drone possui um sistema de navegação que permite sua locomoção na área residêncial evitando colisões com objetos no ambiente (e.g árvores, postes). Um compartimento de carga do drone onde as encomendas deverão ser acopladas. O drone também possui mecanismos para manipular mecanicamente as cargas transportadas. Esses atuadores (e.g. braços mecânicos, controles para abrir e fechar a área de carga) serão utilizados pelo drone para acoplar e desacoplar as encomendas da área de carga. Os sensores para o drone são: Uma interface de entrada de dados (e.g. um pequeno monitor, teclado ou porta USB) para que o funcionário possa inserir no sistema do drone os dados de localização para a entrega da encomenda. Dessa forma, o agente (o drone) recebe como entrada as informações do endereço de entrega comutadas em coordenadas geográficas. O agente possui uma base de dados geográficos na memória e esta abse serve como repositório de informações sobre as localizações das residências dos clientes.

3 O drone deve ser capaz de evitar colisões durante o processo de entrega. Para perceber os obstáculos ao seu redor, uma câmera de vídeo é utilizada para que o agente possa ter imagens em tempo real do ambiente ao redor. Mecanismos de GPS e acelerômetro embutidos para que o drone possa calcular sua movimentação e traçar rotas. Um sensor infra-vemelho para ajudar na correta aproximação do drone com a caixa de entrega. A avaliação de desempenho será determinada pelo processo de entrega das encomendas nas residências. O sistema funcionará combinando hardware (o drone), software e uma medida de desempenho para a realização do serviço de entrega. A medida de desempenho é mensuarada pela média dos valores atribuídos para as variáveis listadas a seguir: Endereço Correto. Encomenda Entregue. Tempo de Entrega. Primeiro, é necessario que o drone consiga localizar o endereço correto do cliente em sua base de dados geográficos. O agente receberá nota 1 na variável Endereço Correto quando conseguir localizar em sua base de dados geográficos a residência do cliente. Caso não consiga determinar a localização, a nota atribuída será 0. Também é preciso que o drone seja capaz de entregar a encomenda de forma correta (i.e. sem ter nenhuma colisão, com a encomenda intacta, etc). Dessa forma a variável Encomenda Entregue receberá nota 1 (um) se a encomenda for entregue corretamente e caso contrário a nota atribuída será 0 (zero). Por fim, a variável Tempo de Entrega será valorado em 1 (um) caso a entrega seja feita dentro do prazo estipulado como aceitável para entrega e caso contrário a variável receberá nota igual a 0 (zero). Com as três variáveis é possível mensurar numericamente o desempenho do agente no processo de entrega, e o valor médio indica o desempenho do sistema automatizado. Características do ambiente Apesar de ser possível definir uma grande variedade de características para um ambiente de sistema de entregas automatizado, as propriedades escolhidas para o ambiente proposto foram simplificadas para que possam ser melhor analisadas e que possam melhor descrever o agente como um agente baseado em objetivos. Determinamos que o ambiente é completamente observável porque os sensores do agente (i.e. o drone) conseguem detectar todos os aspectos do ambiente que são relevantes para a escolha das ações em um determinado momento. Dessa forma, o drone conseguirá determinar as ações que são necessárias sem precisar manter estados internos com informações do ambiente; tudo o que for necessários poderá ser observado diretamente no ambiente.

4 Por ser um ambiente completamente observável, opta-se pela definição do ambiente como determinístico, ou seja, o estados futuros do ambiente são determinados pelo estado atual e pelas ações realizadas pelo agente. De acordo com a distinção entre ambientes episódicos e sequenciais, verifica-se as ações do agente (o drone) podem afetar as decisões futuras. Dessa forma o ambiente é definido como sequencial. Para o exemplo analisado observa-se que o ambiente é contínuo porque os estados do ambiente, a forma como o tempo é determinado, as percepções e ações do agente estão em um conjunto de possibilidades que não podem ser determinadas de forma finita. Finalizando, o ambiente não é alterado enquanto o agente (i.e. o drone) determina as suas ações. Dessa forma, o ambiente descrito é estático. Observável? Determinista? Sequencial? Estático? Discreto? Completamente Sim Sim Sim Contínuo Tabela 1: Descrição do ambiente do agente Escolha da arquitetura Para manter a arquitetura simples, verifica-se que a artquitetura para o agente descrito é do tipo Agente Cognitivo Baseado em Objetivos. Os sensores do agente recebem a percepção do ambiente. O agente verifica o estado atual do ambiente (o "mundo") e compara com um conjunto de informações que indicam como o ambiente estava em períodos anteriores de tempo. Nessa fase também é calculado o impacto das ações que o agente pode realizar no ambiente. O agente consulta sua base de objetivos. Um objetivo pode ser "entregar a encomenda no endereço correto", "verificar o tempo de entrega da encomenda"ou "após entregar a encomenda de forma correta, retorne para a central de distribuição". Após analisar seus objetivos, o agente determina a ação a ser realizada. Definida a ação, o agente usa seus atuadores para interagir com o ambiente realizando. Parte II - Engenharia do Conhecimento Para as questões a seguir, um novo domínio foi escolhido para a definição de um agente inteligente. Questão 02: Descrição em Linguagem natural (nível de conhecimento) O World of Warcfraft jogo online no estilo MMORPG (Massively multiplayer online role-playing game) e apresenta ao jogador um novo universo que compreende raças e continentes

