Inteligência Artificial

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1 Inteligência Artificial Metodologia CommonKADS Utilizando um formalismo para modelar conhecimento Prof. Paulo Martins Engel História dos sistemas de conhecimento Máquinas de busca de propósito geral (1965) Primeira geração de sistemas baseados em regras (1975 MYCIN, XCON) Emergência de métodos estruturados (1985 KADS, Knowledge Acquisition and Documentation Structuring) Metodologias maduras (1995 CommonKADS) 2

2 Princípios de CommonKADS Princípio da Modelagem Engenharia de conhecimento não é apenas extração de conhecimento do especialista, mas consiste na construção de modelos de diversos aspectos do conhecimento humano 3 Princípios de CommonKADS Princípio do nível de conhecimento Ao modelar conhecimento, primeiro deve-se concentrar na estrutura conceitual do conhecimento e deixar os detalhes de implementação para depois. 4

3 Princípios de CommonKADS O conhecimento tem uma estrutura interna estável que é analisável, distinguindo-se tipos e papéis específicos do conhecimento O conhecimento tem uma estrutura interna que reutiliza padrões similares de conhecimento (tipos). Os tipos de conhecimento assumem papéis diferentes, limitados, na solução de problemas (limitação de papéis). 5 Primitivas do Modelo Conhecimento Objetivos Ações Modelo do Domínio Modelo da Tarefa Métodos de Solução de Problemas (PSM) 6

4 Suíte de modelos de CommonKADS Contexto Modelo da Organização Modelo da Tarefa Modelo do Agente Conceito Modelo do Conhecimento Modelo da Comunicação Artefato Modelo do Projeto 7 O Conjunto de Modelos CommonKADS Contexto Conceito Artefato Modelo da Comunicação requisitos para interação de funções Modelo da Organização Modelo da Tarefa Modelo dos Agentes Tarefa intensiva em conhecimento Modelo do Conhecimento Modelo do Projeto requisitos para funções de raciocínio 8

5 Modelo do Conhecimento Representando o conhecimento em um formalismo Categorias de conhecimento CONHECIMENTO AÇÕES OBJETIVOS Conhecimento da Tarefa (Como fazer?) Objetivos da tarefa Decomposição Controle da tarefa Conhecimento de inferência Inferências básicas Papéis Conhecimento do Domínio Tipos Regras Fatos Hipótese (inferência) Diagnóstico (tarefa) Verificação (inferência) Sintoma Doença Teste (tipo) (tipo) (tipo) 9 Conhecimento do Domínio Ontologias Especificação formal e explícita de um conjunto de conceitos compartilhados Explícito: conceitos e restrições previamente definidos Formal: processável por computador Compartilhada: descreve um conhecimento consensual, que é aceito por um grupo. Inclui conceitos, relações, regras e todos os tipos estáticos. 10

6 Ontologia (i) Um vocabulário de conceitos, ou termos do domínio; (ii) A tipologia do domínio, que define tipos de dados e restrições de valores que os termos devem respeitar; (iii) As relações entre conceitos, que formam as taxonomias e partonomias daquele domínio, ou outras associações entre conceitos. 11 Construtores do Esquema do Domínio Conceitos: objetos ou entidades do domínio Definidos por seus atributos e tipos de valores Relações : classificação, especialização, agregação, conjunto Tipo-regra : relações de dependências entre conceitos do domínio ou entre expressões de domínio 12

7 Conceitos Conceitos do domínio: objetos ou entidades os atributos ou propriedades desses objetos; as restrições que definem os conceitos e distinguem a realidade deste domínio dos demais (Descrevem o que são as coisas do domínio) 13 Conceitos marcador-combustível valor: valor-marcador tanque-combustível status: {cheio, reserva, vazio} CONCEPT marcador-combustível; ATTRIBUTES valor: valor-marcador; END-CONCEPT marcador-combustível; CONCEPT tanque-combustível; ATTRIBUTES status: {cheio, reserva, vazio}; END-CONCEPT tanque-combustível; VALUE-TYPE valor-marcador; VALUE-LIST: {zero, baixo, normal}; TYPE: ORDINAL; END-VALUE-TYPE valor-marcador; 14