5 diversos. É permitido ao jogador iniciante a escolha de uma raça para o seu novo personagem. Cada raça possui características tais como fisionomia, habilidades e profissões 2. A tarefa designada para o agente descrito a seguir é o de poder classificar, de forma correta, a raça de um determinado personagem a partir de um conjunto de características que deverão ser informados previamente. Questão 03: Ontologias (nível semi-formal) Primeiro, iremos descrever os elementos que envolvem o domínio escolhido. São propostos dois níveis de hierarquia. No primeiro nível hierárquico do jogo o jogador deve escolher entre duas facções: Aliança: Quando o jogador opta pelo lado do bem. As características usadas para diferenciar as raças nessa categoria são: profissão, semelhança com os humanos e estatura. Horda: Quando o jogador opta pelo lado do mal. As características usadas para esta categoria são: profissão, semelhança com os humanos, estatura e uso de magias. No segundo nível hierárquico, após escolher a sua facção, o jogador deve escolher uma profissão para seu personagem. A lista de profissões disponíveis são as seguintes: Os herboristas colhem cuidadosamente plantas úteis e poderosas que podem ser encontradas no mundo do jogo. Os engenheiros se valem de inventividade para criar uma imensa (e, muitas vezes, aleatória) variedade de itens muito úteis. Os alquimistas usam ervas para criar misturas mágicas e estranhas que curam, concedem poder e têm vários outros efeitos benéficos invisibilidade, resistência elemental, restauração de mana e muitos, muitos outros. Os ferreiros podem usar sua habilidade com o martelo e a bigorna para fabricar armas mortais, armaduras pesadas de malha ou de placas e outros itens mais especializados. O seguinte conjunto de raças foi selecionado para ser mapeado pelo agente: Da Aliança (bem) temos: (1) os Worgens (Lobos) são altos e não se assemelham aos humanos, a única profissão disponível é a do herborismo; (2) a raça dos Anões se assemelham aos humanos e são baixos. Anões podem ser engenheiros. (3) os Humanos são a raça mais familiar do jogo, suas características são similares às dos humanos reais e sua estatura é alta. A única profissão disponível é a da engenharia. Da Horda (mal) temos: (1) os Elfos Sangrentos usam magia, são altos e sua profissão é a da alquimia; (2) os Orcs são guerreiros, então não usam magia e são altos. Sua profissão é a da ferraria; (3) os Goblins são guerreiros, então não usam magia, são baixos e a profissão disponível é a da ferraria. 2 As descrições das raças podem ser analisadas no site do jogo em

6 A Figura 1 apresenta uma ontologia com uma descrição simples, em formato de árvore, do domínio apresentado. Cada nó na árvore corresponde a uma classe ou subclasse e os nós são conectados através de arestas que representam a forma como os nós se relacionam. Em específico utiliza-se a propriedade ""para designar que um dado nó a subclasse de uma dada classe. Personagem Aliança Horda Herborismo Engenharia Alquimia Ferraria Worgen (Lobo) Anão Humano Elfo Sangrento Orc Goblin Figura 1: Ontologia em formato de árvore para o domínio. A Tabela 2 apresenta uma lista com todos os atributos de classes e subclasses definidos na ontologia. As restrições para os atributos listados são definidos na Tabela 3.

7 Aliança Horda Atributo ladotipo bem mal Atributos manipulaplantas fazmáquinas facçãotipo Herborismo sim não aliança Engenharia não sim aliança Atributos manipulaervas fazarmas facçãotipo Alquimia sim não horda Ferraria não sim horda Atributos parecehumano altura facçãotipo profissãotipo Worgen (Lobo) não alto aliança herborismo Anão sim baixo aliança engenharia Humano sim alto aliança engenharia Atributos parecehumano altura usamagia facçãotipo profissãotipo Elfo Sangrento sim alto sim horda alquimia Orc não alto não horda ferraria Goblin não baixo não horda ferraria Tabela 2: Características e definição de atributos para cada classe, subclasse e instância possível. Atributo ladotipo manipulaplantas fazmáquinas manipulaervas fazarmas profissãotipo parecehumano altura facçãotipo usamagia raça Restrição bem mal sim não sim não sim não sim não herborismo engenharia alquimia ferraria sim nao alto baixo aliança horda sim nao Worgen (Lobo) Anão Humano Elfo Sangrento Orc Goblin Tabela 3: Restrições para cada atributo descrito.

8 Questão 04: Regras de produção A seguir são listadas as regras de produção utilizadas para classificar cada raça de acordo com os atributos definidos anteriormente na etapa de ontologia. A Tabela 4 apresenta as definições das regras de produção uitilizadas nas subclasses WorgenLobo, Anão e Humano. A Tabela 5 apresenta as definições para as regras de produção das subclasses ElfoSangrento, Orc e Goblin. As Tabelas 6 e 7 apresentam as definições para cada profissão. E por último, a Tabela 8 apresenta as regras para cada facção. WorgenLobo : E profissãot ipo = herborismo E parecehumano = não E altura = alto ENTÃO raça = W orgenlobo Anão : E profissãot ipo = engenharia E parecehumano = sim E altura = baixo ENTÃO raça = Anão Humano : E profissãot ipo = engenharia E parecehumano = sim E altura = alto ENTÃO raça = Humano Tabela 4: Regras de produção para as subclasses da Aliança ElfoSangrento : SE facçãot ipo = horda E profissãot ipo = alquimia E parecehumano = sim E altura = alto E usamagia = sim ENTÃO raça = Elf osangrento Orc : SE facçãot ipo = horda E profissãot ipo = ferraria E parecehumano = não E altura = alto E usamagia = não ENTÃO raça = Orc Goblin : SE facçãot ipo = horda E profissãot ipo = ferraria E parecehumano = não E altura = baixo E usamagia = não ENTÃO raça = Goblin Tabela 5: Regras de produção para as subclasses da Horda Herborismo : E manipulap lantas = sim E fazmáquinas = não ENTÃO prof issãot ipo = herborismo Engenharia : E manipulap lantas = não E fazmáquinas = sim ENTÃO prof issãot ipo = engenharia Tabela 6: Regras de produção para as subclasses de profissões Engenharia e Herborismo.

9 Alquimia : SE facçãot ipo = horda E manipulaervas = sim E fazarmas = não ENTÃO prof issãot ipo = alquimia Ferraria : SE facçãot ipo = horda E manipulaervas = não E fazarmas = sim ENTÃO profissãot ipo = ferraria Tabela 7: Regras de produção para as subclasses de profissões Alquimia e Ferraria. Aliança : SE ladot ipo = bem ENTÃO facçãot ipo = aliança Horda : SE ladot ipo = mal ENTÃO facçãot ipo = horda Tabela 8: Regras de produção para as classes Aliança e Horda. O seguinte exemplo demonstra um ciclo completo de disparo de regras utilizando a ontologia e a base de regras especificadas anteriormente. Primeiro a base de regras previamente definida é carregada na máquina de inferência. Os fatos inicias são: ladotipo=bem. manipulaplantas=não. fazmáquinas=sim. parecehumano=sim. altura=baixo. Os fatos são adicionados na memória de trabalho. A fase de casamento analisa os fatos apresentados e resulta em uma regra: SE ladot ipo = bem ENTÃO facçãot ipo = aliança Após essa etapa é definido o valor de facçãotipo=aliança e a memória de trabalho é atualizada: ladotipo=bem. manipulaplantas=não. fazmáquinas=sim. parecehumano=sim. altura=baixo.

10 facçãotipo=aliança. A inferência continua para o segundo nível hierárquico: E manipulap lantas = não E fazmáquinas = sim ENTÃO prof issãot ipo = engenharia A memória de trabalho é novamente atualizada: ladotipo=bem. manipulaplantas=não. fazmáquinas=sim. parecehumano=sim. altura=baixo. facçãotipo=aliança. profissãotipo=engenharia. Na última rodada de inferência os demais fatos são utilizados para a resolução de conflitos: Anão : E profissãot ipo = engenharia E parecehumano = sim E altura = baixo ENTÃO raça = Anão Dessa forma é possível concluir que, dado o conjunto de fatos iniciais, a raça é Anão. Questão 05: Regras de produção (implementação) A implementação no ExperSinta segue em arquivo anexo ao .