8 Exemplo de elementos de conhecimento do domínio do diagnóstico de um carro 1 inspeção do fusível queimado fusível queimado 2 3 bateria fraca 4 marcador da bateria zero marcador de combustível zero tanque de combustível vazio 5 6 energia desligada 7 8 combustível no motor falso 9 comportamento do motor não liga comportamento do motor pára 15 Relações do Domínio Principalmente Classificação Especialização Agregação Associação de conjunto 16

9 Tipos de conceitos estado invisível estado visível observável 1 inspeção do fusível queimado fusível queimado 2 3 bateria fraca 4 marcador da bateria zero marcador de combustível zero tanque de combustível vazio 5 6 energia desligada 7 8 combustível no motor falso 9 comportamento do motor não liga comportamento do motor pára 17 Relações de subtipo entre conceitos observável-carro valor: universal estado-carro status: universal observável: boolean marcador-combustível valor: valor-marcador fusível estado-carro invisível observável: {falso} estado-carro visível observável: {verdadeiro} marcador-bateria status: {normal, queimado} energia valor: valor-marcador bateria status: {ligada, desligada} comportamentomotor inspeção-fusível status: {normal, fraca} status: {normal, não-liga, pára} valor: {normal, queimado} combustível-no-motor tanque-combustível status: boolean status: {cheio, reserva, vazio} 18

10 Bases de Conhecimento Instâncias dos conceitos do domínio que descrevem a aplicação Não são instâncias do usuário INSTANCE tanque-combustível status: vazio END-INSTANCE tanque-combustível 19 Termos de Domínio Declarações sobre os conceitos do domínio ou qualquer combinação lógica dessas declarações tanque-combustível.status = vazio => combustívelno-motor.status = falso bateria.status = fraca => energia.status = desligada farol.status = não-funciona E ignição.status = não-funciona E radio.status = não-funciona 20

11 Relações Declarações sobre relações entre conceitos podem ser binárias ou múltiplas carro 0+ propriedade 0 1 pessoa carro pessoa propriedade data de compra: date 21 Dependências entre estados do carro tanque-combustível.status = vazio => combustível-no-motor.status = falso bateria.status =fraca => energia.status = desligada São relações entre expressões sobre conceitos 22

12 Tipo-regra Descreve dependências entre expressões do domínio. Podem ser regras abstratas ou suas instâncias No exemplo, são definidos dois tipos de regra: Regras de dependência entre estados Regras de manifestação de estado invisível 23 dependência manifestação Tipos de conceitos e relações estado invisível estado visível observável 1 inspeção do fusível queimado fusível queimado 2 3 bateria fraca 4 marcador da bateria zero marcador de combustível zero tanque de combustível vazio 5 6 energia desligada 7 8 combustível no motor falso 9 comportamento do motor não liga comportamento do motor pára 24

13 Regras Regras de dois tipos: dependência e manifestação estado invisível do carro 1 causa 1 estado do carro dependência de estado estado invisível do carro 1 tem manifestação 1 observável do carro regra de manifestação 25 Tipo-regra Tipo de regra de dependência de estados RULE-TYPE dependência-estado; ANTECEDENTE: estado-invisível; CARDINALIDADE: 1; CONSEQUENTE: estado-carro; CARDINALIDADE: 1; SIMBOLO-CONEXÃO: causa END RULE-TYPE dependência-estado; 26

14 Dependência de estados fusível.status = queimado CAUSA energia.status = desligada; bateria.status = fraca CAUSA energia.status = desligada; energia.status = desligada CAUSA comportamento-motor.status = não-liga; tanque-combustível.status = vazio CAUSA combustível-no-motor.status = falso; combustível-no-motor.status = falso CAUSA comportamento-motor.status = não-liga; combustível-no-motor.status = falso CAUSA comportamento-motor.status = pára; 27 Outro tipo de regra Regras representam manifestações típicas dos estados internos. RULE-TYPE regra-manifestação; DESCRIÇÃO: Representa a relação entre um estado interno e seu comportamento externo através de um valor observável ; ANTECEDENTE: estado-invisível; CONSEQUENTE: observável-carro; CARDINALIDADE: 1; SIMBOLO-CONEXÃO: tem-manifestação; END RULE-TYPE regra-manifestação; 28

15 Regras de manifestação de estados fusível.status = queimado TEM-MANIFESTAÇÃO inspeção-fusível.status = queimado; bateria.status = fraca TEM-MANIFESTAÇÃO marcador-bateria.valor = zero; tanque-combustível.status = vazio TEM- MANIFESTAÇÃO marcador-combustível.valor = zero; 29 Modelo da Tarefa Define a relação entre os conceitos do domínio necessários à aplicação e os métodos de solução de problema abstratos necessários para obter a solução. Realiza a instanciação dos métodos de solução de problemas 30

16 Modelo da Tarefa - Definido por... Objetivo Papéis de entrada e saída Corpo da tarefa sub-objetivos sub-tarefas estrutura de controle: em que ordem os passos da tarefa serão executados 31 Inferências Abstrair Atribuir Classificar Comparar Cobrir Criticar Avaliar Gerar Agrupar Casar Modificar Operacionalizar Propor Prever Selecionar Ordenar Especificar Verificar 32

17 Funções de Transferência iniciativa do sistema iniciativa externa informação externa OBTÉM RECEBE informação interna APRESENTA FORNECE 33 Métodos de Solução de Problemas Componente dinâmico do conhecimento Modelo abstrato da inferência aplicável àquela classe de problemas NÃO correspondem aos métodos de inferência por busca, como raciocínio progressivo ou regressivo Generalização de um padrão de raciocínio específico, mas não é um raciocínio genérico 34

18 Tipos de MSPs Geração e teste Classificação heurística Diagnóstico sistemático Verificação Reparo Projeto Configuração 35 Diagnóstico motor não liga reclamação cobrir regras de dependência de estado modelo causal obter marcador combustível = normal achado real hipótese prever achado esperado comparar tanque de combustível vazio regras de manifestação modelo de manifestação marcador combustível = zero resultado não é igual 36

19 Modelo da Tarefa Diagnóstico TASK Diagnóstico; ROLES: INPUT: reclamação: Queixa do cliente ; OUTPUT: Falhas: As falhas que causaram reclamações ; Evidência: As evidências reunidas durante o diagnóstico ; END TASK Diagnóstico; 37 TASK-METHOD diagnóstico-por-gerar-e-testar; REALIZES: diagnóstico-de-carro; DECOMPOSITION: INFERENCES: cobrir, prever, comparar; TRANSFER-FUNCTIONS: obter; ROLES: INTERMEDIATE: hipótese: uma solução candidata ; achado-esperada: O achado previsto, caso a hipótese seja verdadeira ; achado-real: O achado realmente observado ; resultado: O resultado da comparação ; CONTROL-STRUCTURE: WHILE NEW-SOLUTION cobrir(reclamação -> hipótese) DO prever(hipótese -> achado-esperado); obter(achado-esperado -> achado-real); evidência := evidência ADD achado-real; comparar(achado-esperado + achado-real -> resultado); IF resultado == equal THEN interromper o laço ; END IF END WHILE IF result == equal THEN categoria-falha := hipótese; ELSE não foi encontrada uma solução ; END IF END WHILE 38

20 Classificação objeto especificar atributo gerar candidato obter comparar feição valor verdade 39 Configuração (Propor e Revisar) requisitos especificar projeto estrutural operacionalizar requisitos menores propõe extensão requisitos essenciais projeto verificar modificar ação criticar violação valor verdade seleciona lista de ações 40

21 Avaliação (ou Assessment) caso Dados brutos da casa e da família abstrair caso abstraído especificar Critérios como renda adequada ou tamanho da casa adequado norma selecionar Classe de idade e de renda avaliar norma feição comparar valor norma Um único critério, como renda adequada Familia adequada ou não para a casa renda adequada = V ou F 41